BAB
I
PENDAHULUAN
A.
Latar
Belakang
Pada bab ini kita akan mempelajari organel lain lagi yang
terdapat didalam sitoplasma, yang bertindak sebagai dapur sel yaitu
mitokondria.Nama mitokondria diberikan oleh seorang pakarbernama
Benda(1897-1898).[1]
Penemuan mitokondria datang pada tahun 1886 ketika richard Altman, seorang
cytologist, mengidentifikasi organel dengan teknik pewarna, dan menjuluki
mereka sebagai “bioblast”.Dia mendalilkan bahwa struktur aadalah unit dasar
dari aktivitas seluler.Carl benda, pada tahun 1989, diciptakan keluar
mitokondria panjang.Sebenarnya Albert von Kolliker harus dikreditkan dengan
penemuan adanya mitokondria sekitar 1857.Ia mempelajari sel-sel otot manusia
ketika ia mencatat butiran yang aneh didalamnya.
Mitokondria adalah organela yang bentuknya memanjang atau
granula.Mitokondria atau sering juga disebut sebagai the power of house(Pusat
penghasil energi).Mitokondria merupakan organel yang berfungsi menyediakan
pasokan energy seluler(ATP).Ukuran dan bentuk mitokindria bervariasi menurut
jaringannya dan menurut keadaan fisiologis sel.Mitokondria dianggap sebagai
power house dari sel karena itu menghasilkan Adenosin trifosfat, mata uang
energi dengan mengekstrasi energi dari molekul nutrien.Jumlah enzim dan protein
hadir dalam mitokondria,yang membantu dalam pengolahan lemak dan karbohidrat
yang diperoleh dari makanan.ATP kekuatan aktivitas metabolisme sel.Proses ini
disebut respirasi aerobik, itu adalah alasan untuk hewan menghirup
oksigen.Sel-sel pada hewan yang lebih tinggi memperoleh energi dari respirasi
aerobik(tanpa adanya oksigen), sehingga tidak ada mitokondria.[2]
Namun secara umum dapat dikatakan bahwa
mitokondriaberbentuk butiran atau benang. Mitokondria baru terbentuk dari
pertumbuhanserta pembelahan mitokondria yang telah ada sebelumnya (seperti
pembelahanbakteri). Penyebaran dan jumlah mitokondria di dalam tiap sel tidak
sama.Mitokondria terdapat di tempat-tempat dimana ATP diperlukan.
Misalnya,diantara miofibril dalam sel otot jantung untuk kontraksi otot dan di
leher selsperma untuk pergerakan flagel. Adapun Sifat-sifat Mitokondria
yaitu:a.Bentuk silindris memanjang diameter 0,5-1 µm.b.Bersifat mobil, bergerak
di sepanjang mikrotubula.c.Plastis, dapat berubah bentuk. d.Berfusi dengan
mitokondria lainnya.e.Dapat membelah diri
.
B.
Tujuan
1.
Sebagai tugas mata
kuliah biologi sel.
2.
Membahas tuntas
tentang mitokondria.
3.
Dapat memahami
proses respirasi seluler.
C. Rumusan Masalah
1.
Bagaimana struktur
mitokondria?
2.
Apa saja fungsi
mitokondria?
3.
Bagaimana teori
endosimbiosis mitokondria?
4.
Bagaimana proses
respirasi seluler?
D.
Manfaat
Penulisan
1.
Dapat
menyelesaikan tugas biologi sel.
2.
Dapat mengetahui
struktur dan fungsi mitokondria.
3.
Dapat memahami
teori endosimbiosis mitokondria.
4.
Dapat memahami
proses respirasi seluler.
E.
Sistematika
Penulisan
1. Tinjauan Pustaka
Mencari bahan dengan sumber buku dan internet.
BAB
II
PEMBAHASAN
A. Struktur Mitokondria
1. Pengertian
mitokondria
Nama mitokondria
diberikan oleh seorang pakar bernama Benda (1897-1898), dibangun oleh dua suku
kata dari bahasa Yunani, mito = benang, dan chondrion = granula. Jadi
mitokondria adalah organela yang bentuknya memanjang atau granula[3].
Mitokondria adalah
organel yang sangat kecil . Anda mungkin menemukan sel dengan beberapa ribu
mitokondria . Jumlahnya tergantung pada apa sel perlu dilakukan. Jika tujuan
dari sel adalah untuk mengirimkan impuls saraf , akan ada lebih sedikit
daripada di mitokondria sel otot yang membutuhkan banyak energi . Jika sel
merasa itu tidak mendapatkan energi yang cukup untuk bertahan hidup , banyak
mitokondria dapat dibuat . Kadang-kadang mereka bahkan bisa tumbuh , bergerak,
dan menggabungkan dengan mitokondria lainnya , tergantung pada kebutuhan sel .
2. Stuktur
Mitokondria
Mitokondria
adalah organel yang dapat dilihat oleh mikroskop cahaya pada sel hidup yang
diwarnai dengan Janus Green B.
Pengamatan dengan mikroskop elektron menunjukan berbagai bentuk mitokondria,
yaitu bulat, memanjang, dan oval. Garis tengahnya sekitar 0,5 µm dan panjangnya
6µm, dibungkus oleh dua unit selaput. Unit selaput bagian luar halus, memberi
bentuk pada mitokondria. Unut selaput bagian dalam membentuk krista, yaitu
invaginasi ke dalam matriks. Matriks terutama tersusun dari protein.
Didalam mitokondria terdapat ribosom yang lebih kecil daripada ribosom dalam
sitplasma. Selain itu juga terdapat DNA, tetapi kemampuan genetikanya terbatas.
Mitokondria bertanggung jawab pada proses penyediaan energi dan mengandung
banyak protein, terutama enzim untuk daur krebs. Mitokondria banyak dalam sel
yang tinggi keaktifnnya, misalnya sel kelenjar. Pembentukan mitokondria baru terjadi
melalui pebelahan.[4]
Mitokondria
memiliki dua membran yang memisahkan ruang terdalamnya dari sitosol. Protein
membran pada mitokondria dan kloroplas
bukan dibuat oleh ribosom yang terikat ke Retikulum Endoplasma, melaikan dibuat
oleh ribosom bebas dalam sitosol dan ribosom yang terkandung dalam
organel-organel ini sendiri. Organel-organel ini juga mengandung sejumlah DNA
kecil. DNA inilah yang memprogram sintesis protein yang dibuat diribosom
organel. (protein yang diimpor dari sitosol sebagian besar protein organel,
diprogram oleh DNA nukleus). Mitokondria dan kloroplas adalah organel
semiotonom yang tumbuh dan berreproduksi di dalam sel.
Gambar
1. Stuktur umum mitokondria
Sumber
: http://id.wikipedia.org/wiki/Mitokondria
Mitokondria diselubungi oleh dua
membran, yang masing-masing merupakan
lapisan ganda fosfolipid dengan sekumpulan protein yang tertanam di
dalamnya. Membran luar bertekstur mulus , namun membran dalam berlipat-lipat,
dengan pelipatan ke dalam yang disebut Krista (crista). Membran
dalam membagi mitokondria menjadi dua kompartemen internal. Yang pertama adalah
ruang antarmembran, wilayah sempit di antara membran dalam dan membran luar.
Kompartemen kedua, matriks mitokondria (mitochondrial matrix) diselubungi
oleh membran dalam. Matriks ini mengandung banyak enzim yang berbeda, serta DNA
mitokondria dan ribosom. Enzim-enzim dalam matriks mengkatalisis beberapa
langka respirasi seluler. Protein-protein lain yang berfungsi dalam respirasi,
termasuk enzim yang membuat ATP, tertanam dalam membran dalam. sebagai
permukaan yang amat berlipat-lipat, krista memberikan luas permukaan yang amat
besar kepada membran dalam mitokondria, sehingga meningkatkan produktivitas
respirasi seluler[5].
Letak mitokondria dalam sel umumnya
tersebar dalam plasma sel., tetapi ada pula yang letaknya menurut pola
tertentu. Pada otot lurik letak mitokondria teratur diantara serabut-serabut
kontraktil otot, sedangkan pada spermatozoa letaknya tersusun pada bagian
ekornya. Letak mitokondria yang demikian karena diperlukan sebagai penghasil
energi dalam menunjang fungsinya yaitu untuk kontraksi. Mitokondria mempunyai
sifat plastis, karena itu bentuknya dapat berubah-ubah. Sifat plastis
terutama,terdapat pada mitokondria yang letaknya tersebar bebas dalam sitosol,
sedangkan mitikondria yang letaknya tidak bebas, seperti pada otot lurik
plastisitasnya menjadi berkutrang. Plastisitas dan gerakan mitokondriadi dalam
sel memudahkan distribusi ATP ke seluruh bagian sel yang membutuhkan. Pada
sel-sel hati yang fungsinya sebagai tempat berbagai sintesis, maka mitokondria
letaknya tersebar di dalam sitosol, sedangkan pada otot lurik yang fungsinya
sebagai alat kontraksi maka mitokondria letaknya tersusun teratur diantara
serabut-serabut kontraktil.
Jumlah mitokondria tiap-tiap sel
sangat beragam, ada sel yang tidak mempunyai mitokondria, tetapi ada pula yang
mempunyai mitokondria banyak sekali bahkan sampai ratusan ribu. Sejenis alga
tak berwarna yakni Leucothrix dan Vitreoscilla tidak mempunyai
mitokondria, spermatozoa tertentu dan Flagellata seperti Chormulina mempunyai
hanya satu mitokondria tiap-tiap selnya. Pada umumnya ada hubungan antara
jumlah mitokondria dengan kebutuhan metabolik dari tipe-tipe sel, tetapi
ultrastuktur dari mitokondria tidak menunjukan hubungan antara jumlah dengan
kebutuhan metabolik.
Mitokondria terlalu kecil untuk
dapat dilihat dengan mikroskop cahaya dengan jelas, karena itu mikrograf
mitokondria yang lebih informatif dapat diperoleh dengan mikroskop elektron.
Mitokondria dibatasi oleh membran rangkap, membran luar dan membran dalam. Di
bagian dalam dari membran dalam berisi matriks berupa cairan seperti gel,
sedangkan di bagian luarnya berisi cairan yang lebih encer. Cairan yag terakhir
lebih encer itu mengisi ruangan antar membran. Matriks, ruang antar selaput,
membran luar, dan membran dalam, mengandung bermacam-macam enzim. Matriks
mengandung sejumlah enzim yang diperlukan dalam siklus krebs, garam dan air. Di
dalam matriks terdapat juga DNA sirkuler dan ribisom.
Membran luar dan membran dalam
berbeda ketebalannya. Membran luar kira-kira tebalnya 6,0 nm. Membran dalam
mempunyai permukaan yang lebih luas, karena melipat-lipat dan menjorok ke dalam
matriks membentuk tonjolan-tonjolan. Tonjolan-tonjolan ini disebut krista, yang
bervariasi dalam hal jumlah dan bentuknya. Krista dari mitokondria sel-sel
hewan tingkat tinggi dapat hampir memotong matriks. Biasanya krista terletak
sejajar satu sama lainmelintang terhadap sumbu panjang mitokondria, tetapi
dalam berbagai macam sel arah krista membujur atau membentuk susunana
bercabang-cabang.
Secara kimiawi susunan protein pada
kedua membran itu berbeda secara kualitatif dan kuantitatif satu sama lain,
serta berbeda pula dengan mambran sitoplsmik yang lain. Membran dalam lebih kaya
akan protein membran luar, sedangkan protein itu sendiri terletak lebih dalam
pada membran. Membran luar mengandung dua sampai tiga kali lebih banyak
fosfolipid dari pada membran dalam, dan mengandung sebagian besar kolesterol membran. Di lain pihak membran
dalam kaya akan kardiolipin. Perbedaan antara kedua mambran itu juga terlihat
pada kenampakkan dengan teknik pengelupasan beku.
B.
Fungsi
Mitokondria
Dalam
mitokondria terdapat Krista dan matriks. Matriks yang mengisi ruang dalam
mitokondria adalah berupa cairan. Di dalamnya terkandung banyak enzim, dan juga
sering ditemukan butiran. Butiran itu berperan dalam transport ion dan air,
seperti pada sel saluran kemih dalam ginjal, sel epitel usus halus, dan
osteoklast pada tulang.
Dalam
matriks terkandung pula ADN dan ribosom. Palade (1956) menemukan, bahwa
struktur permukaan Krista pada berbagai tipe mitokondria sesuai dengan
aktivitasnya untuk oksidasi.
Pernapasan
aerobis (daur Krebs) terjadi di dalam matriks mitokondria. Matriks mengandung
enzim daur Krebs, enzim untuk sintesa asam nukleat dan protein, asam lemah-KoA
sintetase, dan enzim-enzim oksidase lain.
Subunit
membran dalam mitokondria mengandung ATPase, yang berperan untuk menghasilkan
ATP dari ADP dan 
(fosfat). ATP kemudian berdifusi ke dalam
sitoplasma dan dipergunakan dalam metabolisme atau aktivitas lain.
Fungsi mitokondria bervariasi sesuai dengan jenis sel di mana mereka berada.
(fosfat). ATP kemudian berdifusi ke dalam
sitoplasma dan dipergunakan dalam metabolisme atau aktivitas lain.Fungsi mitokondria bervariasi sesuai dengan jenis sel di mana mereka berada.
1.
Fungsi yang paling penting dari mitokondria adalah untuk
menghasilkan energi. Makanan yang kita makan dipecah menjadi molekul sederhana
seperti karbohidrat, lemak, dll, dalam tubuh kita. Ini dikirim ke mitokondria
di mana mereka akan diproses lebih lanjut untuk menghasilkan molekul bermuatan
yang bergabung dengan oksigen dan menghasilkan molekul ATP. Seluruh proses ini
dikenal sebagai fosforilasi oksidatif.
2.
Adalah penting untuk menjaga konsentrasi ion kalsium yang
tepat dalam berbagai kompartemen sel. Mitokondria membantu sel-sel untuk
mencapai tujuan ini dengan melayani sebagai tangki penyimpanan ion kalsium.
3.
Mereka juga membantu dalam membangun bagian-bagian tertentu
dari darah, dan hormon seperti testosteron dan estrogen.
4.
Mitokondria dalam sel-sel hati memiliki enzim yang
mendetoksifikasi amonia.
Berikut
adalah mekanisme kerja mitokondria dalam pemecahan molekul makanan
3
langkah pemecahan molekul makanan :
A.
Stadium 1 :
makromolekul subunit sederhana oleh enzim-enzim pencernaan :
o
Protein -> asam
amino
o
Polisakarida ->
gula
o
Lemak -> asam
lemak & gliserol
B.
Stadium 2:
– subunit sederhana -> asetil CoA
o
Subunit sederhana
-> piruvat -> sitoplasma sel
o
Piruvat ->
asetil CoA -> mitokondria
o
->hasilkan
sejumlah kecil ATP dan NADH
C.
Stadium 3 :
–
Oksidasi asetil CoA menjadi H2O dan CO2 ->mitokondria
– Menghasilkan sejumlah besar ATP
-> fosforilasi oksidatif .[6]
C. Teori
Endosimbiosis Mitokondria
Lynn
Margulis, adalah seorang ahli mikrobiologi yang pertama mencetuskan hipotesis
endosimbiosis untuk menjelaskan asal-usul mitokondria. Saat ini, hipotesis itu
telah diterima sebagai fakta dalam dunia sains, meskipun masih banyak aspek
yang perlu diteliti mengenainya. Oleh karena itu, hipotesis tersebut telah
dapat disebut sebagai ‘teori’. Pada
dasarnya, teori endosimbiosis menyatakan bahwa organel-organel utama eukariota, yaitu mitokondria dan kloroplas, berasal dari simbion-simbion bakteri yang telah mengalami spesialisasi melalui koevolusi dengan sel 3 inangnya. Hal itu dibuktikan oleh penelitian mengenai rRNA dan data-data molekular lainnya (Pace 1997: 735).
dasarnya, teori endosimbiosis menyatakan bahwa organel-organel utama eukariota, yaitu mitokondria dan kloroplas, berasal dari simbion-simbion bakteri yang telah mengalami spesialisasi melalui koevolusi dengan sel 3 inangnya. Hal itu dibuktikan oleh penelitian mengenai rRNA dan data-data molekular lainnya (Pace 1997: 735).
Teori
itu menjelaskan asal-usul mitokondria sebagai berikut: beberapa sel purba dapat
mengingesti (menelan) partikel-partikel makanan melalui invaginasi (pelekukan
ke dalam) endositik dari membran plasmanya. Barangkali ada setidaknya sebuah
sel pencari makan berukuran besar dan mampu berfermentasi yang telah menelan
satu atau lebih bakteri respirasi kecil, namun tidak dapat mencernanya.
Endosimbion tersebut dapat bertahan hidup pada lingkungan yang kaya akan
nutrisi dan dapat bersembunyi dari sel predator. Sebaliknya, sel-sel inang
pencari makan mendapatkan keuntungan energi dari respirasi oksidatif melebihi
sel fermentasi. Keuntungan-keuntungan komplementer tersebut kemudian berevolusi menjadi sebuah
hubungan simbiosis (“hidup bersama”) sampai ke suatu titik di mana salah satu entitas
tidak dapat hidup tanpa entitas lainnya. Proses penggabungan sel inang dan
endosimbionendosimbionnya tersebut diduga telah memunculkan mitokondria pada
selsel eukariotik modern setidaknya 1,5 miliar tahun yang lalu (Stansfield dkk.
2003: 113--114).
2003: 113--114).
Teori
endosimbiosis pun dapat digunakan untuk menjelaskan berbagai ciri yang dimiliki
mitokondria, seperti yang diutarakan oleh Stansfield dkk. (2003: 115):
1. Mitokondria (dan juga kloroplas) mempunyai
ukuran yang kira-kira mirip dengan bakteri.
2. Genomnya terdapat di dalam sebuah molekul sirkuler kovalen tertutup tunggal tanpa histon,
2. Genomnya terdapat di dalam sebuah molekul sirkuler kovalen tertutup tunggal tanpa histon,
seperti pada bakteri.
3.
Kedua organel tersebut bereproduksi secara
aseksual melalui pertumbuhan dan pembelahan
organel yang menyerupai pembelahan
biner. Sintesis mitokondria berlangsung secara
otonom terhadap nukleus dan sel,
sehingga dalam satu sel dapat ditemukan banyak
mitokondria.
mitokondria.
4.
Mitokondria dan
kloroplas memiliki ribosom sendiri. Ribosom yang terdapat pada kedua organel
tersebut mempunyai bentuk dan ukuran yang serupa dengan ribosom bakteri.
Ribosom mitokondria, kloroplas, maupun prokariota berukuran 70S. Ribosom 70S
merupakan ciri khas prokariota.
5.
Sintesis protein
pada mitokondria dan kloroplas dihambat oleh berbagai antibiotik yang
menginaktivasi ribosom bakteri,
namun hanya mempunyai efek yang kecil pada ribosom sitoplasma eukariotik.
Antibiotik-antibiotik tersebut bekerja dengan cara mengganggu fungsi ribosom
70S dan sintesis protein mitokondria dan kloroplas.
6. Polipeptida yang baru dibentuk pada
bakteri, mitokondria, dan kloroplas mempunyai N formilmetionin pada ujung
aminonya.
7. Genom
mitokondria dan kloroplas mengkodekan molekul tRNA dan rRNA bagi sistem- sistem sintesis proteinnya sendiri.
8. Kedua
organel tersebut mempunyai membran ganda. Membran dalamnya menyerupai
membran
plasma endosimbion nenek moyang; sedangkan membran luarnya
merepresentasikan membran plasma nenek moyang sel inang pencari
makannya.
Berkat
perkembangan yang pesat dari teknik-teknik biologi molekuler selama dua
dasawarsa terakhir, para peneliti mampu melakukan sequencing terhadap gen-gen
mitokondria yang digunakan untuk menelusuri evolusi mitokondria. Mitokondria
sendiri digunakan untuk menelusuri evolusi organisme-organisme lain.
Sesuai dengan teori endosimbiosis, mitokondria telah
kehilangan sebagian gennya dalam adaptasi bersamanya dengan sel inang. Proses
adaptasi tersebut melibatkan transfer kebanyakan gen-gen pada bakteri
endosimbion ke dalam nukleus sel inang. Proses transfer itu merupakan proses
evolusioner yang terus berlangsung, karena beberapa penelitian menunjukkan
bahwa dalam masa yang relatif baru telah terjadi transfer informasi genetik
pada beberapa jenis tumbuhan dari mitokondria ke genom nukleus, termasuk
gen-gen rantai respiratoris dan gen-gen protein ribosomal yang penting. Oleh
karena itulah mitokondria hingga saat ini tetap bergantung pada nukleus untuk memenuhi
sebagian kebutuhannya. Meski demikian, kebanyakan molekul yang bermuatan
negatif, termasuk di antaranya mRNA, tRNA, rRNA, dan beberapa protein, yang
tidak dapat melewati membran dari organel harus tetap dikode oleh organel itu
sendiri
(Gray dkk. 1999: 1479; Stansfield dkk. 2003: 114).
(Gray dkk. 1999: 1479; Stansfield dkk. 2003: 114).
Akan tetapi, meskipun amat mirip dengan bakteri,
mitokondria tidak memiliki flagela, silia, ataupun struktur-struktur lain yang
diasosiasikan dengan motilitas bakteri. Selama bertahun-tahun, mekanisme
pergerakan, distribusi, dan tingkah laku mitokondria belum dapat dipahami. Hal
tersebut padahal perlu dipelajari secara lebih mendalam untuk memahami cara
distribusi dan pewarisan mitokondria.
D. Proses Respirasi
Seluler
Jalur Katabolik dan Produksi ATP, Senyawa
organik memiliki energy potensial sebagai akibat dari susunan atomnya.Senyawa
yang dapat berpartisipasi dalam reaksi eksergonik dapat berperan sebagai bahan
bakar.Dengan bantuan enzim, sel secara sistematis mendegradasi molekul organic
kompleks yang kaya akan energy potensial menjadi produk buangan yang lebih
sederhana dan memiliki lebih sedikit energy.Sejumlah energy yang diambil dari
simpanan kimiawi dapat digunakan untuk kerja sedangkan sisanya terbuang sebagai
panas.Salah satu proses katabolik, yaitu fermentasi(fermentation) merupakan
penguraian gula sebagaian yang terjadi tanpa pengurangan oksigen.Akan tetapi
jalur katabolik yang paling dominan dan efesien adalah respirasi aerobic, yang
mengonsusmsi oksigen sebagai reaktan bersama dengan bahan bakar organic(aerobik
berasal dari kata yunani aer, udara, dan bios, kehidupan).Sel-sel sebagian
besar organisme eukariota dan banyak organisme prokriota dapat melakukan
respirasi
disebut
respirasi anaerobic (awalan an berarti ‘tanpa’).Secara teknis respirasi seluler
mencakup proses aerobic dan anaerobic.[7]
Respirasi sering diartikan sebagai
pernafasan.Dalam pengertian tersebut, respirasi berarti pertukaran gas-gas,
yaitu organisme memperoleh oksigen(O2) dari lingkungannya dan
membebaskan CO2. Namun ilmuwan biologi memiliki pengertian
tersendiri mengenai respirasi, yaitu pemanenan energy(pembebasan energy) secara
aerobic dari molekul-molekul makanan oleh sel.Lebih lengkapnya prosese ini
disebut respirasi seluler.Pengertian respirasi sebagai pernafasan tidak
seluruhnya keliru.Misalnya, pada saat manusia bernafas, paru-paru menangkap O2
dari udara dan melewatkannya kealiran darah.Aliran darah membawa membawa O2
kesel-sel otot.Mitokondria didalam sel otot menggunakan O2 untuk
respirasi seluler, memanen energy dari gula dan molekul-molekul organic
lainnya.Enenrgi ini digunakan untuk kontraksi sel-sel otot.CO2 yang merupakan produk limbah dari respirasi
seluler dibawa oleh aliran darah keparu-paru untuk kemudian dibebaskan diudara.[8]Respirasi seluler merupakan
jalur-jalur katabolik respirasi aerobic dan
anaerobic yang menguraikan molekul organic untuk menghasilkan ATP.
1. Respirasi
Aerobik merupakan jalur katabolic yang menggunakan oksigen(O2) dan
molekul organik, menghasilkan ATP.
a.
Glikolis
Kata glikolisi berarti ‘pemecahan gula’, dan memenag
itulah yang terjadi dalam jalur ini.Glukosa sejenis gula berkarbon enam,
dipecah menjadi gula berkarbon 3.Gula yang lebih kecil ini kemudia dioksidasi
dan atom-atom yang tersisa disusun ulang untuk membentuk dua molekul piruvat.(piruvat adalah bentuk
terionisasi dari asam piruvat).
Seperti yang dirangkum dalam peraga
9.8, glikolisis dapat menjadi dua fase: investasi energy dan pembayaran
energy.Selama fase investasi energi, sel sebenarnya menggunakan ATP.Investasi
ini terbayar kembali disertai bunga pada fase pembayaran energi, ketika ATP
dihasilkan oleh fosforilasasi tingkt substrat dan NAD+ direduksi
menjadi NADH oleh electron yang dilepaskan dari oksidasi glukosa Hasil energy
netto dari glikolisis, permolekul glukosa adalah 2 ATP plus 2 NADH.[9]
Tahap
Glikolisis
b.
Siklus
Asam sitrat
Glikolisis melepaskan kurang dari seperempat energy
kimia yang tersimpan dalam glukosa; sebagian besar energi tetap tertumpuk
didalam kedua molekul piruvat.Jika ada oksigen molekuler, piruvat memasuki
mitokondria(dalam sel eukariot), ketika enzim-enzim dari siklus asam sitrat
meneyelesaikan oksidasi glukosa.(dalam sel prokariot, proses ini terjadi
disitosol).
Saat memasuki mitokondria melalui transport aktif,
piruvat pertama-tama diubah menjadi senyawa yang disebut asetil koenzim A atau
Aseti KoA.(acetiyl CoA, Peraga 9.10).Langkah ini, persambungan antara
glikolisis dan siklus asam sitrat, diselesaikan oleh suatu kompleks multienzim
yang mengkatalisis tiga reaksi: 1). Gugus karboksil(--COO-) piruvat,
yang telah dioksidasi sepenuhnya sehingga hanya memiliki sedikit energy kimia,
disingkirkan dan dilepaskan sebagai CO2. (inilah langkah pertama
melepaskan CO2 selama respirasi).2).Fragmen berkarbon dua yang
tersisa dioksidasi, membentuk senyawa yang dinamai asetat(bentuk terionisasi
dari asam asetat).Suatu enzim mentransfer electron-elektron yang terekstrasi ke
NAD+, menyimpan energy dalam bentuk NADH.3).Terakhir koenzim A(KoA),
suatu senyawa penandung-sulfur yang berasal dari vitamin B, dilekatkan keasetat
oleh suatu ikatan tak stabil(garis bergelombang pada peraga 9.10).yang membuat
gugusasetil(asetat yang melekat)menjadi sangat reaktif.Karena sifat kimia gugus
KoA, produk penyiapan kimiawi ini, asetik KoA, memiliki energy potensial yang
tinggi,dengan kata lain, dengan kata lain reaksi asetil KoA untuk menghasilakn
prodduk-produk yang berenergi lebih rendah sangatlah eksorgenik.Molekul
tersebut kini siap memasukkan gugus asetilnya kedalam siklus a sam sitrat untuk
dioksidasi lebih lanjut.
Peraga 9.11
Siklus asam sitrat disebut juga siklus asam
trikarboksilat atau siklus krebs, sebagai penghormatan terhadap hans krebs,
ilmuwan jerman-inggris yang mendeskripsikan sebagian besar jalur metabolik ini
pada tahun 1930-an.Siklus ini berfungsi sebagai tungku metabolik yang
mengoksidasi bahan bakar organik yang berasal dari piruvat.Peraga
9.11.merangkum masukan dan keluaran ketika piruvat diuraikan menjadi 3 molekul
CO2, temasuk molekul CO2, yang dilepaskan selama
pengubahan piruvat menjadi asetil
KoA.Siklus ini menghasilkan 1 ATP perputaran melalui fosforilasasi tingkat-substrat,
namun sebagian besar energi kimia ditransper ke NAD+ dan suatu
pembawa elektron terkait, koenzim FAD(flavin adenin dinukleotida, yang berasal
dari riboflavin, salah satu jenis vitamin B), dalam reaksi redoks.Koenzim
tereduksi, NADH dan FADH2,
mengulangalikan muatannya yang berupa electron berenergi tiggi kerantai
transport elektron.
Peraga
9.12
Siklus ini memiliki 8 langkah,(Peraga 9.12).Masing-masing
dikatalisis oleh suatu enzim spesifik.Bahwa untuk setiap putaran siklus asam
sitrat, dua karbon(warna merah) masuk dalam bentuk gugus asetil yang relatif
tereduksi(langkah 1), sedangkan dua karbon yang berbeda(warna biru)meninggalkan
siklus dalam bentuk molekul CO2 yang teroksidasi sepenuhnya(langkah 3 dan 4).Gugus
asetil pada asetil KoA bergabung kedalam siklus dengan cara berkombinasi dengan
senyawa oksaloasetat, membentuk sitrat(langkah 1).(sitrat adalah bentuk
terionisasi dari asam sitrat, asal nama siklus ini).Ketujuh langkah berikutnya
menguraikan sitrat kembali menjadi oksaloasetat.Pembentukan kembali(regenerasi)
oksaloasetat inilah yang membuat proses ini menjadi satu siklus.Untuk setiap
gugus asetil yang memasuki siklus, 3 NAD+ direduksi menjadi NADH (langkah 3,4,
dan 8).Pada langkah 6, electron ditransfer bukan keNAD+, melainkan
ke FAD, yang menerima 2 elektron dan 2 proton untuk menjadi FADH2 .Pada banyak
sel jaringan hewan, langkah 5 menghasilkan molekul guanosin trifospat(GTP)
melalui fosporilasasi tingkat substrat. GTP adalah molekul yang serupa dengan
ATP dalam hal struktur dan fungsi
selulernya. GTP ini dapat digunakan untuk membuat molekul ATP atau secara
langsung memberikan tenaga bagi kerja dalam sel. Pada sel tumbuhan, bakteri dan
beberapa jaringan hewan, langkah 5 membentuk suatu molekul ATP secara langsung melalui
fosporilasasi tingkat-substrat.Keluaran dari langkah 5 mempresentasikan
satu-satunya ATP yang dihasilkan secara
langsung oleh siklus asam sitrat.Sebagian besar ATP yang diproduksi oleh respirasi dihasilkan
dari fosporilasasi oksidatif, ketika NADH dan FADH2 yang diproduksi oleh siklus
asa sitrat meneruskan electron-elektron yang diekstrasi dari makanan kerantai
transport electron.
c.
Transpor
Elektron
Rantai transport electron adalah
sekumpulan molekul yang tertanam didalam membran dalam mitokondria sel
eukariot(pada prokariota, molekul-molekul tersebut terdapat didalam membrane
plasma).Pelipatan membrane dalam membentuk krista meningkatkan luas
pemukaannya, menyediakan ruang untuk ribuan salinan rantai transport elektron dalam
setiap mmitokondria.
Peraga 9.13 menunjukkan urutan pembawa
electron dalam rantai transpor elektron dan penurunan energi bebas ketika
elektron bergerak menuruni rantai.Selama berlangsungnya transpor elektron
disepanjang rantai tersebut, pembawa elektron secara berganti-ganti tereduksi
dan teroksidasi saat menerima dan meyumbangkan elektron.Setiap komponen rantai
menjadi tereduksi saat menerima electron dari tetangga diatasnya, yang memiliki
aftinitas lebih rendah terhadap electron(kurang elektronegatif).Komponen
tersebut kembali kebentuk teroksidasinya saat meneruskan electron ketetangga
dibawahnya yang lebih elektronegatif.Pertama, lewatnya electron melalui
kompleks I secara cukup rinci, sebagai ilustrasi bagi prinsip-prinsip umum yang
terlibat dalam transport electron.Elektron yang disingkirkan dari glukosa oleh
NAD+, selama glikolisis dan siklus asam sitrat, ditransfer dari NADH kemolekul pertama pada rantai transport
electron kompleks I.Molekul ini adalah flavoprotein, yang dinamakan demikian
karena memiliki gugus prostetik yang disebut flavin mononukleotida(FMN).Dalam
reaksi redoks berikutnya, flavoprotein kembali kebentuk teroksidasinya saat
meneruskan electron keprotein besi sulfur (Fe.S dalam kompleks I), salah satu
famili dengan besi dan sulfur yang terikat erat.protein besi sulfur ini kemudian meneruskan electron kesenyawa yang disebut ubikunion.Pembawa electron ini
merupakan molekul hidrofobik kecil, satu-satunya anggota rantai transport
electron yang buka merupaka protein.Ubikuinon dapat bergerak secara individual
dialam membrane, bukan menetap pada satu kompleks tertentu.(Nama lain unikuinon
adalah koenzimQ, atau KoQ).
Sebagian besar pembawa electron antara
ubikuinon dan oksigen adalah protein yang disebut sitokrom.Gugus prostetik
milik sitokrom, yang disebut grup hem, memiliki atom besi yang menerima dan
menyumbangkan electron.Rantai transpor electron memiliki beberapa tipe
sitokrom, masing-masing merupakan protein berbeda dengan gugus hem pembawa
electron yang agak berbeda.Sitokrom terakhir pada rantai transport cyt a3,
meneruskan elektronnya keoksigen yang sangat elektronegatif.masing-masing atom
oksigen juga mengambil sepasang ion hydrogen dari larutan berarir dalam sel,
membentuk air. Suatu sumber electron lain untuk rantai transport adalah FADH2,
produk tereduksi lainnya dalam siklus asam sitrat.Bahwa FADH2
menambahkan electron-elektronnya kerantai transport electron pada kompleks II,
ditingkat energy yang lebih endah daripada NADH.Sebagai akibatnya, walaupun
NADH dan FADH2 sama-sama menyumbangkan jumlah electron yang sama(2)
untuk reduksi oksigen, rantai transport electron menyediakan energy untuk
sintesis ATP sekitar sepertiga lebih sedikit saat penyumbang elektronnya adalah
FADH2, dibandingkan dengan saat penyumbangannya adalah NADH.Rantai transport
electron tidak membuat ATP secara langsung.Akan tetapi rantai ini memudahkan
kejatuhan electron dari makanan keoksigen, menguraikan penurunan energy bebas
dalam jumlah besar menjadi serangkaian langkah yang lebih keci, yang melepaskan
energy dalam jumlah yang mudah dikelola.[10]
Peraga 9.13 Transpor Elektron
Tabel berikut
menjelaskan perhitungan pembentukan ATP per mol glukosa yang dipecah pada
proses respirasi aerob:
|
Proses
|
ATP
|
NADH
|
FADH
|
|
Glikolisis
Daur Krebs Rantai transpor elektron |
2
2 34 |
2
6 - |
-
2 - |
|
Total
|
38
|
10
|
2
|
2. Respirasi
Anaerob
Oksigen diperlukan dalam respirasi aerob
sebagai penerima H yang terakhir dan membentuk H2O. Bila berlangsung aktivitas
respirasi yang sangat intensif seperti pada kontraksi otot yang berat akan
terjadi kekurangan oksigen yang menyebabkan berlangsungnya respirasi anaerob.
Contoh respirasi anaerob adalah fermentasi asam laktat pada otot, dan
fermentasi alkohol yang dilakukan oleh jamurSacharromyces (ragi).
1. Fermentasi
asam laktat
Asam piruvat
yang terbentuk pada glikolisis tidak memasuki daur Krebs dan rantai
transpor elektron karena tak ada oksigen sebagai penerima H yang terakhir.
Akibatnya asam piruvat direduksi karena menerima H dari NADH yang terbentuk
saat glikolisis, dan terbentuklah asam laktat yang menyebabkan rasa lelah pada
otot. Peristiwa ini hanya menghasilkan 2 ATP untuk setiap mol glukosa yang
direspirasi.
CH3.CO.COOH
+ NADH —–> CH3.CHOH.COOH + NAD + E
(asam
piruvat)
(asam laktat)
2. Fermentasi
alkohol
Pada fermentasi alkohol asam piruvat diubah menjadi
asetaldehid yang kemudian menerima H dari NADH sehingga terbentuk etanol.
Reaksi ini juga menghasilkan 2 ATP.[11]
CH3.CO.COOH
—–> CH3.CHO + NADH —–> C2H50H + NAD + E
(asam piruvat)
(asetaldehid)
(etanol)
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan penjababaran mengenai struktur, fungsi,
endosimbiosis dan respirasi seluler pada mitokondria.Maka didapatkan kesimpulan
sebagai berikut:
1.
Mitokondria
diselubungi oleh dua membran, yang masing-masing merupakan lapisan ganda fosfolipid dengan sekumpulan
protein yang tertanam di dalamnya.
2.
Fungsi yang paling penting dari mitokondria adalah untuk
menghasilkan energy, untuk menjaga konsentrasi ion kalsium yang tepat dalam
berbagai kompartemen sel, membantu dalam membangun bagian-bagian tertentu dari
darah, dan hormon seperti testosteron dan estrogen, mitokondria dalam sel-sel
hati memiliki enzim yang mendetoksifikasi ammonia.
3.
Hipotesis
endosimbiosis pada mitokondria adalah sel eukariotik menelan sel prokariotik
aerobic.Terjadilah simbiosis mutualisme dan akhirnya terjadilah
endosimbiosis.Sel prokariotik aerobic berubah menjadi mitokondria.
4.
Respirasi seluler merupakan Jalur-jalur katabolik respirasi aerobic
dan anaerobic yang menguraikan molekul
organic untuk menghasilkan ATP.Tahapan respirasi seluler glikolisis,
siklus asam sitrat dan transpor electron.Proses anaeron berupa fermentasi asam
laktat dan alcohol.
3.2 Saran
Dengan
tersusunnya makalah ini diharapkan dapat bermanfaat baik pembaca dan penyusun
makalah.Dan untuk lebih mengetahui serta memahami bagaimana pentingnya
mitokondria serta peranan mitokondria
dalam mahkluk hidup.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, Neil A..2008.Biologi
jilid 1 edisi kedelapan.Jakarta: Erlangga
Pace, N.R. 1997. A
molecular view of microbial diversity and the biosphere. Science
Page, S.
David.1997.Prinsip-prinsip Biokimia.Jakarta: Erlangga.
Sumadi
dan Aditya M.,2007.Biologi Sel.Yogyakarta: Graha Ilmu
Stansfield, W., R. Cano, & J. Colome. 2003.
Molecular and cell biology. McGraw-Hill, New York.
Tim Dosen
Biologi.2008.Biologi Dasar.Jakarta: Lembaga Penelitian UIN syarif hidayatullah.
Voet, D. & J.G. Voet. 1995.
Biochemistry. 2nd ed. John Wiley & Sons, Inc., New York.
Yaffe, M.P. 1999. The Machinery of Mitochondrial
Inheritance and Behavior. Science 2. Anatomi
Anonim.2011.Teori Mitokondria. http://info-37.Mitokondria.com/2012/11/teori-mitokondria.html.
Dikases 28 November 2013 Pukul 22.39 WIB.
Biologi Media centre.2010.Respirasi
Sel(Katabolisme).http://www.Biologi media centre.com.
Diakses
28 Oktober 2013 Pukul 22.56 WIB.
[1] .Sumadi dan Aditya M.,2007.Biologi
Sel.Yogyakarta: Graha Ilmu,hal 91
[3] Aditya marianti dan sumadi,
Biologi Sel, Graha ilmu, 2007, hal. 91
[4] Sri Mulyani, E S, Anatomi
Tumbuhan, Kanisius, 2006, hal 60
[5] Neil A. Campbell, dkk.Biologi,
Erlangga, 2010, hal 118
[6]Aditya.M dan Sumadi. 2007. Biologi Sel. Jakarta: Graha Ilmu.
[7] Ibid,.hal 176
[8]
Tim Dosen Biologi.2008.Biologi Dasar.Jakarta: Lembaga Penelitian UIN syarif
hidayatullah. hal 72
[10] Ibid,.hal 184-187
[11] Biologi Media
centre.2010.Respirasi Sel(Katabolisme).http://www.Biologi media centre.com.
No comments:
Post a Comment