Fungsi Mitokondria

Fungsi mitokondria yang paling menonjol adalah menghasilkan ATP (yaitu, fosforilasi ADP), melalui respirasi, dan untuk mengatur metabolisme sel. Pengaturan utama reaksi yang terlibat dalam produksi ATP secara kolektif dikenal sebagai siklus asam sitrat, atau siklus Krebs. Namun, mitokondria juga memiliki banyak fungsi lain selain untuk memproduksi ATP. Berikut adalah beberapa fungsi mitokondria.
mitokondria
Sumber gambar: pixabay


A. Konversi energi

Fungsi mitokondria yang paling dominan adalah memproduksi ATP, sebagaimana tercermin oleh sejumlah besar protein dalam membran bagian dalam untuk tugas ini. Produksi ATP dilakukan dengan mengoksidasi produk utama glukosa: piruvat, dan NADH, yang diproduksi di sitosol. Produksi ATP ini bisa dilakukan dengan dua cara yaitu respirasi aerobik dan fermentasi anaerobik. Respirasi aerobik bergantung pada keberadaan oksigen. Jika oksigen terbatas, produk glikolitik akan dimetabolisme oleh fermentasi anaerobik, yaitu suatu proses yang independen dari mitokondria. Produksi ATP dari glukosa memiliki hasil sekitar 13 kali lebih tinggi selama respirasi aerobik dibandingkan dengan fermentasi. Mitokondria tumbuhan juga dapat menghasilkan ATP jumlah terbatas tanpa oksigen dengan menggunakan nitrit substrat alternatif. ATP menyilang melalui membran dalam dengan bantuan protein spesifik, dan melintasi membran luar melalui porins. ADP kembali melalui rute yang sama.

1. Piruvat dan siklus asam sitrat

Molekul piruvat yang diproduksi oleh glikolisis secara aktif diangkut melintasi membran mitokondria bagian dalam, dan ke dalam matriks di mana mereka dapat dioksidasi dan dikombinasikan dengan koenzim A untuk membentuk CO2, asetil-KoA, dan NADH, atau mereka dapat dikarboksilasi (oleh piruvat karboksilase) untuk membentuk oksaloasetat. Reaksi terakhir ini "mengisi" jumlah oksaloasetat dalam siklus asam sitrat, dan karena itu merupakan reaksi anaplerotik, meningkatkan kapasitas siklus untuk memetabolisme asetil-KoA ketika kebutuhan energi jaringan (misalnya di otot) tiba-tiba meningkat karena aktivitas.
Dalam siklus asam sitrat, semua zat antara (misalnya sitrat, iso-sitrat, alfa-ketoglutarat, suksinat, fumarat, malat dan oksaloasetat) diregenerasi selama setiap pergantian siklus. Menambahkan lebih dari salah satu intermediet ini ke mitokondria karena itu berarti bahwa jumlah tambahan dipertahankan dalam siklus, meningkatkan semua intermediet lainnya sebagai salah satunya diubah menjadi yang lain. Oleh karena itu, penambahan salah satu dari mereka ke siklus memiliki efek anaplerotik, dan penghapusannya memiliki efek cataplerotik. Reaksi anaplerotik dan kataplerotik ini, selama siklus, meningkatkan atau menurunkan jumlah oksaloasetat yang tersedia untuk bergabung dengan asetil-KoA untuk membentuk asam sitrat. Ini pada gilirannya meningkatkan atau menurunkan tingkat produksi ATP oleh mitokondria, dan dengan demikian ketersediaan ATP ke sel.
Asetil-CoA, di sisi lain, berasal dari oksidasi piruvat, atau dari beta-oksidasi asam lemak, adalah satu-satunya bahan bakar untuk memasuki siklus asam sitrat. Dengan setiap putaran siklus satu molekul asetil-CoA dikonsumsi untuk setiap molekul oksaloasetat yang ada dalam matriks mitokondria, dan tidak pernah diregenerasi. Ini adalah oksidasi dari bagian asetat asetil-CoA yang menghasilkan CO2 dan air, dengan energi yang dilepaskan yang ditangkap dalam bentuk ATP.
Di hati, karboksilasi piruvat sitosol menjadi oksaloasetat intra-mitokondria merupakan langkah awal dalam jalur glukoneogenik, yang mengubah laktat dan de-aminasi alanin menjadi glukosa, di bawah pengaruh kadar glukagon tinggi dan / atau epinefrin dalam darah. Di sini, penambahan oksaloasetat ke mitokondrion tidak memiliki efek anaplerotik bersih, seperti siklus asam sitrat lainnya antara (malat) segera dihapus dari mitokondria untuk diubah menjadi oksaletat sitosol, yang pada akhirnya diubah menjadi glukosa, dalam proses yang hampir kebalikan dari glikolisis.
Enzim dari siklus asam sitrat terletak di matriks mitokondria, dengan pengecualian dehidrogenase suksinat, yang terikat pada membran mitokondria bagian dalam sebagai bagian dari Kompleks II.  Siklus asam sitrat mengoksidasi asetil-CoA menjadi karbon dioksida, dan, dalam prosesnya, menghasilkan kofaktor yang berkurang (tiga molekul NADH dan satu molekul FADH2) yang merupakan sumber elektron untuk rantai transpor elektron, dan molekul GTP (yang mudah diubah menjadi ATP).

2. NADH dan FADH2: rantai transpor elektron

Energi redoks dari NADH dan FADH2 ditransfer ke oksigen (O2) dalam beberapa langkah melalui rantai transpor elektron. Molekul kaya energi ini diproduksi di dalam matriks melalui siklus asam sitrat tetapi juga diproduksi di sitoplasma oleh glikolisis. Mengurangi ekuivalen dari sitoplasma dapat diimpor melalui sistem antar-jemput malat-aspartat protein antiporter atau umpan ke dalam rantai transpor elektron menggunakan antar-jemput fosfat gliserol. Kompleks protein pada membran dalam (NADH dehidrogenase (ubiquinone), sitokrom c reduktase, dan cytochrome c oxidase) melakukan transfer dan pelepasan energi secara bertahap digunakan untuk memompa proton (H +) ke ruang antar-membran. Proses ini efisien, tetapi sebagian kecil elektron dapat menurunkan oksigen secara prematur, membentuk spesies oksigen reaktif seperti superoksida.  Hal ini dapat menyebabkan stres oksidatif pada mitokondria dan dapat berkontribusi pada penurunan fungsi mitokondria yang terkait dengan proses penuaan.Ketika konsentrasi proton meningkat di ruang intermembran, gradien elektrokimia yang kuat terbentuk di seluruh membran dalam. Proton dapat kembali ke matriks melalui kompleks sintase ATP, dan energi potensial mereka digunakan untuk mensintesis ATP dari ADP dan fosfat anorganik (Pi).  Proses ini disebut chemiosmosis, dan pertama kali dijelaskan oleh Peter Mitchell yang dianugerahi Hadiah Nobel 1978 dalam Kimia untuk karyanya. Kemudian, bagian dari Hadiah Nobel 1997 Kimia diberikan kepada Paul D. Boyer dan John E. Walker untuk klarifikasi mereka tentang mekanisme kerja ATP sintase.

3. Produksi panas

Dalam kondisi tertentu, proton dapat masuk kembali ke matriks mitokondria tanpa berkontribusi pada sintesis ATP. Proses ini dikenal sebagai kebocoran proton atau mitokondria uncoupling dan karena difusi difusi proton ke dalam matriks. Proses ini menghasilkan energi potensial tak terlindung dari gradien elektrokimia proton yang dilepaskan sebagai panas. Proses ini dimediasi oleh saluran proton yang disebut thermogenin, atau UCP1. Thermogenin adalah protein 33 kDa yang pertama kali ditemukan pada tahun 1973. Termogenin terutama ditemukan di jaringan adiposa coklat, atau lemak coklat, dan bertanggung jawab untuk termogenesis yang tidak menggigil. Jaringan adiposa coklat ditemukan pada mamalia, dan berada pada tingkat tertinggi di awal kehidupan dan di hewan yang berhibernasi. Pada manusia, jaringan adiposa coklat hadir saat lahir dan menurun seiring bertambahnya usia.

B. Penyimpanan ion kalsium

Mikrograf elektron transmisi suatu kondrosit, berwarna untuk kalsium, menunjukkan nukleusnya (N) dan mitokondria (M).Konsentrasi kalsium bebas dalam sel dapat mengatur berbagai reaksi dan penting untuk transduksi sinyal dalam sel. Mitokondria dapat secara transien menyimpan kalsium, suatu proses yang berkontribusi untuk homeostasis sel kalsium. Faktanya, kemampuan mereka untuk mengambil kalsium dengan cepat untuk rilis nanti membuat mereka sangat baik "buffer sitosol" untuk kalsium.  Retikulum endoplasma (ER) adalah tempat penyimpanan paling signifikan dari kalsium, dan ada interaksi yang signifikan antara mitokondria dan ER berkaitan dengan kalsium. Kalsium diambil ke dalam matriks oleh uniporter mitokondria kalsium pada membran mitokondria bagian dalam. Hal ini terutama didorong oleh potensi membran mitokondria. Pelepasan kembali kalsium ini ke dalam interior sel dapat terjadi melalui protein pertukaran natrium-kalsium atau melalui jalur "kalsium-induced-calcium-release". Ini dapat memulai lonjakan kalsium atau gelombang kalsium dengan perubahan besar dalam potensial membran. Ini dapat mengaktifkan serangkaian protein sistem messenger kedua yang dapat mengkoordinasikan proses seperti pelepasan neurotransmiter dalam sel saraf dan pelepasan hormon dalam sel endokrin.Ca2 + masuk ke matriks mitokondria baru-baru ini terlibat sebagai mekanisme untuk mengatur bioenergetik pernapasan dengan memungkinkan potensi elektrokimia di seluruh membran untuk sementara "pulsa" dari ΔΨ didominasi ke pH-didominasi, memfasilitasi pengurangan stres oksidatif. [88] Dalam neuron, seiring peningkatan kalsium sitosol dan mitokondria bertindak untuk menyinkronkan aktivitas neuronal dengan metabolisme energi mitokondria. Tingkat kalsium matriks mitokondria dapat mencapai puluhan tingkat mikromolar, yang diperlukan untuk aktivasi dehidrogenase isocitrate, salah satu enzim pengatur utama siklus Krebs.

C. Fungsi tambahan

Mitokondria memainkan peran sentral dalam banyak tugas metabolik lainnya, seperti:
  1. Pensinyalan melalui spesies oksigen reaktif mitokondria 
  2. Peraturan potensi membran
  3. Kematian sel terprogram apoptosis
  4. Pensinyalan kalsium (termasuk apoptosis yang ditimbulkan kalsium)
  5. Peraturan metabolisme sel
  6. Reaksi sintesis heme tertentu (lihat juga: porfirin)Sintesis steroid.
  7. Pensinyalan Hormonal Mitokondria sensitif dan responsif terhadap hormon, sebagian oleh aksi reseptor estrogen mitokondria (mtER). Reseptor ini telah ditemukan di berbagai jaringan dan tipe sel, termasuk otak dan jantungBeberapa fungsi mitokondria hanya dilakukan pada jenis sel tertentu. Misalnya, mitokondria dalam sel hati mengandung enzim yang memungkinkan mereka untuk mendetoksifikasi amonia, produk limbah metabolisme protein. Mutasi pada gen yang mengatur fungsi-fungsi ini dapat menyebabkan penyakit mitokondria.
Referensi:
Wikipedia contributors, "Mitochondrion," Wikipedia, The Free Encyclopedia, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mitochondrion&oldid=863370546 (accessed October 18, 2018).

Berlangganan update artikel terbaru via email:

Belum ada Komentar untuk "Fungsi Mitokondria"

Posting Komentar

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel