Apakah Ibu Penyumbang Semua Mitokondria Tubuh Kita?

 

Sumber: www.khanacademy.org

MtDNA penting bagi tumbuh kita. Mitokondria adalah organel kecil yang kerap disebut sebagai energy powerhouse dari baterai tubuh kita. Tugas utama mereka adalah mengambil gula yang telah dicerna dari makanan yang kita konsumsi, lalu mengubah mereka menjadi bentuk energy yang bisa digunakan oleh sel. Fungsi lain seperti regulasi metabolism sel, regulasi mebran sel, dan sintesis steroid. Tiap mitokondria mencakup 16 kilobase yang menyandi 37 gen.

MtDNA penting karena berbagai alasan. 13 dari 37 gen-nya terlibat dalam sebuah proses yang dikenal sebagai oksidasi fosforilasi (OXPHOS). OXPHOS adalah jalur metabolis di mana sel menggunakan enzim untuk mengoksidasi nutrisi, lalu melepas energi yang nanti digunakan untuk membuat ATP. OXPHOS berperan dalam 90% dari total sintesis ATP dalam sel.

Tujuan dari OXPHOS adalah memfasilitasi pelepasan yang terkontrol dari energi bebas yang terkandung di kofaktor yang tereduksi ketika katabolisme. Ketika elektron di tubuh kita digunakan untuk mengurangi molekul oksigen ke air, energi dalam jumlah banyak menjadi bebas, yang nanti bisa digunakan untuk menghasilkan ATP. OXPHOS adalah proses di mana ATP terbentuk atas akibat dari transfer elektron dari NADH or FADH2menjadi O2melalui rantai transport elektron (ETC).

Ternyata, alasan tubuh perlu oksigen juga supaya sel tubuh kita dapat menggunakan molekul oksigen dalam OXPHOS, babak terakhir dari respirasi seluler. OXPHOS terbuat dari 2 komponen yang terhubung dengan erat, rantai transport elektron dan kemiosmosis.     

Singkat kata, ETC adalah rangkaian protein dan molekul organic yang ditemukan di membrane dalam mitokondria. Elektron diturunkan dari 1 rantai transport ke rantai lain melalui serangkaian reaksi redoks. Energi yang dilepas di rekasi ini ditangkap di proton gradient. Di mana proton gradientadalah pendorong sintesis ATP, konsentrasi proton di luar membrane dalam lebih besar dari konsentrasi proton di membrane dalam. Proton gradient nantinya digunakan dalam proses kemiosmosis. Bersama, ETC dan kemiosmosis membentuk oksidasi fosforilasi.

Sumber: www.khanacademy.org

Kelainan genetika yang disebabkan oleh mutasi mitokondria tidak diturunkan dari ayah ke anak, karena mitokondria disediakan hanya dari ibu. Sebaliknya, kelainan genetika yang disebabkan mutasi mitokondria ditularkan oleh ibu ke anak dengan cara di bawah ini.

• Seseorang dengan penyakit yang disebabkan oleh mutasi mitokondria kekurangan mitokondria normal (dan hanya memiliki abnormal, yang terjadi mutasi). Dalam kasus ini, ibu yang terjangkit akan selalu menurunkan mitokondria yang termutasi pada anak-anaknya.
• Kelainan mitokondria mungkin terjadi ketika seseorang memiliki campuran mitokondria normal dan abnormal di tubuhnya. Dalam kasus ini, mitokondria normal dan mutasi bisa masuk dengan acak ke telur ketika meiosis. Anak-anak yang mendapat mitokondria mutan dalam proporsi besar bisa kena penyakit parah, sedangkan mereka yang memiliki sedikit mitokondria mutan bisa terkena penyakit ringan atau tidak terkena sama sekali.

Gangguan ketuturunan dari mitokondria dari ibu karena mitokondria dalam zigot berasal dari sitoplasma dari telur, sedangkan sperma hanya berkontribusi pada nukleus saja. Secara garis keturunan anak laki maupun perempuan dapat menderita,tetapi hanya dari ibunya yang menurunkan kelainan keturunan tersebut.

Sumber : Darmono. 2012. Penyakit genetik karena mutasi DNA mitochondria dan multifaktor genetik.

Sel telur primer manusia mempunyai sekitar 100.000 mitokondria. Tetapisebagian besar hilang selama masa kematangan, dan yang tinggal hanya sekitar 10 sampai100 mitokondria.

Pada saat pelepasan zygot, jumlah mitokondria terbentuk sampai mencapai 10.000 mitokondria per sel. Penurunan jumlah mitokondria secara nyata dalam oocyt terjadi secara serentak. Jika mutan mitokondria termasuk dalam 10-100 dalam oocyt maka kemungkinan terjadinya kelainan dalam sel embrio lebih besar. Mitokondria secara acak didistribusikan pada sel berikutnya (daughter cell), hal tersebut berarti kemungkinanbeberapa sel menerima lebih banyak atau sedikit mitokondria yang mengalami mutasi.

Jaringan yang menerima defek mitokondria dalam jumlah yang besar akan mempunyai hanya sedikit produksi ATP. Jika jaringan tersebut memerlukan banyak energi seperti sel dalam sistem saraf, otot, ginjal dan sebagainya, orang yang mempunyai mitokondria mutan tersebut akan terpengaruh.

Heteroplasmi, yaitu situasi dimana sel atau jaringan(dari genom yang berbeda) mempunyai dua tipe mitokondria baik mutan ataupun kelainan mitokondria yang sudah mengalami defek (alami/wild-type), sedangkan homoplasmi adalah situasi dimana kelainan kedua jenis mitokondria tersebut terdapat dalam genom yang sama. Kasus terjadinya penyakit mitokondria ini sifatnya sporadik atau jarang dijumpai disebabkan karena mutasi mitokondria yang baru terjadi dalam maternal mitokondria. Mutasi mitokondria yang baru terjadi dalam jumlah yang sangat sedikit pada oosit primer dan baru diturunkan pada keturunannya. Walaupun sedikit ibu yang normal dapat menurunkan mitokondria yang mutan dalam jumlah yang lebih besar daripada dalam tubuhnya selama sel telurnya melewati proses yang sempit dimana mitokondria mutan terikut dalam telur pada jumlah yang lebih besar daripada sel telur normal.

Kemudian mitokondria mutan tersebut bermultiplikasi dan memproduksi mutan melebihi jumlah proporsional yaitu sekitar ribuan mitokondria mutan pada kasus yang timbul