Apa itu mitokondria?
Mitokondria sering disebut sebagai pembangkit tenaga sel. Mereka membantu mengubah energi yang kita ambil dari makanan menjadi energi yang dapat digunakan sel. Tapi, ada lebih banyak mitokondria daripada produksi energi.
Hadir di hampir semua jenis sel manusia, mitokondria sangat penting untuk kelangsungan hidup kita. Mereka menghasilkan sebagian besar adenosin trifosfat (ATP) kita, mata uang energi sel.
Mitokondria juga terlibat dalam tugas lain, seperti memberi sinyal antara sel dan kematian sel, atau dikenal sebagai apoptosis.
Pada artikel ini, kita akan melihat bagaimana mitokondria bekerja, seperti apa bentuknya, dan menjelaskan apa yang terjadi jika mereka berhenti melakukan pekerjaannya dengan benar.
Struktur mitokondria
Mitokondria berukuran kecil, seringkali antara 0,75 dan 3 mikrometer dan tidak terlihat di bawah mikroskop kecuali jika diwarnai.
Tidak seperti organel lain (organ miniatur di dalam sel), mereka memiliki dua membran, satu bagian luar dan satu bagian dalam. Setiap membran memiliki fungsi yang berbeda.
Mitokondria dibagi menjadi beberapa kompartemen atau wilayah berbeda, yang masing-masing menjalankan peran berbeda.
Beberapa wilayah utama meliputi:
Membran luar: Molekul kecil dapat lewat dengan bebas melalui membran luar. Bagian terluar ini termasuk protein yang disebut porins, yang membentuk saluran yang memungkinkan protein melintas. Membran luar juga menampung sejumlah enzim dengan berbagai macam fungsi.
Ruang antarmembran: Ini adalah area antara membran dalam dan luar.
Membran dalam: Membran ini menampung protein yang memiliki beberapa peran. Karena tidak ada porins pada membran bagian dalam, maka membran ini tidak dapat ditembus oleh kebanyakan molekul. Molekul hanya dapat melintasi membran dalam pada transporter membran khusus. Membran bagian dalam adalah tempat sebagian besar ATP dibuat.
Cristae: Ini adalah lipatan membran bagian dalam. Mereka meningkatkan luas permukaan membran, oleh karena itu meningkatkan ruang yang tersedia untuk reaksi kimia.
Matriks: Ini adalah ruang di dalam membran bagian dalam. Mengandung ratusan enzim, penting dalam produksi ATP. DNA mitokondria disimpan di sini (lihat di bawah).
Jenis sel yang berbeda memiliki jumlah mitokondria yang berbeda. Misalnya, sel darah merah yang matang tidak memiliki sama sekali, sedangkan sel hati dapat memiliki lebih dari 2.000. Sel dengan kebutuhan energi yang tinggi cenderung memiliki jumlah mitokondria yang lebih banyak. Sekitar 40 persen sitoplasma di sel otot jantung diambil oleh mitokondria.
Meskipun mitokondria sering digambarkan sebagai organel berbentuk oval, mereka terus membelah (fisi) dan terikat bersama (fusi). Jadi, pada kenyataannya, organel-organel ini saling terkait dalam jaringan yang terus berubah.
Juga, dalam sel sperma, mitokondria berputar di bagian tengah dan memberikan energi untuk gerakan ekor.
DNA mitokondria
Meskipun sebagian besar DNA kita disimpan di inti setiap sel, mitokondria memiliki rangkaian DNA sendiri-sendiri. Menariknya, DNA mitokondria (mtDNA) lebih mirip dengan DNA bakteri.
MtDNA menyimpan instruksi untuk sejumlah protein dan peralatan pendukung seluler lainnya di 37 gen.
Genom manusia yang disimpan dalam inti sel kita mengandung sekitar 3,3 miliar pasangan basa, sedangkan mtDNA terdiri dari kurang dari 17.000.
Selama reproduksi, separuh DNA anak berasal dari ayah dan separuh lagi dari ibu. Namun, anak tersebut selalu menerima mtDNA dari ibunya. Karenanya, mtDNA terbukti sangat berguna untuk melacak garis genetik.
Misalnya, analisis mtDNA telah menyimpulkan bahwa manusia mungkin berasal dari Afrika baru-baru ini, sekitar 200.000 tahun yang lalu, diturunkan dari nenek moyang yang sama, yang dikenal sebagai Hawa mitokondria.
Apa yang dilakukan mitokondria?
Meskipun peran mitokondria yang paling terkenal adalah produksi energi, mereka juga menjalankan tugas penting lainnya.
Faktanya, hanya sekitar 3 persen dari gen yang dibutuhkan untuk membuat mitokondria masuk ke peralatan produksi energinya. Sebagian besar terlibat dalam pekerjaan lain yang khusus untuk jenis sel tempat mereka ditemukan.
Di bawah ini, kami membahas beberapa peran mitokondria:
Memproduksi energi
ATP, bahan kimia organik kompleks yang ditemukan di semua bentuk kehidupan, sering disebut sebagai satuan molekul mata uang karena ia menggerakkan proses metabolisme. Kebanyakan ATP diproduksi di mitokondria melalui serangkaian reaksi, yang dikenal sebagai siklus asam sitrat atau siklus Krebs.
Produksi energi sebagian besar terjadi pada lipatan atau krista membran bagian dalam.
Mitokondria mengubah energi kimia dari makanan yang kita makan menjadi bentuk energi yang dapat digunakan sel. Proses ini disebut fosforilasi oksidatif.
Siklus Krebs menghasilkan bahan kimia yang disebut NADH. NADH digunakan oleh enzim yang tertanam di krista untuk menghasilkan ATP. Dalam molekul ATP, energi disimpan dalam bentuk ikatan kimia. Ketika ikatan kimia ini putus, energi dapat digunakan.
Kematian sel
Kematian sel, juga disebut apoptosis, adalah bagian penting dari kehidupan. Saat sel menjadi tua atau rusak, mereka dibersihkan dan dihancurkan. Mitokondria membantu memutuskan sel mana yang dihancurkan.
Mitokondria melepaskan sitokrom C, yang mengaktifkan caspase, salah satu enzim utama yang terlibat dalam menghancurkan sel selama apoptosis.
Karena penyakit tertentu, seperti kanker, melibatkan gangguan pada apoptosis normal, mitokondria dianggap berperan dalam penyakit tersebut.
Menyimpan kalsium
Kalsium sangat penting untuk sejumlah proses seluler. Misalnya, melepaskan kalsium kembali ke dalam sel dapat memicu pelepasan neurotransmitter dari sel saraf atau hormon dari sel endokrin. Kalsium juga diperlukan untuk fungsi otot, pembuahan, dan pembekuan darah, antara lain.
Karena kalsium sangat penting, sel mengaturnya dengan ketat. Mitokondria berperan dalam hal ini dengan cepat menyerap ion kalsium dan menahannya sampai dibutuhkan.
Peran lain untuk kalsium dalam sel termasuk mengatur metabolisme sel, sintesis steroid, dan pensinyalan hormon.
Produksi panas
Saat kita kedinginan, kita menggigil agar tetap hangat. Namun tubuh juga bisa menghasilkan panas dengan cara lain, salah satunya dengan menggunakan jaringan yang disebut lemak coklat.
Selama proses yang disebut kebocoran proton, mitokondria dapat menghasilkan panas. Ini dikenal sebagai termogenesis tidak menggigil. Lemak coklat ditemukan pada tingkat tertinggi pada bayi, ketika kita lebih rentan terhadap dingin, dan perlahan-lahan berkurang seiring bertambahnya usia.
Penyakit mitokondria
DNA di dalam mitokondria lebih rentan terhadap kerusakan daripada genom lainnya.
Ini karena radikal bebas, yang dapat menyebabkan kerusakan DNA, diproduksi selama sintesis ATP.
Selain itu, mitokondria tidak memiliki mekanisme perlindungan yang sama dengan yang ditemukan di inti sel.
Namun, sebagian besar penyakit mitokondria disebabkan oleh mutasi pada DNA inti yang memengaruhi produk yang berakhir di mitokondria. Mutasi ini bisa diturunkan atau spontan.
Ketika mitokondria berhenti berfungsi, sel tempat mereka berada kekurangan energi. Jadi, tergantung pada jenis selnya, gejalanya bisa sangat bervariasi. Sebagai aturan umum, sel-sel yang membutuhkan energi terbesar, seperti sel otot jantung dan saraf, paling terpengaruh oleh kerusakan mitokondria.
Bagian berikut berasal dari United Mitochondrial Disease Foundation:
“Karena mitokondria melakukan begitu banyak fungsi yang berbeda di jaringan yang berbeda, ada ratusan penyakit mitokondria yang berbeda. […] Karena interaksi yang kompleks antara ratusan gen dan sel yang harus bekerja sama untuk menjaga mesin metabolisme kita berjalan lancar, itu adalah ciri khas penyakit mitokondria bahwa mutasi mtDNA yang identik mungkin tidak menghasilkan penyakit yang identik. "
Penyakit yang menimbulkan gejala berbeda tetapi disebabkan oleh mutasi yang sama disebut sebagai genokopi.
Sebaliknya, penyakit yang memiliki gejala yang sama tetapi disebabkan oleh mutasi pada gen yang berbeda disebut fenokopi. Contoh fenokopi adalah sindrom Leigh, yang dapat disebabkan oleh beberapa mutasi berbeda.
Meskipun gejala penyakit mitokondria sangat bervariasi, gejala tersebut mungkin termasuk:
- kehilangan koordinasi dan kelemahan otot
- masalah dengan penglihatan atau pendengaran
- mempelajari ketidakmampuan
- penyakit jantung, hati, atau ginjal
- masalah pencernaan
- masalah neurologis, termasuk demensia
Kondisi lain yang diduga melibatkan beberapa tingkat disfungsi mitokondria, meliputi:
- Penyakit Parkinson
- Penyakit Alzheimer
- gangguan bipolar
- skizofrenia
- sindrom kelelahan kronis
- Penyakit Huntington
- diabetes
- autisme
Mitokondria dan penuaan
Selama beberapa tahun terakhir, para peneliti telah menyelidiki hubungan antara disfungsi mitokondria dan penuaan. Ada sejumlah teori seputar penuaan, dan teori penuaan radikal bebas mitokondria telah menjadi populer selama dekade terakhir ini.
Teorinya adalah bahwa spesies oksigen reaktif (ROS) diproduksi di mitokondria, sebagai produk sampingan dari produksi energi. Partikel bermuatan tinggi ini merusak DNA, lemak, dan protein.
Karena kerusakan yang disebabkan oleh ROS, bagian fungsional mitokondria pun ikut rusak. Ketika mitokondria tidak dapat lagi berfungsi dengan baik, lebih banyak ROS diproduksi, memperburuk kerusakan lebih lanjut.
Meskipun korelasi antara aktivitas mitokondria dan penuaan telah ditemukan, tidak semua ilmuwan mencapai kesimpulan yang sama. Peran pasti mereka dalam proses penuaan masih belum diketahui.
Pendeknya
Mitokondria, sangat mungkin, adalah organel yang paling terkenal. Dan, meskipun mereka secara populer disebut sebagai pembangkit tenaga sel, mereka melakukan berbagai tindakan yang kurang diketahui. Dari penyimpanan kalsium hingga pembentukan panas, mitokondria sangat penting bagi fungsi sel kita sehari-hari.
