Mitokondria: Definisi, Struktur & Fungsi (dengan Diagram)

Sel-sel eukariotik organisme hidup terus-menerus melakukan sejumlah besar reaksi kimia untuk hidup, tumbuh, berkembang biak, dan melawan penyakit.

Semua proses ini membutuhkan energi pada tingkat sel. Setiap sel yang terlibat dalam salah satu aktivitas ini mendapatkan energinya dari mitokondria, organel kecil yang bertindak sebagai pembangkit tenaga sel. Bentuk tunggal mitokondria adalah mitokondria.

Pada manusia, sel seperti sel darah merah tidak memiliki organel kecil ini, tetapi sebagian besar sel lain memiliki mitokondria dalam jumlah besar. Sel otot, misalnya, mungkin memiliki ratusan atau bahkan ribuan untuk memenuhi kebutuhan energinya.

Hampir setiap makhluk hidup yang bergerak, tumbuh atau berpikir memiliki mitokondria di latar belakang, menghasilkan energi kimia yang diperlukan.

Mitokondria adalah organel yang terikat membran tertutup oleh membran ganda.

Mereka memiliki membran luar halus yang menutupi organel dan membran dalam yang terlipat. Lipatan membran dalam disebut krista, bentuk tunggalnya adalah krista, dan lipatan adalah tempat berlangsungnya reaksi yang menghasilkan energi mitokondria.

Membran bagian dalam berisi cairan yang disebut matriks sedangkan ruang antar membran yang terletak di antara kedua membran juga diisi dengan cairan.

Karena struktur sel yang relatif sederhana ini, mitokondria hanya memiliki dua volume operasi yang terpisah: matriks di dalam membran dalam dan ruang antarmembran. Mereka mengandalkan transfer antara dua volume untuk pembangkit energi.

Untuk meningkatkan efisiensi dan memaksimalkan potensi penciptaan energi, lipatan membran dalam menembus jauh ke dalam matriks.

Akibatnya, membran dalam memiliki luas permukaan yang besar, dan tidak ada bagian matriks yang jauh dari lipatan membran dalam. Lipatan dan luas permukaan yang besar membantu fungsi mitokondria, meningkatkan laju transfer potensial antara matriks dan ruang antarmembran melintasi membran dalam.

Sementara sel tunggal awalnya berevolusi tanpa mitokondria atau organel terikat membran lainnya, multiseluler kompleks organisme dan hewan berdarah panas seperti mamalia mendapatkan energinya dari respirasi seluler berdasarkan mitokondria fungsi.

Fungsi energi tinggi seperti otot jantung atau sayap burung memiliki konsentrasi mitokondria yang tinggi yang memasok energi yang dibutuhkan.

Melalui fungsi sintesis ATP mereka, mitokondria di otot dan sel lain menghasilkan panas tubuh untuk menjaga hewan berdarah panas pada suhu yang stabil. Kemampuan produksi energi mitokondria yang terkonsentrasi inilah yang memungkinkan aktivitas energi tinggi dan produksi panas pada hewan yang lebih tinggi.

Siklus produksi energi di mitokondria bergantung pada rantai transpor elektron bersama dengan asam sitrat atau siklus Krebs.
Baca lebih lanjut tentang Siklus Krebs.

Proses pemecahan karbohidrat seperti glukosa untuk membuat ATP disebut katabolisme. Elektron dari oksidasi glukosa dilewatkan di sepanjang rantai reaksi kimia yang mencakup siklus asam sitrat.

Energi dari reaksi reduksi-oksidasi, atau redoks, digunakan untuk mentransfer proton keluar dari matriks tempat reaksi berlangsung. Reaksi terakhir dalam rantai fungsi mitokondria adalah reaksi di mana oksigen dari respirasi seluler mengalami reduksi untuk membentuk air. Produk akhir reaksi adalah air dan ATP.

Enzim kunci yang bertanggung jawab untuk produksi energi mitokondria adalah nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADP), nikotinamida adenin dinukleotida (NAD), adenosin difosfat (ADP) dan flavin adenin dinukleotida (MODE).

Mereka bekerja sama untuk membantu mentransfer proton dari molekul hidrogen dalam matriks melintasi membran mitokondria bagian dalam. Ini menciptakan potensi kimia dan listrik melintasi membran dengan proton kembali ke matriks melalui enzim ATP sintase, menghasilkan fosforilasi dan produksi adenosin trifosfat (ATP).
Baca tentang struktur dan fungsi ATP.

Sintesis ATP dan molekul ATP adalah pembawa utama energi dalam sel dan dapat digunakan oleh sel untuk produksi bahan kimia yang diperlukan untuk organisme hidup.

•••Sains

Selain sebagai penghasil energi, mitokondria dapat membantu pensinyalan sel-ke-sel melalui pelepasan kalsium.

Mitokondria memiliki kemampuan untuk menyimpan kalsium dalam matriks dan dapat melepaskannya ketika enzim atau hormon tertentu hadir. Akibatnya, sel-sel yang memproduksi bahan kimia pemicu tersebut dapat melihat sinyal peningkatan kalsium dari pelepasan oleh mitokondria.

Secara keseluruhan, mitokondria adalah komponen vital sel hidup, membantu interaksi sel, mendistribusikan bahan kimia kompleks dan memproduksi ATP yang membentuk dasar energi untuk semua kehidupan.

Membran ganda mitokondria memiliki fungsi yang berbeda untuk membran dalam dan luar dan dua membran dan terdiri dari zat yang berbeda.

Membran luar mitokondria membungkus cairan ruang antarmembran, tetapi harus memungkinkan bahan kimia yang dibutuhkan mitokondria untuk melewatinya. Molekul penyimpan energi yang dihasilkan oleh mitokondria harus mampu meninggalkan organel dan mengirimkan energi ke seluruh sel.

Untuk memungkinkan transfer semacam itu, membran luar terdiri dari fosfolipid dan struktur protein yang disebut porins yang meninggalkan lubang-lubang kecil atau pori-pori di permukaan membran.

Ruang antarmembran berisi cairan yang memiliki komposisi yang mirip dengan sitosol yang menyusun cairan sel sekitarnya.

Molekul kecil, ion, nutrisi, dan molekul ATP pembawa energi yang dihasilkan oleh sintesis ATP dapat menembus membran luar dan transisi antara cairan ruang antarmembran dan sitosol..

Membran bagian dalam memiliki struktur yang kompleks dengan enzim, protein dan lemak yang memungkinkan hanya air, karbon dioksida, dan oksigen yang dapat melewati membran dengan bebas.

Molekul lain, termasuk protein besar, dapat menembus membran tetapi hanya melalui protein transpor khusus yang membatasi perjalanannya. Luas permukaan membran dalam yang besar, yang dihasilkan dari lipatan krista, menyediakan ruang untuk semua protein kompleks dan struktur kimia ini.

Jumlahnya yang besar memungkinkan aktivitas kimia tingkat tinggi dan produksi energi yang efisien.

Proses di mana energi dihasilkan melalui transfer kimia melintasi membran dalam disebut fosforilasi oksidatif.

Selama proses ini, oksidasi karbohidrat di mitokondria memompa proton melintasi membran dalam dari matriks ke ruang antarmembran. Ketidakseimbangan dalam proton menyebabkan proton berdifusi kembali melintasi membran dalam ke dalam matriks melalui kompleks enzim yang merupakan bentuk prekursor ATP dan disebut ATP sintase.

Aliran proton melalui ATP sintase pada gilirannya adalah dasar untuk sintesis ATP dan menghasilkan molekul ATP, mekanisme penyimpanan energi utama dalam sel.

Cairan kental di dalam membran dalam disebut matriks.

Ini berinteraksi dengan membran bagian dalam untuk melakukan fungsi penghasil energi utama mitokondria. Ini berisi enzim dan bahan kimia yang mengambil bagian dalam siklus krebs untuk menghasilkan ATP dari glukosa dan asam lemak.

Matriks adalah tempat genom mitokondria yang terdiri dari DNA sirkular ditemukan dan tempat ribosom berada. Kehadiran ribosom dan DNA berarti bahwa mitokondria dapat menghasilkan protein mereka sendiri dan dapat bereproduksi menggunakan DNA mereka sendiri, tanpa bergantung pada pembelahan sel.

Jika mitokondria tampak kecil, sel lengkap dengan sendirinya, itu karena mereka mungkin sel yang terpisah pada satu titik ketika sel tunggal masih berevolusi.

Bakteri mirip mitokondria memasuki sel yang lebih besar sebagai parasit dan dibiarkan tetap tinggal karena pengaturannya saling menguntungkan.

Bakteri mampu bereproduksi di lingkungan yang aman dan memasok energi ke sel yang lebih besar. Selama ratusan juta tahun, bakteri menjadi terintegrasi ke dalam organisme multiseluler dan berkembang menjadi mitokondria saat ini.

Karena mereka ditemukan di sel hewan hari ini, mereka membentuk bagian penting dari evolusi manusia awal.

Karena mitokondria berkembang biak secara independen berdasarkan genom mitokondria dan tidak mengambil bagian dalam sel pembelahan, sel-sel baru hanya mewarisi mitokondria yang kebetulan berada di bagian sitosol ketika sel membagi.

Fungsi ini penting untuk reproduksi organisme tingkat tinggi, termasuk manusia, karena embrio berkembang dari telur yang dibuahi.

Sel telur dari ibu besar dan mengandung banyak mitokondria dalam sitosolnya sedangkan sel sperma yang membuahi dari ayah hampir tidak ada. Akibatnya, anak-anak mewarisi mitokondria dan DNA mitokondria mereka dari ibu mereka.

Melalui fungsi sintesis ATP mereka dalam matriks dan melalui respirasi seluler melintasi membran ganda, mitokondria dan fungsi mitokondria adalah komponen kunci dari sel hewan dan membantu membuat kehidupan sebagaimana adanya bisa jadi.

Struktur sel dengan organel terikat membran telah memainkan peran penting dalam evolusi manusia dan mitokondria telah memberikan kontribusi penting.