MITOKONDRIA

1.1 Pengertian

Mitokondria berdasarkan bahasa Yunani berasal dari kata mito : benang, dan

dondrion : granula), merupakan organel sel eukariotik yang berbentuk

memanjang atau granula. Membran mitokondria terdiri atas lipoprotein mitondria

pada bagian dalam ternyata berisi enzim dan koenzim yang diperlukan untuk

metabolisme energi.

Organel ini pertama-tama diobservasi oleh Kolliker tahun a880 pada otot

serangga. Dia mendapatkan bahwa granula tersebut dapat mengembang dalam air.

Pada tahun 1882 Fleming memberinya nama fila dan tahun 1890 Altman member

nama biobblas. Nama mitokondria berasal dari Benda (1897-1898). Tahun 1948

Hogeboom melihat bahwa mitokondria sebagai tempat terjadinya respirasi sel.

Nass (1963) membuktikan bahwa di dalam mitokondria terdapat DNA.

Ukuran mitokondria pada tiap sel hampir sama yaitu panjang antara 2,5 µm -

3µm, dengan lebar 0,5 µm – 1 µm, yang ditemukan pada sel yang berada pada

hati, pankreas, dan ginjal. Letaknya biasanya acak (tidak teratur) atau menurut

pola tertentu, misalnya pada otot lurik, tersusun antara serabut kontraktil otot pada

spermatozoa dibagian ekor.

Jumlah mitokondria sangat berfariasi, dari yang tidak ada sampai ratusan ribu

tiap sel sesuai tipe selnya. Pada ganggang yag tidak berwarna misalnya, Leucotrix

dan Vitreocilla tidak memiliki mitokondria, maka energinya bersumber dari

lamella. Pada spermatozoa dan sejenis flagellate tertentu seperti Chromulina

terdapat satu mitokondria, sedangkan bulu babi dan amoeba Chaoschaos terdapat

500000 mitokondria per sel. Jadi jumlah mitokondria di dalam sel bergantng pada

kebutuhan metabolisme sel.

1.2 Asal Mitokondria

Keberadaan mitokondria didukung oleh hipotesis endosimbiosis yang

mengatakan bahwa pada tahap awal evolusi sel eukariot bersimbiosis dengan

prokariot (bakteri). Adanya DNA pada mitokondria menunjukkan bahwa dahulu

mitokondria merupakan entitas yang terpisah dari sel inangnya. Hipotesis ini

ditunjang oleh beberapa kemiripan antara mitokondria dan bakteri. Ukuran

mitokondria menyerupai ukuran bakteri, dan keduanya bereproduksi dengan cara

membelah diri menjadi dua. Hal yang utama adalah keduanya memiliki DNA

berbentuk lingkar. 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

dikode oleh inti sel eukariot. Secara garis besar, tahap respirasi pada tumbuhan

dan hewan melewati jalur yang sama, yang dikenal sebagai daur atau siklus kreb

1.3 Struktur Mitokondria

Mitokondria dibatasi oleh dua lapisan membran yaitu membran luar dan

membran dalam. Membran luar berbatasan dengan sitosol (sitoplasma),

sedangkan membran dalam berbatasan dengan matriks. Karena struktur

membrannya rangkap maka mitokondria mempunyai dua ruang yaitu ruang antar

membran dan matriks. Membran dalam membentuk lipatan ke dalam yang disebut

krista. Dengan adanya krista ini permukaan meluas. Matriks pada pembesaran

lemah kelihatan tidak berbentuk (amorf) dan bening, sedangakan dengan

pembesaran kuat akan kelihatan partikel-partikel seperti peroksisom, granula dan

DNA.

a. Membran luar

Membran luar mengandung protein transport yang disebut porin. Porin

membentuk saluran yang berukuran relatif lebih besar di lapisan ganda lipid

membran luar, sehingga membran luar dapat dianggap sebagi saringan yang

memungkinkan lolosnya ion maupun molekul kecil berukuran 5kDa atau kurang

termasuk protein berukuran kecil. Molekul-molekul tersebut bebas memasuki

ruang antar membran, namun sebagian besar tidak melewati membran dalam yang

bersifat impermeabel. Ini berarti bahwa dalam hal kandungan molekul kecil, di

luar antar membran bersifat equivalen dengan sitosol sedangkan di ruang matriks

berbeda.

b. Membran dalam dan krista

Membran dalam dan matriks mitokondria terkait erat dengan aktivitas utama

mitokondria yang terlibat dalam siklus asam trikarboksilat, oksidasi asam lemak

dan pembentukan energi. Rantai respirasi terdapat dalam membran dalam ini.

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 (Lodish, 2001).

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.

Permukaan krista merupakan area yang cocok untuk enzim host dalam

merespon respirasi sellular. Sejenis inner membran yang mana sulit untuk

dipahami ini terdiri dari beberapa infolding yang disebut crista, dan juga beberapa

terutama yang keluar dan lebih selektif daripada yang lain, untuk meyakinkan

bahwa hanya beberapa materi yang berguna ada dalam matrik masuk dalam

membran adalah kelompok transport protein dan hanya transpor yang benar.

Bersama dengan beberapa bagian dari mitokondria bisa merusak generasi ATP

dalam proses multi step.

Perbedaan Membran Dalam dan Membran Luar

Membran Dalam Membran LuarSelaputnya lebih tebal (6,0-8,0 nm) Selaput lebih tipis

Area permukaannya lebih luas karena

berlipat-lipat dan masuk ke dalam

matriks (krista)

Area permukaan lebih sempit

Lebih kaya protein Protein lebih sedikit

Kaya akan kardiolipin Mengandung lebih banyak testolipida,

dan mengandung sebagian basar

kolesterol selaput

Permeabilitas terbatas terutama

terhadap bahan-bahan yang

mempunyai berat molekul diatas

100-150 dalton

c. Ruang antar membran

Ruang antar membran adalah ruang yang berada di antara membran luar dan

membran dalam mitokondria. Ruang ini mengandung sekitar 6% dari total protein

mitokondria dan beberapa enzim yang bekerja menggunakan ATP (adenosine

triphosphate) yang tengah melewati ruang tersebut untuk menfosforilasi

nukleotida lain.

Ruang antar membran merupakan tempat berlangsungnya reaksi-reaksi yang

penting bagi sel, seperti siklus Krebs, reaksi oksidasi asam amino, dan reaksi β-

oksidasi asam lemak. Banyaknya protein intermembran berguna sebagai berikut :

a) Untuk rantai respirasi yaitu sebagai komponen sistem transport

elektron melakukan oksidasi dan reduksi yang menghasilkan ATP.

b) Untuk transport NAD atau NADH dengan tidak langsung melalui

sistem shuttle.

c) Unruk transport aktif substrat bagi fosforilasi oksidatif (piruvat,

asam lemak, ADP da Pi) dengan menggunakan protein channel permease

pada membran dalam.

d) Untuk transport aktif produk fosforilasi yaitu ATP, ADP, Pi dan

ion hidroksil keluar dari mitokondria melalui perimease juga.

d. Matriks

Matriks terletak pada bagian dalam pada membran dalam. Pada penglihatan

dengan pembesaran lemah akan terlihat bening dan amorf. Pada pembesaran kuat

tampak adanya partikel yang mana partikel tersebut adalah granula, ribosom, atau

poliribosom dan benang-benang AND. Sebagian besar (sekitar 67%) protein

mitokondria dijumpai pada bagian matriks. Enzim-enzim yang dibutuhkan untuk

proses oksidasi piruvat, asam lemak, dan untuk menjalankan siklus asam

trikarboksilat terdapat pada matriks ini. 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.

Matriks mitokondria berfungsi untuk :

- Katabolisme oksidasi asetik koA melewati jalur Krebs. Asetil KoA

berkondensasi dengan oksalo-asetat membentuk asam sitrat. Selanjutnya

asam sitrat dioksidasi kembali menjadi oksalo-asetat lewat serangkaian

oksidasi dan karboksilasi, yang membebaskan CO2, hidrgen dan elektron.

Selanjutnya hidrogen dan elektron mereduksi kofaktor atau aseptor electron

ialah NAD+ menjadi NADH. ADH ini kemudian akan masuk ke dalam system

transport elektron guna dioksidasi kembali secara berantai membebaskan

proton berpotensial energy rendah guna membentuk molekul air bersama ½

O2 .

- Oksidasi asam lmak yang semuanya untuk menghasilkan energi tinggi (ATP).

Jenis dan Lokasi Enzim

Berbagai jenus enzim terdapat di dalam mitokondria dengan lokasi tertentu

diantaranya :

a) Selaput luar : monoamin oksidase, tiokinase asam lemak, sitokrom c

reduktase yang rotenone-intensitif, kinurenin hidroksilase.

b) Ruang antar selapu : adenilat kinase, nukleosida difosfokinase, keratin

kinase.

c) Selaput dalam : sitokrom b, c, c1, a, a3; suksinat dehidrogenase, NADH

dehidrogenase (protenone sensitive), piruvat oksidase, karnitin asil

transferase, ATP sintetase.

d) Matriks : kompleks dehidrogenase piruvat, sitrat sintetase, isositrat

dehidroginase, fumarase, malat dehidrogenase, akonitase, glutamat

dehidroginase, enzim-enzim untuk sintesis proten dan asam nukleat dan

enzim-enzim oksidasi asam lemak.

DNA mitokondria

Lokasi DNA mitokondria berada di matriks, dimana selalu terdiri dari host

enzym seperti ribosom untuk sintesis protein, langkah metabolik kritikal dari sel

digolongkan berdasarkan enzym dimana jelas berbeda dari mitokondrial matriks.

Protein ikut dalam respirasi, kecuali enzym yang membentuk ATP dengan

mitokondria inner membran. Mitokondria memiliki materi genetik sendiri yang

karakteristiknya berbeda dengan materi genetik di inti sel.

DNA mitokondria memiliki ciri-ciri yang berbeda dari DNA nukleus ditinjau

dari ukuran, jumlah gen, dan bentuk. Di antaranya adalah:

No Pembeda DNA mitokondria DNA nukleus

1 Laju Mutasi Lebih tinggi (10-17 kali

DNA nucleus)

Lebih rendah

2 Jumlah

dalam sel

Lebih dari 1000 kopi 2 kopi

3 Hasil

Rekombinan

Diwariskan dari ibu

(maternally inherited)

Diwariskan dari kedua

orang tua

4 Besar genom Kecil Besar

5 Bentuk Sirkuler Linier

Sebagian besar mtDNA membawa gene yang berfungsi dalam proses

respirasi sel. Eksperimen yang dilakukan dengan menghilangkan mtDNA pada S.

cerevisceae menunjukan penurunan tingkat pertumbuhan yang signifikan yang

ditandai dengan mengecilnya ukuran sel.

Reproduksi Mitokondria

Mitokondria mengandung berbagai komponen yang dibutuhkan untuk

melakukan replikasi ADN, transkripsi dan sintesis protein. Ada enzim-enzim

untuk melakukan itu semua, seperti ADN-dependent, ARN polymerase, ADN

sintetase, ARNt, ARNm, ARNr, ribosom dan enzim pengaktif asam amino.

Adanya ADN dan ribosom dalam mitokondria daat diperlihatkan dibawah

mikroskop electron dengan teknik autoradigrafi. Oleh karena itu organel ini

mampu untuk bereproduksi secara autonom. Artinya untuk memperbanyak diri ia

tidak tergantung dari inti ( ADN-nya ). Mitokondria bereproduksi sendiri atau

dapat juga tanpa disertai dengan reproduksi sel secara menyeluruh

Struktur DNA Mitokondria

Besar genom pada DNA mitokondria relatif kecil apabila dibandingkan

dengan genom DNA pada nukleus. Ukuran genom DNA mitokondria pada tiap

tiap organisme sangatlah bervariasi. Pada manusia ukuran DNA mitokondria

adalah 16,6 kb, sedangkan pada Drosophila melanogaster kurang lebih 18,4 kb.

Pada khamir, ukuran genom relatif lebih besar yaitu 84 kb.

Tidak seperti DNA nukleus yang berbentuk linear, mtDNa berbentuk

lingkaran. Sebagian besar mtDNA membawa gene yang berfungsi dalam proses

respirasi sel. Eksperimen yang dilakukan dengan menghilangkan mtDNA pada S.

cerevisceae menunjukan penurunan tingkat pertumbuhan yang signifikan yang

ditandai dengan mengecilnya ukuran sel.

Sifat-sifat DNA Mitokondria

MtDNA diwariskan secara maternal [Browning, et al., 1979, Giles et

al.,1980]. Sel telur memiliki jumlah mitokondria yang lebih banyak dibandingkan

sel sperma, yaitu sekitar 100.000 molekul sedangkan sel sperma hanya memiliki

sekitar 100-1500 mtDNA [Chen, et al., 1995b, Manfredi, et al., 1997]. Dalam sel

sperma mitokondria banyak terkandung dalam bagian ekor karena bagian ini yang

sangat aktif bergerak sehingga membutuhkan banyak ATP.

Pada saat terjadi pembuahan sel telur, bagian ekor sperma dilepaskan

sehingga hanya sedikit atau hampir tidak ada mtDNA yang masuk ke dalam sel

telur. Hal ini berarti bahwa sumbangan secara paternal hanya berjumlah 100

mitokondria. Apalagi dalam proses pertumbuhan sel, jumlah mtDNA secara

paternal semakin berkurang.

DNA mitokondria juga memiliki sifat unik lainnya yaitu laju mutasinya

yang sangat tinggi sekitar 10-17 kali DNA inti [Wallace et al., 1997]. Hal ini

dikarenakan mtDNA tidak memiliki mekanisme reparasi yang efisien

(Bogenhagen,1999), tidak memiliki protein histon, dan terletak berdekatan dengan

membran dalam mitokondria tempat berlangsungnya reaksi fosforilasi oksidatif

yang menghasilkan radikal oksigen sebagai produk samping (Richter, 1988).

Fungsi Mitokondria

Mitokondria mempunyai banyak fungsi metabolik di dalam sel, yakni :

a. Menghasilkan energi ( ATP ) dalam respirasi sel

Menghasilkan ATP, sebagai energi untuk metabolisme. ATP terbentuk di

dalam sel melalui dua cara,

1) Dengan cara fosforilasi tingkat substrat

Terjadi di dalam sitoplasma dan matriks mitokondria, dengan memanfaatkan

energi dari suatu reaksi eksrgonik, yang merupakan reaksi yang membebaskan

energi. Fosforilasi ini terjadi pada proses glikolisis yaitu yang tepatnya terjadi

pada langkah reaksi yang dikatalisis oleh enzim gliseraldehid 3-fosfat

dehidrogenase dan fosfigliserat kinase.

Gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis reaksi pelepasan hydrogen

(dehidrogenasi) gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3-bifosfogliserat. Reaksi ini

berpasangan dengan reaksi lainnya yaitu reduksi NAD menjadi NADH + H+ .

Adapun Fosfogliserat kinase mengkatalisis reaksi pelepasan gugus fosfat dari

1,3-bifosfogliserat menjadi 3-fosfogliserat. Reaksi ini berpasangan dengan

terbentuknya ATP karena terjadinya fosforilasi ADP dengan fosfat yang dilepas

itu.

Reaksi fosforilasi tingkat substrat yang membentuk GTP (setara dengan ATP)

terjadi di dalam matriks mitokondria, yaitu reaksi konversi suksinil KoA menjadi

asam suksinat dikatalisis olah suksinil KoA sitetase.

2) Dengan cara fosforilasi oksidatif

Proses ini terjadi pada membran bagian dalam mitokondria, pada oksidasi

asam piruvat menjadi asetil KoA yang melibatkan dekarboksilasi (pelepasan

karbon teroksidasi yaitu karbondioksida) dan dehidrogenasi, pelepasan electron

dan proton (H+).

Pelepasan electron dan proton (H+) tersebut diikuti dengan reduksi kofaktor

organik NAD atau FAD menjadi NADH dan FADH. Selanjutnya pada membran

sebelah dalam mitokondria, kofaktor tersebut mengalami serangkaian oksidasi

reduksi yang diikuti pelepasan elektron dari bentuk energi tinggi ke yang lebih

rendah. Urutan oksidasi demikian dinamakan sistem transport elektron. Sebagai

donor elektron tahap awal adalah NADH atau FADH, dan sebagai aseptor

electron terakhir adalah molekul oksigen yang direduksi menjadi molekul air.

Gradien energi yang dilepaskan pada system transport elektron itu dipergunakan

untuk membentuk ATP baru. Satu molekul NADH yang dioksidasi dengan cara

ini akan menghasilkan 3 ATP, sedangkan FADH menghasilkan 2 ATP.

Pathway Oksidasi Karbohidrat

Karbohidrat yang memasuki sel dalam bentuk monosakarida yaitu glukosa.

Glukosa pertama-tama dipecah menjadi persenyawaan 3 karbon (asam piruvat)

dengan serangkaian reaksi kimia yang memerlukan berbagai enzim piruvat masuk

ke dalam mitokondria untuk diksidasi menjadi CO2 dan air.

Berikut adalah fase-fase oksidasi hidrat arang :

1) Glikolisis

Glikolisis merupakan proses pengubahan molekul sumber energi, yaitu glukosa

yang mempunyai 6 atom C manjadi senyawa yang lebih sederhana, yaitu asam

piruvat yang mempunyai 3 atom C. Reaksi ini berlangsung di dalam sitosol

(sitoplasma). Reaksi glikolisis mempunyai sembilan tahapan reaksi yang

dikatalisis oleh enzim tertentu, tetapi disini tidak akan dibahas enzim-enzim yang

berperan dalam proses glikolisis ini. Dari sembilan tahapan reaksi tersebut dapat

dikelompokkan menjadi dua fase, yaitu fase investasi energi, yaitu dari tahap 1

sampai tahap 4, dan fase pembelanjaan energi, yaitu dari tahap 5 sampai tahap 9.

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

molekul ATP, yang kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-

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

fruktosa 6-fosfat. 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. 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). Tahapan-

tahapan reaksi diatas itulah yang disebut dengan fase investasi energi.

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. 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. Setelah itu, 3-fosfogliserat mengalami

isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat. Setelah menjadi 2-fosfogliserat, sebuah

molekul air dari masing-masing 2-fosfogliserat dipisahkan, menghasilkan

fosfoenolpiruvat. Terakhir, masing-masing fosfoenolpiruvat melepaskan gugus

fosfat terakhirnya, yang kemudian diterima oleh dua molekul ADP untuk

membentuk ATP, dan berubah menjadi asam piruvat. (lihat bagan).

Setiap pemecahan 1 molekul glukosa pada reaksi glikolisis akan menghasilkan

produk kotor berupa 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH, 4 molekul ATP,

dan 2 molekul air. Akan tetapi, pada awal reaksi ini telah digunakan 2 molekul

ATP, sehingga hasil bersih reaksi ini adalah 2 molekul asam piruvat (C3H4O3), 2

molekul NADH, 2 molekul ATP, dan 2 molekul air. Perlu dicatat, pencantuman

air sebagai hasil glikolisis bersifat opsional, karena ada sumber lain yang tidak

mencantumkan air sebagai hasil glikolisis.

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. Akan tetapi, asam

piruvat yang mandapat 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). Karena itu, asam piruvat akan menjalani reaksi dekarboksilasi oksidatif.

Dekarboksilasi oksidatif adalah reaksi yang mengubah asam piruvat yang

beratom 3 C menjadi senyawa baru yang beratom C dua buah, yaitu asetil

koenzim-A (asetil ko-A). Reaksi dekarboksilasi oksidatif ini (disingkat DO)

sering juga disebut sebagai tahap persiapan untuk masuk ke siklus Krebs. Reaksi

DO ini mengambil tempat di intermembran mitokondria.

Pertama-tama, molekul asam cuka yang dihasilkan reaksi glikolisis akan

melepaskan satu gugus karboksilnya yang sudah teroksidasi sempurna dan

mengandung sedikit energi, yaitu dalam bentuk molekul CO2. Setelah itu, 2 atom

karbon yang tersisa dari piruvat akan dioksidasi menjadi asetat (bentuk ionisasi

asam asetat). Selanjutnya, asetat akan mendapat transfer elektron dari NAD+ yang

tereduksi menjadi NADH. Kemudian, koenzim A (suatu senyawa yang

mengandung sulfur yang berasal dari vitamin B) diikat oleh asetat dengan ikatan

yang tidak stabil dan membentuk gugus asetil yang sangat reaktif, yaitu asetil

koenzim-A, yang siap memberikan asetatnya ke dalam siklus Krebs untuk proses

oksidasi lebih lanjut. (lihat bagan). Selama reaksi transisi ini, satu molekul

glukosa yang telah menjadi 2 molekul asam piruvat lewat reaksi glikolisis

menghasilkan 2 molekul NADH.

3) Daur Krebs

Siklus Krebs adalah tahapan selanjutnya dari respirasi seluler. Siklus Krebs adalah

reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentuk

asam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena

menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-A

dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.

Pertama-tama, asetil ko-A hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif)

masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentuk

asam sitrat. Setelah "mengantar" asetil masuk ke dalam siklus Krebs, ko-A

memisahkan diri dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat

mengalami pengurangan dan penambahan satu molekul air sehingga terbentuk

asam isositrat. Lalu, asam isositrat mengalami oksidasi dengan melepas ion H+,

yang kemudian mereduksi NAD+ menjadi NADH, dan melepaskan satu molekul

CO2 dan membentuk asam a-ketoglutarat (baca: asam alpha ketoglutarat).

Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO2, dan

teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali mereduksi NAD+

menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkan tambahan satu ko-A

dan membentuk suksinil ko-A. Setelah terbentuk suksinil ko-A, molekul ko-A

kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan ko-A

dan perubahan suksinil ko-A menjadi asam suksinat menghasilkan cukup energi

untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik

menjadi satu molekul ATP. Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi dan

melepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk

FADH2, dan terbentuklah asam fumarat. Satu molekul air kemudian

ditambahkan ke asam fumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan)

substrat pada asam fumarat, karena itu asam fumarat berubah menjadi asam

malat. Terakhir, asam malat mengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu

ion H+, yang kemudian diterima oleh NAD+ dan membentuk NADH, dan asam

oksaloasetat kembali terbentuk. Asam oksaloasetat ini kemudian akan kembali

mengikat asetil ko-A dan kembali menjalani siklus Krebs.

Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6

NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang

terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor

elektron.

4) Rantai Pernafasan dan fosforilasi oksidatif

b. Metabolisme lemak

Untuk metabolisme lemak, asam lemak diubah jadi asetil Ko.A dulu.

Pembentukan asetil Ko.A ini dapat terjadi diluar mitokondria (dalam sitosol),

kemudian merembes masuk kedalam matriks. Dapat pula berlangsung di dalam

matriks itu sendiri. Asam lemak lebih dulu masuk ke matriks.

c. Sintesa lemak dan hormon steroid

Untuk sintesa lemak dan hormon steroid, mitokondria bekerja sama dengan

reticulum endoplasma halus (REH). Steroid dibuat dari kolesterol. Kolesterol

diubah jadi pregnenolon, kemudian jadi progesteron. Progesteron dapat di ubah

jadi testosteron atau estrogen, dapat pula jadi kortikosteron.

d. Produksi panas

Produksi panas (thermogenesis) perlu untuk menjaga agar suhu tubuh tidak

terlalu rendah, sehingga enzim dapat bekerja sesuai dengan suhu optimal. Bagi

hewan homothermal (termasuk manusia) panas harus terus menerus diproduksi

secara besar besaran, karena kecenderungan turunnya suhu tubuh oleh konveksi,

konduksi atau radiasi kelingkungan yang suhunya selalu lebih rendah. Pada bayi

manusia panas tubuhnya diproduksi dari lemak coklat yang terletak pada ketiak

dan tengkuk. Sel-sel lemak disini kaya dengan mitokondria yang membuat

jaringan lemak itu jadi coklat ini ialah sebagai thermogenesis.

e. Menyediakan senyawa

Antara (intermediet) yang berguna untuk precursor bagi sintesis dalam sel.

Senyawa intermediet ini adalah piruvat, asetat atau asetil Ko.A, ketoglutarat dan

oksaloasetat.

Mitokondria sebagai Organel Semiotonom

Para pakar biologi sel sependapat bahwa mitokondria berasal dari bakteri

aerobik yang mengadakan endosymbiosis dengan eukariot anaerobik.

Endosimbiosis adalah jika 2 organisme dari suatu species hidup didalam

organisme dari species yang lain. Proses yang terjadi adalah sel-sel bakteri

aerobik tertelan oleh sel eukariot anaerobik namun bakteri aerobik tidak

mengalami pencernaan. Bakteri aerobik yang tertelan selanjutnya hidup di dalam

sel eukariot. Eukariot mensuplai bakteri dengan proteksi dan komponen-

komponen karbon, sedangkan bakteri mensuplai eukariot dengan energy ATP.

Beberapa bukti yang mendukung teori tersebut adalah:(i) Mitokondria

dapat menggandakan diri menyerupai pembelahan biner pada bakteri, (ii) DNA

mitokondria menyerupai DNA prokariot, berupa molekul sirkular tunggal dan

ribosom pada mitokondria dibuat dari sub unit dengan koofisien sedimentasi yang

lebih menyerupai ribosom prokariot dibandingkan dengan eukariot, (iii) Ukuran

mitokondria hampir sama dengan ukura bakteri. (iv) Mitokondria memiliki

membran ganda, memiliki kemiripan dengam membran sejumlah prokariota, dan

(v) urutan DNA pada mitokondria tertutup dan memiliki kemiripan dengan DNA

proteobakteril (vi) Mitokondria memiliki kemiripan fisik dengan prokariota.

Gambar. Hubungan fungsional antara inti dengan mitokondria