Mitokondria

definisi

Setiap sel tubuh memiliki unit fungsional tertentu, yang disebut organel sel. Mereka adalah organ kecil dalam sel dan, seperti organ besar, telah menetapkan area tanggung jawab. Organel sel termasuk mitokondria dan ribosom.

Fungsi organel sel berbeda; beberapa memproduksi bahan bangunan, yang lain memastikan ketertiban dan membersihkan "sampah".
Mitokondria bertanggung jawab atas pasokan energi. Mereka telah menggunakan istilah yang relevan "pembangkit tenaga sel" selama bertahun-tahun. Di dalamnya, semua komponen yang diperlukan untuk pembangkit energi disatukan untuk menghasilkan pemasok energi biologis untuk semua proses menggunakan apa yang dikenal sebagai respirasi sel.

Setiap sel dalam tubuh memiliki rata-rata 1000-2000 mitokondria individu, jadi mereka membentuk sekitar seperempat dari seluruh sel. Semakin banyak energi yang dibutuhkan sel untuk bekerja, semakin banyak mitokondria yang biasanya dimilikinya.
Oleh karena itu, sel saraf dan sensorik, otot dan sel otot jantung termasuk yang lebih kaya mitokondria daripada yang lain, karena prosesnya berjalan hampir secara permanen dan sangat intensif energi.

Ilustrasi mitokondria

1. Mitokondria
2. Inti sel -
   Inti
3. Tubuh inti -
   Nukleolus
4. sitoplasma
5. Membran sel -
   Plasmallem
6. Saluran pori
7. DNA mitokondria
8. Ruang antar-membran
9. Robisons
10. matriks
11. Butir
12. Membran dalam
13. Cristae
14. Membran luar

Anda dapat menemukan gambaran umum dari semua gambar Dr-Gumpert di: ilustrasi medis

Struktur mitokondria

Struktur mitokondria cukup kompleks dibandingkan organel sel lainnya. Ukurannya sekitar 0,5 µm, tetapi bisa juga lebih besar.

Mitokondria memiliki dua cangkang, yang disebut membran luar dan membran dalam. Membran tersebut memiliki ukuran sekitar 5-7nm.

Baca lebih lanjut tentang subjek di: Membran sel

Membran ini berbeda. Bagian luar berbentuk oval seperti kapsul dan dapat menyerap zat melalui banyak pori. Interior, di sisi lain, membentuk penghalang, tetapi secara selektif dapat membiarkan zat masuk dan keluar melalui banyak saluran khusus.
Ciri khusus lain dari membran dalam dibandingkan dengan membran luar adalah lipatannya, yang memastikan bahwa membran dalam menonjol ke dalam mitokondria dalam lekukan sempit yang tak terhitung banyaknya. Dengan demikian, permukaan membran bagian dalam secara signifikan lebih besar daripada permukaan membran luar.
Struktur ini menciptakan ruang yang berbeda di dalam mitokondria, yang penting untuk berbagai langkah pembangkitan energi, termasuk membran luar, ruang antara membran termasuk lekukan (disebut Christae), membran dalam, dan ruang di dalam membran dalam (disebut. Matriks, hanya dikelilingi oleh membran bagian dalam).

Berbagai jenis mitokondria

Ada tiga jenis mitokondria yang diketahui: jenis sakula, jenis krista, dan jenis tubulus. Pembagian dilakukan berdasarkan invaginasi membran bagian dalam di bagian dalam mitokondria. Bergantung pada tampilan lekukan ini, Anda dapat menentukan jenisnya. Lipatan ini berfungsi untuk memperbesar permukaan (lebih banyak ruang untuk rantai pernafasan).

Jenis krista memiliki invaginasi tipis berbentuk strip. Tipe tubular memiliki invaginasi tubular dan tipe sakular memiliki invaginasi tubular yang memiliki tonjolan kecil.

Jenis Critae adalah yang paling umum. Jenis tubular terutama pada sel yang memproduksi steroid. Jenis sakulus hanya ditemukan di zona fasciculata korteks adrenal.

Jenis keempat kadang-kadang disebutkan: jenis prisma. Jenis invaginasi tampak segitiga dan hanya terjadi pada sel khusus (astrosit) hati.

DNA mitokondria

Selain inti sel sebagai lokasi penyimpanan utama, mitokondria mengandung DNA sendiri. Ini membuatnya unik dibandingkan dengan organel sel lainnya. Ciri khusus lainnya adalah bahwa DNA ini berbentuk apa yang disebut plasmid dan bukan, seperti di dalam inti sel, dalam bentuk kromosom.
Fenomena ini dapat dijelaskan dengan apa yang disebut teori endosimbion, yang menyatakan bahwa mitokondria adalah sel hidup mereka sendiri pada zaman purba. Pada titik tertentu, mitokondria primordial ini ditelan oleh organisme uniseluler yang lebih besar dan sejak saat itu melakukan tugasnya untuk melayani organisme lain. Kolaborasi ini bekerja dengan sangat baik sehingga mitokondria kehilangan sifat yang mencirikannya sebagai bentuk kehidupan yang mandiri dan telah mengintegrasikan dirinya ke dalam kehidupan sel.
Argumen lain yang mendukung teori ini adalah bahwa mitokondria membelah dan tumbuh secara mandiri tanpa memerlukan informasi dari inti sel.
Dengan DNA mereka, mitokondria adalah pengecualian untuk bagian tubuh lainnya, karena DNA mitokondria secara ketat diwarisi dari ibu. Mereka dikirim bersama sel telur ibu, dan membelah selama perkembangan embrio sampai setiap sel dalam tubuh memiliki mitokondria yang cukup. DNA mereka identik, yang berarti bahwa garis keturunan ibu dapat ditelusuri kembali dalam waktu lama.
Tentu saja, ada juga penyakit genetik pada DNA mitokondria, yang disebut mitokondropati. Namun, penyakit ini hanya dapat diturunkan dari ibu ke anak dan umumnya sangat jarang.

Apa ciri-ciri khusus pewarisan mitokondria?

Mitokondria adalah kompartemen sel yang murni berada di sisi ibu (keibuan) diwariskan. Semua anak dari seorang ibu memiliki DNA mitokondria yang sama (disingkat mtDNA). Fakta ini dapat digunakan dalam penelitian silsilah, misalnya dengan menggunakan DNA mitokondria untuk menentukan apakah suatu keluarga termasuk dalam suatu suku.

Selain itu, mitokondria dengan mtDNA mereka tidak tunduk pada mekanisme pembelahan yang ketat, seperti halnya dengan DNA di dalam inti sel kita. Sementara ini digandakan dan kemudian tepat 50% ditransfer ke sel anak yang dibuat, DNA mitokondria kadang-kadang lebih dan kurang direplikasi selama siklus sel dan juga didistribusikan secara tidak merata ke mitokondria yang baru muncul dari sel anak. Mitokondria biasanya mengandung dua hingga sepuluh salinan mtDNA di dalam matriksnya.

Asal mula mitokondria yang murni keibuan dapat dijelaskan oleh sel germinal kita. Karena sperma laki-laki hanya memindahkan kepalanya, yang hanya mengandung DNA dari inti sel, ketika ia menyatu dengan sel telur, sel telur ibu menyumbang semua mitokondria untuk pembentukan embrio selanjutnya. Ekor sperma, di ujung depan tempat mitokondria berada, tetap berada di luar sel telur, karena hanya berfungsi untuk menggerakkan sperma.

Fungsi mitokondria

Istilah "pembangkit tenaga sel" secara gamblang menggambarkan fungsi mitokondria, yaitu pembangkit energi.
Semua sumber energi dari makanan dimetabolisme di sini pada langkah terakhir dan diubah menjadi energi kimiawi atau yang dapat digunakan secara biologis. Kuncinya disebut ATP (adenosine tri-phosphate), senyawa kimia yang menyimpan banyak energi dan dapat melepaskannya kembali melalui dekomposisi.

ATP adalah pemasok energi universal untuk semua proses di semua sel, dibutuhkan hampir selalu dan di mana saja. Langkah-langkah metabolisme terakhir untuk penggunaan karbohidrat atau gula (yang disebut respirasi sel, lihat di bawah) dan lemak (disebut beta-oksidasi) terjadi dalam matriks, yang berarti ruang di dalam mitokondria.
Protein pada akhirnya juga digunakan di sini, tetapi mereka telah diubah menjadi gula sebelumnya di hati dan karena itu juga mengambil jalur respirasi sel. Mitokondria dengan demikian merupakan antarmuka untuk mengubah makanan menjadi energi biologis yang dapat digunakan dalam jumlah yang lebih besar.

Ada sangat banyak mitokondria per sel, kira-kira dapat dikatakan bahwa sel yang membutuhkan banyak energi, seperti otot dan sel saraf, juga memiliki lebih banyak mitokondria daripada sel yang pengeluaran energinya lebih rendah.

Mitokondria dapat memulai kematian sel terprogram (apoptosis) melalui jalur pensinyalan intrinsik (antar sel).

Tugas lainnya adalah penyimpanan kalsium.

Apa itu respirasi sel?

Respirasi sel adalah proses kimiawi yang sangat kompleks untuk mengubah karbohidrat atau lemak menjadi ATP, yaitu pembawa energi universal, dengan bantuan oksigen.
Ini dibagi menjadi empat unit proses, yang pada gilirannya terdiri dari sejumlah besar reaksi kimia individu: glikolisis, reaksi PDH (piruvat dehidrogenase), siklus asam sitrat dan rantai pernapasan.
Glikolisis merupakan satu-satunya bagian respirasi sel yang berlangsung di dalam sitoplasma, sisanya berlangsung di mitokondria. Glikolisis sudah menghasilkan ATP dalam jumlah kecil, sehingga sel tanpa mitokondria atau tanpa suplai oksigen dapat memenuhi kebutuhan energinya. Namun, jenis pembangkit energi ini jauh lebih tidak efisien dibandingkan dengan gula yang digunakan. Dua ATP dapat diperoleh dari satu molekul gula tanpa mitokondria; dengan bantuan mitokondria, total ada 32 ATP.
Struktur mitokondria sangat menentukan langkah respirasi sel selanjutnya. Reaksi PDH dan siklus asam sitrat berlangsung dalam matriks mitokondria. Produk antara glikolisis secara aktif diangkut ke bagian dalam mitokondria melalui transporter di dua membran, di mana ia dapat diproses lebih lanjut.
Langkah terakhir dalam respirasi sel, yaitu rantai pernapasan, kemudian terjadi di membran dalam dan menggunakan pemisahan ruang antara membran dan matriks secara ketat. Di sinilah oksigen yang kita hirup berperan, yang merupakan faktor penting terakhir untuk produksi energi yang berfungsi.

Baca lebih lanjut tentang ini di bawah Respirasi seluler pada manusia

Bagaimana mitokondria dapat diperkuat dalam fungsinya?

Ketegangan fisik dan emosional dapat mengurangi kinerja mitokondria dan tubuh kita.
Anda dapat mencoba memperkuat mitokondria Anda dengan cara sederhana. Dari sudut pandang medis, hal ini masih kontroversial, tetapi sekarang ada beberapa penelitian yang menganggap beberapa metode memiliki efek positif.
Diet seimbang juga penting untuk mitokondria. Keseimbangan elektrolit yang seimbang sangat relevan. Ini termasuk di atas semua natrium dan kalium, cukup vitamin B12 dan vitamin B lainnya, asam lemak omega3, zat besi dan apa yang disebut koenzim Q10, yang merupakan bagian dari rantai pernapasan di membran dalam.
Olah raga dan olah raga yang cukup merangsang pembagian dan dengan demikian penggandaan mitokondria, karena mereka sekarang harus menghasilkan lebih banyak energi. Ini juga terlihat dalam kehidupan sehari-hari.
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa paparan dingin, mis. mandi air dingin, meningkatkan divisi mitokondria.
Diet seperti diet ketogenik (menghindari karbohidrat) atau puasa intermiten lebih kontroversial. Sebelum tindakan tersebut, Anda harus selalu berkonsultasi dengan dokter terpercaya Anda. Apalagi dengan penyakit serius, seperti Cancer, seseorang harus berhati-hati dengan eksperimen semacam itu. Tindakan umum seperti olahraga dan diet seimbang, bagaimanapun, tidak pernah membahayakan dan telah terbukti memperkuat mitokondria dalam tubuh kita.

Mungkinkah mitokondria berkembang biak?

Prinsipnya, organisme bisa mengatur naik atau turun produksi mitokondria. Faktor yang menentukan untuk ini adalah suplai energi saat ini dari organ tempat mitokondria akan dikalikan.
Kekurangan energi di dalam sistem organ ini pada akhirnya mengarah pada pengembangan apa yang disebut faktor pertumbuhan melalui serangkaian protein yang bertanggung jawab untuk mencatat kekurangan energi. Yang paling terkenal adalah PGC –1 - α. Hal ini pada gilirannya memastikan bahwa sel-sel organ dirangsang untuk membentuk lebih banyak mitokondria untuk melawan kekurangan energi, karena lebih banyak mitokondria juga dapat menyediakan lebih banyak energi.

Dalam praktiknya, hal ini bisa dicapai, misalnya dengan mengatur pola makan. Jika tubuh memiliki sedikit karbohidrat atau gula yang tersedia untuk menyediakan energi, tubuh beralih ke sumber energi lain, seperti B. lemak dan asam amino. Namun, karena pemrosesannya lebih rumit untuk tubuh dan energi tidak dapat tersedia dengan cepat, tubuh bereaksi dengan meningkatkan produksi mitokondria.

Singkatnya, kita dapat mengatakan bahwa diet rendah karbohidrat atau periode puasa yang dipasangkan dengan latihan kekuatan sangat merangsang pembentukan mitokondria baru di otot.

Penyakit mitokondria

Penyakit mitokondria sebagian besar disebabkan oleh cacat pada apa yang disebut rantai pernapasan mitokondria. Jika jaringan kita teroksigenasi secara memadai, rantai pernapasan ini bertanggung jawab untuk memastikan bahwa sel-sel di sini memiliki cukup energi yang tersedia untuk menjalankan fungsinya dan untuk tetap hidup.
Sejalan dengan itu, kerusakan pada rantai pernafasan ini pada akhirnya menyebabkan kematian sel-sel ini. Kematian sel ini terutama terlihat di organ atau jaringan yang bergantung pada pasokan energi yang konstan. Ini termasuk otot rangka dan jantung serta sistem saraf pusat kita, tetapi juga ginjal dan hati.

Mereka yang terkena biasanya mengeluhkan nyeri otot yang parah setelah latihan, memiliki kemampuan mental yang berkurang atau mungkin menderita serangan epilepsi. Disfungsi ginjal juga bisa terjadi.

Kesulitan bagi dokter adalah menafsirkan gejala-gejala ini dengan benar. Karena tidak semua mitokondria dalam tubuh, dan terkadang tidak semua mitokondria dalam sel, memiliki fungsi mitokondria yang terganggu, karakteristiknya dapat sangat bervariasi dari orang ke orang. Dalam kedokteran, bagaimanapun, ada kompleks penyakit yang sudah mapan di mana beberapa organ selalu dipengaruhi oleh malfungsi.

• Pada Sindrom Leigh Misalnya, terjadi kematian sel di area batang otak dan kerusakan saraf tepi. Lebih lanjut, organ seperti jantung, hati dan ginjal juga menjadi rentan dan akhirnya berhenti berfungsi.
• Dalam kompleks gejala miopati, ensefalopati, asidosis laktat, episode seperti stroke, secara singkat Sindrom MELAS, yang bersangkutan menderita cacat sel pada otot rangka dan sistem saraf pusat.

Penyakit ini biasanya didiagnosis dengan menggunakan sampel jaringan kecil dari otot. Sampel jaringan ini diperiksa secara mikroskopis untuk mengetahui adanya kelainan. Jika ada yang disebut "serabut merah compang-camping" (gumpalan mitokondria), ini adalah indikator yang sangat besar dari adanya penyakit mitokondria.
Selain itu, komponen rantai pernapasan sering diperiksa fungsinya dan DNA mitokondria diperiksa untuk mutasi menggunakan sekuensing.

Pengobatan atau bahkan penyembuhan penyakit mitokondria saat ini (2017) belum memungkinkan.