PROSES PEMBENTUKAN ENERGI PADA MITOKONDRIA

Makalah ini dbuat untuk memenuhi tugas Biologi Kedokteran

Dosen pegampu : dr. Rochman Basuki

KELOMPOK 3

NIM : H2A010033 – H2A010050

1. Marla Deni

2. Muhammad Fahmi A.

3. Nurul Aini

4. Nusroh Ulfah A.

5. Nuzulia Ni’matina

6. Oktavia Candra Utami

7. Optie Arda Berliana

8. Prima Maulana

9. Prinanda Putra H. W.

10. R. Prindjati Prakasa

11. Reza Adityas T.

12. Rini Setyo Ekawati

13. Rofiqo Umania R.

14. Sandhy Hapsari

15. Shofia Rachmawati

16. Syarifah Alfi Azzulfa A.

17. Yolinda Candra A.

18. Yuli Solihati

FAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SEMARANG

TAHUN AJARAN 2010/2011

0

BAB 1

PENDAHULUAN

Dalam ilmu biologi, mitochondrion (jamak: mitokondria) merupakan salah satu

organel. Variannya sering ditemukan pada sel-sel eukariota. Nama mitokondria diberikan

oleh pakar Yunani, mitos: benang, dan chondrion: granula. Jadi Mitokondria adalah organel

yang bentuknya memanjang dan granula. Mitokondria dibatasi membran rangkap, membran

dalam mengadakan perluasan kedalam matriks dengan membentuk penonjolan-penonjolan

yang disebut krista. Membran mitokondria disusun oleh lipoprotein, lebih tipis dari membran

plasma.Didalam matrikter dapat enzim-enzim dan koenzim yang diperlukan untuk

metabolisme energi. Mitokondria biasanya dideskripsikan sebagai “power house of cellular”

karena mitokondria menguraikan senyawa organic menjadi energy berupa ATP (Adenosin

Tri Pospat) melalui proses fosforilsi oksidatif, glikolisis, siklus krebs, dan transport elektron.

Biasanya tiap sel mengandung ratusan atau bahkan ribuan mitokondria, dan menempati 25%

sitoplasma.

Untuk mengetahui mitokondria dan hal-hal yang berkenaan dengan pembentukan

energi marilah kita kaji uraian berikut.

1

BAB 2

KAJIAN PUSTAKA

A. MITOKONDRIA

Mitokondria berasal dari kata mitos yang berarti benang dan

chondrion yang berarti butir

Mitokondria adalah organel berbentuk bulat lonjong yang memiliki

membran ganda. Ukurannya seperti bakteri dengan diameter 0,5-1 µm dan

panjang 3-10 µm. Mitokondria memiliki dua membran, yaitu membran luar

dan membran dalam, masing-masing dengan tebal 6-7nm. Antara kedua

membran ada ruang intermembran, lebar 6-8nm. Struktur membran luar mirip

dengan membran plasma. Pada membran dalam terjadi pelekukan kearah

dalam membentuk Krista. Dengan adanya Krista ini, permukaan membran

dalam menjadi semakin luas sehingga proses respirasi sel semakin efektif.

Proses respirasi berlangsung pada membran dalam mitokondria (Pada Krista)

dan matriks. Ruangan dalam mitokondria berisi enzim respirasi (sitokrom),

DNA, RNA, dan protein.

Penyebaran dan jumlah mitokondria di dalam tiap sel tidak sama, dari

hanya satu sampai beberapa ribu. Pada sel sperma, mitokondria tampak

berderet-deret pada bagian ekor yang digunakan untuk bergerak.

Matriks yang mengisi ruang dalam mitokondria adalah berupa cairan.

Di dalamnya terkandung banyak enzim, dan juga sering ditemukan butiran.

Butiran itu berperan dalam transport ion dan air, seperti pada sel saluran

kemih dalam ginjal, sel epitel usus halus, dan osteoklast pda tulang.

2

Dalam matriks terkandung pula DNA dan Ribosom (Nass dkk, 1965;

Robinowitz dan Swift, 1970). Adanya DNA dan Ribosom dalam mitokondria

dapat diperlihatkan di bawah Mikroskop electron, dengan teknik

autoradiografi. Oleh karena itu, maka organel ini ternyata mampu untuk

berproduksi secara autonom (untuk memperbanyak diri itu ia tak langsung

tergantung dari inti (DNA-nya). Mitokondria bereproduksi sendiri, dan dapat

juga terjadi tanpa disertai dengan reproduksi sel secara menyeluruh.

Fungsi Mitokondria:

Mitokondria berfungsi dalam respirasi sel, menghasilkan ATP

Untuk metabolisme lemak

Untuk sintesa lemak dan hormon steroid , mitokondria bekerjasama

dengan dengan REH.

Produksi panas (thermogenesis) perlu untuk menjaga agar suhu tubuh

tidak terlalu rendah, sehingga enzim dapat bekerja sesuai dengan suhu

optimal.

dehidrogenasi, fosforilasi oksidatif dan system transfer electron.

Berkaitan dengan fungsinya itu, mitokondria disebut power house of

cell.

B. ENZIM DALAM MITOKONDRIA

Mitokondria mengandung berbagai komponen yang dibutuhkan untuk

melakukan replikasi DNA, transkripsi dan sintesa protein. Ada enzim-enzim

untuk itu, seperti DNA-dependent, RNA-polimerase, DNA-sintetase, RNA-T,

3

RNA-m, RNA-r, ribosom dan enzim pengaktif asam amino (Ashwell dan

Work, 1970).

Enzim yang terdapat dalam mitokondria:

1. Monoamine oksidase enzim enzim rantai respirasi

2. hidrokrsilase enzim enzim transferase

3. Koezim A ligase malat dehidrogenase

4. Adenilat kinase isositrat dehisrogenase

5. Nukleosid difosfokinase fumarase & aconitase

6. ATP sintetase sitrat sintetase

7. Suksinat dehidrogenase enzim enzim oksidase lain

C. SUMBER ENERGI YANG DIBUTUHKAN OLEH SEL

Sel membutuhkan energi dari:

1. Karbohidrat dihidrolisis menjadi monosakarida dalam bentuk glukosa dan

melalui proses glikolisis diubah menjadi asam piruvat.

2. Lipid dihidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak, gliserol dkonversi

menjadi gliseraldehid fosfat. Kemudian menjadi asam piruvat.

3. Asam lemak dipengaruhi oleh koenzim A, menjadi asetil koenzim A.

Akhirnya masuk ke dalam siklus kreb.

4

4. Protein dihidrolisis menjadi asam amino,kemudian mengalami

deaminase,menjadi keton dalam 3 bentuk: asam piruvat, asam

ketoglutarat, dan asam oksaloasetat. Kemudian asam ketoglutarat dan

oksaloasetat masuk ke dalam siklus kreb.

D. RESPIRASI SEL

Respirasi merupakan proses oksidasi suatu senyawa organik secara terarah

yang menghasilkan energi untuk pemeliharaan metabolisme di dalam tubuh

makhluk hidup. Respirasi diatas bukan merupakan respirasi tingkat

organisme, melainkan tingkat selular. Respirasi dibagi menjadi dua, yaitu

sebagai berikut:

a. Respirasi aerob: respirasi yang membutuhkan oksigen bebas. Oksigen

tersebut berfungsi sebagai penerima (akseptor) elektron/hidrogen

terakhir. Dalam hal respirasi bersifat aerob, asam piruvat oleh dayanya

koenzim A dan NAD dirubah menjadi asetil enzim A. Dari reaksi ini

dilepaskan NADH₂ , akan diubah menjadi ATP yang nantinya diubah

energi dalam bentuk ATP yang berenergi tinggi.

b. Respirasi anaerob: respirasi yang tidak membutuhkan oksigen bebas.

Sehingga penerima elektron/hidrogen terakhir merupakan senyawa-

senyawa tertentu selain oksigen, seperti: sulfat (SO₄²⁻), karbonat

(CO₃²⁻), piruvat, asetaldehid. Dalam hal respirasi bersifat anaerob,

asam piruvat di pecah menjadi asam Laktat (pada hewan) atau etil

alkohol (tumbuhan). Kemudian mengalami proses glikolisis diubah

dalam bentuk ATP dalam jumlah 2.

5

E. PEMBENTUKAN ENERGI PADA MITOKONDRIA

Energi dari mitokondria dibentuk dengan 4 tahap, yaitu: glikolisis,

dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs dan transport elektron.

1) Glikolisis

Saat dalam sel, glukosa dipecah menjadi ATP melalui dua lintasan:

Lintasan pertama tidak memerlukan oksigen dan disebut anaerobic

metabolism.

Lintasan ini disebut glikolisis dan terjadi dalam sitoplasma diluar

mitokondria.

Dalam proses glikolisis, glukosa mengalami beberapa tahap yang panjang:

1. Pertama-tama, glukosa mendapat tambahan satu gugus fosfat dari satu

molekul ATP.

2. Kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-fosfat.

3. Setelah itu, glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim menjadi isomernya, yaitu

fruktosa 6-fosfat.

4. Satu molekul ATP yang lain memberikan satu gugus fosfatnya kepada

fruktosa 6-fosfat, yang membuat ATP tersebut menjadi ADP dan fruktosa 6-

fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat.

5. Kemudian, fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua senyawa yang saling

isomer satu sama lain, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan PGAL

( fosfogliseraldehid atau gliseraldehid 3-fosfat ).

6

6. Selanjutnya, dihidroksi aseton fosfat dan PGAL masing-masing mengalami

oksidasi dan mereduksi NAD+, sehingga terbentuk NADH, dan mengalami

penambahan molekul fosfat anorganik (Pi) sehingga terbentuk 1,3

difosfogliserat.

7. Kemudian masing-masing 1,3-difosfogliserat melepaskan satu gugus

fosfatnya dan berubah menjadi 3-fosfogliserat, dimana gugus fosfat yang

dilepas oleh masing-masing 1,3-difosfogliserat dipindahkan ke dua molekul

ADP dan membentuk dua molekul ATP.

8. Setelah itu, 3-fosfogliserat mengalami isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat.

Setelah menjadi 2-fosfogliserat, sebuah molekul air dari masing-masing 2-

fosfogliserat dipisahkan, menghasilkan fosfoenolpiruvat.

9. Terakhir, masing-masing fosfoenolpiruvat melepaskan gugus fosfat

terakhirnya, yang kemudian diterima oleh dua molekul ADP untuk

membentuk ATP, dan berubah asam piruvat.

2) Dekarboksilasi Oksidatif

Setelah melalui reaksi glikolisis, jika terdapat molekul oksigen yang

cukup maka asam piruvat akan menjalani tahapan reaksi selanjutnya, yaitu siklus

Krebs yang bertempat di matriks mitokondria. Jika tidak terdapat molekul

oksigen yang cukup maka asam piruvat akan menjalani reaksi fermentasi. Asam

piruvat yang mendapat molekul oksigen yang cukup dan akan meneruskan

tahapan reaksi tidak dapat begitu saja masuk ke dalam siklus Krebs, karena asam

piruvat memiliki atom C terlalu banyak, yaitu 3 buah. Persyaratan molekul yang

dapat menjalani siklus Krebs adalah molekul tersebut harus mempunyai dua atom

C (2 C). Maka, asam piruvat akan menjalani reaksi dekarboksilasi oksidatif.

7

Dekarboksilasi oksidatif mengubah asam piruvat (senyawa berkarbon 3)

menjadi asetil-KoA (senyawa berkarbon 2). Pada tahap ini dihasilkan: 1 NADH.,

CO₂, dan 1 Asetil-KoA untuk setiap pengubahan molekul asam piruvat (total

dihasilkan 2 asetil-KoA, karena asam piruvat yang diubah sebanyak 2 mol).

3) Siklus Krebs

Asam Piruvat adalah molekul dengan 3 karbon. Setelah memasuki

mitokondria, piruvat dipecah menjadi molekul dengan 2 karbon oleh enzim

khusus. Reaksi ini melepaskan karbon dioksida. Molekul dengan 2 karbon disebut

Acetyl CoA dan molekul ini memasuki siklus Krebs dengan cara bergabung

dengan molekul 4 karbon yang disebut oxaloacetate. Ketika dua molekul ini

bergabung, menghasilkan molekul 6 karbon yang disebut citric acid (2 karbon + 4

karbon = 6 karbon). Citric acid kemudian dipecah dan dimodifikasi, dan

melepaskan ion hidrogen dan molekul karbon. Molekul karbon digunakan untuk

membuat karbon dioksida dan ion hidrogen ditangkap oleh NAD dan FAD.

Proses ini kembali menghasilkan oxaloacetate. Terjadi di dalam matriks

mitokondria.

4) Transport Elektron

Melalui rantai respirasi, elektron/hidrogen dari NADH dan FADH yang

dihasilkan dari glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus krebs,

dilepaskan dan diterima oleh O₂ sebagai penerima elektron terakhie, sehingga

terbentuk H₂O dan energi secara bertahap. NADH dan FADH merupakan

senyawa pereduksi (reduktor) yang menghasilkan elektron/ ion hidrogen.

Reaksi ini terjadi pada membran dalam (matriks) mitokondria. Satu molekul

NADH akan menghasilkan 3 ATP, sedangkan satu molekul FADH akan

menghasilkan 2 ATP.

8

Rantai transport elektron adalah proses terakhir untuk menghasilkan ATP,

H₂O yang terjadi di membran dalam/krista mitokondria. Pada tahap ini,

elektron yang dibawa oleh NADH ditransfer ke berbagai pembawa elektron

supaya energinya bisa digunakan untuk memompa proton. Gradien proton

yang dibuat oleh elektron digunakan oleh enzim ATP sintase untuk

menghasilkan ATP. Proses pemompaan proton untuk menghasilkan ATP juga

disebut kemiosmosis.

F. HASIL AKHIR RESPIRASI SELULER

Total energi yang dihasilkan untuk setiap pemecahan (oksidasi) satu

molekul glukosa pada sel prokariotik adalah 38 ATP. Pada sel eukariotik

dihasilkan 36 ATP karena transport 2 NADH ke dalam matriks mitokondria

membutuhkan energi sebesar 2 ATP.

a. Glikolisis 2 ATP, 2 asam piruvat, 2 NADH.

b. Dekarboksilasi oksidatif 2 NADH, 2 CO₂, Asetil KoA.

c. Siklus Krebs 6 NADH, 2 FADH, 2 CO₂, 2 GTP.

d. Transpor elektron 34 ATP, H₂O.

9

BAB 3

PENUTUP

Mitokondria adalah organel berbentuk bulat lonjong yang memiliki membran

ganda.

Respirasi merupakan proses oksidasi suatu senyawa organik secara terarah

yang menghasilkan energi untuk pemeliharaan metabolisme di dalam tubuh makhluk

hidup. Respirasi diatas bukan merupakan respirasi tingkat organisme, melainkan

tingkat selular. Respirasi dibagi menjadi dua, yaitu respirasi aerob dan anaerob.

Energi dari mitokondria dibentuk dengan 4 tahap, yaitu: glikolisis,

dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs dan transport elektron.

Total energi yang dihasilkan untuk setiap pemecahan (oksidasi) satu molekul

glukosa pada sel prokariotik adalah 38 ATP. Pada sel eukariotik dihasilkan 36 ATP

karena transport 2 NADH ke dalam matriks mitokondria membutuhkan energi

sebesar 2 ATP.

10

LAMPIRAN

1. Mitokondria

11

2. Proses respirasi aerob (pembentukan energi pada mitokondria)

12

3. Glikolisis

13

14

4. Dekarboksilasi oksidatif

5. Siklus Krebs

15

16

6. Transport elektron

17

DAFTAR PUSTAKA

----------.2009. Target No. 1 Masuk UI, UGM, ITB, TPB, UNDIP dan Perguruan

Tinggi Favorit. Yogyakarta: Kendi Mas Media.

Campbell. 1996. BIOLOGI jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Djohar. 1985. Bioligi sel 1 Diktat kuliah FPMIPA IKIP Yogyakarta. Yogyakarta: FP

MIPA IKIP.

Page, David. 1997. Prinsip-Prinsip Biokimia edisi kedua. Jakarta: Erlangga.

Strayer, L. 2000. BIOKIMIA VOL 2 EDISI 4. Jakarta: Buku kedokteran EGC.

Suryani, Yoni. 2004. Biologi Sel dan Molekuler. Yogyakarta: FMIPA UNY.

Wolve, S.L. 1932. Introduction to Cell Biology. Wadswordh Publising Company

Melmont, California.

18