Mitokondria merupakan organel yang berfungsi menyediakan energy selular (ATP). Ukuran dan bentuk mitokondria bervariasi menurut jaringannya dan menurut keadaan fisiologis sel. Kebanyakan mitokondria berbentuk oval atau jorong dengan diameter antara 0.5 sampai 1 µm dan panjang sampai 7 µm. Mitokondria tidak dapat dilihat dengan mikroskop cahaya, karena ukurannya yang sangat kecil. Pengamatan dengan mikroskop electron menunjukkan susunan khas mitokondria seperti terlihat pada gambar 1.
Gambar 1. Struktur mitokondria
Struktur Mitokondria
Tidak seperti organel lain, mitokondria cukup besar untuk dapat dilihat dengan mikroskop cahaya dan kehadirannya dalam sel telah diketahui lebih dari seratus tahun. Mitokondria berukuran panjang 1-4 µm dengan diameter 0,2 - 1 µm. Sehubungan dengan fungsinya, ukuran, jumlah dan lokasinya dalam sel bervariasi sesuai dengan jenis sel. Rata-rata jumlah mitokondria dalam sel hati Mammalia sekitar 1.500 buah atau 15-20% dari volume sel. Jumlah mitokondria yang besar terdapat pula dalam sel otot. Hal ini disebabkan oleh karena sel otot membutuhkan jumlah ATP yang besar untuk kontraksi. Lokasi mitokondria didalam sel yang bervariasi sesuai jenis sel, dapat dilihat pada sel sperma. Pada sel sperma, mitokodria terdapat di belakang nukleus. Pergerakan sperma dimungkinkan oleh produksi ATP pada daerah ini.
Setiap mitokondria mengandung membran luar dan membran dalam. Membran luar menutupi mirokondria dan bertindak sebagai batas luar. Membran dalam berlekuk-lekuk atau mengalami invaginasi dan disebut dengan krista. Pada beberapa sel, seperti sel hati Mammalia, krista sangat panjang dan memotong sepanjang diameter mitokondria. Pada sel tumbuhan, krista lebih berbentuk tubular. Pelipatan membran dalam ini ditujuan untuk memperluas permukaan membran yang penting untuk respirasi aerob.
Membran mitokodria membagi organel ini menjadi dua kompartemen. Yang pertama adalah matriks yang berada ditengah dan ruang antarmembran yang terdapat antara membran luar dan membran dalam. Matrik berbentuk gel dengan kandungan protein lebih dari 500 gr/ml.
Mitokondria diliputi oleh selaput rangkap yang disebut memban luar dan membrane dalam. Selaput dalam membagi ruang organel menjadi dua yaitu matriks dan ruang antar selaput. Matriks berisi cairan seperti gel diliputi oleh selaput dalam. Matriks, ruang antar selaput, selaput luar dan selaput dalam mengandung bermacam-macam enzim. Matriks mengandung enzim-enzim siklus Kreb, garam dan air, DNA sirkuler dan ribosom.
Selaput dalam mempunyai area permukaan yang lebih luas karena berlipat-lipat dan masuk ke dalam matriks. Lipatan-lipatan ini disebut krista yang bervariasi dalam jumlah dan bentuknya. Mitokondria dapat mengkode bagian-bagian proteinnya dengan alat-alat yang dimiliki.
Makanan dioksidasi untuk menghasilkan elektron berenergi tinggi yang dikonversi menjadi energy yang tersimpan. Energi ini disimpan dalam bentuk ikatan fosfat kaya energy dalam molekul yang disebut adenosine triphosphate, atau ATP. ATP dikonversi dari adenosine diphosphate dengan menambahkan grup fosfat dengan ikatan kaya energi. Bermacam-macam reaksi di dalam sel dapat menggunakan energy (dimana ATP dikonversi kembali menjadi ADP, melepaskan energy tinggi) atau menghasilkan energy (dimana ATP dihasilkan dari ADP).
Makanan dioksidasi untuk menghasilkan elektron berenergi tinggi yang dikonversi menjadi energy yang tersimpan. Energi ini disimpan dalam bentuk ikatan fosfat kaya energy dalam molekul yang disebut adenosine triphosphate, atau ATP. ATP dikonversi dari adenosine diphosphate dengan menambahkan grup fosfat dengan ikatan kaya energi. Bermacam-macam reaksi di dalam sel dapat menggunakan energy (dimana ATP dikonversi kembali menjadi ADP, melepaskan energy tinggi) atau menghasilkan energy (dimana ATP dihasilkan dari ADP).
Gambar 3. Bagian matriks dan membrane dalam mitokondria
Tahap dari glikolisis ke rantai transport elektron.
Makanan diubah menjadi energy ATP dan air. Makanan pensupply energy mengandung gula dan karbohidrat. Gula dipecah dengan bantuan enzim yang memecahnya menjadi bentuk yang paling sederhana dari gula yaitu glukosa. Selanjutnya glukosa memasuki sel dengan molekul khusus pada membrane yang disebut “glucose transporters”.
Saat dalam sel, glukosa dipecah menjadi ATP melalui dua lintasan. Lintasan pertama tidak memerlukan oksigen dan disebut anaerobic metabolism. Lintasan ini disebut glikolisis dan terjadi dalam sitoplasma diluar mitokondria. Selama glikolisis , gula dipecah menjadi piruvat. Makanan lain seperti lemak dapat juga dipecah untuk digunakan sebagai bahan bakar. Setiap reaksi didisain untuk menghasilkan beberapa ion hydrogen (elektron) yang dapat digunakan untuk membuat paket energi (ATP). Tetapi hanya 4 molekul ATP dapat dibuat oleh satu molekul glukosa melalui lintasan ini. Oleh karena itu mitokondria dan oksigen menjadi penting. Proses pemecahan perlu dilanjutkan dengan siklus Kreb’s di dalam mitokondria untuk memperoleh cukup ATP untuk melangsungkan fungsi-fungsi sel.
Piruvat dibawa ke dalam mitokondria dan dikonversikan menjadi Acetyl Co-A yang memasuki siklus Kreb’s. Reaksi pertama ini menghasilkan carbon dioxide karena melibatkan pengeluaran satu karbon dari piruvat.
Bagaimana siklus Kreb’s bekerja?
Siklus Kreb’s juga disebut citric acid cycle berfungsi untuk mendapatkan sebanyak-banyaknya lektron dari makanan yang dimakan. Elektron ini (dalam bentuk ion hidrogen) digunakan untuk mengendalikan pompa yang menghasilkan ATP. Energi yang dibawa ATP selanjutnya digunakan untuk semua macam fungsi selular seperti pergerakan, transport, keluar dan masuknya produk, pembelahan, dan lain-lain.
Untuk melakukan siklus Kreb’s cycle, beberapa molekul penting diperlukan. Pertama, diperlukan piruvat yang dibuat melalui glikolisis dari glukosa. Kemudian diperlukan molekul carrier untuk electron. Terdapat dua tipe molekul yaitu nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) dan flavin adenine dinucleotide (FAD+). Molekul ketiga yang diperlukan adalah oxygen.
Piruvat adalah molekul dengan 3 karbon. Setelah memasuki mitokondria, piruvat dipecah menjadi molekul dengan 2 karbon oleh enzim khusus. Reaksi ini melepaskan karbon dioksida. Molekul dengan 2 karbon disebut Acetyl CoA dan molekul ini memasuki siklus Kreb’s dengan cara bergabung dengan molekul 4 karbon yang disebut oxaloacetate. Ketika dua molekul ini bergabung , menghasilkan molekul 6 karbon yang disebut citric acid (2 karbon + 4 karbon = 6 karbon). Hal inilah yang menyebabkan siklus Kreb juga disebut siklus Citric acid. Citric acid kemudian dipecah dan dimodifikasi, dan melepaskan ion hidrogen dan molekul karbon. Molekul karbon digunakan untuk membuat karbon dioksida dan ion hidrogen ditangkap oleh NAD dan FAD. Proses ini kembali menghasilkan oxaloacetate.
Fosforilasi oksidatif
Pada siklus Kreb, ion hidrogen atau elektron diberikan kepada dua molekul carrier. Mereka ditangkap oleh NAD atau FAD dan molekul pembawa ini akan menjadi NADH dan FADH (karena membawa ion hidrogen).
Elektron-elektron ini dibawa secara kimia ke sistem respirasi atau rantai transport electron yang terdapat di Krista mitokondria. NADH dan FADH secara esensial berfungsi sebagai pengangkut dari satu kompleks ke kompleks yang lain. Di setiap situs sebuah pompa proton mentransfer hidrogen dari satu sisi membrane ke yang lainnya. Hal ini menghasilkan sebuah gradient melintasi membrane dalam dengan konsentrasi hydrogen yang lebih tinggi pada ruang interkrista (ruang antara membrane dalam dan membrane luar). Elektron dibawa dari satu kompleks ke kompleks yang lain oleh ubiquinone dan cytochrome C.
Cytochrome oxidase kompleks mengkatalisis transfer elektron ke oksigen menjadi air. Pompa chemiosmotic menghasilkan gradient proton electrochemical melewati membrane yang digunakan untuk menjalankan “energy producing machine” yaitu ATP synthase.
Proses ini memerlukan oksigen sehingga disebut “aerobic metabolism”. ATP synthase menggunakan energy dari gradient ion hydrogen (juga disebut proton) untuk membentuk ATP dari ADP dan fosfat. Juga menghasilkan air dari hidrogen dan oksigen.
Proses ini memerlukan oksigen sehingga disebut “aerobic metabolism”. ATP synthase menggunakan energy dari gradient ion hydrogen (juga disebut proton) untuk membentuk ATP dari ADP dan fosfat. Juga menghasilkan air dari hidrogen dan oksigen.