Prosiding Seminar Nasional Keolahragaan Tahun 2017 Tren

Prosiding Seminar Nasional Keolahragaan Tahun 2017
Tren Terbaru Dalam Penelitian dan Penelitian Bidang Olahraga
STOK BinaGuna Medan, Jumat 07 April 2017
STRUKTUR MITOCHONDRIA SERTA PROSES PEMBENTUKAN ATP INTRAMITOCHONDRIAL
Deni Rahman Marpaung
Dosen Fakultas Ilmu Keolahragaan Universitas Negeri Medan
Abstrak
Sistem pembentukan energi pada tubuh ada dua sistem yaitu sistem energi anaerobik dan sistem
energi aerobik. Sistem energi anaerobik meliputi ATP-PC (phosphagen) dan glykolisis anaerobic
(asam laktat). Sedangkan sistem energi aerobik meliputi siklus krebs dan sistem transport elektron.
Proses terjadinya sistem energi aerobik (siklus krebs dan sistem transport elektron) berada di dalam
mitochondria dan sistem energi anaerobik (ATP-PC dan LA) terjadi diluar mitochondria yaitu
pada sarkoplasma. Mitochondria merupakan salah satu organel sel. Ukuran mitochondria
berdiameter sekitar 0,2-1 μm. Mitochondria berbentuk filamen bervariasi panjang sampai 10 μm.
Peran utama mitochondria adalah sebagai pabrik energi sel yang menghasilkan energi dalam
bentuk ATP. Energi yang dihasilkan dalam mitochondria melalui proses aerobik. Metabolisme
karbohidrat akan berakhir di mitochondria ketika asam piruvat di transpor dan dioksidasi oleh O2
menjadi CO2 dan air.Pembentukan ATP di dalam mitochondria merupakan hasil dari pemecahan
glukosa atau asam lemak (glyserol) secara aerobik menjadi asam piruvat. Ada dua jalur untuk
proses pembentukan ATP intra-mitochondria, yaitu siklus Krebs dan sistem transpor elektron.
Kata Kunci: Atp-Pc, Mitochondria
PENDAHULUAN
Setiap manusia pasti membutuhkan gerak, karena bergerak adalah aktivitas yang sangat
penting sekali dalam kehidupan sehari-hari. Pentingnya gerak bisa kita rasakan bahwa setiap
keperluan kita dalam hidup ini selalu menuntut fisik kita untuk bergerak supaya tercapai hakikat
hidup sehat. Dalam melakukan aktivitas sehari-hari, apapun bentuknya tubuh pasti memerlukan
energi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Menurut David R Lamb (1984), dan
Edward. L. Fox, dkk (1989) energi adalah kapasitas untuk melakukan suatu pekerjaan/kegiatan.
Kerja/pekerjaan merupakan hasil perkalian dari tenaga (force) dan jarak yang diperoleh. Karena
itu energi dan pekerjaan tidak dapat dipisahkan.
Kebutuhan energi tubuh akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya aktivitas
tubuh dalam olahraga dan latihan (Foss, 1998; Newssholme, 1993; Hickson, dkk, 1884; Philips
dan Zuiraitis, 2003; Morgan, dkk, 2003). Energi terbesar dihasilkan dalam mitokondria melalui
proses aerobic (Guyton, 1999). Dengan jumlah 36 ATP yang dihasilkan dalam proses metabolisme
dalam mitokondria (intra-mitochondria), maka mitokondria lebih sering disebut sebagai pabrik
energi dalam tubuh (Ganong, 1999).
Seperti yang telah dipaparkan bahwa ada dua penggolongan sistem pembentukan energi
pada tubuh dan satu diantara dua sistem tersebut prosesnya terjadi didalam mitochondria yaitu
sistem energi aerobik (siklus krebs dan sistem transport elektron), sedangkan sistem energi
anaerobik (ATP-PC dan LA) prosesnya terjadi diluar mitochondria yaitu pada sarkoplasma.
1
Prosiding Seminar Nasional Keolahragaan Tahun 2017
Tren Terbaru Dalam Penelitian dan Penelitian Bidang Olahraga
STOK BinaGuna Medan, Jumat 07 April 2017
Mitokondria
Mitokondria adalah salah satu organel sel. Mitokondria muncul lebih dari satu juta tahun
yang lalu padamana sebuah bakteri, berkerabat dekat dengan a proteobakteri, masuk ke dalam
sebuah sel eukariot. Endosimbiosis ini menguntungkan kedua belah pihak baik bakteri maupun sel
eukariot. Simbiosis ini terus berlanjut dan sekarang ini mitokondria merupakan sesuatu yang
sangat esensial bagi sel eukariot (Page & Holmes, 1998).Untuk lebih jelas, dibawah ini akan
dijerakan mengenai apa itu mitokondria antara lain:
a. Menurut Fox and Bower (1993 : 127) Mitochondria merupakan satuan unit sel yang berada
didalam sel otot yang mempunyai peranan sebagai tempat pemorosesan terjadinya energi.
b. Dalam jurnal penelitian Suyanto Hadi (Guru besar fakultas kedokteran Universitas
Diponegoro, spesialis rematologi bagian dalam menjelaskan Mitokondrion (jamak
mitokondria: berasal dari bahasa Inggris yaitu mitochondrion, mitochondria) yang artinya
adalah bagian sel (kompartemen) atau organel tempat proses perubahan sistem (konversi)
energi dalam bentuk molekul ATP (adenosine triphosphate) yang dibutuhkan berbagai
aktivitas fungsi sel tubuh. (http. www.kalbefarma.com/cdk).
2. Struktur Mitokondria
Secara anatomis mitokondria pada sel otot skelet terletak pada sitoplasma (Vander, 2001).
Pada dasarnya mitokondria itu merupakan struktur yang dapat memperbanyak dirinya sendiri,
yang berarti bahwa satu mitokondria dapat membentuk mitokondria kedua, ketiga dan seterusnya,
hal ini diperlukan oleh sel untuk meningkatkan jumlah ATPnya (Guyton, 1996 ). Ukuran dan bentuk
mitokondria ternyata berbeda-beda, beberapa diantaranya hanya berdiameter sebesar beberapa ratus
milimikron, dan bentuknya globular, sedangkan yang lain diameternya dapat mencapai 1 mikron hingga 7
mikron dan berbentuk filamen (Guyton, 1996). Meskipun morfologi mitokondria dari sel ke selbervariasi,
namun tiap mitokondria pada dasarnya mempunyai struktur yang menyerupai sosis. Mitokondria
mempunyai membran luar dan membran dalam dan yang terlipat-lipat membentuk rak disebut cristae.
Ruang yang terdapat diantara dua membran dinamakan ruang intra crista atau inter membrane dan ruang
yang terdapat di sisi dalam pada inner membrane disebut ruang matriks (Ganong, 1999).
Dalam proses replikasi, kebanyakan protein dan lipid yang telah dibentuk di dalam
sitoplasma itu akan bergabung di dalam mitokondria sewaktu membesar dan kemudian
membentuk mitokondria baru (Guyton, 1996). Mitokondria disebut juga sebagai pembangkit
tenaga listrik ("power house" ) di dalam sel (Guyton, 1996). Ini berarti tanpa mitokondria, maka
sel-sel tak mampu menyadap jumlah energi yang banyak dari makanan yang dimakan dan oksigen,
dan sebagai akibat adalah fungsi-fungsi yang penting dari sel akan terhenti.
Ukuran dan bentuk mitokondria ternyata berbeda-beda, beberapa diantaranya hanya
berdiameter sebesar beberapa ratus milimikron, dan bentuknya globular, sedangkan yang lain
diameternya dapat mencapai 1 mikron hingga 7 mikron dan berbentuk filamen (Guyton, 1996).
Meskipun morfologi mitokondria dari sel ke sel bervariasi, namun tiap mitokondria pada dasarnya
mempunyai struktur yang menyerupai sosis, yang mempunyai membran luar (outer membrane)
dan membran dalam (inner membrane) dan yang terlipat-lipat membentuk rak disebut cristae.
Ruang yang terdapat diantara dua membran dinamakan ruang intra crista atau inter membrane
dan ruang yang terdapat disisi dalam pada inner membrane disebut ruang matriks.
2
Prosiding Seminar Nasional Keolahragaan Tahun 2017
Tren Terbaru Dalam Penelitian dan Penelitian Bidang Olahraga
STOK BinaGuna Medan, Jumat 07 April 2017
Gambar 1. Struktur Sel
Gambar 2. Struktur Mitokondria
Membran luar
Membran luar mitokondria terdapat enzym yang berkaitan dengan oksidasi biologi,
menyediakan bahan mentah untuk terjadinya reaksi didalam mitokondra. 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 sebagai
saringan yang memungkinkan lolosnya ion maupun molekul kecil berukuran 5 kDa 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 ruang antar membran bersifat ekuivalen
dengan sitosol sedangkan di ruang matriks berbeda. Protein yang terletak pada membran luar
3
Prosiding Seminar Nasional Keolahragaan Tahun 2017
Tren Terbaru Dalam Penelitian dan Penelitian Bidang Olahraga
STOK BinaGuna Medan, Jumat 07 April 2017
meliputi berbagai enzim yang terlibat dalam biosintesis lipid mitokondria dan enzim-enzim yang
mengubah substrat lipid menjadi bentuk lain untuk selanjutnya dimetabolisme di matriks
mitokondria.
Membran dalam
Pada membram dalam ini terdapat enzym yang mengkonversi hasil-hasil
karbohidrat,protein dan air terletak pada membran dalam mitokondria (Ganong, 1999). Ruang
matriks dan ruang antar membran serta membran luar dan membran dalam sendiri berisi berbagai
enzym.
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 memfosforilasi nukleotida lain.
Matriks
Matriks berisi sejumlah enzym yang terdapat pada siklus Krebs (Tricarboxylat acyd Cycle,
atau TCA cycle) serta gula dan air.(sheeler & Bianchi, 1996). 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.
Rantai respirasi
3. Fungsi Mitokondria
Secara umum fungsi mitochondria adalah sebagai pembangkit energi dalam sel. Enzim
oksidatif pada membran dalam dan enzim siklus asam sitrat dalam matriks mitokondria bersamasama akan mengoksidasi residu asetil sehingga terbentuk karbondioksida dan air. Energi yang
terlepas dari oksidasi ini akan digunakan untuk mensintesis bahan berenergi sangat tinggi yakni
adenosin trifosfat (ATP). ATP ini, selanjutnya, dikeluarkan dari mitokondria ke sitosol untuk
digunakan oleh sel sebagai sumber energi untuk berbagai aktivitasnya (Guyton,1996; Murray et
al., 1997; Wallace, 1999).
4. Proses Pembentukan ATP Intra-Mitokondria
Secara umum, pembentukan ATP didalam mitokondria merupakan hasil dari pemecahan
glukosa atau asam lemak (glyserol) secara aerobic menjadi asam piruvat hingga proses akhir
berupa transport electron (gambar 5). Sebelum melangkah lebih jauh dalam pembahasan perlu
diketahu tentangbeberapa istilah kimia berikut: Acetyl, Acetyl-CoA, NAD+, NADH, FAD+, dan
FADH2. Acetyl merupakan kumpulan dari dua molekul karbon. Contoh dalam pemecahan
karbohidrat, asam piruvat kehilangan CO2 menjadi Asetyl yang berkombinasi dengan ko enzim A
membentu acetyl-CoA sebelum memasuki siklus krebs. Begitu juga, dalam metabolisme asam
lemak, dua kelompok asetyl dibutuhkan dalam proses beta-oksidasi dan kemudian memasuki
siklus krebs. Sedangkan, metabolisme asam amino lebih kompleks lagi karena hanya beberapa
dari asam pemecahan asam amino yang dapat memasuki siklus krebs. NAD + ,(nicotinamide
adenine dinucleotide) dan FAD+ (flavin adenine dinucleotide) merupakan reseptor hydrogen dan
4
Prosiding Seminar Nasional Keolahragaan Tahun 2017
Tren Terbaru Dalam Penelitian dan Penelitian Bidang Olahraga
STOK BinaGuna Medan, Jumat 07 April 2017
mengangkutnya. Sedangkan NADH dan FADH diturunkan dari NAD+ danFAD+ yang berfungsi
membawa electron ke system transport electron (Fox dan Bowers, 1993).
a. Glikolisis Aerobik
Reaksi pertama adalah pemecahan glikogen menjadi CO2 dan H2O disebut glikolisis. Pada
dasarnya, hanya terdapat satu perbedaan antara proses glikolisis anaerobic dengan aerobic, yaitu
pada glikolisis aerobic tidak terjadi akumulasi asam laktat (Coyle, 1984). Dengan kata lain,
terdapatnya aksigen menghambat terbentuknya asam laktat, tetapi tidak terjadi proses
pembentukan kembali ATP. Dalam glikolisis, hasil akhinya berupa dua molekul asam piruvat, dua
ATP dan 4H. Secara singkat dapat dituliskan dalam rumus kimia berikut:
Glukosa + 2 ADP + 2PO4  2 Asam piruvat + 2 ATP + 2ATP dan 4H
Asam piruvat yang terbentuk kemudian dikonversi menjadi molekul asetikoenzim A (asetil KoA).
Dalam proses konversi ini, tidak terbentuk ATP, tetapi 4 atom hydrogen yang dilepaskan akan
membentuk 6 molekul ATP jika keempat atom hydrogen tersebut di oksidasi, seperti yang akan
dibahas dalam siklus asam sitrat atau siklus Krebs.
Kesimpulan
Untuk memelihara kelangsungan hidupnya manusia harus bergerak, yaitu aktivitas yang
sangat penting sekali dalam kehidupan sehari-hari. Dalam melakukan aktivitas sehari-hari, apapun
bentuknya tubuh pasti memerlukan energi. Secara anaerobic yang prosesnya terjadi pada sitosol,
system energi yang berkerja adalah system energi ATP-PC, dan Alactid Glycolytic.
Mitokondria adalah salah satu organel sel. mitokondria pada dasarnya mempunyai struktur
yang menyerupai sosis, yang mempunyai membran luar (outer membrane) dan membran dalam
(inner membrane) dan yang terlipat-lipat membentuk rak disebut cristae. Ruang yang terdapat
diantara dua membran dinamakan ruang intra crista atau inter membrane dan ruang yang terdapat
disisi dalam pada inner membrane disebut ruang matriks.
Fungsi mitochondria adalah menghasilkan energy (ATP), yang nantinya dapat digunakan
untuk melakukan aktifitas oleh manusia. Pembentukan ATP secara aerobic pada mitochondria
akan diperoleh melalui tiga proses kimia yaitu (1) Aerobic glycolysis, (2) The Krebs Cycle, dan (3)
ElectronTransport System (ETS). Sedangkan jumlah ATP terbanyak yang dihasilkan berasal dari
system energi aerobic yang terjadi dalam mikondria yaitu 36 ATP.
Kajian teori tentang ”Struktur Mitochondria serta Proses Pembentukan ATP IntraMithocondrial”, adalah salah satu dari sekian banyak kajian teori yang berhubungan dengan Ilmu
Faal Olahraga, teori ini dapat dikembangkan kembali kedalam suatu kajian teori yang lebih
sempurna.
5
Prosiding Seminar Nasional Keolahragaan Tahun 2017
Tren Terbaru Dalam Penelitian dan Penelitian Bidang Olahraga
STOK BinaGuna Medan, Jumat 07 April 2017
DAFTAR PUSTAKA
Altmand, P.L dan D.S Dittmer., 1966. Environmental Biology. Federation of American Society
for Eperimental Biology. Pp. 4-5.
Amstrong, F.B. 1995. Buku Ajar Biokimia 3rd Edition. Jakarta: EGC
Bompa, T.O. 1999. Periodization: Theory and Methodology of Training. Champaign, IL: Human
Kinetics.
Coyle, dkk, 1984. Adaptation of Sceletal Muscle to Endurance Exercise and Their Metabolic
Consequences. American Physilogy Society. Retrieved by Fax 12/03/2003
Fahey T.D. dan G.A. Brooks. 1984. Exercise Physilogy: Human Bioenergetics and Its
Applications. New York: John Wiley.
Ganong WF. 1999. Review of Medical Physiology, New Jersey: Printice Hall.
Guyton AC and Hal JE. 1999. Teks Books of Medical Physiology, 9th Ed. Philadelpia: WB
Soudners Company.
Hare, Dietrich. 1982. Principles of Sports Training. Berlin: Sportverlag Berlin.
Hesterlee S. Mitochondrial Disease in Perspective Symptoms, Diagnosis and Hope for The Future.
Hopkins, W.G. & N.P.A Huner. 2008. Introduction to Plant Physiology, 4th ed. New York: John
Wiley & Sons.diakses pada 17-01-2011
Hurltman E.J. 1967. Studies on Muscle Metabolism of glycogen and Aktive Phospate in Man with
Special Reference to Exercise and Diet. Scand J Clin Lab Invet (Supll 94). 19:1-63.
Karlson. 1971. Lactate and Phosphagen Concentration in Working Muscle of Man. Acta Physiol
Scan (Supll) 358:1-72
Power, S. K. 1993. Fundamentals of Exercise Metabolism. ACSM’S Resourch Manual For
Guidelines For Exercise Testing And Presription: second edition. Indianapolis: A
Warley Company.
Quinn, Elizabeth. 2006. The Principles of Sports Conditioning. Retrieved up date 12/09/06.
Downloaded 19/10/2006.
Richard A. Berger. 1982. Applied Exercise Physiologi. United States of America, Philadelphia :
Lea and Febiger.
6