Ketika Anda “mengklik” artikel ini, Anda memerlukan energi
Ketika Anda mulai membaca kalimat pertama artikel ini, Anda juga memerlukan energi
Bahkan hingga Anda membaca kalimat “ini”, otak Anda memerlukan energi.
Jadi, pertanyaannya, apa itu energi dan darimana asalnya?
Apa Itu Energi dan Darimana Asalnya?
Energi adalah suatu kemampuan untuk melakukan kerja atau daya yang bisa digunakan untuk melakukan berbagai macam proses kegiatan. Ini adalah definsi energi secara umum, namun kita tidak akan membahas lebih dalam tentang apa itu energi karena kita akan berfokus pada darimana energi ini diproduksi, khususnya energi dalam tubuh kita.
Tentang Mitokondria
Mitokondria adalah sebuah organel sel yang diselumuti oleh membran dan ditemukan di dalam semua sel eukariot. Fungsi utama dan menjadi ciri khas dari organel ini adalah memproduksi ATP (Adenosine Tri Phospat) melalui proses fosforilasi oksidatif. Sebagai catatan, mitokondria bukanlah unit yang statik karena mitokondria sendiri mampu secara dinamis bergabung maupun berpisah satu sama lain membentuk suatu unit sturktur jaringan fungsional yang kompleks. Mitokondria sendiri banyak ditemukan pada jaringan yang membutuhkan banyak oksigen seperti, otak dan otot skeleta. Mitokondria memiliki sesuatu yang unik dan spesial, tidak dimiliki oleh organel lain. “Sesuatu” tersebut ialah DNA Mitokondria (mtDNA). mtDNA manusia memiliki sejumlah sifat genetik khas yang berbeda dari genom inti (nDNA).
Sepenggal Sejarah
Untuk kesekian kalinya, para ahli Biologi mengira bahwa DNA kita hanya ada di dalam pusat kendali sel kita, nukleus. Namun, pada tahun 1963, sepasang peneliti dari Universitas Stockholm menemukan DNA yang berada di luar nukleus. Lewat mikroskop elektron, Margit dan Sylvan Nass melihat adanya serat DNA dalam mega struktur rumah energi Kita, Mitokondria. Momen ini membuat manusia menjadi spesies pertama dan mungkin saja menjadi satu-satunya spesies yang tau dimana energi tiap selnya dihasilkan.
DNA Mitokondria
Seperti yang sudah disinggung sebelumnya, Mitokondria memiliki sesuatu yang unik dan spesial, tidak dimiliki oleh organel lain. “Sesuatu” tersebuat ialah DNA Mitokondria (mtDNA). mtDNA manusia memiliki sejumlah sifat genetik khas yang berbeda dari genom inti (nDNA). DNA ini hanya diwariskan dari Ibu tanpa adanya rekombinasi sama sekali! mtDNA pada sel anakan, seluruhnya disumbangkan oleh Ibu dan sperma sama sekali tidak berkontribusi! Bagaimana bisa?
Mekanisme pewarisan mtDNA dapat terjadi karena reduksi mtDNA paternal (sperma) selama proses spermatogenesis. Pada saat terjadi fertilisasi, mtDNA sperma mengalami dilusi sederhana dan proteolisis yang dimediasi ubiquitin serta digesti aktif mtDNA sperma di dalam ovum yang telah dibuahi. Karena sel telur memiliki berbagai macam perlindungan, mtDNA paternal yang memasuki oosit akan menghilang setelah ovum yang dibuahi mengalami pembelahan mitosis pertama.
Penjelasan lain terkait kenapa Mitokondria hanya diberikan oleh Ibu, diberikan oleh Ding Xue, seorang professor dari University of Colorado Boulder. Dia dan rekan-rekannya menemukan bahwa Mitokondria ayah pada cacing gelang (Percobaan pada cacing gelang C. elegans untuk mempelajari mitokondria) sebenarnya mulai rusak sebelum autofagosom (vesikel dengan membran ganda yang mengirimkan sinyalnya ke lisosom) mencapai mereka. Byung-Ho-Kang, seorang professor di Chinese University of Hong Kong mengatakan bahwa kejadian ini seperti mekanisme bunuh diri. Para peneliti lain juga menemukan sebuah gen yang mereka sebut dengan cps-6. Gen ini diduga memulai proses pemecahan di dalam mitokondria ayah. Mereka juga menemukan bahwa dengan menghapus gen cps-6, mitokondria ayah akan bertahan lebih lama di dalam embrio dan hal ini akan menyebabkan persentase kematian embrio menjadi lebih tinggi.
Penelitian ini menunjukkan bahwa hadirnya DNA mitokondria sperma dapat menjadi malapetaka. Hal ini didukung dengan laporan pada tahun 2002, oleh para peneliti di Denmark. Seorang pria yang memiliki DNA mitokondria dari ayah, mengalami miopati dan penyakit neuromuskular. Dari kejadian ini, para ilmuwan menemukan bahwa DNA yang berasal dari ayah mengalami mutasi. Namun, peneliti belum yakin dan menduga mungkin saja mutasi ini terjadi secara spontan setelah pembuahan, daripada pewarisan langsung dari ayahnya.
Penelitian lebih lanjut menjelaskan juga penyakit yang dapat disebabkan dari hadirnya DNA mitokondria dari ayah. Ding Xue mengatakan bahwa hadirnya DNA mitokondria dari ayah dapat menyebabkan kebutaan, kerusakan saraf serta demensia. Selain itu, terdapat juga teori lain yang mengatakan bahwa sperma harus menghasilkan banyak energi ketika bersaing untuk membuahi sel telur. Pada keadaan ini, mitokondria pada sperma bekerja terlalu keras sehingga kemungkinan dapat merusak DNA mereka sendiri dan menyebabkan mutasi. Namun semua ini masih bersifat spekulatif menurut Ding Xue.
Sebagai catatan, DNA mitokondria hanya menyumbang sebagain kecil dari total DNA kita. DNA ini hanya berisi 37 dari 20.000 hingga 25.000 gen penyandi protein dalam tubuh kita. Dengan laju mutasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan DNA inti, yakni 10-17 kali lebih cepat daripada yang terlibat dalam fosforilasi oksidatif yang dikode oleh DNA inti. mtDNA manusia sendiri berupa untai ganda sirkuler dengan 16.569 pasang basa dan terdiri dari untai heavy (H) dan untai light (L). Sebagai tambahan, mtDNA tidak memiliki informasi apapun sehingga mtDNA tidak dapat digunakan pada tes paternitas (keayahan).
Anomali Mitokondria
DNA pada Mitokondria adalah bersifat Semi Autonom, bagaimana bisa? Bukankah ini sedikit mencurigakan mengingat bahwa seluruh organel lain dikendalikan sepenuhnya oleh nDNA (DNA Nukleus). Untuk mendapatkan jawabannya, kita dapat menggunakan teori endosimbiosis. Teori endosimbiosis mampu menjelaskan kenapa mtDNA bersifat semi otonom dan juga bagaimana evolusi dari mitokondria. Postulat Gray et al, yang dikenal sebagai hipotesis hidrogen menyatakan bahwa ada bakteri kecil purba yang mampu memproduksi hidrogen berintegrasi dan bertahan didalam bakteri pengkonsumsi hidrogen yang lebih besar. Melalui hubungan simbiosis ini, mitokondria primordial berkembang dari bakteri kecil yang memproduksi hidrogen dan mempunyai kemampuan untuk melakukan fosforilasi oksidatif. Sesungguhnya, bagian amplop (enveloped) dari nuklues eukariotik berasal dari gen bakteri yang lebih besar. Selama proses evolusi, sebagian besar gen inisial mitokondria (gen dari bakteri yang kecil) ditransfer kedalam nukleus eukariotik. Gen dari proses transfer akan berkembang menjadi mtDNA.
Dengan kata lain, mitokondria adalah organel alien. Mitokondria adalah entitas yang terpisah dari sel inang. Mitokondria hanya sejenis prokariot aerob yang kemudian dicaplok oleh sel eukariotik yang anaerob. Hal ini dapat dibuktikan dari eksisnya ADN (asam deoksibonukleat) dan juga ribosom, yang baik mitokondria maupun sel bakteri aerob, masing-masing memilikinya. ADN mitokondria banyak yang berukuran sirkuler, sama seperti bentuk ADN bakteri. Ukuran ribosom keduanya juga hampir sama dan ribosom mitokondria lebih mirip dengan bakteri dibandingkan dengan ribosom yang dikode oleh inti sel eukariot. Lipatan-lipatan ke dalam dari membran dalam mitokondria (cristae) punya fungsi yang sama dengan lipatan-lipatan ke dalam dari membran plasma sel bakteri (mesosom), yakni tempat berlangsungnya respirasi. Baik bakteri maupun mitokondria memiliki sistem genetik sendiri. Selain itu, translasi pada mitokondria maupun sel bakteri sama-sama dapat dihambat oleh khloramfenikol (sejenis antibiotik). Mitokondria seperti halnya bakteri, dapat memperbanyak diri dengan cara membelah diri.
Konklusi
Semua hal yang Anda baca disini masih bersifat hipotesis. Masih diperlukan penelitian lebih lanjut dan sewaktu-waktu informasi ini bisa menjadi irelavan karena memang seperti ini cara main dari Sains. Dengan penelitian baru maka akan hadir pula fakta baru. Namun, sekarang Anda sedikit lebih tau kenapa DNA Mitokondria hanya berasal dari Ibu. Dan juga, Anda akan tau sekarang dari mana asal Mitokondria, evolusinya, fungsinya, dan tetek bengek lainnya walaupun tidak sepenuhnnya tau…
“Mitokondria adalah bakteri hidup di dalam sel kita (?)”
Daftar Pustaka
- Satiyarti, B. R., Nurmilah dan Rosahdi, D. T. 2017. Identifikasi fragmen dna mitokondria pada satu garis keturunan ibu dari sel epitel rongga mulut dan sel folikel akar rambut. BIOSFER Jurnal Tadris Pendidikan Biologi 8 (1): 13-27.
- Hidayat, T. 2017. Dna mitokondria (mtDNA) sebagai salah satu pemeriksaan alternatif untuk identifikasi bayi pada kasus infantisida. Jurnal Kesehatan Andalas 6 (1): 213-221.
- Lukman, A. 2008. Evolusi sel sebagai dasar perkembangan mahluk hidup saat ini. Biospecies 1 (2): 67-72.
- Wirdateti, Indriana, E. dan Handayani. 2016. Analisis sekuen dna mitokondria cytochrome oxidase i (coi) mtDNA pada kukang Indonesia (Nycticebus spp) sebagai penanda guna pengembangan identifikasi spesies. Jurnal Biologi Indonesia 12 (1): 119-128.
- Utami, N. S. 2021. Apa Itu Endosimbiosis. Apa Itu Endosimbiosis? Halaman all – Kompas.com. 26 Juni 2021.
- Yin, S. 2016. Why Do We Inherit Mitochondrial DNA Only From Our Mothers? Why Do We Inherit Mitochondrial DNA Only From Our Mothers? – The New York Times (nytimes.com). 25 Juni 2021.
- Mursyanti, E. 2017. Buku Ajar Biologi Molekuler.