Struktur dan Fungsi Mitokondria

Mitokondria adalah salah satu dari beberapa bagian yang terdapat di dalam sel atau yang biasa disebut sebagai organel sel. Mitokondria dalam sebuah sel memiliki jumlah yang bervariasi tergantung pada kebutuhan energi pada sel tersebut. Pada beberapa jenis sel, mitokondria memiliki susunan yang kompak yaitu pada bagian yang paling banyak membutuhkan energi. Sebagai salah satu contoh, mitokondria ada pada tubuh manusia yang terletak diantara unit-unit kontraktil pada sel otot jantung.

Mitokondria berbentuk seperti batang atau cenderung oval, memiliki ukuran yang besar seperti bakteri. Mitokondria memiliki dua lapisan, yaitu lapisan luar dan lapisan dalam. Lapisan luar bersifat halus dan mengelilingi mitokondria. Sedangkan lapisan dalamnya berbentuk lipatan-lipatan yang disebut krista. Ada bukti yang menyebutkan bahwa mitokondria merupakan turunan dari bakteri yang menginvansi dan kemudian ditelan oleh sel primitif. Hal itu terjadi akibat adanya hubungan simbiotik antara mitokondria dan bakteri, sehingga menyebabkan mitokondria berkembang dan menjadi organel permanen.

Fungsi mitokondria mengambil energi dari zat-zat gizi dalam makanan dan mengubahnya menjadi suatu bentuk yang dapat digunakan untuk menjalankan aktivitas sel. Sehingga mitokondria disebut juga dengan “organel energi”. Pada mitokondria terdapat lipatan-lipatan yang mengarah ke dalam  dan menonjol ke rongga dalam yang disebut krista.  Krista diisi oleh cairan yang berbentuk gel yang dinamakan matriks. Selain itu krista juga ditempeli oleh protein-protein transportasi elektron yang bertanggung jawab untuk mengubah sebagian besar energi yang terkandung dalam makanan menjadi bentuk yang dapat digunakan. Sedangkan cairan gel di dalam krista atau yang disebut matriks. Matriks merupakan cairan yang mengandung campuran pekat ratusan enzim berbeda yang memiliki fungsi untuk mempersiapkan molekul-molekul nutrien untuk pengambilan akhir energi yang dapat digunakan oleh protein-protein yang terdapat di krista.






Struktur dan Fungsi Lisosom,
Peroksisom, dan Sitoskeleton

A. Lisosom
Lisosom adalah organel yang termasuk dalam sistem endomembran, produk atau hasil ER kasar dan Golgi aparatus. Lisosom merupakan kantung terikat membran yang berisi enzim hidrolitik yang digunakan untuk mencerna makromolekul. Nama lisosom berasal dari dua kata Latin yang berarti badan pemecahan. Terdapat enzim lisosom yang dapat menghidrolisis protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat. Enzim-enzim tersebut bekerja sangat baik pada keadaan asam kira-kira pada ph 5.
Struktur Lisosom

1.    Membran lisosom
Membran lisosom sebagai suatu kompartemen di mana enzim pencernaan disimpan secara aman terpisah dari bagian sitoplasma yang lain. Untuk menyediakan pH asam bagi enzim hidrolitik, membran lisosom mempunyai pompa H⁺ yang menggunakan energi dari hidrolisis ATP. Membran lisosom juga sangat terglikosilasi yang dikenal denganlysosomal-associated membrane proteins (LAMP). Sampai saat ini sudah terdeteksi LAMP-1, LAMP-2, dan CD63/LAMP-3. LAMP berguna sebagai reseptor penerimaan kantong vesikel pada lisosom.

2.    Enzim Hidrolitik
Enzim hidrolitik dibuat pada retikulum endoplasma, yang mengalami
pemaketan di badan Golgi dan kemudian ke endosom lanjut yang nantinya akan menjadi lisosom. Untuk prosesnya ini, enzim ini mempunyai molekul penanda unik, yaitu manosa 6-fosfat (M6P) yang berikatan dengan oligosakarida terikat-N.

Fungsi Lisosom
Fungsi utama lisosom adalah berperan dalam pencernaan intrasel. Fungsi lisosom ada 3 yaitu endositosis, fagositosis, dan autofagi.

1.    Endositosis
Endositosis ialah pemasukan makromolekul dari luar ke dalam sel melalui mekanisme endositosis, yang kemudian materi-materi ini akan dibawa ke vesikel kecil dan tidak beraturan, yang disebut endosom awal. Beberapa materi tersebut dipilah, ada yang digunakan kembali (dibuang ke sitoplasma), yang tidak dibawa ke endosom lanjut. Di endosom lanjut, materi tersebut bertemu pertama kali dengan enzim hidrolitik. Di dalam endosom awal, pH sekitar 6. Terjadi penurunan pH (5) pada endosom lanjut sehingga terjadi pematangan dan membentuk lisosom.

2.    Fagositosis
Fagositosis merupakan proses pemasukan partikel berukuran besar dan mikroorganisme seperti bakteri dan virus ke dalam sel. Pertama, membran akan membungkus partikel atau mikroorganisme dan membentuk fagosom. Kemudian, fagosom akan berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (endosom lanjut).

3.    Autofagi
Proses autofagi untuk pembuangan dan degradasi bagian sel sendiri, organel yang tidak berfungsi lagi. Bagian dari retikulum endoplasma kasar menyelubungi organel dan membentuk autofagosom.  Lalu autofagosom berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (atau endosom lanjut). Proses ini berguna pada sel hati, transformasi berudu menjadi katak, dan embrio manusia.
Fungsi lain:

• · Lisosom memiliki beberapa tipe fungsi pencernaan. Lisosom bergabung dengan vakuola makanan, sehingga makanan dapat dicerna enzim yang dimiliki lisosom menjadi molekul-molekul kecil. Molekul kecil hasilnya meninggalkan lisosom dan digunakan lagi oleh sel.
• · Lisosom juga menghancurkan bakteri yang membahayakan. Sel darah putih kita memasukkan bakteri ke dalam vakuola untuk mencernakan dinding sel bakteri.
• · Lisosom juga berfungsi penting pada perkembangan embrio. Contohnya, enzim lisosom menghancurkan sel-sel selaput yang menghubungkan antara jari-jari pada tahapan perkembangan awal manusia. Lisosom yang abnormal menyebabkan penyakit yang fatal atau menyebabkan kematian.

B. Peroksisom
Peroksisom (bahasa Inggris: peroxysome) adalah ruangan metabolisme (organel) yang terbungkus oleh membran tunggal dari lipid dwilapis yang mengandung protein pencerap (reseptor). Peroksisom tidak memiliki genom dan mengandung sekitar 50 enzim, seperti katalase dan ureat oksidase yang mengkristal di pusatnya. Peroksisom ditemukan pada semua sel eukariota. Peroksisom mengandung enzim yang mentransfer hydrogen peroksida (H₂O₂) sebagai produk samping.
Peroksisom sel hewan dan Tumbuhan

• Pada tumbuhan terdapat dua macam peroksisom sedangkan pada hewan terdapat satu macam peroksisom. Salah satu fungsi penting biosintetik dari peroksisom hewan adalah untuk mengkatalisis reaksi pertama dari pembentukan plasmalogen. Plasmalogen merupakan jenis phospolipid terbanyak pada myelin. Kekurangan plasmalogen ini menyebabkan myelin pada sel saraf menjadi abnormal, karena itulah kerusakan peroksisom berujung pada kerusakan saraf.
• Peroksisom juga sangat penting dalam tumbuhan. Terdapat dua jenis peroksisom sudah yang diteliti secara ekstensif. Tipe pertama terdapat pada daun, yang berfungsi untuk mengkatalisis produk sampingan dari reaksi pengikatan CO₂ pada karbohidrat, yang disebut fotorespirasi. Reaksi ini disebut fotorespirasi karena menggunakan O₂ dan melepaskan CO₂.

Tipe peroksisom lainnya, terdapat dalam biji yang sedang berkecambah. Peroksisom khusus yang disebut glioksisom ditemukan dalam jaringan penyimpan lemak biji tumbuhan. Mengandung enzim yang mengawali pengubahan asam lemak menjadi gula, digunakan biji yang sedang tumbuh sebagai sumber energy dan sumber karbon sampai tumbuhan tersebut bisa menghasilkan gula sendiri melalui proses fotosintesis.
Fungsi Peroksisom

• Beberapa peroksisom menggunakan oksigen untuk memecah asam lemak dan diangkut ke mitokondria sebagai bahan bakar respirasi seluler.
• Dalam hati peroksisom menawarkan racun alkohol dan senyawa beracun lainnya, dengan mentransfer hydrogen dari racun ke oksigen. H2O2 yang dihasilkan juga berbahaya kemudian diubah menjadi air oleh enzim di peroksisom.
• Peroksisom tumbuh dengan menggabungkan lipid dan protein dalam sitosol, berkembang dengan membelah diri menjadi dua sampai ukuran tertentu.

C. Sitoskeleton
Awalnya organel sel eukariotik mengambang di sitosol. Tetapi penyempurnaan membuktikan adanya sitoskeleton. Sitoskeleton berperan dalam pengaturan aktivitas dan struktur sel.
Fungsinya memberikan dorongan mekanis dan mempertahankan bentuk sel. Ini sangat penting untuk sel hewan yang tidak memiliki dinding sel.
Sitoskeleton juga ikut berperan dalam motilitas (gerak). Motilitas biasanya membutuhkan interaksi antara sitoskeleton dengan protein (molekul motor). Molekul motor sitoskeleton menggoyangkan flagel dan silia sehingga otot berkontraksi

Sitoskeleton atau rangka sel tersusun atas tiga jenis serabut yang berbeda, yaitu: mikrofilamen, mikrotubulus, dan filamen antara.

1.                  Mikrofilamen atau filamen aktin
Sekitar 6 nm diameter, filamen jenis ini terdiri dari dua rantai terjalin dan tipis.  Mikrofilamen yang paling terkonsentrasi tepat di bawah membran sel , dan bertanggung jawab untuk melawan ketegangan dan mempertahankan bentuk sel, membentuk tonjolan cytoplasmatic (seperti pseudopodia dan mikrovili – meskipun ini dengan mekanisme yang berbeda), dan partisipasi dalam beberapa sel-sel atau sambungan sel-ke-matriks. Dalam kaitannya dengan peran ini terakhir, mikrofilamen penting untuk transduksi . Mereka juga penting untuk sitokinesis (khusus, pembentukan alur belahan dada ) dan, bersama dengan myosin , kontraksi otot . aktin /myosin interaksi juga membantu menghasilkan sitoplasma streaming dalam sel yang paling.

2.                  Mikrotubulus
Mikrotubulus adalah silinder berongga sekitar 23 nm dan berbentuk benang silindris, kaku, berfungsi untuk mempertahankan bentuk sel dan sebagai “rangka sel”. Contoh organel ini antara lain benang-benang gelembung pembelahan. Mikrotubulus tersusun atas bola-bola molekul yang disebut tubulin. Selain itu mikrotubulus berguna dalam pembentukan sentriol, flagela dan silia.
Sentriol berbentuk silindris dan disusun oleh mikrotubulus yang sangat teratur. Pada saat membelah, sentriol akan membentuk benang-benang gelendong inti. Silia dan flagella merupakan tonjolan yang dapat bergerak bebas dan dijulurkan.

Dalam sembilan set triplet (berbentuk bintang), mereka membentuk sentriol , dan di sembilan doublet berorientasi sekitar dua mikrotubulus tambahan (roda berbentuk) mereka membentuk silia dan flagela. Pembentukan yang terakhir ini sering disebut sebagai “9 +2″ pengaturan, dimana setiap doublet terhubung ke lain dengan protein dynein . Karena kedua flagella dan silia merupakan komponen struktural dari sel, dan dipelihara oleh mikrotubulus, mereka dapat dianggap sebagai bagian dari sitoskeleton.

Mikrotubulus merupakan serabut penyusun sitoskeleton terbesar. Mikrotubulus mempunyai fungsi mengarahkan gerakan komponen-komponen sel, mempertahankan bentuk sel, serta membantu pembelahan sel secara mitosis.
Jadi, mereka memainkan peran kunci dalam:
§  transportasi intraseluler (terkait dengan dyneins dan kinesins , mereka transportasi organel seperti mitokondriaatau vesikel ).
§  yang axoneme dari silia dan flagela .
§  itu gelendong mitosis .
§  sintesis dinding sel pada tumbuhan


3.         Filamen Intermediet (Serabut antara)
Filamen intermediet adalah rantai molekul protein yang berbentuk untaian saling melilit, berdiameter 8-10 nm. Disebut serabut antara karena berukuran diantara ukuran mikrotubulus dan mikrofilamen. Serabut ini tersusun atas protein yang disebut fimetin. Akan tetapi, tidak semua sel tersusun atas fimetin, contohnya sel kulit tersusun oleh protein keratin.
filamen intermediate yang berbeda:
§  terbuat dari vimentins , menjadi dukungan struktural umum banyak sel.
§  terbuat dari keratin , yang ditemukan di kulit sel-sel, rambut dan kuku .
§  neurofilaments sel saraf.
§  terbuat dari Lamin , memberikan dukungan struktural pada amplop nuklir.

tipe Sitoskeleton	Diameter (nm )	Struktur	contoh Subunit
Mikrofilamen	6	double helix	aktin
Intermediate filamen	10	dua anti-paralel heliks / dimer, membentuk tetramers	§  vimentin ( mesenkim ) §  berhubung dgn urat saraf protein asam glial ( sel glia ) §  neurofilamen protein ( proses neuronal ) §  keratins ( sel epitel ) §  nuklir lamins
Mikrotubulus	23	protofilaments , pada gilirannya terdiri dari subunit tubulin	α- dan β-tubulin

Fungsi Sitoskeleton adalah sebagai berikut:

• · Memberikan kekuatan mekanik pada sel
• Menjadi kerangka sel
• Membantu gerakan substansi dari satu bagian sel ke bagian yang alin.

Ribosom
Ribosom merupakan organel sel yang berbentuk partikel padat yang terdiri dari ribonukleoprotein. Ribosom terdapat pada semua sel hidup. Ribosom berbentuk universal dengan potongan longitudinal berbentuk elips. Pada sel eukariot besar ribosom yaitu 22  dengan ukuran atau panjangnya 32. Sedangkan pada sel prokarit besar ribosom mencapai 21 dengan panjang sekitar 29 . Pada sel prokariot sub unitnya kecil, memanjang, bentuk melengkung dengan 2 ekstremitas, memiliki 3 digitasi, dan menyerupai kursi. Sedangkan pada sel eukariot, bentuk sub unit besar menyerupai ribosom E.coli..

Di dalam ribosom berisi RNA ribosom (RNAr) dan protein.   Ribosom tersusun dari satu sub-unit besar dan satu sub-unit kecil. Sub unit besar dibentuk dari protein dan RNA dalam kuantitas yang seimbang. RNA yang terdapat di dalam sub unit besar yaitu satu RNAr 28S dan satu RNAr SS. Pada sub unit kecil mengandung RNAr 18s. Dengan ketiadaan RNAr 18s pada sub unit kecil maka sub unit besar tidak dapat berasosiasi. Sedangkan RNAr 28s memungkinkan asosiasi tersebut. Pada sub unit kecil terdapat 21 protein yang digambarkan berturut-turut dengan huruf S dan satu angka antara angka 1 sampai 21 (S1, S2, S3,….,S21). Berada pada permukaan ribosom, mengelilingi RNAr dengan berat molekul 40.000-130.000 dalton. Sedangkan sub unit besar terdiri dari 33 protein yang L1 sampai L33. Protein di dalam sub unit besar terlibat dalam proses translokasi RNA, fiksasi protein, pembentukan suatu ikatan peptida antar rantai peptida, dan kontruksi suatu alur longitudinal.

Ribosom ada yang tersebar bebas di sitoplasma dan ada yang menempel pada retikulum endoplasma atau bisa juga disebut sebagai ribosom terikat. Ribosom bebas menghasilkan sebagian besar protein enzimatik yang digunakan di dalam sitosol sel. Semua ribosom dibentuk di nukleus sel dibawah kendali DNA yang msing-masing telah diprogram pada saat tertentu untuk memudahkan sintesis hanya pada satu protein spesifik yang dibutuhkan oleh sel yang bersangkutan. Ribosom-ribosom yang baru dibentuk diperkirakan diarahkan ke RE kasar dan mulai mensintesis sekuens terdahulu (leader sequence) yang berfungsi sebagai sebuah sinyal. Ribosom-ribosom tadi lalu ditangkap oleh protein lain yang terdapat di sitosol, dikenal sebagai penangkap sinyal (signal-recognition protein), setelah mengenali sekuens pendahulu yang baru disintesis. Kemudian protein penangkap sinyal tadi mengantarkan ribosom-ribosom tadi ke tempat yang tepat yang berada di RE.

Ribosom-ribosom tadi lalu menempel di riboforin (protein khusus yang hanya ditemukan di bagian kasar RE. Setelah ribosom melekat ke membran RE dan mulai mensintesis suatu protein, protein yang baru disintesis tersebut bergerak menyusup menembus membran RE ke dalam lumen. Di sini sekuens pendahulu dilepaskan dan rantai protein mengalami pelipatan-pelipatan menjadi bentuk akhirnya. Setelah protein diolah di dalam lumen RE, protein baru tersebut tidak mampu menembus membran RE dan berpisah secara permanen dari sitosol setelah disintesis.
Retikulum Endoplasma

RE merupakan organel yang mempunyai permukaan membran yang sangat luas. Retikulum endoplasma terdiri dari vesikel dan tubulus yang berfungsi sebagai tempat sintesa protein dan lemak. Permukaan membran RE ada yang mengandung granula-granula ribosom dan disebut RE granuler/Rough RE dan ada yang tidak mengandung granula disebut RE agranuler/smooth RE. Ribosom yang terdapat pada granuler RE berfungsi sebagai tempat sintesa protein, sedang agranuler RE berfungsi sebagai sintesa dan metabolisme asam lemak dan fosfolipid

Semua sel eukariota mengandung retikulum endoplasma. Secara umum retikulum endoplasma berperan sebagai jalur transportasi intraseluler bagi sel.
Ruang yang terdapat di dalam retikulum endoplasma (RE) disebut lumen atau ruang sisternal RE. Lumen RE terpisah dari sitosol oleh suatu membran tunggal (membran RE) yang memudahkan komunikasi diantara kedua kompartemen ini. Membran RE berkesinambungan dengan membran luar inti.

Struktur membran retikulum endoplasma sesuai dengan model membran mosaik cair dari Singer dan Nicolson. Dalam beberapa hal, membran retikulum endoplasma berbeda dengan membran plasma, antara lain :

a. Ketebalan membran
Membran plasma lebih tebal dari membran retikulum endoplasma. Membran plasma memiliki ketebalan berkisar antara 8-10 nm, sedangkan membran retikulum endoplasma memiliki ketebalan berkisar 5 nm.
b. Rasio protein
Jumlah protein yang terdapat dalam membran plasma lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah protein yang terdapat dalam membran retikulum endoplasma. Hal tersebut menyebabkan struktur membran pada retikulum endoplasma lebih stabil dari pada membran plasma.
c. Rasio kolesterol
Konsenstrasi kolesterol yang terdapat pada membran plasma lebih sedikit dibandingkan dengan konsentrasi kolesterol yang terdapat pada membran retikulum endoplasma.
d. Fluiditas
Membran plasma lebih bersifat cair dibandingkan dengan membran retikulum endoplasma. Hal ini disebabkan karena kandungan protein yang terdapat pada membran plasma lebih sedikit dibandingkan dengan membran retikulum endoplasma.

Asparatus Golgi

Asparatus golgi dibangun oleh membran yang berbentuk tubulus dan vesikula pipih. Dari tubulus dilepaskan kantung-kantung kecil yang berisi bahan-bahan yang diperlukan seperti enzim pembentuk sel. Asparatus golgi merupakan organel yang dikaitkan dengan funsi ekskresi sel.
Asparatus Golgi ditemukan oleh seorang ahli histlologi dan patologi yang  berkebangsaan Italia, bernama Camilio Golgi pada tahun 1898. Organel sel ini  terdapat hampir di semua sel eukariotik dan banyak dijumpai pada organ tubuh yang melaksanakan proses eksresi seperti pada ginjal.
Setiap sel hewan memiliki 10 hingga 20 asparatus golgi, sedangkan sel tumbuhan memiliki hingga ratusan asparatus golgi.

Struktur asparatus golgi berupa berkas kantung cakram yang bercabang menjadi serangkaian pembuluh yang sangat kecil di ujungnya. Karena hubungannya dengan fungsi pengeluaran sel sangat erat, pembuluh mengumpulkan dan membungkus karbohidrat serta zat-zat lain untuk diangkut ke permukaan sel. Badan golgi dan RE mempunyai fungsi yang sangat erat dalam sekresi protein sel. RE menampung dan menyalurkan protein ke golgi. Golgi mereaksikan protein itu glioksilat sehingga terbentuk glikoprotein untuk dibawa keluar sel.

Asparatus golgi mempunyai dua bagian, yaitu cis dan trans. Bagian cis menerima vesikel-vesikel yang pada umumnya berasal dari RE kasar. Vesikel ini akan diserap ke ruangan-ruangan di dalam asparatus golgi dan isi dari vesikel tersebut akan diproses sedemikian rupa untuk penyempurnaan dan lain-lain. Ruangan-ruangan ini akan bergerak dari bagian cis ke bagian trans. Di bagian inilah ruangan tersebut akan memecahkan dirinya dan membentuk vesikel serta  siap untuk disalurkan ke bagian-bagian sel yang lain atau keluar sel.

Asparatus golgi tersusun atas tiga lapisan membran, yaitu :
1.      Kantung pipih yang disebut sistema atau sakulus. Kantung-kantung pipih tersebut tersusun bertumpuk membentuk diktiosom (badan golgi pada tumbuhan).
2.      Vesikel-vesikel kecil berdiametemer kurang lebih 50 µm yang terletak pada sisi yang berbatasan dengan RE. Vesikel ini dinamakan transisi atau vesikel peralihan. Fungsi vesikel ini adalah membawa protein dan lipid dari RE ke asparatus golgi dan dari sakulus ke sakulus lainnya.
3.      Vesikel besar yang terletak pada sisi yang berhadapan denagan membran plasma. Vesikel ini dinamakan vesikel sektori. Vesikel saktori adalah vesikel yang membawa protein atau lipid yang telah mangalami pemrosesan di dalam lumen sakulus.
4.      Beberapa penelitian membuktikan, bahwa asparatus golgi tidak hanya berfungsi sebagai alat transportasi materi keluar sel. Akan tetapi, banyak sekali reaksi yang berlangsung di dalam lumen golgi, antara lain proses biosintesis-glikoprotein dan glikolipd yang dikatalis oleh enzim gikolisil tranferase. Selain itu, di dalam lumen asparatus golgi terjadi proses sintesis proteoglikan yang merupakan komponen matriks ekstra sel. Pada sel tumbuahan yang sedang membelah, golgi berperan dalam pembentukan komponen dinding sel yang baru. Molekul-molekul protein dan lipid yang telah mengalami modifikasi kimiawi di dalam lumen golgi akan disusun oleh membran golgi dan ditransfer dalam bentuk vesikel.

Jadi fungsi dari asparatus golgi adalah :
1.      Tempat sintesis polisakaria seperti mucus, selulosa, hemiselulosa dan pectin (penyusun dinding sel tumbuhan).
2.      Membentuk membran plasma
3.      Membentuk kantong sektresi untuk membungkus zat yang akan dikeluarkan sel, seperti protein, glikoproteion, karbohidrat dan lemak.
4.      Membentuk akrosom pada sperma, kuning telur pada sel telur dan lisosom.
5.      Membentuk kantong (vesikula) untuk sekresi. Terjadi terutama pada sel-sel kelenjar kantung kecil, berisi enzim dan bahan-bahan lain.
6.      Tempat untuk memodifikasi protein.
7.      Untuk menyortir dan memaket molekul-molekul untuk sekresi sel.
8.      Untuk membentuk lisosom.
Memperbanyak elemen membran yang baru bagi membran plasma.