MITOKONDRIA

MITOKONDRIA

Istilah mitokondria berasal dari kata mitos yang berarti benang dan chondrion yang berarti butir. Istilah tersebut bila dikaitkan dengan strukturnya tampak seperti batang-batang halus, atau seperti butir-butir yang tersebar dalam sitoplasma. Mitokondria merupakan organel yang paling penting karena di sinilah respirasi yang merupakan proses perombakan atau katabolisme untuk menghasilkan energi atau tenaga bagi berlangsungnya proses hidup, dihasilkan dalam bentuk adenosina trifosfat. Dengan demikian, mitokondria adalah "pembangkit tenaga" bagi sel.

1.      STRUKTUR MITOKONDRIA

Mitokondria mempunyai dua lapisan membran, yaitu lapisan membran luar dan lapisan membran dalam. Lapisan membran dalam ada dalam bentuk lipatan-lipatan yang sering disebut dengan cristae. Di dalam Mitokondria terdapat 'ruangan' yang disebut matriks, dimana beberapa mineral dapat ditemukan. Sel yang mempunyai banyak Mitokondria dapat dijumpai di jantung, hati, dan otot.

Mitokondria banyak terdapat pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan banyak ATP dalam jumlah banyak, misalnya sel otot jantung. Jumlah dan bentuk mitokondria bisa berbeda-beda untuk setiap sel. Bentuk mitokondria beraneka ragam, ada yang bulat, oval, berbentuk elips, silindris, seperti gada, seperti raket dan ada pula yang tidak beraturan. Namun secara umum dpat dikatakan bahwa mitokondria berbentuk butiran atau benang dengan diameter 0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm. Mitokondria baru terbentuk dari pertumbuhan serta pembelahan mitokondria yang telah ada sebelumnya (seperti pembelahan bakteri). Penyebaran dan jumlah mitokondria di dalam tiap sel tidak sama dari hanya satu hingga beberapa ribu. Pada sel sperma, mitokondria tampak berderet-deret pada bagian ekor yang digunakan untuk bergerak. Struktur mitokondria terdiri dari empat bagian utama, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar membran, dan matriks yang terletak di bagian dalam membran.

Membran luar terdiri dari protein dan lipid dengan perbandingan yang sama serta mengandung protein porin yang menyebabkan membran ini bersifat permeabel terhadap molekul-molekul kecil yang berukuran 6000 Dalton. Dalam hal ini, membran luar mitokondria menyerupai membran luar bakteri gram-negatif. Selain itu, membran luar juga mengandung enzim yang terlibat dalam biosintesis lipid dan enzim yang berperan dalam proses transpor lipid ke matriks untuk menjalani β-oksidasi menghasilkan asetil-KoA.

Membran dalam yang kurang permeabel dibandingkan membran luar terdiri dari 20% lipid dan 80% protein. Membran ini merupakan tempat utama pembentukan ATP. Luas permukaan ini meningkat sangat tinggi diakibatkan banyaknya lipatan yang menonjol ke dalam matriks, disebut krista. Stuktur krista ini meningkatkan luas permukaan membran dalam sehingga meningkatkan kemampuannya dalam memproduksi ATP. Membran dalam mengandung protein yang terlibat dalam reaksi fosforilasi oksidatif, ATP sintase yang berfungsi membentuk ATP pada matriks mitokondria, serta protein transpor yang mengatur keluar masuknya metabolit dari matriks melewati membran dalam.

Ruang antar membran yang terletak diantara membran luar dan membran dalam merupakan tempat berlangsungnya reaksi-reaksi yang penting bagi sel, seperti siklus Krebs, reaksi oksidasi asam amino, dan reaksi β-oksidasi asam lemak. Di dalam matriks mitokondria juga terdapat materi genetik, yang dikenal dengan DNA mitkondria (mtDNA), ribosom, ATP, ADP, fosfat inorganik serta ion-ion seperti magnesium, kalsium dan kalium

2.      FUNGSI MITOKONDRIA

Peran utama mitokondria adalah sebagai pabrik energi sel yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Metabolisme karbohidrat akan berakhir di mitokondria ketika piruvat di transpor dan dioksidasi oleh O₂ menjadi CO₂ dan H₂O. Energi yang dihasilkan sangat efisien yaitu sekitar tiga puluh molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi, sedangkan dalam proses glikolisis hanya dihasilkan dua molekul ATP. Proses pembentukan energi atau dikenal sebagai fosforilasi oksidatif terdiri atas lima tahapan reaksi enzimatis yang melibatkan kompleks enzim yang terdapat pada membran bagian dalam mitokondria. Proses pembentukan ATP melibatkan proses transpor elektron dengan bantuan empat kompleks enzim, yang terdiri dari kompleks I (NADH dehidrogenase), kompleks II (suksinat dehidrogenase), kompleks III (koenzim Q – sitokrom C reduktase), kompleks IV (sitokrom oksidase), dan juga dengan bantuan FoF1 ATP Sintase dan Adenine Nucleotide Translocator.

3.      SIKLUS HIDUP MITOKONDRIA

Mitokondria dapat melakukan replikasi secara mandiri (self replicating) seperti sel bakteri. Replikasi terjadi apabila mitokondria ini menjadi terlalu besar sehingga melakukan pemecahan (fission). Pada awalnya sebelum mitokondria bereplikasi, terlebih dahulu dilakukan replikasi DNA mitokondria. Proses ini dimulai dari pembelahan pada bagian dalam yang kemudian diikuti pembelahan pada bagian luar. Proses ini melibatkan pengkerutan bagian dalam dan kemudian bagian luar membran seperti ada yang menjepit mitokondria. Kemudian akan terjadi pemisahan dua bagian mitokondria.

4.      KELAINAN PADA MITOKONDRIA

Kerusakan mitokondria dapat menyebabkan kegagalan sintesis adenosine triphospate (ATP), kerusakan membran mitokondria yang pada akhirnya akan diikuti kematian sel. Di samping itu, mitokondria juga memiliki peran penting dalam suatu sistem untuk mengatur kematian sel yang disebut apoptosis, yakni program sel untuk menghilangkan sel-sel yang tidak berguna, misalnya karena sel tua atau rusak.

Semua jaringan dan sel yang hidup dengan berbagai derajat yang berbeda menurut fungsi masing-masing memerlukan energi dalam bentuk ATP yang dihasilkan mitokondria melalui proses fosforilasi oksidatif. Disfungsi mitokondria dapat terjadi pada semua sistem organ, maka manifestasi klinik kelainan mitokondria dapat bervariasi menurut organ yang terlibat. Gangguan ini bisa berupa gangguan fungsi sampai kerusakan sistem organ.

a.       Kelainan Fungsi Mitokondria dalam Penyakit Kardiovaskuler

Mitokondria merupakan sumber energi untuk melakukan aktivitas karena zat itu membentuk adenosin triphospat (ATP). Dalam keadaan tertentu, terutama bila mitokondria mengalami gangguan fungsi, zat itu tidak akan mampu membentuk  ATP. Gangguan fungsi itu dapat mengakibatkan kerusakan sel secara permanen. Bahkan, diketahui bahwa fungsi mitokondria bisa ikut dalam mengakibatkan serangan jantung dan stroke. Karena itu, penting diketahui mekanisme terjadinya mitochondrial dysfunction.

Sel otot jantung banyak mengandung mitokondria. Ketika terjadi serangan,
oksigen yang masuk ke sel akan berkurang sehingga mengganggu proses
oxidative phosphorylation (OXPHOS). Saat itulah produksi ATP akan menurun. Perubahan itu akan memacu proses glikolisi, namun ATP yang dihasilkan tidak
akan mencukupi kebutuhan sel miosit untuk mempertahankan fungsi jantung. Dalam jangka waktu pendek dan apabila homeostasis sel masih dapat
dipertahankan, sel otot jantung pun masih akan survive meskipun fungsinya
terganggu. Hal itu acap disebut dalam keadaan stunning. Bila keadaan tersebut berlangsung lama, akan terjadi timbunan laktat di dalam sel, yang akan mengakibatkan proses glikolisi menjadi terhambat. ketika seseorang kena serangan jantung, itu bias dikarenakan kelainan fungsi pada mitokondria. Kelainan fungsi itu berbeda dengan mutasi DNA pada mitokondria. Pada mutasi terjadi DNA pada mitokondria atau (mtDNA), penyakit yang diderita pasien umumnya karena faktor keturunan atau karena diturunkan secara genetis. Sedangkan pada kelainan fungsi pada mitokondria, lebih diakibatkan karena kinerja mitokondria yang tidak sebagaimana mestinya.Kelainan fungsi itu berpengaruh besar dalam hal terjadinya serangan jantung. Dengan pembedaan tersebut, dengan kata lain, penyakit jantung belum tentu disebabkan faktor genetis, lingkungan yang mempengaruhi kinerja mitokondria turut berperan aktif dalam hal itu.

b.      Kelainan Fungsi Mitokondria Dalam Penyakit Hati

Satu organ yang mempunyai reaksi fosforilasi oksidatif yang aktif adalah hati. Keterlibatan mitokondria pada penyakit hati telah diketahui sejak setengah abad yang lalu, yakni sejak diketahui kerusakan hati akibat alkohol.

Dengan berkembangnya imunologi, diketahui bahwa kerusakan hati pada primary biliary cirrhosis (PBC) terjadi karena kerusakan mitokondria akibat antibodi terhadap protein mitokondria. Selanjutnya terungkap bahwa penyakit hati yang disebabkan oleh penimbunan lemak, terjadi melalui kerusakan mitokondria sel hati.

Non alcoholic fatty liver disease (NAFLD) merupakan penyakit hati akibat penimbunan dan infiltrasi lemak pada sel hati. Kelainan metabolis itu sering dituding sebagai penyebab timbulnya NAFLD, pada keadaan genetik yang normal dan abnormal. Kelainan mitokondria ini terjadi sebagai akibat peningkatan sintesis asam lemak yang diikuti mekanisme kompensasi sel berupa fat disposal melalui esterifikasi lemak menjadi trigliserida dan oksidasi di tiga organel sel yakni mitokondria, peroksisom dan mikrosom. Kelainan pada mitokondria itu juga terjadi karena pembentukan bahan-bahan yang bersifat toksik terhadap berbagai protein respirasi, fosfolipid dan DNA mitokondria. Bahan-bahan bersifat toksik ini akan menyebabkan kenaikan sistem peroksida lemak, yang selanjutnya akan memicu timbulnya reaksi radang, induksi sitokin, aktivasi fibrosis dan sebagian langsung menyebabkan kematian sel.

Selain akibat penimbunan lemak, kelainan mitokondria pada penyakit hati juga diakibatkan pengaruh obat. Obat merupakan bahan kimia yang bekerja dengan berbagai cara yakni langsung pada reseptor, memodulasi enzim atau berikatan dengan protein sel untuk menimbulkan efek baru. Di lain pihak, hati merupakan organ yang bertugas menetrasisasi bahan-bahan toksik yang memasuki tubuh.