STRUKTUR DAN FUNGSI MITOKONDRIA

Mitokondria

Mitokondria merupakan organel yang tersebar dalam sitosol organisme eukariot.

STRUKTUR MITOKONDRIA

• Ukuran :Ukuran : - diameter 0.2 - 1.0 m - panjang 1- 4mpanjang 14 m

• ∑ mitokondria dalam bervariasi sesuai dengan fungsi dari sel tersebut gg

Contoh: - Sel hati mitokondria 15 - 20% volume sel

• Pada sel tumbuhan mitokondria sumber ATP untuk sel yang tidak fotosintesis yg

STRUKTUR MITOKONDRIA

• Memiliki membran ‘lipid bilayer’ ganda - membran luar - sistem membran dalam yang

kompleks invaginasi krista - Diantara kedua membran terdapat

ruang antar/inter membran

• Matriks berisi protein terlarut, p berbentuk seperti gel

• Matriks mitokondria - Mengandung ribosom, enzim, DNA

sirkular - Mengandung enzim untuk

pengubahan piruvat asetil CoA

Membran mitokondria

1. Membran luar • mengelilingi struktur mitokondria secara keseluruhan• memiliki protein integral pada membran, yang membentuk

saluran untuk memfasilitasi berbagai macam molekul keluarmasuk mitokondria

2. Membran dalam,• mengelilingi matriks yang berisi cairan• membentuk suatu lekukan ke dalam matriks krista.• Mengandung 5 kelompok protein integral membran

5 kelompok protein integral membran pada membran dalam mitokondria:

o NADH dehidrogenase, o suksinat dehidrogenase, o sitokrom c reduktase (juga dikenal sebagai kompleks

sitokrom b-c1), o sitokrom c oksidase, o ATP sintase

• Memiliki DNA sirkular yang mengkode enzim dan beberapa protein yang diperlukan mitokondria untuk menjunang aktivitas pada mitokondria

beberapa protein yang diperlukan mitokondria dikode oleh inti

• Mitokondria dinamis : - Berpindah tempat dalam sitosol - Struktur dapat berubah - Fusi dan fisi

• Berperan dalam respirasi sel, menghasilkan ppg ATP energi untuk metabolisme

Mitokondria diperkirakan berasal dari organisme eukariot yang bersimbiosis dengan sel eukariot

Fungsi Mitokondria

pengubahan energi potensial dalam

bentuk makanan menjadi ATP

Tempat terjadinya metabolisme

oksidatif respirasi seluler

Pemecahan molekul makanan

• 3 langkah pemecahan molekulmakanan :a) Stadium 1 :- makromolekul subunit

sederhana oleh enzim-enzimpencernaan :• Protein asam amino• Polisakarida gula• Lemak asam lemak & gliserol

b) Stadium 2:- subunit sederhana asetil CoA

• Subunit sederhana piruvatsitoplasma sel

• Piruvat asetil CoA mitokondria

• hasilkan sejumlah kecil ATPdan NADH

c) Stadium 3 :- Oksidasi asetil CoA menjadi H2O

dan CO2 mitokondria- Menghasilkan sejumlah besar ATP

fosforilasi oksidatif

RESPIRASI SELULER

Respirasi seluler merupakan proses oksidasi molekul makanan, mis. glukosa, menjadi CO2 dan H2O E dalam bentuk ATP menunjang aktivitas sel yang memerlukan energiygg

Respirasi berlangsung dalam dua tahap : glikolisis, pemecahan glukosa

asam piruvat berlangsung di dalam sitosol

oksidasi asam piruvat CO2 + H2O berlangsung di dalam mitokondria siklus Krebs

Persamaan umum respirasi

C6H2O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + E

Glikolisis Glikolisis merupakan proses katabolisme glukosa terjadi pada setiap jenis sel Berlangsung di dalam sitosolgg Degradasi 1 molekul gula menjadi 2 molekul piruvat

- melalui suatu urutan reaksi & menggunakan enzim-enzim

Persamaan reaksi :

C6H12O6 + 2NAD+ 2C3H4O3 + 2 NADH + 2H+

c:r-rccn-�srs

1'. n � �-ar

I.NI:RGY-IN\"1?S I INC.REACTIONS

ENERGY-1 IAI2VES'TI NGREACTIONS

G Iviceral(lehcde3-phosphate (G3P)

(2 molecules)

7-6 Glycolysis Converts Glucose to

CI-1'O P Pyruvate 1 .•n onzyiu s, starting :: ithlic•xokinase.catalyzc• ten reactions in turn.

I-E- C-OH Alone the :•.way- ATP is produced (reac-tions 7 and 10), and two NAD- are

C Otoot ic 'ci to two NADH , H- (reaction 6).

I;

I he two molecules of G3P-Triosc• 1)It•a1)1t.�t•-

dt•hydr..';t•n: rte. -�20P.

2 NAD-

+ - 2 NADH -

cla i n phosphate groups a ndare oxidizecl. forming t:•n_• nioleculos of NADH -- H-and t•.vo nioloculcs of 1.3-

ATP transf.rs a ph. •sphatc. t�the 6 arbor su•:rar clluc._.s._•.

G luooso 6-phosphate is

Ii )II (

Glucose 6-phosphate ((.61')

Phc�s1)h.. h.-x. )soisc)nu-rase

CH,o P

1 1- c-oH

c=o

U Y

1'hcxsl)Ii •t l\cc•ratt•

kinasc•

CH,O P

H- C- OH

2

2

bisphosphoglycerate (BPG).

l.3-I3isphosphogls'c'e•rate (BPG)(2 molecules)

The vivo n101ocu1esof BPGADP transfer phosphate groups

tc• ADP. forming two ATPsATP_

-ind two molccu lcs of 3-phosphoglycorate (3PG).

3 -PhosphogI crrate (31'(:)(2 molecule)

rearranged to form its isomer.

fruc toso-6-phosphate.

CAI II

Iuuctose-(,-phosphate (161')

AT Pr

1'hcxsl )hogl}-cc•rc)rnutast•

CH,OH

The phosphate groups onthe two 3PGs II nove.forming ovo 2-phc•spho-gly-zcrates (2PG).

2-Phosphogl' cerarc• (21'C;)

P)iosl)h• -11 uct••inax•

A second ATP transfers aphosphate to create fructose-

1.6- bi sphosp ha t e.

OII

i t � ADP

2

1 1

(2 molecules)

HZOThe tv.•o ntolecLtlesof 2PGlose •.vater. -,corning twohigh-energy phospho-

The fructose ring o;xns, andthe 6-carbon fructose 1.6-bisphosphate breaks into the 3-carbon sugar phosphate DAPand its is..rn r G3P.

1 ructose- I.(:-1)isphc»phatc• (1-11P)

!\ Ic

CH,o P

CI-1,0 p i 1 C-O1-1Isonrc-rasc-

C=O c C -C)

I IC I-1,01 I H

P%ru�zit•-kina.,-

SZCl!.-.

C = o

O

Phosphoenolp%rarvate (I'1•1')(2 molecules)

Finally. the two PEP,2 ADP

transfer their phosphates toADP, forming two ATPs

2 ; ATP:and two molecules of

From cs'er� glucose nu,Ier ule.gIVroltsis nets two molecules

IIT The DAP niolcctdcis rearranged toform another G3Pmolecule.

1)ih�dror�-acc•tonc• (:lv eraldelrvde

phosphate (1);\I') 3-phosphate (G31') O(2 molter Liles) I'�-ru�'ate

(2 molecules)

of".1"I P and t w- tn-leculc•s ofthet•lectron carrier'1 s ,, ntolecti les of pvruvateare prtxlucc•d-

Pada glikolisis terdapat 9 reaksi, masing-masing dibantu oleh enzim yang spesifik.

Pada tahap 1 dan 3 ATP diubah menjadi ADP dan terjadiproses fosforilasi

Pada tahap 5 NAD diubah menjadi NADH + H+

Pada tahap 6 dan 9 ADP diubah menjadi meolekul berenergi tinggi ATP

Pada tahap 4, gula 6 - C dipecah menjadi 2 senyawa 3 - C, yaitu :

• Fosfogliseraldehid (PGAL) • Dihidroksiaseton dapat diubah menjadi PGAL dengan bantuan enzim

isomerase

Akhir dari proses glikolisis dua molekul asam piruvat (3 - C), dihasilkan 2 ATP dan 2 NADH per molekul glukosa

Pada kondisi anaerob (tanpa kehadiran oksigen), asam piruvat dapat masuk ke jalur : - Fermentasi alcohol - Fermentasi asam laktat

Jalur Respirasi Aerobik dan Anaerobik

Fermentasi alkohol pada ragi

asam piruvat didekarboksilasi dan direduksi oleh NADH membentuk CO2 dan ethanol

Persamaan reaksi

C3H4O3 + NADH + H+ CO2 + C2H5OH + NAD+

Proses dinamakan fermentasi alkoholik

Pada otot yang sedang berkontraksi

Asam piruvat direduksi oleh NADH membentuk molekul asam laktat

Persamaan reaksi

C3H4O3 + NADH + H+ C3H6O3 + NAD+

Proses dinamakan fermentasi asam laktat

(a) Glycolysis anti cellular (h) Glycolysis and fei'Inentatioll

respiration

7.5 Energy-Producing Metabolic Pathways Energy-producing reactions can be grouped

into five metabolic pathways: glycolysis, pyruvate oxidation, the citric acid cycle, the respira-tory chain, and fermentation. The three middle pathways occur only in the presence of 0 and are collectively referred to as cellular respiration (a). When 02 is unavailable, glycolysis is followed by fermentation (b).

Siklus Krebs/Siklus asam sitrat

• Oksidasi asetil CoA CO2

Siklus Krebs & transfer elektron

2 ATP ? • elektron dari NADH & FADH2 ditransfer ke electron carrier - berlangsung pada membran dalam mitokondria

• Akseptor elektron : O2 yang akan direduksi dan membentuk H2O

• Pergerakan proton kembali melewati membran oleh ATP-synthase

7.8 Pyruvate Oxidation and the Citric Acid Cycle Pyruvate diffuses into the mitochondrion and is oxi-

4r dized to acetyl CoA, which enters the citric acid cycle.Reactions 3, 4, 6, and 8 accornplish the rnajor overall

effects of the cycle-the trappirng of energy-by passing elec-trons to NAD or FAD. Reaction 5 traps energy directly in ATP.

Pyntvate

NAD'

NADH +

CC)z

l�(lalate is oxiclized to oxaloacetate,with the formation of NADH + H'.Oxaloacetate can now react withacetyl CoA to reenter the cycle-

C'( )U

I xaloacetate

C' _ ( )

C 1 13

Pyruvate

C(.orvvnn :A

O

nC -<'-:\

(' 1 13

Acetyl CoA

H-

1 (( ) C' (

Cl 1

PY RLI\JATEC)XIDATION

Pyruvate is oxiclized to acetate,with the formation of NADH + H'and le re ease o 2: acetate isactivated by combination :•vithcoenzyme A. yielding acetyl CoA.

e vo-cao acc t ycou a l r ndULP

four-carbon oxaloacetate combine,forming six-carbon citrate.

( )O

I IU C11

CI' l 1,

10 Fumarate andwater react,forming ma late.

Succinate is oxidizedto furmarate, with theformation of FADH2. Succinate

Succinyl CoA releases coenzyme A.

Citrate (citric acid) Z 7 Cl 12

I l( CC)(Y

1 t( ) ( - 1 t

( f ),, )

Isocttrate

CITRIC ACIDCYCLE

' 1

1 12

C)� is Ketoglularale

I' Cu:\

('1 l

C 112

Succinyl

Citrate is rearranged

to form its isomer,isocitrate.

Isocitrate is oxidizedto (<-ketoglutarate,

7 yielding NADH + H'arid CO2.

becoming succinate; the energy thus ([-Ketoglutarate is oxidized to Succinyl CoA, ♦•vithreleased converts GDP to GTP, which the formation of NADH + H' and CO2: this step isin turn converts ADP to ATP. almost identical to pyruvate oxidation.

Transport elektron • Dari molekul NADH dan FADH2

• Perlu oksigen

Transfer elektron • Memanfaatkan kompleks enzim respirasi pada membran dalam mitokondria

Transport elektron • Menyebabkan terjadinya gradien proton

- perbedaan pH di matriks dengan ruang intermembran mitokondria

- Terjadi perbedaan potensial membran

- Kedua akibat ini menimbulkan energi untukKedua akibat ini menimbulkan energi untuk mengembalikan proton H+ kembali ke matriks

• Gradien proton digunakan untuk sintesis ATP pg oleh ATP sintase

I

r ,.

NAnll - lr+ `An•

Matrix

(;lieniical ATP Electricalpotential synthesis potential

Jpli driven by Ayinside proton-motive (inside

alkaline) force negative)

Outer mitochondria-))' �n),ep I r I e'

Inter-membranespace

NADH-Qreductase

El .EC" IRON 1RANSPOR'f

AftCytochronle c

Wred uctase

i`hiquinone

I I0 I

G V Cytochrorne c

oxiclaseC `it chn1nle c

IV

/,1 r

ATP SY\11 II.SIS

HighATP

concentrationsvndlase

of H'

E'I �tert-mitochondria)membrane'

0NTitochondrialmatrix

FADH

NADH NAD'

E I.-ctrons (carried by NADH and FADH2) fromI lycolysis and the citric acid cycle "feed" the

electron carriers of the inner nlitochondrialmembrane, which pump protons (H') OLIt Ofthe matrix to the internlenlbrane space.

11 tU 1

ooo�a'�

H2O

{'r ten pumping creates 111 imbalance and charge difference between the into-r-nlembrane space and the matrix. Thisimbalance is the proton-motive force.

OUOCYao�oiDJiOLowconcentrationof H'

ADP ATPQ

A B,causc Of the protoll-111otive f� 0rce, protons return to the matrix by passing through an ATP synthase in the inner Il1e111brane. This "relaxation" of the proton imbalance is coupied ,�;ith thr. formation of ATP in the' ATP synthase complex.

Ringkasan

Senyawa penghambat aktivitas respirasi seluler