Mitokondria dan Kloroplas

Apa itu Mitokondria ?

Mitokondria (singular, mitokondria) sering disebut "powerhouse" atau pabrik energi sel. Tugas mereka adalah membuat pasokan adenosin trifosfat (ATP), molekul pembawa energi utama sel. Proses pembuatan ATP menggunakan energi kimia dari bahan bakar seperti gula disebut respirasi seluler, dan banyak langkahnya terjadi di dalam mitokondria.

Mitokondria, kondriosom (bahasa Inggris: chondriosome, mitochondrion, plural:mitochondria) yaitu organel tempat berlangsungnya fungsi respirasi sel makhluk hidup, selain fungsi seluler lain, seperti metabolisme asam lemak, biosintesis pirimidina, homeostasis kalsium, transduksi sinyal seluler, dan penghasil energi^[1]. Mitokondria mempunyai dua lapisan membran, yaitu lapisan membran luar dan lapisan membran dalam. Lapisan membran dalam ada dalam bentuk lipatan-lipatan yang sering disebut dengan cristae. Di dalam mitokondria terdapat 'ruangan' yang disebut matriks, tempat beberapa mineral dapat ditemukan. Sel yang mempunyai banyak mitokondria dapat dijumpai di jantung, hati, dan otot.

Terdapat hipotesis bahwa mitokondria merupakan organel hasil evolusi dari sel α-proteobacteria prokariota yang ber-endosimbiosis dengan sel eukariota.^[2] Hipotesis ini didukung oleh beberapa fakta antara lain:

·         adanya DNA di dalam mitokondria menunjukkan bahwa dahulu mitokondria merupakan entitas yang terpisah dari sel inangnya,

·         beberapa kemiripan antara mitokondria dan bakteri, baik ukuran maupun cara reproduksi dengan membelah diri, juga struktur DNA yang berbentuk lingkaran.

Oleh karena itu, mitokondria memiliki sistem genetik sendiri yang berbeda dengan sistem genetik inti. Selain itu, ribosom dan rRNA mitokondria lebih mirip dengan yang dimiliki bakteri dibandingkan dengan yang disandi oleh inti sel eukariota. 

Secara garis besar, tahap respirasi pada tumbuhan dan hewan melewati jalur yang sama, yang dikenal sebagai siklus Krebs.

Struktur

Mitokondria banyak terdapat pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan banyak ATP dalam jumlah banyak, misalnya sel otot jantung. Jumlah dan bentuk mitokondria bisa berbeda-beda untuk setiap sel. Mitokondria berbentuk elips dengan diameter 0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm. Struktur mitokondria terdiri dari empat bagian utama, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar membran, dan matriks yang terletak di bagian dalam membran.^[3]

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

Membran dalam yang kurang permeabel dibandingkan membran luar terdiri dari 20% lipid dan 80% protein. Membran ini merupakan tempat utama pembentukan ATP. Luas permukaan ini meningkat sangat tinggi diakibatkan banyaknya lipatan yang menonjol ke dalam matriks, disebut krista.^[4] Stuktur krista ini meningkatkan luas permukaan membran dalam sehingga meningkatkan kemampuannya dalam memproduksi ATP. Membran dalam mengandung protein yang terlibat dalam reaksi fosforilasi oksidatif, ATP sintase yang berfungsi membentuk ATP pada matriks mitokondria, serta protein transpor yang mengatur keluar masuknya metabolit dari matriks melewati membran dalam.

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

Fungsi mitokondria

Peran utama mitokondria adalah sebagai pabrik (yang memproduksi) energi sel yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Metabolisme karbohidrat akan berakhir di mitokondria ketika piruvat di transpor dan dioksidasi oleh O₂ menjadi CO₂ dan air. Energi yang dihasilkan sangat efisien yaitu sekitar tiga puluh molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi, sedangkan dalam proses glikolisis hanya dihasilkan dua molekul ATP. Proses pembentukan energi atau dikenal sebagai fosforilasi oksidatif terdiri atas lima tahapan reaksi enzimatis yang melibatkan kompleks enzim yang terdapat pada membran bagian dalam mitokondria. Proses pembentukan ATP melibatkan proses transpor elektron dengan bantuan empat kompleks enzim, yang terdiri dari kompleks I (NADH dehidrogenase), kompleks II (suksinat dehidrogenase), kompleks III (koenzim Q – sitokrom C reduktase), kompleks IV (sitokrom oksidase), dan juga dengan bantuan FoF1 ATP Sintase dan Adenine Nucleotide Translocator (ANT).^[5]

Siklus hidup

Mitokondria dapat melakukan replikasi secara mandiri seperti sel bakteri. Replikasi terjadi apabila mitokondria ini menjadi terlalu besar sehingga melakukan pemecahan. Sebelum mitokondria bereplikasi, terjadi proses replikasi DNA mitokondria terlebih dahulu. Proses ini dimulai dari pembelahan pada bagian dalam yang kemudian diikuti pembelahan pada bagian luar. Proses ini melibatkan pengerutan bagian dalam dan kemudian bagian luar membran seperti ada yang menjepit mitokondria. Kemudian akan terjadi pemisahan dua bagian mitokondria.^[6]

DNA mitokondria

Mitokondria memiliki DNA tersendiri, yang dikenal sebagai mtDNA (Ing. mitochondrial DNA). MtDNA berpilin ganda, sirkuler, dan tidak terlindungi membran (prokariotik). Karena memiliki ciri seperti DNA bakteri, berkembang teori yang cukup luas dianut, yang menyatakan bahwa mitokondria dulunya merupakan makhluk hidup independen yang kemudian bersimbiosis dengan organisme eukariotik. Teori ini dikenal dengan teori endosimbion. Pada makhluk tingkat tinggi, DNA mitokondria yang diturunkan kepada anaknya hanya berasal dari betinanya saja (mitokondria sel telur). Mitokondria jantan tidak ikut masuk ke dalam sel telur karena letaknya yang berada di ekor sperma. Ekor sperma tidak ikut masuk ke dalam sel telur sehingga DNA mitokondria jantan tidak diturunkan.

Apa itu Kloroplas ?

Kloroplas adalah plastida yang mengandung klorofil. Plastida  itu sendiri ditemukan di dalam sel tumbuhan (sel binatang tidak memiliki plastida). Plastida merupakan organela yang dikelilingi membran ganda sama seperti mitokondria. Kloroplas (bahasa Inggris: chloroplast) adalah bagian dari plastid yang mengandung klorofil. Di dalam kloroplas, berlangsung fase terang dan fase gelap dari fotosintesis tumbuhan. Kloroplas terdapat pada hampir seluruh tumbuhan, tetapi tidak umum dalam semua sel. Bila terdapat kloroplas, tiap sel dapat memiliki satu sampai banyak plastid. Umumnya, pada tumbuhan tingkat tinggi, kloroplas berbentuk cakram (kira-kira 2 × 5 mm, kadang-kadang lebih besar), tersusun dalam lapisan tunggal dalam sitoplasma. Namun, bentuk dan posisinya berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya. Pada ganggang, bentuknya dapat seperti mangkuk, spiral, bahkan bintang yang menyerupai jaring dan seringkali disertai pirenoid.

Kloroplas matang pada beberapa ganggang. Biofita dan likopoda dapat memperbanyak diri dengan pembelahan. Kesinambungan kloroplas terjadi melalui pertumbuhan dan pembelahan proplastid di daerah meristem. Secara khas, kloroplas dewasa mencakup dua membran luar yang menyeliputi stroma homogen. Di sinilah, berlangsung reaksi-reaksi fase gelap. Dalam stroma, tertanam sejumlah granum. Tiap granum terdiri dari setumpuk tilakoid yang berupa gelembung bermembran, pipih, dan diskoid (seperti cakram). Membran tilakoid menyimpan pigmen-pigmen fotosintesis dan sistem transpor elektron yang terlibat dalam fase fotosintesis yang bergantung pada cahaya. Biasanya, granum terkait dengan lamela intergranum yang bebas pigmen.

Prokariota yang berfotosintesis tidak mempunyai kloroplas. Tilakoid yang banyak itu terletak bebas dalam sitoplasma dan memiliki susunan yang beragam dengan bentuk yang beragam pula. Kloroplas mengandung DNA lingkar dan mesin sintesis protein, termasuk ribosom dari tipe prokariotik.

Struktur

Kloroplas terdiri dari dua bagian besar, yaitu bagian amplop dan bagian dalam. Bagian amplop kloroplas terdiri dari membran luar yang bersifat sangat permeabel, membran dalam yang bersifat permeabel dan merupakan tempat protein transpor melekat, serta ruang antarmembran yang terletak di antara membran luar dan membran dalam. Bagian dalam kloroplas mengandung DNA, RNA, ribosom, stroma (tempat terjadinya reaksi gelap), dan granum. Granum terdiri dari membran tilakoid (tempat reaksi terang terjadi) dan ruang tilakoid (ruang di antara membran tilakoid). Pada tanaman C₃, kloroplas terletak pada sel mesofil. Contoh tanaman C₃ adalah padi (Oryza sativa), gandum (Triticum aestivum), kacang kedelai (Glycine max), dan kentang (Solanum tuberosum). Pada tanaman C₄, kloroplas terletak pada sel mesofil dan bundle sheath cell. Contoh tanaman C₄ adalah jagung (Zea mays) dan tebu (Saccharum officinarum).

Letak 

Tidak semua sel pada tanaman multiseluler mempunyai kloroplas. Semua bagian hijau tanaman mengandung kloroplas—khususnya klorofil—di dalamnya yang menyebabkan bagian yang berfotosintesis berwarna hijau. Biasanya, sel tanaman yang mengandung kloroplas adalah sel parenkim, meski dapat juga ditemukan di jaringan kolenkim.Sel tanaman yang mengandung kloroplas dikenal dengan sel klorenkim. Sel klorenkim dari tanaman darat mengandung sekitar 10 sampai 100 kloroplas.

Kloroplas dari sel tanaman dan sel alga dapat mengarahkan dirinya agar mendapat cahaya yang sesuai. Pada kondisi gelap, mereka akan menyebar pada area permukaan untuk menyerap cahaya. Pada kondisi terang, mereka akan mencari perlindungan dengan berbaris pada kolom vertikal sepanjang dinding sel tanaman atau berputar menyamping agar cahaya mengenai sisi sampingnya. Ini mengurangi cahaya langsung dan melindungi dari kerusakan photooxidative. Kemampuan untuk mendistribusikan kloroplas sehingga dapat berlindung satu sama lain atau menyebar menjadi alasan tanaman darat berevolusi menjadi punya banyak kloroplas kecil alih-alih satu kloroplas besar. Pergerakan kloroplas dianggap sebagai salah satu dari sistem respons teratur yang dapat ditemui pada tanaman. Mitokondria juga telah ditemukan mengikuti kloroplas saat mereka bergerak.

Genom

Kloroplas pada tanaman tingkat tinggi merupakan evolusi dari bakteri fotosintetik menjadi organel sel tanaman. Genom kloroplas terdiri dari 121.024 pasangan basa serta mempunyai inverted repeats (dua salinan) yang mengandung gen-gen rRNA (16S dan 23S rRNA) untuk pembentukan ribosom. Genom kloroplas mempunyai subunit yang besar, yaitu penyandi Rubisco. Protein yang terlibat di dalam kloroplas sebanyak 60 protein. Dua per tiganya diekspresikan oleh gen yang terdapat di inti sel sementara sepertiganya diekspresikan dari genom kloroplas.

Ringkasan / Kesimpulan

Dari berbagai uraian tentang kloroplas dan mitokondria, kita dapat menyederhanakan kesimpulan akan perbedaannya, yaitu :

• Kloroplas mengandung membran tilakoid dan molekul pigmen, sedangkan membran mitokondria mengandung enzim pernafasan yang tidak ditemukan pada membran kloroplas. 
• Kloroplas ditemukan pada hanya tanaman  sementara mitokondria ditemukan pada tanaman dan hewan.
• Kloroplas menggunakan cahaya untuk menghasilkan ATP dan gula, sedangkan mitokondria menggunakan gula untuk menghasilkan ATP.
• Kloroplas hanya ditemukan dalam organisme eukariotik fotosintetik, seperti tanaman dan ganggang hijau, sedangkan mitokondria ditemukan di setiap organisme eukariotik.
• DNA pada kloroplas terletak di stroma, sedangkan pada mitokondria terletak di matriks 
• Kloroplas membantu fotosintesis.

Kelompok Presentasi MITOKONDRIA DAN KLOROPLAST membuat bahasan mengenai:

1. Struktur dan Fungsi Mitokondia serta Kloroplast

2. Aktivitas molekul pada respirasi dan fotosintesis secara umum

3. Sintesis dan teori endosimbion

4. Persamaan dan perbedaan antara Kloroplast dan mitokondria

5. Extranuclear chromosome pada kedua organel

Kelompok yang akan Presentasi adalah:

1. Eka Maulidiawati
2. Egidia
3. Yuli Adelia
4. Suhandi
5. Nengsih
6. Yolanda Denisia Natalsiani
7. Restu Dwi Chandra
8. Ade Indriani
9. Dina Oktariani Azra