Informasi

Membran dalam mitokondria

Membran dalam mitokondria



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya tahu bahwa krista membran dalam bisa berbentuk tabung atau vesikular, tetapi saya ingin tahu apa fungsi dari masing-masing krista tersebut.


Ada spekulasi yang masuk akal. Itu untuk mendapatkan lebih banyak area di mana ATP sintase dilokalisasi untuk menghasilkan ATP. Tapi ini tidak menjelaskan mengapa strukturnya harus persis seperti itu.

Seperti yang ditunjukkan oleh ulasan Ilan, bentuknya tampaknya ditentukan oleh dimerisasi ATP sintase. Bentuknya mungkin hanya akibat dimerisasi ATP sintase, meskipun berhasil memperbesar area di mana ATP sintase terlokalisasi.


Morfologi umum krista ditentukan oleh dimer Kompleks ATP-sintase, yang membentuk baris di sepanjang tepi krista, semacam menjepit membran mitokondria bagian dalam bersama-sama (lihat http://www.pnas.org/content/108/34/14121 .pendek). Sudut di mana dimer terbentuk, yang berbeda pada berbagai spesies, menyebabkan morfologi krista yang berbeda. Pada organisme yang tidak memiliki ATP-sintase atau pada galur ragi yang tidak memiliki subunit kunci yang diperlukan untuk pembentukan dimer, krista mitokondrianya jauh lebih tidak beraturan dan memiliki bentuk yang kurang jelas, sering digambarkan sebagai 'seperti bawang'. literatur (lihat http://www.jbc.org/content/279/39/40392.short).

Oleh karena itu, saya kira Anda dapat berargumen bahwa sebenarnya itu adalah bentuk yang merupakan produk dari fungsi, daripada sebaliknya yaitu morfologi krista yang berbeda memiliki fungsi yang berbeda. Tujuan, atau keuntungan selektif, mitokondria yang memiliki krista kemungkinan besar adalah bahwa mereka menciptakan area permukaan yang lebih besar yang dapat memfasilitasi sejumlah besar kompleks rantai transpor elektron, yang akan memungkinkan produksi ATP yang lebih besar per organel. Ini menjelaskan mengapa pada eukariota yang tidak menghasilkan ATP melalui rantai transpor elektron tidak ada seleksi untuk mempertahankan krista dalam mitokondria mereka, atau organel homolog seperti hidrogenosom dan mitosom, dan biasanya krista hilang sama sekali pada spesies tersebut.

Kompleks protein lain juga terlibat dalam pembentukan krista dan arsitektur umum. Cari kompleks MICOS dan MIB untuk mengetahui lebih lanjut.


Wawasan Segar Tentang Membran Dalam Mitokondria

Struktur yang disebut mitokondria sangat penting untuk kehidupan pembangkit tenaga listrik kecil ini menghasilkan energi untuk sel, dan memiliki membran dalam dan luar. Para ilmuwan kini telah belajar lebih banyak tentang organel purba ini. Diperkirakan bahwa struktur fisik membran di dalam mitokondria tetap statis. Namun, penelitian baru menunjukkan bahwa membran dalam mitokondria bersifat dinamis, dan dapat mengubah konformasinya untuk memenuhi kebutuhan energi sel. Temuan ini telah dipublikasikan di EMBO Reports.

"Menurut pendapat kami, temuan ini secara mendasar mengubah cara pembangkit listrik seluler kami bekerja dan mungkin akan mengubah buku teks," kata Profesor Dr. Andreas Reichert, dari Institut Biokimia dan Biologi Molekuler di Universitas Heinrich Heine Düsseldorf (HHU).

Mitokondria membantu mengubah makanan yang dikonsumsi menjadi molekul yang bertindak sebagai semacam bahan bakar untuk proses biologis, ATP. Rata-rata manusia dewasa menghasilkan sekitar 75 kilogram ATP per hari, yang berarti satu molekul ATP dibuat sekitar 20.000 kali sehari. Semua molekul ATP itu membantu menjaga agar reaksi kimia dalam suatu organisme tetap berjalan.

Membran dalam mitokondria yang terlipat, lipatan yang disebut krista, adalah tempat semua sintesis ATP berlangsung. Lipatan ini memastikan bahwa hanya protein tertentu yang dapat melewatinya. Protein tersebut membantu menghasilkan ATP. Diasumsikan bahwa struktur krista tetap diperlukan untuk menghasilkan ATP.

Dalam karya ini, para peneliti di HHU bekerja dengan para ilmuwan di UCLA untuk menunjukkan bahwa dalam sel hidup, di dalam mitokondria, krista dapat mengubah bentuknya dalam hitungan detik. Dinamika membran ini membutuhkan kompleks protein yang baru-baru ini diidentifikasi, yang disebut MICOS. Ketika kompleks ini tidak berfungsi dengan baik, penyakit yang sangat serius dapat terjadi, termasuk jenis ensefalopati mitokondria dan Parkinson.

"Pengamatan kami yang sekarang diterbitkan mengarah pada model bahwa krista, setelah pembelahan membran, dapat eksis untuk waktu yang singkat sebagai vesikel terisolasi di dalam mitokondria dan kemudian menyatu kembali dengan membran dalam. Hal ini memungkinkan adaptasi yang optimal dan sangat cepat terhadap kebutuhan energi dalam sel," jelas Prof. Andreas Reichert.


Membran Mitokondria Luar dan Dalam | Mitokondria

Diskusi yang akan datang akan memperbarui Anda tentang perbedaan antara Membran Mitokondria Luar dan Dalam.

Perbedaan # Membran Luar Mitokondria:

2. Memiliki porin atau saluran berjajar protein.

5. Kandungan protein kira-kira sama dengan lipid.

6. Kolesterol dan lipid lainnya ada. Kardiolipin tidak ada.

7. Sistem transpor elektron (ETS) tidak ada.

8. Ini permeabel untuk sebagian besar biokimia.

Perbedaan # Membran Mitokondria Dalam:

1. Ini berisi sejumlah partikel.

2. Mengandung protein pembawa dan protein transpor lainnya.

3. Mengandung sejumlah enzim.

4. Membran mitokondria bagian dalam mengembangkan sejumlah besar lipatan yang disebut krista.

5. Kandungan protein cukup tinggi (sampai 80%) sedangkan kandungan lipidnya rendah.

7. ETS hadir di membran dalam.

8. Ini selektif permeabel.

Artikel Terkait:

Selamat datang di BiologiDiskusi! Misi kami adalah menyediakan platform online untuk membantu siswa berbagi catatan dalam Biologi. Situs web ini mencakup catatan studi, makalah penelitian, esai, artikel, dan informasi terkait lainnya yang dikirimkan oleh pengunjung seperti ANDA.

Sebelum berbagi pengetahuan Anda di situs ini, silakan baca halaman berikut:

Pertanyaan

Tentang kami

Saran

Pertanyaan dan Jawaban Baru dan Kategori Forum

Ini adalah forum tanya jawab untuk siswa, guru, dan pengunjung umum untuk bertukar artikel, jawaban, dan catatan. Jawab Sekarang dan bantu orang lain.


Siklus Asam Sitrat

Mitokondria menghasilkan energi untuk sel dengan memecah nutrisi dalam makanan menjadi molekul energi tinggi yang disebut adenosin trifosfat atau ATP. Langkah pertama dalam metabolisme sel terjadi di sitosol, dan nutrisi yang berasal dari glukosa diubah menjadi molekul piruvat. Piruvat ditransfer ke matriks mitokondria. Matriks mitokondria mengandung enzim asam sitrat dan bahan kimia, yang merupakan tahap pertama produksi energi mitokondria.

Piruvat dioksidasi menjadi asetil-KoA, memasuki siklus asam sitrat, dan dimetabolisme dalam karbon dioksida, NADH, dan FADH2. Asam lemak juga ditransfer dari sitosol sel ke matriks mitokondria dan memasuki siklus asam sitrat setelah dioksidasi menjadi asetil-KoA. Selanjutnya, NADH dan FADH digunakan oleh sistem transmisi elektronik yang tertanam dalam membran mitokondria bagian dalam untuk menghasilkan ATP yang memenuhi kebutuhan sel.

DNA mitokondria

Matriks juga mengandung DNA mitokondria, yang membuat mitokondria sebagian independen. Mitokondria DNA sirkular, seperti DNA bakteri. Ini hanya berisi 37 gen, beberapa di antaranya mengkodekan enzim yang diperlukan untuk energi seluler atau produksi ATP, sementara yang lain adalah gen DNA RNA.

Banyak protein yang dibutuhkan oleh sintesis dan frekuensi mitokondria dan enzim dalam produksi energi tidak dikodekan oleh DNA mitokondria, tetapi oleh gen dalam nukleus. Mutasi gen mitokondria dapat menyebabkan berbagai penyakit, seperti neuropati optik genetik Leper, yang dapat menyebabkan kebutaan pada manusia.

RNA mitokondria

Matriks mitokondria mengandung semua mekanisme yang diperlukan untuk menerjemahkan semua gen dalam genom mitokondria menjadi protein fungsional. Materi genetik diterjemahkan menjadi molekul atau kompleks ribosom dari transpor RNA, t-RNA, RNA ribosom, r-RNA. RNA ini menggunakan kode genetik yang sedikit berbeda dengan RNA sitoplasma. DNA mitokondria hanya mengkodekan sekitar 22 RR, tetapi ini adalah satu-satunya RNA yang dapat menerjemahkan RNA mitokondria (M RNA) menjadi protein.

Protein Matriks

Sebagian besar protein dalam matriks mitokondria tidak diturunkan dari gen mitokondria tetapi dari gen inti. Protein ditransfer dari sitoplasma melalui membran luar dan dalam ke matriks. Mereka termasuk protein ribosom, protein yang diperlukan untuk replikasi dan transkripsi mitokondria, enzim untuk siklus asam sitrat, dan beberapa protein yang berperan dalam rantai transpor elektronik membran mitokondria bagian dalam.


Perbedaan mitokondria dan kloroplas

mitokondria dan kloroplas
Mitokondria Kloroplas
1. Mitokondria umumnya terdapat pada sel eukariotik seperti sel hewan dan tumbuhan. Ia juga dikenal sebagai pembangkit tenaga sel. Kloroplas hanya ada pada sel tumbuhan hijau, seperti sel mesofil, sedikit alga, dan sebagainya.
2. Ini bertanggung jawab untuk metabolisme energi dan respirasi sel. Ini adalah tempat fotosintesis, pabrik pembuat nutrisi, dan pengubah energi di dalam sel.
3. Organelnya tidak berwarna. Warnanya hijau.
4. Bentuknya bisa melingkar, berbentuk dumbbell, linier, bercabang dua, atau bentuk lainnya. Mereka bisa berbentuk cakram.
5. Mitokondria umumnya bulat di kedua ujungnya, dan membran bagian dalam akan menekuk membentuk lipatan, sebaliknya krista. Sedangkan ujung kloroplas lebih tajam, menunjukkan bentuk seperti daun.
6. Membran luar mitokondria halus, dan membran bagian dalam cekung ke dalam untuk membentuk punggungan, yang merupakan cara untuk meningkatkan luas membran. Permukaan luar kloroplas halus, dan membran dalam juga halus. Cara memperbesar luas membran adalah: membran tilakoid terakumulasi membentuk partikel basal.
7. Mengubah gula menjadi ATP. Penyimpanan energi matahari, dalam ikatan kimia glukosa.
8. Ini terbungkus oleh dua membran dalam dan luar, termasuk empat kompartemen fungsional: membran luar, membran dalam, membran interstisial, dan matriks. Ini berisi 3 membran yang berbeda: membran luar, membran dalam, membran tilakoid, dan 3 jenis rongga terpisah: ruang interstisial, matriks, dan rongga tilakoid.
9. Mengkonsumsi oksigen. Melepaskan oksigen.

Seperti perbedaan, ada juga persamaan di antara mereka.

Kesamaan mitokondria dan kloroplas

  • Keduanya adalah organel dua membran semi-otonom.
  • Mereka mengandung DNA, RNA, dan ribosom, yang dapat mensintesis bagian dari proteinnya sendiri.
  • Keduanya bisa berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
  • Keduanya merupakan sumber energi bagi sel.
  • Selain itu, ini memiliki koenzim dan enzim.

Pengertian mitokondria

Mitokondria adalah organel dua membran sel eukariotik. Ia memiliki materi genetik dan sistem genetiknya sendiri, tetapi ukuran genomnya terbatas dan merupakan organel semi-otonom. Ini adalah organel seukuran bakteri. Mereka menyajikan jumlah yang tinggi di hampir semua sel eukariotik. Itu juga disebut pembangkit tenaga sel.

Selain memasok energi ke sel, ia juga terlibat dalam proses seperti diferensiasi sel, transmisi informasi sel, dan apoptosis sel.

Ia memiliki kemampuan untuk mengatur pertumbuhan sel dan siklus sel.

Mitokondria dibatasi oleh dua membran – membran luar yang halus dan membran dalam yang terlipat dengan permukaan yang sangat besar. Berbagai jenis sel berbeda satu sama lain baik dalam jumlah dan bentuk mitokondria dan dalam jumlah krista.

Pengecualian adalah sel darah merah matang, yang sepenuhnya bergantung pada metabolisme anaerobik dan tidak mengandung mitokondria.

Definisi Kloroplas

Kloroplas plastida satu, tumbuhan tingkat tinggi, dan beberapa pengubah energi spesifik alga. Struktur membran dua lapis memisahkannya dari sitoplasma. Ini mengandung klorofil yang memberikan warna hijau. Bentuk, jumlah, dan ukuran kloroplas bervariasi dengan tanaman yang berbeda dan sel yang berbeda.

Dalam struktur kloroplas, membran luar dan dalam, ruang antarmembran, stroma, tilakoid, grana, lamela, lumen membedakan.

Dengan bantuan mereka, fotosintesis terjadi. Sintesis glukosa dari karbon dioksida dan air karena energi matahari, yang ditangkap oleh klorofil. Oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan dari fotosintesis. Namun, proses ini kompleks dan multistage. Selain klorofil, pigmen karotenoid terlibat dalam fotosintesis.


Membentuk membran dalam mitokondria dalam kesehatan dan penyakit

Mitokondria memainkan peran sentral dalam energi seluler, metabolisme, dan pensinyalan. Respirasi yang efisien, kontrol kualitas mitokondria, apoptosis, dan pewarisan DNA mitokondria bergantung pada arsitektur membran mitokondria yang tepat dan remodeling dinamis krista membran dalam. Cacat dalam arsitektur mitokondria dapat mengakibatkan penyakit manusia yang parah yang mempengaruhi terutama sistem saraf dan jantung. Morfologi membran bagian dalam dihasilkan dan dipertahankan khususnya oleh situs kontak mitokondria dan sistem pengorganisasian krista (MICOS), F1 FHai -ATP sintase, protein fusi OPA1/Mgm1 dan fosfolipid pembentuk nonbilayer cardiolipin dan phosphatidylethanolamine. Kompleks protein dan fosfolipid ini tertanam dalam jaringan interaksi fungsional. Mereka berkomunikasi satu sama lain dan faktor tambahan, memungkinkan mereka untuk menyeimbangkan berbagai aspek biogenesis krista dan secara dinamis merombak membran mitokondria bagian dalam. Perubahan genetik yang mengganggu faktor pembentuk membran ini dapat menyebabkan patologi manusia termasuk ensefalopati fatal, atrofi optik dominan, sindrom Leigh, penyakit Parkinson, dan sindrom Barth.

Kata kunci: MICOS cristae membran penyakit manusia mitokondria mitokondriopati fosforilasi oksidatif.

© 2020 Himpunan Penerbitan Jurnal Ilmu Penyakit Dalam.


Isi

Mitokondria mungkin memiliki sejumlah bentuk yang berbeda. [23] Sebuah mitokondria mengandung membran luar dan dalam terdiri dari bilayers fosfolipid dan protein. [17] Kedua membran memiliki sifat yang berbeda. Karena organisasi bermembran ganda ini, ada lima bagian berbeda pada mitokondria:

  1. Membran luar mitokondria,
  2. Ruang antar membran (ruang antara membran luar dan dalam),
  3. Membran mitokondria bagian dalam,
  4. Ruang krista (dibentuk oleh lipatan membran dalam), dan
  5. Matriks (ruang di dalam membran dalam).

Mitokondria yang terlepas dari membran luarnya disebut mitoplas.

Membran luar Sunting

NS membran mitokondria luar, yang membungkus seluruh organel, memiliki ketebalan 60 hingga 75 angstrom (Å). Ini memiliki rasio protein-to-fosfolipid mirip dengan membran sel (sekitar 1:1 berat). Ini mengandung sejumlah besar protein membran integral yang disebut porin. Protein perdagangan utama adalah saluran anion yang bergantung pada tegangan (VDAC) pembentuk pori. VDAC adalah transporter utama nukleotida, ion dan metabolit antara sitosol dan ruang antarmembran. [24] [25] Ini dibentuk sebagai barel beta yang membentang membran luar, mirip dengan yang ada di membran bakteri gram negatif. [26] Protein yang lebih besar dapat memasuki mitokondria jika urutan pensinyalan pada N-terminus mereka mengikat protein multisubunit besar yang disebut translocase di membran luar, yang kemudian secara aktif memindahkannya melintasi membran. [27] Pro-protein mitokondria diimpor melalui kompleks translokasi khusus.

Membran luar juga mengandung enzim yang terlibat dalam beragam aktivitas seperti pemanjangan asam lemak, oksidasi epinefrin, dan degradasi triptofan. Enzim-enzim ini termasuk monoamine oxidase, NADH-cytochrome c-reductase yang tidak sensitif terhadap rotenon, kynurenine hydroxylase dan asam lemak Co-A ligase. Gangguan pada membran luar memungkinkan protein di ruang antarmembran bocor ke dalam sitosol, yang menyebabkan kematian sel. [28] Membran luar mitokondria dapat berasosiasi dengan membran retikulum endoplasma (ER), dalam struktur yang disebut MAM (membran ER terkait mitokondria). Ini penting dalam pensinyalan kalsium ER-mitokondria dan terlibat dalam transfer lipid antara ER dan mitokondria. [29] Di luar membran luar ada partikel kecil (diameter: 60Å) bernama sub-unit Parson.

Ruang antar membran Sunting

NS ruang antar membran mitokondria adalah ruang antara membran luar dan membran dalam. Ini juga dikenal sebagai ruang perimitokondria. Karena membran luar permeabel secara bebas terhadap molekul kecil, konsentrasi molekul kecil, seperti ion dan gula, di ruang antarmembran sama dengan di sitosol. [17] Namun, protein besar harus memiliki urutan pensinyalan spesifik untuk diangkut melintasi membran luar, sehingga komposisi protein ruang ini berbeda dengan komposisi protein sitosol. Salah satu protein yang terlokalisasi pada ruang antar membran dengan cara ini adalah sitokrom c. [28]

Membran dalam Sunting

Membran mitokondria bagian dalam mengandung protein dengan tiga jenis fungsi: [17]

  1. Mereka yang melakukan reaksi rantai transpor elektron redoks, yang menghasilkan ATP dalam matriks
  2. Protein transpor spesifik yang mengatur jalur metabolit masuk dan keluar dari matriks mitokondria

Ini mengandung lebih dari 151 polipeptida yang berbeda, dan memiliki rasio protein-to-fosfolipid yang sangat tinggi (lebih dari 3:1 berat, yaitu sekitar 1 protein untuk 15 fosfolipid). Membran dalam adalah rumah bagi sekitar 1/5 dari total protein dalam mitokondria. [30] Selain itu, membran dalam kaya akan fosfolipid yang tidak biasa, cardiolipin. Fosfolipid ini awalnya ditemukan di hati sapi pada tahun 1942, dan biasanya merupakan karakteristik membran plasma mitokondria dan bakteri. [31] Kardiolipin mengandung empat asam lemak, bukan dua, dan dapat membantu membuat membran bagian dalam tidak dapat ditembus. [17] Berbeda dengan membran luar, membran dalam tidak mengandung porin, dan sangat kedap terhadap semua molekul. Hampir semua ion dan molekul memerlukan transporter membran khusus untuk masuk atau keluar dari matriks. Protein diangkut ke dalam matriks melalui translocase kompleks membran dalam (TIM) atau melalui OXA1L. [27] Selain itu, ada potensi membran melintasi membran dalam, yang dibentuk oleh aksi enzim rantai transpor elektron. Fusi membran dalam dimediasi oleh protein membran dalam OPA1. [32]

Crista Edit

Membran mitokondria bagian dalam terbagi menjadi banyak lipatan yang disebut krista, yang memperluas area permukaan membran mitokondria bagian dalam, meningkatkan kemampuannya untuk menghasilkan ATP. Untuk mitokondria hati yang khas, area membran dalam kira-kira lima kali lebih besar dari membran luar. Rasio ini bervariasi dan mitokondria dari sel yang memiliki permintaan ATP yang lebih besar, seperti sel otot, mengandung lebih banyak krista.Mitokondria dalam sel yang sama dapat memiliki densitas krista yang berbeda secara substansial, dengan mitokondria yang diperlukan untuk menghasilkan lebih banyak energi memiliki lebih banyak permukaan membran krista. [33] Lipatan ini bertatahkan badan bulat kecil yang dikenal sebagai F1 partikel atau oksisom. [34]

Edit Matriks

Matriks adalah ruang yang tertutup oleh membran dalam. Ini mengandung sekitar 2/3 dari total protein dalam mitokondria. [17] Matriks penting dalam produksi ATP dengan bantuan ATP sintase yang terkandung dalam membran bagian dalam. Matriks tersebut mengandung campuran ratusan enzim yang sangat terkonsentrasi, ribosom mitokondria khusus, tRNA, dan beberapa salinan genom DNA mitokondria. Dari enzim, fungsi utama termasuk oksidasi piruvat dan asam lemak, dan siklus asam sitrat. [17] Molekul DNA dikemas menjadi nukleoid oleh protein, salah satunya adalah TFAM. [35]

Peran mitokondria yang paling menonjol adalah untuk menghasilkan mata uang energi sel, ATP (yaitu, fosforilasi ADP), melalui respirasi dan untuk mengatur metabolisme sel. [18] Kumpulan reaksi sentral yang terlibat dalam produksi ATP secara kolektif dikenal sebagai siklus asam sitrat, atau siklus Krebs. Namun, mitokondria memiliki banyak fungsi lain selain produksi ATP.

Konversi energi Sunting

Peran dominan mitokondria adalah produksi ATP, seperti yang dicerminkan oleh sejumlah besar protein di membran dalam untuk tugas ini. Hal ini dilakukan dengan mengoksidasi produk utama glukosa: piruvat, dan NADH, yang diproduksi di sitosol. [18] Jenis respirasi seluler ini, yang dikenal sebagai respirasi aerobik, bergantung pada keberadaan oksigen, yang menyediakan sebagian besar energi yang dilepaskan. [36] Ketika oksigen terbatas, produk glikolitik akan dimetabolisme oleh fermentasi anaerobik, suatu proses yang tidak bergantung pada mitokondria. [18] Produksi ATP dari glukosa dan oksigen memiliki hasil sekitar 13 kali lebih tinggi selama respirasi aerobik dibandingkan dengan fermentasi. [37] Mitokondria tanaman juga dapat menghasilkan ATP dalam jumlah terbatas baik dengan memecah gula yang dihasilkan selama fotosintesis atau tanpa oksigen dengan menggunakan substrat alternatif nitrit. [38] ATP melintasi membran dalam dengan bantuan protein tertentu, dan melintasi membran luar melalui porin. [39] ADP kembali melalui rute yang sama.

Piruvat dan siklus asam sitrat Sunting

Molekul piruvat yang dihasilkan oleh glikolisis secara aktif diangkut melintasi membran mitokondria bagian dalam, dan ke dalam matriks di mana mereka dapat dioksidasi dan digabungkan dengan koenzim A untuk membentuk CO2, asetil-KoA, dan NADH, [18] atau mereka dapat dikarboksilasi (oleh piruvat karboksilase) untuk membentuk oksaloasetat. Reaksi terakhir ini "mengisi" jumlah oksaloasetat dalam siklus asam sitrat dan oleh karena itu merupakan reaksi anaplerotik, meningkatkan kapasitas siklus untuk memetabolisme asetil-KoA ketika kebutuhan energi jaringan (misalnya, di otot) tiba-tiba meningkat oleh aktivitas. [40]

Dalam siklus asam sitrat, semua zat antara (misalnya sitrat, iso-sitrat, alfa-ketoglutarat, suksinat, fumarat, malat, dan oksaloasetat) diregenerasi selama setiap putaran siklus. Menambahkan lebih banyak zat antara ini ke mitokondria karena itu berarti bahwa jumlah tambahan dipertahankan dalam siklus, meningkatkan semua zat antara lainnya saat yang satu diubah menjadi yang lain. Oleh karena itu, penambahan salah satu dari mereka ke siklus memiliki efek anaplerotik, dan penghapusannya memiliki efek kataplerotik. Reaksi anaplerotik dan kataplerotik ini akan, selama siklus, menambah atau mengurangi jumlah oksaloasetat yang tersedia untuk bergabung dengan asetil-KoA untuk membentuk asam sitrat. Hal ini pada gilirannya meningkatkan atau menurunkan tingkat produksi ATP oleh mitokondria, dan dengan demikian ketersediaan ATP ke sel. [40]

Asetil-KoA, di sisi lain, berasal dari oksidasi piruvat, atau dari oksidasi beta asam lemak, adalah satu-satunya bahan bakar untuk memasuki siklus asam sitrat. Dengan setiap putaran siklus, satu molekul asetil-KoA dikonsumsi untuk setiap molekul oksaloasetat yang ada dalam matriks mitokondria, dan tidak pernah diregenerasi. Ini adalah oksidasi bagian asetat dari asetil-KoA yang menghasilkan CO2 dan air, dengan energi yang dilepaskan ditangkap dalam bentuk ATP. [40]

Di hati, karboksilasi piruvat sitosolik menjadi oksaloasetat intramitokondria merupakan langkah awal dalam jalur glukoneogenik, yang mengubah laktat dan alanin terde-aminasi menjadi glukosa, [18] [40] di bawah pengaruh kadar glukagon dan/ atau epinefrin dalam darah. [40] Di sini, penambahan oksaloasetat ke mitokondria tidak memiliki efek anaplerotik bersih, karena zat antara siklus asam sitrat lainnya (malat) segera dikeluarkan dari mitokondria untuk diubah menjadi oksaloasetat sitosol, yang akhirnya diubah menjadi glukosa, dalam proses yang hampir kebalikan dari glikolisis. [40]

Enzim dari siklus asam sitrat terletak di matriks mitokondria, dengan pengecualian suksinat dehidrogenase, yang terikat pada membran mitokondria bagian dalam sebagai bagian dari Kompleks II. [41] Siklus asam sitrat mengoksidasi asetil-KoA menjadi karbon dioksida, dan, dalam prosesnya, menghasilkan kofaktor tereduksi (tiga molekul NADH dan satu molekul FADH2) yang merupakan sumber elektron untuk rantai transpor elektron, dan molekul GTP (yang siap diubah menjadi ATP). [18]

NADH dan FADH2: rantai transpor elektron Sunting

Elektron dari NADH dan FADH2 ditransfer ke oksigen (O2), molekul kaya energi, [36] dan hidrogen (proton) dalam beberapa langkah melalui rantai transpor elektron. NADH dan FADH2 molekul diproduksi dalam matriks melalui siklus asam sitrat tetapi juga diproduksi di sitoplasma oleh glikolisis. Reduksi ekuivalen dari sitoplasma dapat diimpor melalui sistem antar-jemput malat-aspartat protein antiporter atau dimasukkan ke dalam rantai transpor elektron menggunakan antar-jemput gliserol fosfat. [18] Kompleks protein di membran dalam (NADH dehidrogenase (ubiquinone), sitokrom c reduktase, dan sitokrom c oksidase) melakukan transfer, dan pelepasan energi tambahan digunakan untuk memompa proton (H + ) ke dalam ruang antarmembran. Proses ini efisien, tetapi sebagian kecil elektron dapat mereduksi oksigen sebelum waktunya, membentuk spesies oksigen reaktif seperti superoksida. [18] Hal ini dapat menyebabkan stres oksidatif di mitokondria dan dapat berkontribusi pada penurunan fungsi mitokondria yang terkait dengan proses penuaan. [42]

Ketika konsentrasi proton meningkat di ruang antarmembran, gradien elektrokimia yang kuat terbentuk melintasi membran dalam. Proton dapat kembali ke matriks melalui kompleks ATP sintase, dan energi potensialnya digunakan untuk mensintesis ATP dari ADP dan fosfat anorganik (PSaya). [18] Proses ini disebut chemiosmosis, dan pertama kali dijelaskan oleh Peter Mitchell, [43] [44] yang dianugerahi Penghargaan Nobel Kimia 1978 untuk karyanya. Kemudian, sebagian dari Hadiah Nobel Kimia 1997 dianugerahkan kepada Paul D. Boyer dan John E. Walker atas penjelasan mereka tentang mekanisme kerja ATP sintase. [45]

Produksi panas Sunting

Dalam kondisi tertentu, proton dapat masuk kembali ke matriks mitokondria tanpa berkontribusi pada sintesis ATP. Proses ini dikenal sebagai kebocoran proton atau pelepasan mitokondria dan disebabkan oleh difusi proton yang difasilitasi ke dalam matriks. Proses ini menghasilkan energi potensial yang tidak dimanfaatkan dari gradien elektrokimia proton yang dilepaskan sebagai panas. [18] Proses ini dimediasi oleh saluran proton yang disebut thermogenin, atau UCP1. [46] Thermogenin terutama ditemukan di jaringan adiposa coklat, atau lemak coklat, dan bertanggung jawab untuk thermogenesis non-menggigil. Jaringan adiposa coklat ditemukan pada mamalia, dan berada pada tingkat tertinggi pada awal kehidupan dan pada hewan yang berhibernasi. Pada manusia, jaringan adiposa coklat hadir saat lahir dan menurun seiring bertambahnya usia. [46]

Penyimpanan ion kalsium Sunting

Konsentrasi kalsium bebas dalam sel dapat mengatur serangkaian reaksi dan penting untuk transduksi sinyal dalam sel. Mitokondria untuk sementara dapat menyimpan kalsium, suatu proses yang berkontribusi untuk homeostasis kalsium sel. [47] [48] Kemampuan mereka untuk dengan cepat mengambil kalsium untuk rilis nanti membuat mereka "buffer sitosolik" yang baik untuk kalsium. [49] [50] [51] Retikulum endoplasma (ER) adalah tempat penyimpanan kalsium yang paling signifikan, [52] dan ada interaksi yang signifikan antara mitokondria dan ER berkaitan dengan kalsium. [53] Kalsium diambil ke dalam matriks oleh uniporter kalsium mitokondria pada membran mitokondria bagian dalam. [54] Hal ini terutama didorong oleh potensi membran mitokondria. [48] ​​Pelepasan kalsium ini kembali ke bagian dalam sel dapat terjadi melalui protein pertukaran natrium-kalsium atau melalui jalur "pelepasan kalsium yang diinduksi-kalsium". [54] Hal ini dapat memicu lonjakan kalsium atau gelombang kalsium dengan perubahan besar pada potensial membran. Ini dapat mengaktifkan serangkaian protein sistem utusan kedua yang dapat mengoordinasikan proses seperti pelepasan neurotransmitter di sel saraf dan pelepasan hormon dalam sel endokrin. [55]

Masuknya Ca 2+ ke matriks mitokondria baru-baru ini telah terlibat sebagai mekanisme untuk mengatur bioenergi pernapasan dengan memungkinkan potensi elektrokimia melintasi membran untuk sementara "berdenyut" dari dominasi menjadi dominasi pH, memfasilitasi pengurangan stres oksidatif. [56] Dalam neuron, peningkatan kalsium sitosolik dan mitokondria secara bersamaan bertindak untuk menyinkronkan aktivitas neuron dengan metabolisme energi mitokondria. Tingkat kalsium matriks mitokondria dapat mencapai puluhan tingkat mikromolar, yang diperlukan untuk aktivasi isositrat dehidrogenase, salah satu enzim pengatur utama siklus Krebs. [57]

Regulasi proliferasi seluler Sunting

Hubungan antara proliferasi sel dan mitokondria telah diselidiki. Sel tumor membutuhkan ATP yang cukup untuk mensintesis senyawa bioaktif seperti lipid, protein, dan nukleotida untuk proliferasi yang cepat. [58] Mayoritas ATP dalam sel tumor dihasilkan melalui jalur fosforilasi oksidatif (OxPhos). [59] Interferensi dengan OxPhos menyebabkan penghentian siklus sel yang menunjukkan bahwa mitokondria berperan dalam proliferasi sel. [59] Produksi ATP mitokondria juga penting untuk pembelahan sel dan diferensiasi pada infeksi [60] selain fungsi dasar dalam sel termasuk pengaturan volume sel, konsentrasi zat terlarut, dan arsitektur seluler. [61] [62] [63] Tingkat ATP berbeda pada berbagai tahap siklus sel menunjukkan bahwa ada hubungan antara kelimpahan ATP dan kemampuan sel untuk memasuki siklus sel baru. [64] Peran ATP dalam fungsi dasar sel membuat siklus sel sensitif terhadap perubahan ketersediaan ATP turunan mitokondria. [64] Variasi tingkat ATP pada berbagai tahap siklus sel mendukung hipotesis bahwa mitokondria memainkan peran penting dalam regulasi siklus sel. [64] Meskipun mekanisme spesifik antara mitokondria dan regulasi siklus sel tidak dipahami dengan baik, penelitian telah menunjukkan bahwa pos pemeriksaan siklus sel energi rendah memantau kemampuan energi sebelum melakukan putaran lain pembelahan sel. [9]

Fungsi tambahan Sunting

Mitokondria memainkan peran sentral dalam banyak tugas metabolisme lainnya, seperti:

  • Pemberian sinyal melalui spesies oksigen reaktif mitokondria[65]
  • Regulasi potensial membran[18] -kematian sel terprogram [66]
  • Pensinyalan kalsium (termasuk apoptosis yang dipicu oleh kalsium) [67]
  • Regulasi metabolisme seluler[9]
  • Reaksi sintesis heme tertentu [68](lihat juga: porfirin) perpaduan. [49]
  • Sinyal hormonal [69] Mitokondria sensitif dan responsif terhadap hormon, sebagian oleh aksi reseptor estrogen mitokondria (mtER). Reseptor ini telah ditemukan di berbagai jaringan dan jenis sel, termasuk otak [70] dan jantung [71]
  • Pensinyalan kekebalan [72]
  • Mitokondria neuron juga berkontribusi pada kontrol kualitas seluler dengan melaporkan status neuron ke mikroglia melalui sambungan somatik khusus. [73]

Beberapa fungsi mitokondria dilakukan hanya 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 salah satu fungsi ini dapat menyebabkan penyakit mitokondria.

Mitokondria (dan struktur terkait) ditemukan di semua eukariota (kecuali dua-the Oxymonad Monocercomonoides dan Henneguya salminicola). [5] [6] [7] [74] Meskipun umumnya digambarkan sebagai struktur seperti kacang mereka membentuk jaringan yang sangat dinamis di sebagian besar sel di mana mereka terus-menerus mengalami fisi dan fusi. Populasi semua mitokondria dari sel tertentu merupakan chondriome. [75] Mitokondria bervariasi dalam jumlah dan lokasi menurut jenis sel. Mitokondria tunggal sering ditemukan pada organisme uniseluler, sedangkan sel hati manusia memiliki sekitar 1000-2000 mitokondria per sel, membentuk 1/5 dari volume sel. [17] Isi mitokondria dari sel yang serupa dapat bervariasi secara substansial dalam ukuran dan potensi membran, [76] dengan perbedaan yang timbul dari sumber termasuk partisi yang tidak merata pada pembelahan sel, yang menyebabkan perbedaan ekstrinsik dalam tingkat ATP dan proses seluler hilir. [77] Mitokondria dapat ditemukan terletak di antara miofibril otot atau melilit flagel sperma. [17] Seringkali, mereka membentuk jaringan percabangan 3D yang kompleks di dalam sel dengan sitoskeleton. Hubungan dengan sitoskeleton menentukan bentuk mitokondria, yang dapat mempengaruhi fungsi juga: [78] struktur yang berbeda dari jaringan mitokondria dapat memberikan populasi berbagai keuntungan atau kerugian fisik, kimia, dan sinyal. [79] Mitokondria dalam sel selalu didistribusikan sepanjang mikrotubulus dan distribusi organel ini juga berkorelasi dengan retikulum endoplasma. [80] Bukti terbaru menunjukkan bahwa vimentin, salah satu komponen sitoskeleton, juga penting untuk hubungan dengan sitoskeleton. [81]

Membran ER terkait mitokondria (MAM) Sunting

Membran ER terkait mitokondria (MAM) adalah elemen struktural lain yang semakin dikenal karena peran pentingnya dalam fisiologi seluler dan homeostasis. Setelah dianggap sebagai hambatan teknis dalam teknik fraksinasi sel, dugaan kontaminan vesikel ER yang selalu muncul dalam fraksi mitokondria telah diidentifikasi kembali sebagai struktur membran yang berasal dari MAM — antarmuka antara mitokondria dan ER. [82] Kopling fisik antara dua organel ini sebelumnya telah diamati dalam mikrograf elektron dan baru-baru ini telah diperiksa dengan mikroskop fluoresensi. [82] Studi tersebut memperkirakan bahwa pada MAM, yang mungkin terdiri hingga 20% dari membran luar mitokondria, RE dan mitokondria dipisahkan oleh hanya 10-25 nm dan disatukan oleh kompleks tethering protein. [82] [29] [83]

MAM yang dimurnikan dari fraksinasi subseluler diperkaya dengan enzim yang terlibat dalam pertukaran fosfolipid, selain saluran yang terkait dengan pensinyalan Ca 2+. [82] [83] Petunjuk tentang peran penting MAM dalam regulasi penyimpanan lipid seluler dan transduksi sinyal telah dibuktikan, dengan implikasi signifikan untuk fenomena seluler terkait mitokondria, seperti yang dibahas di bawah. MAM tidak hanya memberikan wawasan tentang dasar mekanistik yang mendasari proses fisiologis seperti apoptosis intrinsik dan propagasi pensinyalan kalsium, tetapi juga mendukung pandangan mitokondria yang lebih halus. Meskipun sering dilihat sebagai 'pembangkit tenaga' statis dan terisolasi yang dibajak untuk metabolisme seluler melalui peristiwa endosimbiotik kuno, evolusi MAM menggarisbawahi sejauh mana mitokondria telah diintegrasikan ke dalam fisiologi seluler secara keseluruhan, dengan penggabungan fisik dan fungsional yang intim ke sistem endomembran.

Transfer fosfolipid Sunting

MAM diperkaya dalam enzim yang terlibat dalam biosintesis lipid, seperti phosphatidylserine synthase pada wajah ER dan phosphatidylserine decarboxylase pada wajah mitokondria. [84] [85] Karena mitokondria adalah organel dinamis yang terus-menerus mengalami peristiwa fisi dan fusi, mereka membutuhkan pasokan fosfolipid yang konstan dan diatur dengan baik untuk integritas membran. [86] [87] Tapi mitokondria tidak hanya tujuan untuk fosfolipid mereka menyelesaikan sintesis, organel ini juga berperan dalam perdagangan antar-organel dari zat antara dan produk dari jalur biosintesis fosfolipid, metabolisme ceramide dan kolesterol, dan glikosfingolipid anabolisme. [85] [87]

Kapasitas perdagangan tersebut tergantung pada MAM, yang telah terbukti memfasilitasi transfer intermediet lipid antara organel. [84] Berbeda dengan mekanisme vesikular standar transfer lipid, bukti menunjukkan bahwa kedekatan fisik ER dan membran mitokondria di MAM memungkinkan untuk membalik lipid antara bilayers berlawanan. [87] Meskipun mekanisme yang tidak biasa dan tampaknya energik tidak menguntungkan ini, transportasi tersebut tidak memerlukan ATP. [87] Sebaliknya, dalam ragi, telah terbukti bergantung pada struktur tethering multiprotein yang disebut struktur pertemuan ER-mitokondria, atau ERMES, meskipun masih belum jelas apakah struktur ini secara langsung memediasi transfer lipid atau diperlukan untuk menjaga membran dalam cukup dekat untuk menurunkan penghalang energi untuk membalik lipid. [87] [88]

MAM juga dapat menjadi bagian dari jalur sekretori, selain perannya dalam perdagangan lipid intraseluler. Secara khusus, MAM tampaknya menjadi tujuan perantara antara RE kasar dan Golgi di jalur yang mengarah ke lipoprotein densitas sangat rendah, atau VLDL, perakitan dan sekresi. [85] [89] MAM dengan demikian berfungsi sebagai pusat metabolisme dan perdagangan penting dalam metabolisme lipid.

Pensinyalan kalsium Sunting

Peran penting ER dalam pensinyalan kalsium telah diakui sebelum peran seperti itu untuk mitokondria diterima secara luas, sebagian karena afinitas rendah saluran Ca2+ yang terlokalisasi ke membran luar mitokondria tampaknya bertentangan dengan respons organel ini terhadap perubahan intraseluler. fluks Ca2+. [82] [52] Tetapi kehadiran MAM menyelesaikan kontradiksi yang tampak ini: hubungan fisik yang erat antara kedua organel menghasilkan domain mikro Ca 2+ pada titik kontak yang memfasilitasi transmisi Ca 2+ yang efisien dari ER ke mitokondria. [82] Transmisi terjadi sebagai respons terhadap apa yang disebut "tiupan Ca 2+" yang dihasilkan oleh pengelompokan spontan dan aktivasi IP3R, saluran Ca 2+ membran ER kanonik. [82] [29]

Nasib dari embusan ini—khususnya, apakah mereka tetap terbatas pada lokal yang terisolasi atau terintegrasi ke dalam gelombang Ca2+ untuk propagasi ke seluruh sel—ditentukan sebagian besar oleh dinamika MAM. Meskipun pengambilan kembali Ca 2+ oleh ER (bersamaan dengan pelepasannya) memodulasi intensitas isapan, sehingga mengisolasi mitokondria sampai tingkat tertentu dari paparan Ca 2+ yang tinggi, MAM sering berfungsi sebagai firewall yang pada dasarnya menyangga embusan Ca 2+. dengan bertindak sebagai tempat pembuangan ion bebas yang dilepaskan ke dalam sitosol dapat disalurkan. [82] [90] [91] Penerowongan Ca 2+ ini terjadi melalui reseptor VDAC1 afinitas rendah Ca 2+, yang baru-baru ini telah terbukti secara fisik ditambatkan ke cluster IP3R pada membran ER dan diperkaya di MAM. [82] [29] [92] Kemampuan mitokondria untuk berfungsi sebagai penyerap Ca 2+ adalah hasil dari gradien elektrokimia yang dihasilkan selama fosforilasi oksidatif, yang membuat tunneling kation menjadi proses eksergonik. [92] Normal, masuknya kalsium ringan dari sitosol ke dalam matriks mitokondria menyebabkan depolarisasi sementara yang dikoreksi dengan memompa keluar proton.

Tetapi transmisi Ca 2+ tidak searah, melainkan jalan dua arah. [52] Sifat SERCA pompa Ca 2+ dan saluran IP3R yang ada pada membran ER memfasilitasi regulasi umpan balik yang dikoordinasikan oleh fungsi MAM. Secara khusus, pembersihan Ca 2+ oleh MAM memungkinkan pola spatio-temporal dari pensinyalan Ca 2+ karena Ca 2+ mengubah aktivitas IP3R secara bifasik. [82] SERCA juga dipengaruhi oleh umpan balik mitokondria: penyerapan Ca 2+ oleh MAM merangsang produksi ATP, sehingga menyediakan energi yang memungkinkan SERCA untuk memuat ulang ER dengan Ca 2+ untuk penghabisan Ca 2+ yang berkelanjutan di MAM. [90] [92] Dengan demikian, MAM bukan buffer pasif untuk embusan Ca 2+ melainkan membantu memodulasi pensinyalan Ca 2+ lebih lanjut melalui loop umpan balik yang memengaruhi dinamika ER.

Mengatur pelepasan ER dari Ca 2+ di MAM sangat penting karena hanya jendela tertentu dari serapan Ca 2+ yang menopang mitokondria, dan akibatnya sel, pada homeostasis. Pensinyalan intraorganel Ca 2+ yang cukup diperlukan untuk merangsang metabolisme dengan mengaktifkan enzim dehidrogenase yang penting untuk mengalir melalui siklus asam sitrat. [93] [94] Namun, begitu pensinyalan Ca 2+ di mitokondria melewati ambang tertentu, ia merangsang jalur intrinsik apoptosis sebagian dengan meruntuhkan potensi membran mitokondria yang diperlukan untuk metabolisme. [82] Studi yang meneliti peran faktor pro- dan anti-apoptosis mendukung model ini, misalnya, faktor anti-apoptosis Bcl-2 telah terbukti berinteraksi dengan IP3R untuk mengurangi pengisian Ca 2+ di ER, yang menyebabkan berkurangnya penghabisan. di MAM dan mencegah runtuhnya rangsangan potensial pasca-apoptosis membran mitokondria. [82] Mengingat kebutuhan untuk regulasi pensinyalan Ca 2+ yang begitu baik, mungkin tidak mengejutkan bahwa mitokondria Ca 2+ yang tidak teregulasi telah terlibat dalam beberapa penyakit neurodegeneratif, sementara katalog penekan tumor mencakup beberapa yang diperkaya di MAM. [92]

Dasar molekuler untuk tethering Sunting

Kemajuan terbaru dalam identifikasi ikatan antara membran mitokondria dan ER menunjukkan bahwa fungsi perancah elemen molekuler yang terlibat adalah sekunder dari fungsi non-struktural lainnya. Dalam ragi, ERMES, kompleks multiprotein dari protein membran ER- dan mitokondria-residen yang berinteraksi, diperlukan untuk transfer lipid di MAM dan mencontohkan prinsip ini. Salah satu komponennya, misalnya, juga merupakan konstituen kompleks protein yang diperlukan untuk penyisipan protein beta-barrel transmembran ke dalam lapisan ganda lipid. [87] Namun, homolog dari kompleks ERMES belum diidentifikasi dalam sel mamalia. Protein lain yang terlibat dalam scaffolding juga memiliki fungsi yang tidak bergantung pada penambatan struktural di MAM misalnya, mitofusin residen-ER dan mitokondria-residen membentuk heterokompleks yang mengatur jumlah situs kontak antar-organel, meskipun mitofusin pertama kali diidentifikasi untuk peran mereka dalam fisi dan peristiwa fusi antara mitokondria individu. [82] Protein terkait glukosa 75 (grp75) adalah protein fungsi ganda lainnya. Selain kumpulan matriks grp75, sebagian berfungsi sebagai pendamping yang secara fisik menghubungkan saluran mitokondria dan ER Ca 2+ VDAC dan IP3R untuk transmisi Ca 2+ yang efisien di MAM. [82] [29] Tether potensial lainnya adalah Sigma-1R, reseptor non-opioid yang stabilisasi ER-residen IP3R dapat mempertahankan komunikasi di MAM selama respons stres metabolik. [95] [96]

Perspektif Sunting

MAM adalah pusat pensinyalan, metabolisme, dan perdagangan penting dalam sel yang memungkinkan integrasi ER dan fisiologi mitokondria. Kopling antara organel ini tidak hanya struktural tetapi juga fungsional dan penting untuk fisiologi seluler dan homeostasis secara keseluruhan. Dengan demikian MAM menawarkan perspektif tentang mitokondria yang menyimpang dari pandangan tradisional organel ini sebagai unit statis dan terisolasi yang disesuaikan dengan kapasitas metabolismenya oleh sel. [97] Sebaliknya, antarmuka mitokondria-ER ini menekankan integrasi mitokondria, produk dari peristiwa endosimbiotik, ke dalam beragam proses seluler. Baru-baru ini juga telah ditunjukkan, bahwa mitokondria dan MAM-s di neuron berlabuh ke situs komunikasi antar sel khusus (disebut somatic-junctions). Proses mikroglial memantau dan melindungi fungsi saraf di situs ini, dan MAM-s seharusnya memiliki peran penting dalam jenis kontrol kualitas seluler ini. [73]

Ada dua hipotesis tentang asal usul mitokondria: endosimbiotik dan autogenous. Hipotesis endosimbiotik menunjukkan bahwa mitokondria pada awalnya adalah sel prokariotik, mampu menerapkan mekanisme oksidatif yang tidak mungkin dilakukan oleh sel eukariotik, mereka menjadi endosimbion yang hidup di dalam eukariota. [98] Dalam hipotesis autogenous, mitokondria dilahirkan dengan memisahkan sebagian DNA dari inti sel eukariotik pada saat divergensi dengan prokariota, bagian DNA ini akan tertutup oleh membran, yang tidak dapat dilintasi oleh protein. . Karena mitokondria memiliki banyak fitur yang sama dengan bakteri, hipotesis endosimbiosis lebih diterima secara luas. [98] [99]

Mitokondria mengandung DNA, yang disusun sebagai beberapa salinan dari satu kromosom, biasanya melingkar. Kromosom mitokondria ini mengandung gen untuk protein redoks, seperti yang ada pada rantai pernapasan. Hipotesis CoRR mengusulkan bahwa co-lokasi ini diperlukan untuk regulasi redoks. Genom mitokondria mengkode beberapa RNA ribosom, dan 22 tRNA yang diperlukan untuk translasi mRNA menjadi protein. Struktur melingkar juga ditemukan pada prokariota. Proto-mitokondria mungkin terkait erat dengan Rickettsia. [100] [101] Namun, hubungan yang tepat dari nenek moyang mitokondria dengan alphaproteobacteria dan apakah mitokondria terbentuk pada waktu yang sama atau setelah nukleus, masih kontroversial. [102] Sebagai contoh, telah disarankan bahwa clade bakteri SAR11 berbagi nenek moyang yang relatif baru dengan mitokondria, [103] sementara analisis filogenomik menunjukkan bahwa mitokondria berevolusi dari garis keturunan proteobacteria yang terkait erat dengan atau anggota alphaproteobacteria . [104] [105]

Subgrup Ib, II, IIIa, IIIb, IV dan V

Ribosom yang dikode oleh DNA mitokondria mirip dengan yang berasal dari bakteri dalam ukuran dan struktur. [107] Mereka sangat mirip dengan ribosom 70S bakteri dan bukan ribosom sitoplasma 80S, yang dikodekan oleh DNA nuklir.

Hubungan endosimbiosis mitokondria dengan sel inangnya dipopulerkan oleh Lynn Margulis. [108] Hipotesis endosimbiotik menunjukkan bahwa mitokondria diturunkan dari bakteri yang entah bagaimana bertahan endositosis oleh sel lain, dan menjadi dimasukkan ke dalam sitoplasma. Kemampuan bakteri ini untuk melakukan respirasi dalam sel inang yang mengandalkan glikolisis dan fermentasi akan memberikan keuntungan evolusioner yang cukup besar. Hubungan simbiosis ini mungkin berkembang 1,7 hingga 2 miliar tahun yang lalu. [109] [110] Beberapa kelompok eukariota uniseluler hanya memiliki mitokondria vestigial atau struktur turunan: mikrosporidian, metamonad, dan archamoebae. [111] Kelompok-kelompok ini muncul sebagai eukariota paling primitif pada pohon filogenetik yang dibangun menggunakan informasi rRNA, yang pernah menyarankan bahwa mereka muncul sebelum asal mitokondria. Namun, ini sekarang dikenal sebagai artefak tarikan cabang panjang — mereka adalah kelompok turunan dan mempertahankan gen atau organel yang berasal dari mitokondria (misalnya, mitosom dan hidrogenosom). [4] Hidrogenosom, mitosom, dan organel terkait seperti yang ditemukan di beberapa loricifera (mis. Spinoloricus) [112] [113] dan myxozoa (mis. Henneguya zschokkei) bersama-sama diklasifikasikan sebagai MRO, organel terkait mitokondria. [114] [115]

Monocercomonoides tampaknya telah kehilangan mitokondria sepenuhnya dan setidaknya beberapa fungsi mitokondria tampaknya dilakukan oleh protein sitoplasma sekarang.. [116]

Mitokondria mengandung genomnya sendiri. NS manusia genom mitokondria adalah molekul DNA melingkar sekitar 16 kilobase. [117] Ini mengkodekan 37 gen: 13 untuk subunit kompleks pernapasan I, III, IV dan V, 22 untuk tRNA mitokondria (untuk 20 asam amino standar, ditambah gen ekstra untuk leusin dan serin), dan 2 untuk rRNA. [117] Satu mitokondria dapat berisi dua hingga sepuluh salinan DNA-nya. [118]

Seperti pada prokariota, ada proporsi pengkodean DNA yang sangat tinggi dan tidak adanya pengulangan. Gen mitokondria ditranskripsi sebagai transkrip multigenik, yang dibelah dan dipoliadenilasi untuk menghasilkan mRNA matang. Sebagian besar protein yang diperlukan untuk fungsi mitokondria dikodekan oleh gen dalam inti sel dan protein yang sesuai diimpor ke mitokondria. [119] Jumlah pasti gen yang dikodekan oleh nukleus dan genom mitokondria berbeda antar spesies. Kebanyakan genom mitokondria berbentuk lingkaran. [120] Secara umum, DNA mitokondria kekurangan intron, seperti halnya pada genom mitokondria manusia [119] namun, intron telah diamati pada beberapa DNA mitokondria eukariotik, [121] seperti ragi [122] dan protista, [ 123] termasuk Dictyostelium discoideum. [124] Di antara daerah pengkode protein, tRNA hadir. Gen tRNA mitokondria memiliki urutan yang berbeda dari tRNA nuklir tetapi kemiripan tRNA mitokondria telah ditemukan dalam kromosom nuklir dengan kesamaan urutan yang tinggi. [125]

Pada hewan, genom mitokondria biasanya berupa kromosom melingkar tunggal yang panjangnya kira-kira 16 kb dan memiliki 37 gen. Gen, meskipun sangat lestari, dapat bervariasi di lokasi. Anehnya, pola ini tidak ditemukan pada kutu tubuh manusia (Pediculus humanus). Sebaliknya, genom mitokondria ini diatur dalam 18 kromosom minicircular, yang masing-masing memiliki panjang 3-4 kb dan memiliki satu hingga tiga gen. [126] Pola ini juga ditemukan pada kutu penghisap lainnya, tetapi tidak pada kutu pengunyah. Rekombinasi telah terbukti terjadi antara minichromosom.

Kode genetik alternatif Sunting

Pengecualian untuk kode genetik standar di mitokondria [17]
Organisme kodon Standar Mitokondria
Mamalia AGA, AGG arginin Hentikan kodon
Invertebrata AGA, AGG arginin serin
jamur CU Leusin treonin
Semua yang di atas AU isoleusin metionin
UGA Hentikan kodon triptofan

Sementara sedikit variasi pada kode genetik standar telah diprediksi sebelumnya, [127] tidak ada yang ditemukan sampai tahun 1979, ketika para peneliti mempelajari gen mitokondria manusia menentukan bahwa mereka menggunakan kode alternatif. [128] Namun, mitokondria dari banyak eukariota lainnya, termasuk kebanyakan tumbuhan, menggunakan kode standar. [129] Banyak varian kecil telah ditemukan sejak itu, [130] termasuk berbagai kode mitokondria alternatif. [131] Selanjutnya, kodon AUA, AUC, dan AUU semuanya adalah kodon awal yang diizinkan.

Beberapa perbedaan ini harus dianggap sebagai perubahan semu dalam kode genetik karena fenomena pengeditan RNA, yang umum terjadi di mitokondria. Pada tumbuhan tingkat tinggi, diperkirakan bahwa CGG dikodekan untuk triptofan dan bukan arginin. Namun, kodon dalam RNA yang diproses ditemukan sebagai kodon UGG, konsisten dengan kode genetik standar untuk triptofan. [132] Sebagai catatan, kode genetik mitokondria artropoda telah mengalami evolusi paralel dalam sebuah filum, dengan beberapa organisme yang secara unik menerjemahkan AGG menjadi lisin. [133]

Replikasi dan pewarisan Sunting

Mitokondria membelah dengan pembelahan biner, mirip dengan bakteri. [134] Peraturan pembagian ini berbeda antara eukariota. Pada banyak eukariota bersel tunggal, pertumbuhan dan pembelahannya terkait dengan siklus sel. Misalnya, satu mitokondria dapat membelah secara serempak dengan nukleus. Proses pembelahan dan pemisahan ini harus dikontrol dengan ketat sehingga setiap sel anak menerima setidaknya satu mitokondria. Pada eukariota lain (pada mamalia misalnya), mitokondria dapat mereplikasi DNA mereka dan membelah terutama dalam menanggapi kebutuhan energi sel, bukan dalam fase dengan siklus sel. Ketika kebutuhan energi sel tinggi, mitokondria tumbuh dan membelah. Ketika penggunaan energi rendah, mitokondria dihancurkan atau menjadi tidak aktif. Dalam contoh seperti itu, mitokondria tampaknya didistribusikan secara acak ke sel anak selama pembelahan sitoplasma. Dinamika mitokondria, keseimbangan antara fusi dan fisi mitokondria, merupakan faktor penting dalam patologi yang terkait dengan beberapa kondisi penyakit. [135]

Hipotesis pembelahan biner mitokondria telah mengandalkan visualisasi dengan mikroskop fluoresensi dan mikroskop elektron transmisi konvensional (TEM). Resolusi mikroskop fluoresensi (

200 nm) tidak cukup untuk membedakan detail struktural, seperti membran mitokondria ganda dalam pembelahan mitokondria atau bahkan untuk membedakan mitokondria individu ketika beberapa berdekatan. TEM konvensional juga memiliki beberapa keterbatasan teknis [ yang? ] dalam memverifikasi pembelahan mitokondria. Tomografi cryo-elektron baru-baru ini digunakan untuk memvisualisasikan pembelahan mitokondria dalam sel utuh terhidrasi beku. Ini mengungkapkan bahwa mitokondria membelah dengan tunas. [136]

Gen mitokondria individu diwarisi hanya dari ibu, dengan pengecualian yang jarang. [137] Pada manusia, ketika sel telur dibuahi oleh sperma, mitokondria, dan oleh karena itu DNA mitokondria, biasanya hanya berasal dari telur. Mitokondria sperma memasuki sel telur, tetapi tidak memberikan informasi genetik ke embrio. [138] Sebaliknya, mitokondria ayah ditandai dengan ubiquitin untuk memilihnya untuk kemudian dihancurkan di dalam embrio. [139] Sel telur mengandung mitokondria yang relatif sedikit, tetapi mitokondria ini membelah untuk mengisi sel-sel organisme dewasa. Mode ini terlihat di sebagian besar organisme, termasuk sebagian besar hewan. Namun, mitokondria pada beberapa spesies terkadang dapat diwariskan secara paternal. Ini adalah norma di antara tanaman jenis konifera tertentu, meskipun tidak di pohon pinus dan yews. [140] Untuk Mytilids, pewarisan paternal hanya terjadi dalam spesies jantan. [141] [142] [143] Telah dikemukakan bahwa itu terjadi pada tingkat yang sangat rendah pada manusia. [144]

Warisan uniparental menyebabkan sedikit peluang untuk rekombinasi genetik antara garis keturunan mitokondria yang berbeda, meskipun satu mitokondria dapat berisi 2-10 salinan DNA-nya. [118] Apa rekombinasi yang terjadi mempertahankan integritas genetik daripada mempertahankan keragaman. Namun, ada penelitian yang menunjukkan bukti rekombinasi dalam DNA mitokondria. Jelas bahwa enzim yang diperlukan untuk rekombinasi hadir dalam sel mamalia. [145] Lebih lanjut, bukti menunjukkan bahwa mitokondria hewan dapat mengalami rekombinasi. [146] Data lebih kontroversial pada manusia, meskipun ada bukti tidak langsung dari rekombinasi. [147] [148]

Entitas yang menjalani pewarisan uniparental dan dengan sedikit atau tanpa rekombinasi dapat diharapkan untuk tunduk pada ratchet Muller, akumulasi mutasi yang merusak hingga fungsionalitas hilang. Populasi hewan mitokondria menghindari penumpukan ini melalui proses perkembangan yang dikenal sebagai mtDNA bottleneck. Kemacetan memanfaatkan proses stokastik dalam sel untuk meningkatkan variabilitas sel-ke-sel dalam beban mutan sebagai organisme berkembang: sel telur tunggal dengan beberapa proporsi mtDNA mutan sehingga menghasilkan embrio di mana sel-sel yang berbeda memiliki beban mutan yang berbeda. Seleksi tingkat sel kemudian dapat bertindak untuk menghilangkan sel-sel dengan lebih banyak mtDNA mutan, yang mengarah ke stabilisasi atau pengurangan beban mutan antar generasi. Mekanisme yang mendasari kemacetan masih diperdebatkan, [149] [150] [151] dengan metastudy matematis dan eksperimental baru-baru ini memberikan bukti untuk kombinasi partisi acak mtDNA pada pembelahan sel dan pergantian acak molekul mtDNA di dalam sel. [152]

Perbaikan DNA Sunting

Mitokondria dapat memperbaiki kerusakan DNA oksidatif dengan mekanisme yang serupa dengan yang terjadi di inti sel. Protein yang digunakan dalam perbaikan mtDNA dikodekan oleh gen nuklir, dan ditranslokasi ke mitokondria. Jalur perbaikan DNA di mitokondria mamalia meliputi perbaikan eksisi dasar, perbaikan putus untai ganda, pembalikan langsung dan perbaikan ketidakcocokan. [153] [154] Juga kerusakan DNA dapat dilewati, bukan diperbaiki, dengan sintesis translesi.

Dari beberapa proses perbaikan DNA di mitokondria, jalur perbaikan eksisi dasar telah dipelajari paling komprehensif. [154] Perbaikan eksisi basa dilakukan dengan urutan langkah-langkah yang dikatalisis enzimatik yang mencakup pengenalan dan eksisi basa DNA yang rusak, penghilangan situs basa yang dihasilkan, pemrosesan akhir, pengisian celah, dan ligasi. Kerusakan umum pada mtDNA yang diperbaiki dengan perbaikan eksisi dasar adalah 8-oksoguanin yang dihasilkan oleh oksidasi guanin. [155]

Istirahat untai ganda dapat diperbaiki dengan perbaikan rekombinasi homolog di kedua mtDNA mamalia [156] dan mtDNA tanaman. [157] Kerusakan untai ganda pada mtDNA juga dapat diperbaiki dengan penyambungan akhir yang dimediasi mikrohomologi. [158] Meskipun ada bukti untuk proses perbaikan pembalikan langsung dan perbaikan ketidakcocokan di mtDNA, proses ini tidak ditandai dengan baik. [154]

Kurangnya DNA mitokondria Sunting

Beberapa organisme telah kehilangan DNA mitokondria sama sekali. Dalam kasus ini, gen yang dikodekan oleh DNA mitokondria telah hilang atau dipindahkan ke nukleus. [117] Cryptosporidium, memiliki mitokondria yang tidak memiliki DNA, mungkin karena semua gen mereka telah hilang atau ditransfer. [159] Dalam Cryptosporidium, mitokondria memiliki sistem pembentukan ATP yang berubah yang membuat parasit resisten terhadap banyak inhibitor mitokondria klasik seperti sianida, azida, dan atovakuon.[159] Mitokondria yang tidak memiliki DNA sendiri telah ditemukan dalam dinoflagellata parasit laut dari genus Amoebophyra. Mikroorganisme ini, A. sertifikat, memiliki mitokondria fungsional yang tidak memiliki genom. [160] Pada spesies terkait, genom mitokondria masih memiliki tiga gen, tetapi dalam A. sertifikat hanya satu gen mitokondria - gen sitokrom c oksidase I (cox1) — ditemukan, dan telah bermigrasi ke genom nukleus. [161]

Hampir tidak adanya rekombinasi genetik dalam DNA mitokondria membuatnya menjadi sumber informasi yang berguna untuk mempelajari genetika populasi dan biologi evolusioner. [162] Karena semua DNA mitokondria diwarisi sebagai satu unit, atau haplotipe, hubungan antara DNA mitokondria dari individu yang berbeda dapat direpresentasikan sebagai pohon gen. Pola dalam pohon gen ini dapat digunakan untuk menyimpulkan sejarah evolusi populasi. Contoh klasiknya adalah dalam genetika evolusi manusia, di mana jam molekuler dapat digunakan untuk memberikan tanggal terbaru untuk mitokondria Hawa. [163] [164] Ini sering ditafsirkan sebagai dukungan kuat untuk ekspansi manusia modern baru-baru ini keluar dari Afrika. [165] Contoh manusia lainnya adalah pengurutan DNA mitokondria dari tulang Neanderthal. Jarak evolusioner yang relatif besar antara urutan DNA mitokondria Neanderthal dan manusia hidup telah ditafsirkan sebagai bukti kurangnya kawin silang antara Neanderthal dan manusia modern. [166]

Namun, DNA mitokondria hanya mencerminkan sejarah betina dalam suatu populasi. Hal ini sebagian dapat diatasi dengan penggunaan sekuens genetik ayah, seperti daerah non-rekombinasi kromosom Y. [165]

Pengukuran terbaru dari jam molekuler untuk DNA mitokondria [167] melaporkan nilai 1 mutasi setiap 7884 tahun sejak nenek moyang manusia dan kera terbaru, yang konsisten dengan perkiraan tingkat mutasi DNA autosomal (10 8 per basis per generasi). [168]

Penyakit mitokondria Sunting

Kerusakan dan disfungsi mitokondria selanjutnya merupakan faktor penting dalam berbagai penyakit manusia karena pengaruhnya dalam metabolisme sel. Gangguan mitokondria sering muncul sebagai gangguan neurologis, termasuk autisme. [15] Mereka juga dapat bermanifestasi sebagai miopati, diabetes, endokrinopati multipel, dan berbagai gangguan sistemik lainnya. [169] Penyakit yang disebabkan oleh mutasi pada mtDNA termasuk sindrom Kearns-Sayre, sindrom MELAS dan neuropati optik herediter Leber. [170] Dalam sebagian besar kasus, penyakit ini ditularkan oleh seorang wanita kepada anak-anaknya, karena zigot memperoleh mitokondrianya dan karenanya mtDNA-nya dari sel telur. Penyakit seperti sindrom Kearns-Sayre, sindrom Pearson, dan oftalmoplegia eksternal progresif dianggap karena penataan ulang mtDNA skala besar, sedangkan penyakit lain seperti sindrom MELAS, neuropati optik herediter Leber, sindrom MERRF, dan lainnya disebabkan oleh mutasi titik. dalam mtDNA. [169]

Pada penyakit lain, cacat pada gen nuklir menyebabkan disfungsi protein mitokondria. Hal ini terjadi pada ataksia Friedreich, paraplegia spastik herediter, dan penyakit Wilson. [171] Penyakit ini diwariskan dalam hubungan dominasi, seperti yang berlaku untuk sebagian besar penyakit genetik lainnya. Berbagai gangguan dapat disebabkan oleh mutasi nuklir enzim fosforilasi oksidatif, seperti defisiensi koenzim Q10 dan sindrom Barth. [169] Pengaruh lingkungan dapat berinteraksi dengan kecenderungan turun-temurun dan menyebabkan penyakit mitokondria. Misalnya, mungkin ada hubungan antara paparan pestisida dan timbulnya penyakit Parkinson di kemudian hari. [172] [173] Patologi lain dengan etiologi yang melibatkan disfungsi mitokondria termasuk skizofrenia, gangguan bipolar, demensia, penyakit Alzheimer, [174] [175] penyakit Parkinson, epilepsi, stroke, penyakit kardiovaskular, sindrom kelelahan kronis, retinitis pigmentosa, dan diabetes mellitus . [176] [177]

Stres oksidatif yang dimediasi mitokondria berperan dalam kardiomiopati pada penderita diabetes tipe 2. Peningkatan pengiriman asam lemak ke jantung meningkatkan penyerapan asam lemak oleh kardiomiosit, mengakibatkan peningkatan oksidasi asam lemak dalam sel-sel ini. Proses ini meningkatkan ekuivalen pereduksi yang tersedia untuk rantai transpor elektron mitokondria, yang pada akhirnya meningkatkan produksi spesies oksigen reaktif (ROS). ROS meningkatkan uncoupling protein (UCPs) dan mempotensiasi kebocoran proton melalui adenine nucleotide translocator (ANT), kombinasi yang memisahkan mitokondria. Uncoupling kemudian meningkatkan konsumsi oksigen oleh mitokondria, memperparah peningkatan oksidasi asam lemak. Hal ini menciptakan lingkaran setan uncoupling lebih jauh, meskipun konsumsi oksigen meningkat, sintesis ATP tidak meningkat secara proporsional karena mitokondria terlepas. Kurangnya ketersediaan ATP pada akhirnya menghasilkan defisit energi yang muncul sebagai penurunan efisiensi jantung dan disfungsi kontraktil. Untuk menambah masalah, gangguan pelepasan kalsium retikulum sarkoplasma dan pengurangan reuptake mitokondria membatasi tingkat puncak sitosolik dari ion pensinyalan penting selama kontraksi otot. Penurunan konsentrasi kalsium intra-mitokondria meningkatkan aktivasi dehidrogenase dan sintesis ATP. Jadi selain sintesis ATP yang lebih rendah karena oksidasi asam lemak, sintesis ATP juga terganggu oleh pensinyalan kalsium yang buruk, yang menyebabkan masalah jantung bagi penderita diabetes. [178]

Hubungan dengan penuaan Sunting

Mungkin ada beberapa kebocoran elektron berenergi tinggi dalam rantai pernapasan untuk membentuk spesies oksigen reaktif. Ini dianggap menghasilkan stres oksidatif yang signifikan di mitokondria dengan tingkat mutasi DNA mitokondria yang tinggi. [179] Hubungan hipotesis antara penuaan dan stres oksidatif bukanlah hal baru dan diusulkan pada tahun 1956, [180] yang kemudian disempurnakan menjadi teori penuaan radikal bebas mitokondria. [181] Sebuah lingkaran setan diperkirakan terjadi, sebagai stres oksidatif menyebabkan mutasi DNA mitokondria, yang dapat menyebabkan kelainan enzimatik dan stres oksidatif lebih lanjut.

Sejumlah perubahan dapat terjadi pada mitokondria selama proses penuaan. [182] Jaringan dari manusia lanjut usia menunjukkan penurunan aktivitas enzimatik dari protein rantai pernapasan. [183] ​​Namun, mtDNA yang bermutasi hanya dapat ditemukan di sekitar 0,2% sel yang sangat tua. [184] Penghapusan besar dalam genom mitokondria telah dihipotesiskan menyebabkan tingginya tingkat stres oksidatif dan kematian neuron pada penyakit Parkinson. [185] Disfungsi mitokondria juga telah terbukti terjadi pada amyotrophic lateral sclerosis. [186] [187]

Karena mitokondria berperan penting dalam fungsi ovarium, dengan menyediakan ATP yang diperlukan untuk perkembangan dari vesikula germinal menjadi oosit dewasa, penurunan fungsi mitokondria dapat menyebabkan peradangan, yang mengakibatkan kegagalan ovarium prematur dan percepatan penuaan ovarium. Disfungsi yang disebabkan kemudian tercermin baik secara kuantitatif (seperti jumlah salinan mtDNA dan penghapusan mtDNA), kualitatif (seperti mutasi dan pemutusan untai) dan kerusakan oksidatif (seperti mitokondria disfungsional karena ROS), yang tidak hanya relevan dalam penuaan ovarium. , tetapi gangguan crosstalk oosit-kumulus di ovarium, terkait dengan kelainan genetik (seperti Fragile X) dan dapat mengganggu seleksi embrio. [188]

Pengamatan pertama struktur intraseluler yang mungkin mewakili mitokondria diterbitkan pada tahun 1840-an. [189] Richard Altmann, pada tahun 1890, menetapkan mereka sebagai organel sel dan menyebutnya "bioblas". [189] [190] Pada tahun 1898, Carl Benda menciptakan istilah "mitokondria" dari bahasa Yunani , mitosis, "utas", dan , chondrion, "butiran". [191] [189] [192] Leonor Michaelis menemukan bahwa Janus green dapat digunakan sebagai pewarna supravital untuk mitokondria pada tahun 1900. Pada tahun 1904, Friedrich Meves, melakukan pengamatan mitokondria pertama yang tercatat pada tanaman dalam sel teratai putih, Nymphaea alba [189] [193] dan pada tahun 1908, bersama dengan Claudius Regaud, menyarankan bahwa mereka mengandung protein dan lipid. Benjamin F. Kingsbury, pada tahun 1912, pertama kali menghubungkannya dengan respirasi sel, tetapi hampir secara eksklusif didasarkan pada pengamatan morfologis. [189] Pada tahun 1913, partikel dari ekstrak hati kelinci percobaan dikaitkan dengan respirasi oleh Otto Heinrich Warburg, yang ia sebut "grana". Warburg dan Heinrich Otto Wieland, yang juga mendalilkan mekanisme partikel yang serupa, tidak setuju pada sifat kimia respirasi. Baru pada tahun 1925, ketika David Keilin menemukan sitokrom, rantai pernapasan dijelaskan. [189]

Pada tahun 1939, percobaan menggunakan sel otot cincang menunjukkan bahwa respirasi seluler menggunakan satu atom oksigen dapat membentuk dua molekul adenosin trifosfat (ATP), dan pada tahun 1941, konsep ikatan fosfat ATP menjadi bentuk energi dalam metabolisme seluler dikembangkan oleh Fritz. Albert Lipman. Pada tahun-tahun berikutnya, mekanisme di balik respirasi seluler diuraikan lebih lanjut, meskipun hubungannya dengan mitokondria tidak diketahui. [189] Pengenalan fraksinasi jaringan oleh Albert Claude memungkinkan mitokondria diisolasi dari fraksi sel lain dan analisis biokimia dilakukan pada mereka saja. Pada tahun 1946, ia menyimpulkan bahwa sitokrom oksidase dan enzim lain yang bertanggung jawab untuk rantai pernapasan diisolasi ke mitokondria. Eugene Kennedy dan Albert Lehninger menemukan pada tahun 1948 bahwa mitokondria adalah tempat fosforilasi oksidatif pada eukariota. Seiring waktu, metode fraksinasi dikembangkan lebih lanjut, meningkatkan kualitas mitokondria yang diisolasi, dan elemen respirasi sel lainnya ditentukan untuk terjadi di mitokondria. [189]

Mikrograf elektron resolusi tinggi pertama muncul pada tahun 1952, menggantikan noda Janus Green sebagai cara yang lebih disukai untuk memvisualisasikan mitokondria. [189] Hal ini menyebabkan analisis yang lebih rinci dari struktur mitokondria, termasuk konfirmasi bahwa mereka dikelilingi oleh membran. Ini juga menunjukkan membran kedua di dalam mitokondria yang terlipat di pegunungan membagi ruang bagian dalam dan bahwa ukuran dan bentuk mitokondria bervariasi dari sel ke sel.

Istilah populer "pembangkit tenaga sel" diciptakan oleh Philip Siekevitz pada tahun 1957. [3]

Pada tahun 1967, ditemukan bahwa mitokondria mengandung ribosom. [194] Pada tahun 1968, metode dikembangkan untuk pemetaan gen mitokondria, dengan peta genetik dan fisik DNA mitokondria ragi selesai pada tahun 1976. [189]


MITOCHONDRIA

Mitokondria biasa disebut sebagai pembangkit tenaga sel. Mereka menyediakan sistem transudasi energi. Sistem ini digunakan untuk mengubah makanan menjadi energi kimia dengan fosforilasi oksidatif. ATP disintesis selama fosforilasi oksidatif.

Mitokondria pertama kali dijelaskan oleh Altmann pada tahun 1894. Dia menamakannya sebagai bioblas. Dia memprediksi bahwa bio blast memiliki hubungan dengan reaksi oksidasi. Nanti. Banda mengubah namanya menjadi mitokondria pada tahun 1897. Hegeboom menjelaskan pada tahun 1948 bahwa mitokondria terlibat dalam reaksi reduksi oksidasi dalam sel. Lokasi dan nomor

Mitokondria memiliki distribusi yang seragam dalam sel. Kadang-kadang, mitokondria berkonsentrasi di dekat nukleus. Beberapa mitokondria bersifat mobile. Mereka mencapai situs di mana ATP diperlukan. Beberapa mitokondria secara permanen tetap dalam sel. Mitokondria dikelompokkan seperti cincin dalam sel otot. Mereka memiliki panjang variabel hingga jam 7 malam. Ada 1000 sampai 1600 mitokondria dalam sel hati. Beberapa sel mengandung 300.000 mitokondria. Kloroplas juga terlibat dalam produksi ATP dalam sel. Oleh karena itu, jumlah mitokondria lebih sedikit dalam sel hijau.

Sifat kimia Mitokondria

Membran mitokondria terdiri dari lipid dan protein.

Membran luar mitokondria mengandung 40% lipid dan 60% protein dan membran dalam mengandung 20% ​​lipid dan 80% protein. Jadi perbandingan lipid/protein pada membran luar adalah 2: 3 dan membran dalam adalah I: 4. Membran luar mengandung sejumlah besar kolesterol. Membran dalam mengandung akseptor elektron dari rantai transpor elektron dan banyak enzim. Sehingga memiliki kandungan protein yang tinggi.

Struktur mitokondria

Mitokondria berbentuk batang. Dalam beberapa kasus, mitokondria berbentuk filamen, vesikular atau granular. Diameternya sekitar 0.5pm. Mitokondria mengandung dua membran. Membran ini dipisahkan oleh 8 sampai 9nm. Membran terdiri dari unit struktur membran. Membran unit terdiri dari molekul lipid dan protein. Membran ini membentuk dua kompartemen.

(A)Kompartemen dalam: Dia dipenuhi dengan mitokondria! matriks. Diikat oleh membran dalam.

(B)Kompartemen luar: Itu hadir di antara membran dalam dan luar.

Matriks mitokondria

Matriks mitokondria] umumnya berupa cairan homogen. Namun terkadang mengandung butiran padat. Ternyata seperti gel. Granula ini mengandung fosfolipid. Matriks mitokondria juga mengandung DNA sirkular dan ribosom.

Mitokondria! puncak

Matriks mitokondria] mengandung lipatan kompleks. Lipatan ke dalam ini disebut mitokondria puncak atau circstae. Puncak mitokondria adalah septa atau punggungan yang tidak lengkap. Jumlah puncak bervariasi dalam sel. Mitokondria sel hati memiliki sedikit puncak. Tapi celk berotot memiliki jambul yang melimpah.

FSaya Partikel

Membran dalam mitokondria mengandung banyak partikel kecil. Ini disebut dasar atau F1 partikel. Diameternya 8.5nm. Mereka secara teratur ditempatkan pada interval I Onm pada permukaan bagian dalam membran bagian dalam. Mungkin ada 10 4 dan i0 5 FSaya partikel per sel. Partikel ini mengandung kompleks ATPase khusus dan pompa proton. Kompleks ini terlibat dalam oksidasi kopling dan fosforilasi.

Enzim mitokondria

(a) Membran Luar: Moloamine oxidase, NADH-Cytochrome reductase, asam lemak CoA ligase.

(b) Ruang antara membran luar dan dalam: adenilat kinase,

(c) Membran dalam: Enzim rantai pernapasan. ATP sintase,

(d) Matriks: Malate dehydrgenase, Sitrat sintetase, a-keto acid dehydrgenase.

Fungsi mitokondria

Proses berikut berlangsung selama reaksi oksidasi dalam:

I. Matriks mitokondria: Siklus Krebs dan oksidasi-a dan oksidasi 13- lemak. Reaksi ini menghasilkan NADH dan EADH.


Membran mitokondria

bagian luar membran mitokondria, yang membungkus seluruh organel, memiliki ketebalan 60 hingga 75 angstrom (Å). Ini memiliki rasio protein-fosfolipid mirip dengan membran plasma eukariotik (sekitar 1:1 berat). Ini mengandung sejumlah besar protein membran integral yang disebut porin.

Membran mitokondrias memiliki dua lapisan"membran dalam dan luar. Akibatnya, ada dua ruang berbeda di organel. Satu antara membran dalam dan luar, yang disebut ruang antarmembran, dan satu di dalam membran dalam, yang disebut ruang matriks.

bagian dalam membran mitokondria memiliki sejumlah invaginasi yang disebut krista yang meningkatkan luas permukaannya. Kompleks protein yang terlibat dalam reaksi redoks fosforilasi oksidatif tertanam dalam krista. Demikian pula, ATP sintase juga hadir sebagai protein transmembran pada krista.

pasangan transpor elektron ke sintesis ATP.
Hanya 4 dari 38 ATP yang akhirnya dihasilkan oleh respirasi glukosa yang dihasilkan oleh fosforilasi tingkat substrat.
Dua diproduksi selama glikolisis, dan 2 diproduksi selama siklus asam sitrat.

.
Pembawa elektron / hidrogen
Banyak reaksi dalam tahap respirasi melibatkan oksidasi dengan penghilangan elektron atau atom hidrogen (H). Ini ditransfer ke pembawa elektron / hidrogen.

protein yang menghambat kematian sel terprogram. (Hockenbery.D dkk)
Fungsi Penekan Tumor p53 (Jack T. Zilfou)
Hiperoksia menghambat pertumbuhan dan menginduksi apoptosis dan hilangnya kelenjar dan pembuluh darah pada tumor mammae tikus yang diinduksi DMBA, (Raa A et al).

ATP sintase adalah kompleks besar protein yang tertanam di bagian dalam

. Ini terdiri dari dua bagian: kompleks protein integral yang berfungsi sebagai saluran melalui mana proton melintasi membran, dan kompleks perifer yang memfosforilasi ADP menjadi ATP.

Empat kompleks protein di bagian dalam

membentuk rantai transpor elektron. Kompleks ini ada dalam urutan energi yang menurun. Di sini pembawa elektron datang untuk menurunkan semua muatan elektron dan proton mereka yang mereka ambil selama tahap siklus glikolisis dan asam sitrat.

Energi ini kemudian digunakan untuk memompa proton (H+) dari matriks melintasi bagian dalam

Energi yang hilang oleh elektron yang melewati sitokrom digunakan untuk memompa proton (ion hidrogen) keluar dari bagian dalam.

(ke daerah antara membran dalam dan luar mitokondria).

Rantai transpor elektron hadir dalam banyak salinan di bagian dalam

eukariota dan dalam membran plasma prokariota.

Subunit PKA yang diaktifkan kemudian melakukan perjalanan ke

dan mengaktifkan (memfosforilasi) protein yang disebut StAR (protein pengatur akut steroidogenik) Sebenarnya ada beberapa protein yang berinteraksi yang bekerja sama untuk melakukan fungsi khusus ini di korteks adrenal.

Pembentukan ATP oleh mitokondria dari NADH sitosol bergantung pada antar-jemput malat-aspartat (dan pada tingkat lebih rendah, antar-jemput gliserol-fosfat) karena bagian dalam

impermeabel terhadap NADH dan NAD+.

Pada eukariota, termasuk manusia, ETC ditemukan mencakup bagian dalam

ke dalam ruang antar membran, .

Kompleks protein multimerik terikat pada bagian dalam

s, membran tilakoid kloroplas, dan membran plasma bakteri yang mengkatalisis sintesis ATP selama fosforilasi oksidatif dan fotosintesis juga disebut kompleks F0F1. (Gambar 16-28)
Glosarium lengkap.

cristae - lipatan bagian dalam

DNA helicase - enzim yang berpartisipasi dalam replikasi DNA dengan membuka heliks ganda di dekat garpu replikasi
DNA ligase - mengisi torehan dan celah yang dibuat pada untai polinukleotida.

Beberapa protein yang diprediksi menjadi membran-spanning adalah intraseluler, misalnya, di Golgi atau

s, dan beberapa protein yang diprediksi akan disekresikan berpotensi dapat disimpan dalam kompartemen milik jalur sekretori, seperti ER, .

Ion H+ kembali dari ruang antara dua

s ke dalam matriks
Melalui pori-pori yang berhubungan dengan enzim ATP sintetase
Energi dari ETC akan digunakan untuk menghasilkan ATP
Mitokondria dalam lemak coklat.

Protein yang ditemukan di mitokondria yang ada dalam dua bentuk. Bentuk pertama mencegah

dari destabilisasi. Ketika mtCK diinaktivasi oleh radikal bebas, mtCK berubah menjadi bentuk kedua, membuat membran kurang stabil.

Gambar ini menggambarkan salah satu dari banyak sistem OXPHOS yang tertanam di bagian dalam

. Ini adalah situs generasi ATP dan pemanfaatan oksigen sebagai akseptor elektron utama.

D. Ruang antara dalam dan luar

Sementara dibutuhkan dua ATP untuk menyelesaikan proses ini, juga menghasilkan dua ATP.Asam piruvat kemudian bebas melintasi

. Setelah ini terjadi, asam piruvat kemudian dapat bergabung dengan enzim yang dikenal sebagai Koenzim A.

Fungsi kalium dalam sel eukariotik hidup adalah untuk dibawa bolak-balik, sebagai ion kalium K+, melintasi

sebagai bagian dari proses sintesis ATP untuk menggerakkan metabolisme sel.

Mekanisme proses fosforilasi oksidatif adalah gradien ion H+ yang ditemukan di bagian dalam

. Mekanisme ini dikenal sebagai kopling kemiosmotik. Ini melibatkan proses kimia dan transportasi.

dengan mengeliminasi, melalui banyak sistem, sel inang yang potensial untuk melakukan Kekuatan Motil Proton, yang pada akhirnya merupakan karakteristik utama dari keadaan energi kuantum kehidupan, dengan mensintesis protein virus, atau dengan menghancurkan membran liposom, kloroplas ' membran,


Membran dalam mitokondria - Biologi

Ini adalah laboratorium biologi membran.

Protein membran terdiri

30-40% dari prteome dalam sel eukariotik. Beberapa diperdagangkan ke membran plasma sedangkan yang lain ditujukan ke organel intraseluler seperti mitokondria dan retikulum endoplasma (ER), Golgi, lisosom. Karena obat terapeutik harus melewati membran plasma, protein membran adalah target obat utama. Terlepas dari pentingnya, tantangan eksperimental menghambat kemajuan pemahaman protein membran.

Protein membran diurutkan menjadi dua jenis struktur: protein membran heliks dan b. Barral B ditemukan di membran luar bakteri, mitokondria dan kloroplas. Sebuah protein membran heliks secara universal ditemukan di semua organisme.

Minat penelitian kami terletak pada bagaimana protein membran heliks ditargetkan untuk memperbaiki kompartemen membran, dimasukkan dan ditranslokasi, dan apa dan bagaimana komponen seluler memediasi proses ini di dalam sel. Kami menggunakan ragi roti, Saccharomyces cerevisiae sebagai model organisme eukariotik dan sel kultur jaringan mamalia.


Tonton videonya: Teknologi Membran dalam Pengolahan Air Limbah Industri dengan Sistem Aliran Cross Flow (Agustus 2022).