Ayah ataukah Ibu sebagai Pewaris Mitokondria?

Apakah benar bahwa sel mitokondria hanya diwariskan dari mitokondria ibu saja dan tidak ada yang berasal dari mitokondria ayah? Perlu diketahui, mitokondria merupakan bagian dari dalam sel yang sangat penting bagi tubuh kita. Jika tidak memiliki mitokondria, sel dapat berhenti bekerja sebagaimana mestinya. Sehingga, tubuh akan mengalami banyak gangguan.

Namun, sebelum mengetahui lebih dalam tentang mitokondria, pertama-tama kita akan mempelajari tentang sel.

Apa itu sel?

Secara umum, sel merupakan unit terkecil yang menyusun makhluk hidup. Sel merupakan unit dasar struktural, fungsional, dan juga hereditas. Sel merupakan unit dasar struktural yang berarti sel memiliki bentuk dan ukuran yang paling kecil, sehingga hanya bisa dilihat dengan menggunakan mikroskop serta memiliki struktur yang paling sederhana. Sel sebagai unit dasar fungsional berarti sel dapat melakukan suatu fungsi tertentu untuk mempertahankan kehidupannya. Dan sel sebagai unit dasar hereditas memiliki arti bahwa sel dapat mewariskan sifat genetik.

Sel pertama kali ditemukan pada tahun 1665 oleh Robert Hooke. Robert Hooke melakukan penelitian dan menemukan sel gabus dengan mengamati irisan tipis gabus dari tumbuhan yang sudah mati dengan menggunakan mikroskop sederhana. Setelah itu, Robert Hooke memberikan nama sel, dalam bahasa latin cellula yang artinya kamar kecil, karena beliau melihat adanya ruang kecil dan kosong. Setelah itu, pada tahun 1674 sel hidup pertama kali ditemukan oleh Antonie Van Leeuwenhoek setelah melakukan penelitian dengan mengamati Spyrogyra dan bakteri. Karena hal tersebut, terjadi perkembangan yang pesat pada penelitian sel karena banyak ilmuwan yang mencoba untuk mengungkapkan teori sel. Kemudian, pada tahun 1838 teori sel dikemukakan oleh Matthias Jakob Schleiden, ahli anatomi tumbuhan serta Theodore Schwann, ahli anatomi hewan. Mereka mengatakan bahwa sel merupakan unit dasar kehidupan dan semua makhluk hidup tersusun dari sel. Pada tahun 1840 diperkenalkanlah cairan yang terdapat dalam sel yaitu protoplasma oleh Johannes Purkinje. Selanjutnya, pada tahun 1858, Rudolf Ludwig Karl Virchow berpendapat bahwa sel berasal dari sel sebelumnya. Kemudian, nukleus ditemukan berdasarkan penelitian pada sel tanaman anggrek oleh Robert Brown, dan beliau mengatakan bahwa nukleus memiliki peran yang sangat penting dalam sel karena mengatur segala aktivitas di dalam sel.

Sel bisa berubah bentuk sehingga sel memiliki bermacam-macam bentuk. Sel bisa berubah bentuk karena sel mengalami spesialisasi, yang artinya sel mengalami perubahan bentuk dan perubahan fungsi menjadi fungsi yang lebih spesifik. Sel mengalami spesialisasi karena adanya rangsangan dari luar yang membuat sel harus beradaptasi untuk memenuhi kebutuhan. Namun, ada sel yang tidak mengalami spesialisasi karena sel tersebut sudah adaptif, yang artinya sel tidak memerlukan perubahan karena sel tersebut sudah beradaptasi dan mampu memenuhi kebutuhannya tanpa memiliki fungsi tertentu.

Secara umum, terdapat dua macam kelompok sel yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik. Sel eukariotik memiliki struktur penyusun yang lebih rumit daripada sel prokariotik. Sel prokarotik dimiliki oleh bakteri dan sel eukariotik dibagi kembali menjadi dua kelompok yaitu sel tumbuhan dan sel hewan. Sel tumbuhan dan sel hewan memiliki perbedaan pada organel penyusun sel atau struktur selnya. Secara umum, organel penyusun sel yaitu dinding sel, membran sel, sitoplasma, nukleus, retikulum endoplasma, badan golgi atau golgi aparatus, ribosom, peroksisom, mitokondria, vakuola, sentriol, plastida, dan lisosom. Pada sel tumbuhan, tidak terdapat organel sentriol dan lisosom, sedangkan pada sel hewan tidak terdapat organel plastida dan dinding sel serta vakuola kecil atau tidak ada. Karena sel hewan tidak memiliki dinding sel, sel hewan memiliki bentuk yang berubah-ubah sedangkan sel tumbuhan memiliki bentuk yang tetap karena ada dinding sel. Sel tumbuhan memiliki ukuran yang lebih besar daripada sel hewan karena sel tumbuhan memiliki vakuola yang berukuran besar.

Dinding sel

Dinding sel merupakan lapisan terluar pada sel tumbuhan. Dinding sel terbentuk dari selulosa, kitin (fungi), dan lignin (jaringan dewasa atau tua atau mati). Dinding sel bersifat kuat, padat, dan juga kaku sehingga dapat mempertahankan bentuk sel. Selain itu, dinding sel juga berfungsi sebagai penyokong sel, perlindungan sel, dan sebagai pengatur keluar masuknya air, oksigen (O2), dan karbon dioksida (CO2) sehingga mencegah penyerapan air yang berlebihan.

Membran sel

Pada sel tumbuhan, membrane sel berada di dalam dinding sel dan pada sel hewan, membrane sel merupakan lapisan terluar sel. Membran sel bersifat selektif permeabel atau semipermeabel dan tersusun atas fosfolipid bilayer. Pada satu fosfolipid terdiri dari senyawa fosfat yang berada di permukaan membran dan memiliki sifat hidrofilik atau suka air dan juga senyawa lipid atau asam lemak yang berada tersembunyi di dalam membran dan bersifat hidrofobik atau tidak suka air. Penyusun membran sel dapat bergerak seperti air, yang diakibatkan oleh adanya komponen lipid, fosfat, glikolipid, glikoprotein, protein integral, dan protein perifer. Membran sel memiliki fungsi sebagai penyokong sel, perlindungan sel, sebagai pengatur keluar masuknya material, penghalang sel dengan lingkungan luar, serta untuk menjaga keseimbangan atau kestabilan dalam sel terhadap kondisi lingkungan sekitar.

Sitoplasma

Sitoplasma bukan merupakan organel. Sitoplasma merupakan cairan yang ada di dalam membrane sel. Sitoplasma berisi sitosol, sitoskeleton, juga organel sel sehingga sitoplasma bersifat koloid. Sitoplasma memiliki fungsi sebagai reaksi metabolisme, penyedia bahan baku berupa senyawa kimia untuk proses metabolisme, serta karena adanya aliran sitoplasma dapat menjadi sarana organel tertentu untuk bergerak.

Retikulum Endoplasma (RE)

Retikulum endoplasma berupa kantung pipih tabung sebagai penghubung antara membran inti dengan membran sel. Retikulum endoplasma dibedakan menjadi dua yaitu RE kasar dan RE halus. Perbedaan antara RE kasar dan RE halus adalah pada RE halus tidak begranula atau permukaannya tidak ditempeli ribosom, sedangkan pada RE kasar, bagian permukaannya bergranula atau ditempeli ribosom. Fungsi RE kasar dan RE halus pun juga berbeda. RE kasar memiliki fungsi untuk menyintesis protein yang akan diekspor ke luar membrane. Sedagkan RE halus berfungsi untuk menyintesis lemak yang akan digunakan di dalam sel atau internal sel serta meregulasi Ca (kalsium) dan menghancurkan sel.

Ribosom

Ribosom tersusun atas protein dan rRNA (ribosom RNA). Ribosom terbagi menjadi dua sub unit, yaitu sub unit besar dan sub unit kecil. Ribosom memiliki fungsi sebagai tempat terjadinya sintesis protein internal. Sintesis protein yaitu pembentukan protein dengan mengikat gabungan asam amino.

Badan Golgi atau Golgi aparatus

Badan golgi merupakan kantung pipih membran yang berlipat dan memiliki vesikel transportasi hasil modifikasi protein yang berfungsi sebagai alat transportasi pengiriman protein. Badan golgi memiliki sisi cis, sebagai penerima dan dekat dengan membran plasma, serta sisi trans, sebagai pengirim dan berada dekat dengan nukleus. Badan golgi akan menerima protein yang telah dibuat RE, kemudian akan dimodifikasi, dipilah, dan dibungkus. Lalu akan disimpan atau dikirim ke membran sel atau tujuan lain.

Lisosom

Lisosom berupa vesikel membrane berkantung yang tersusun atas enzim hidrolitik yang bersifat asam dan merusak antigen. Lisosom memiliki fungsi dalam pencernaan intraseluler atau fagositosis, yaitu menelan dan mencerna partikel yang lebih kecil. Selain itu juga berfungsi untuk pemograman kematian sel yang dinamakan autolisis atau apoptosis dan juga sebagai ekskresi.

Kloroplas

Kloroplas berisi enzim dan pigmen fotosintetik, memiliki membran ganda, dan memiliki DNA sirkuler. Membran luar berfungsi untuk melindungi sedangkan membrane dalam berubah menjadi tilakoid. Kloroplas berfungsi untuk membuat makan berupa senyawa organic melalui proses fotosintesis, reaksi terang (oleh tilakoid) -- gelap (oleh stroma).

Sentriol

Sentriol selalu berpasangan dan berada di dekat nukleus. Sentriol tersusun dari sebundel mikrotubul dan hanya muncul selama proses pembelahan sel. Sentriol berfungsi untuk membentuk benang spindel untuk mengikat kromosom dan kemudian kromosom akan ditarik menjauh dari pasangannya menuju arah yang berlawanan.

Vakuola

Vakuola memiliki bentuk berupa kantong cairan penyimpan cadangan seperti: minyak atsri, senyawa perlindungan dan juga sisa-sisa metabolisme). Vakuola hanya dilindungi oleh membrane tunggal. Vakuola memiliki pengaruh tekanan turgor ketika terjadi hipertonik dan hipotonik.

Sitoskeleton

Sitoskeleton terbagi menjadi tiga yaitu mikrotubul, mikrofilamen, dan filamen intermediet. Sitoskeleton secara umum berfungsi untuk menjaga bentuk sel ketika terjadi pergerakan dalam sel. Mikrotubul berfungsi sebagai penguat sel, mikrofilamen berfungsi untuk menyeimbangkan, dan filamen intermediet berfungsi untuk menjaga sel agar tetap di tempat.

Peroksisom

Peroksisom berisi enzim oksidase serta enzim katalase yang dapat mengubah H2O2 (Hidrogen peroksida) yang memiliki sifat beracun menjadi air (H2O) dan oksigen (O2).

Nukleus

Di dalam nukleus terdapat nukleoplasma dan nukleous yang mengandung DNA dan protein. Nukleus dilindungi membrane ganda berpori langsung pada sitoplasma dan juga terkoneksi dengan RE. Saat pembelahan sel, nuleolus dan nukleoplasma akan menghilang. DNA berfungsi sebagai organek yang sangat penting karena merupakan pengendali kerja dalam sel dan pembawa materi genetik DNA.

Mitokondria

Sumber: www.jendelasarjana.com

Mitokondria memiliki bentuk kapsul dengan panjang 2 -- 10 m dan memiliki diameter 0,5 -- 1 m. Mitokondria diselubungi oleh membran ganda yang tersusun dari fosfolipid bilayer dan protein, memiliki DNA sirkuler, serta sebagai power house. 

Membran luar tersusun dari fosfolipid bilayer yang mengandung protein porin atau protein transpor dan memiliki sifat semipermeable. Karena hal tersebut, lapisan membran luar dapat dilewati oleh molekul-molekul nutris dan ion-ion yang berukuran kurang dari atau sama dengan 5000 Dalton, ADP (Adenosine Di Phospate), dan ATP (Adenosine Tri Phospate).

Membran dalam memiliki sifat yang kurang permeable dibandingkan dengan membran luar. Membran dalam terbentuk dari molekul-molekul kompleks transpor elektron, kompleks ATP sintase (yang memiliki fungsi sebagai pembentuk ATP pada matriks), dan transpor protein (yang berfungsi sebagai pengatur keluar masuknya metabolit dari matriks dengan melewati membran dalam). Selain itu, pada membran dalam tedapat enzim suksinat dehidrogenase sebagai penanda membran dalam. Membran dalam memiliki bentuk yang berlekuk-lekuk. Lekukan-lekukan tersebut disebut dengan krista.

Krista terbentuk karena hasil dari melipatnya membran dalam. Krista memiliki bentuk dan jumlah yang bermacam-macam. Krista memiliki fungsi untuk membantu memperluas permukaan membran dalam, sehingga dapat meningkatkan produktivitas respirasi sel karena dapat menyediakan lebih banyak ruangan untuk molekul-molekul DNA mitokondria (mtDNA).

Matriks merupakan ruangan yang dibungkus oleh membran dalam dan merupakan tempat utama respirasi sel. Matriks berisi molekul-molekul DNA yang bertanggung jawab dalam respirasi sel, enzim-enzim yang memiliki tanggung jawab dalam siklus reaksi asam sitrat (siklus krebs), gas-gas terlarut seperti oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2), serta air. Selain itu, juga terdapat ribosom.

Di antara membran luar dan membran dalam juga terdapat ruangan sempit, yaitu ruang intramembran. Ruang intramembran bertanggung jawab dalam proses fosforilasi oksidatif.

Mitokondria banyak ditemukan di sel otot, sel jantung, dan sel lain yang membutuhkan banyak energi karena memiliki aktivitas metabolisme yang tinggi. Mitokondria merupakan organel sel yang memiliki fungsi sebagai metabolisme energi atau respirasi sel yang menghasilkan Adenosin Tri Phospat atau ATP. Respirasi sel merupakan proses kimiawi untuk melepas energi yang terdapat dalam glukosa. Energi yang digunakan sebagai pemecah glukosa adalah molekul-molekul ATP yang disediakan oleh mitokondria sendiri, sehingga mitokondria disebut organel semiotonom. Terdapat 3 langkah dalam proses respirasi sel yaitu glikolisis, siklus kerbs, dan transpor elektron.

Glikolisis merupakan tahap awal dari proses respirasi sel dan terjadi di dalam sitosol. Glikolisis memiliki arti pemecahan glukosa (C6H12O6). Enzim-enzim yang berada di sitosol akan mengoksidasi molekul glukosa sehingga menghasilkan dua molekul yang masing-masing memiliki tiga atom C (karbon). Pada proses glikolisis dibantu oleh enzim-enzim tertentu dan akan menghasilkan dua molekul ATP, dua molekul NADH (Nikotinamida Adenida Dinukleotida), dan dua molekul asam piruvat untuk tiap 1 molekul glukosa.

Siklus krebs atau dapat disebut siklus asam nitrat memiliki peran dalam proses respirasi sel aerob. Sebelum siklus krebs dimulai akan dilakukan dekarboksilasi oksidatif yaitu, molekul-molekul asam piruvat yang dihasilkan dari proses glikolisis akan diubah menjadi asetil-KoA (Koenzim-A asetil) yang nantinya akan dgunakan dalam siklus krebs. Pada siklus krebs, asetil-KoA akan dioksidasi menjadi karbon dioksida (CO2). Pada siklus krebs tiap-tiap proses akan dibantu oleh enzim spesifik seperti: enzim asam sitrat sintetase, enzim akonitase, enzim isositrat dehidrogenase, enzim alfa-ketoglutarat dehydrogenase, dan enzim suksinat dehidrogenase. Hasil dari siklus krebs adalah dua molekul ATP, dua molekul FADH2, enam molekul NADH, serta dua molekul CO2.

Pada transpor elektron, terdapat rantai transpor elektron yang terdiri dari serangkaian pembawa elektron yang dihasilkan dari siklus krebs (NADH dan FADH2).  NADH dan FADH2 akan mengalami proses reaksi redoks dan akan menghasilkan molekul-molekul ATP.

Setelah melakukan respirasi sel, sel akan menghasilkan kurang lebih tiga puluh enam molekul ATP. Selain berfungsi sebagai respirasi sel, mitokondria juga memiliki fungsi lainnya seperti mengelola apoptosis (pemograman kematian sel), pengendalian siklus sel, pensinyalan sel untuk neuron, dan mengawasi perkembangan, pertumbuhan, serta diferensiasi sel.

Mitokondria memiliki DNA sendiri yang disebut DNA mitokondria atau mtDNA. DNA mitokondria memiliki ciri-ciri yaitu sirkular (untaian ganda) dan tidak dilindungi membran. Bentuk mDNA kecil dan melingkar. Selain itu, mtDNA tidak banyak bersenyawa dengan protein. Satu organel mitokondria, biasanya memiliki antara 2 -- 6 cetakan mtDNA, sehingga pada tiap satu sel, jumlahnya sekitar 108 mtDNA, tergantung pada jumlah mitokondria tiap sel.

Pada sel eukariotik, mtDNA memiliki pesamaan ciri dengan DNA pada bakteri, sehingga menyebabkan berkembangnya teori mengenai asal mula mitokondria yang dulunya merupakan organisme individu yang kemudian bersimbiosis mutualisme dengan organisme eukariotik, yang kemudian dikenal dengan nama teori endosimbiosis.

Teori endosimbiosis dikemukakan oleh Lynn Margulis pada tahun 1967 dalam makalah yang berjudul "On the Origins of Mitosing Cells". Lynn Margulis menyatakan bahwa mitokondria dulunya merupakan sel prokariotik yang hidup bebas yang kemudian ditelan oleh sel inang eukariotik primitif dan bersimbiosis mutualisme (saling menguntungkan). Lynn Margulis menduga bahwa mitokondria berasal dari kelompok bakteri alphaproteobakteri (-Proteobacteria).

Terdapat dua bukti kunci yang memperkuat teori endosimbiosis. Pertama, mitokondria yang merupakan organel sel memiliki DNA tersendiri. Kedua, mitokondria juga mampu menerjemahkan pesan yang dikodekan di dalam DNA sehingga mampu membentuk protein, tanpa menggunakan sumber daya dari sel eukariotik.

Mutasi DNA mitokondria dapat menyebabkan kelainan yang terjadi pada manusia. Sebagian besar produk yang dihasilkan oleh gen-gen mitokondria membantu penyusunan kompleks protein dari rantai transpor elektron dan sintase ATP. Karena hal tersebut, ketika terjadi cacat dalam satu protein atau lebih akan mengurangi banyaknya ATP yang akan dihasilkan oleh sel. Bagian tubuh yang paling rentan akan hilangnya energi ada pada sistem saraf dan otot dan kelainan tersebut sebagian besar terjadi karena kelainan mitokondria. Contohnya adalah kelainan myopathy mitokondria, yaitu kelainan yang dapat mengakibatkan seseorang menderita kelemahan, intoleransi terhadap gerak badan, dan kemunduran otot. Selain itu, mutasi-mutasi mitokondria ibu dapat memyebabkan terjadinya beberapa kasus seperti jantung, diabetes, dan penyakit lain yang melemahkan.

DNA mitokondria (mtDNA) berbeda dengan DNA nukleus. DNA mitokondria memiliki laju mutasi yang lebih tinggi daripada DNA nukleus, yaitu sekitar 10 sampai 17 kali mutasi DNA nukleus. Selain itu, DNA mitokondria terdapat dalam jumlah yang banyak dalam tiap sel, yaitu lebih dari 1000 kopi. Sedangkan DNA nukleus hanya berjumlah 2 kopi pada tiap sel. DNA nukleus merupakan hasil dari rekombinasi kedua DNA orang tua. Sementara itu, pada DNA mitokondria hanya diwariskan dari ibu (maternally inherited).

Mengapa hal tersebut dapat terjadi? Apakah ayah tidak memiliki mitokondria?

Tidak, bukan berarti bahwa sel yang dimiliki oleh ayah tidak memiliki mitokondria. Proses pembuatan mitokondria yang akan diwariskan orang tua kepada anak, terjadi saat proses fertilisasi atau pembuahan sel telur milik ibu oleh sel sperma milik ayah.

Sel telur dan sel sperma merupakan sel reproduksi. Sel telur atau ovum yang dimiliki ibu, memiliki 23 kromosom yang biasa disebut bersifat haploid (n), karena memiliki setengah dari jumlah kromosom pada sel tubuh (sel tubuh memiliki 23 pasang kromosom yang berarti memiliki jumlah total 46 kromosom). Sel telur berasal dari proses pembelahan meiosis sel oogonium yang disebut proses oogenesis, yang dihasilkan oleh ovarium. Sel sperma yang dimiliki ayah, juga memiliki 23 kromosom, bersifat haploid (n). Sel sperma berasal dari pembelahan meiosis sel spermatogonium yang disebut proses spermatogenesis, yang diproduksi oleh testis. Pada proses fertilisasi, terjadi pembuahan sel telur yang memiliki 23 kromosom oleh sel sperma yang memiliki 23 kromosom dan akan menghasilkan sel yang memiliki jumlah 46 kromosom.

 

https://biologigonz.blogspot.co.id

Sel sperma memiliki bentuk seperti kecebong dan terdapat tiga bagian yaitu kepala, pangkal ekor atau bagian tengah atau leher, dan ekor. Pada kepala, berisi materi genetika sedangkan mitokondria sel sperma berada pada bagian pangkal ekor dan ekor berfungsi untuk membantu pergerakan sel sperma. Dalam satu kali ejakulasi, terdapat minimal 20 juta sel sperma yang dikeluarkan. Namun, tidak semuanya dapat masuk melainkan hanya sel sperma yang memiliki bentuk normal dan gerak yang bagus. Pada umumnya juga, hanya ada satu sel sperma yang dapat membuahi sel telur. Setelah sel sperma berhasil masuk kedalam tubuh, sel sperma akan berenang menuju oviduk atau tuba fallopi untuk mencari sel telur yang kemudian akan membuahi sel telur. Namun, ketika terjadi pembuahan atau fertilisasi, ekor pada sel sperma akan terlepas dari kepala sehingga mitokondria yang ada pun juga ikut terlepas. Sehingga, hanya kepala sel sperma yang mengalami fertilisasi.

https://deskripsi.files.wordpress.com

humanphysiology2011.wikispace.com

Akan tetapi, ada beberapa kemungkinan kejadian dimana tidak semua mitokondria ikut menghilang bersama dengan lepasnya ekor sperma. Jika terdapat beberapa mitokondria yang berasal dari sel sperma masih menempel dengan kepala sel sperma sehingga ikut selama proses fertilisasi. Namun, ketika hal tersebut terjadi, mitokondria sel telur akan memakan mitokondria sel sperma karena dianggap sebagai benda asing atau antigen oleh sel telur.

Dari alasan yang telah disebutkan diatas, dapat disimpulkan bahwa mitokondria hanya diwariskan dari ibu saja. Sehingga, tidak ada mitokondria sel sperma dari ayah yang diwariskan, melainkan semua mitokondria diwariskan oleh ibu.

Daftar pustaka

https://artikelbermutu.com/2014/10/organel-sel-mitokondria-dan-fungsi-mitokondria.html#

http://www.jendelasarjana.com/2014/03/fungsi-mitokondria.html

http://www.generasibiologi.com/2016/10/struktur-dan-fungsi-organel-mitokondria.html

http://dosenbiologi.com/makhluk-hidup/mitokondria

Campbell, Neil A; Reece, Jane B; Mitchell, Lawrence G.BIOLOGY, Fifth Edition.Jakarta: Erlangga, 2002