Representasi Skematik Mitokondria
Dalam setiap sel makhluk hidup, terdapat organel kecil yang sering dijuluki sebagai "pembangkit listrik sel". Organel ini adalah mitokondria. Peran utamanya adalah untuk menghasilkan sebagian besar pasokan adenosin trifosfat (ATP) sel, yang merupakan mata uang energi utama bagi seluruh aktivitas biologis. Tanpa kerja efisien mitokondria, sel tidak akan memiliki energi yang cukup untuk melakukan fungsi vital seperti kontraksi otot, transmisi sinyal saraf, sintesis molekul kompleks, dan banyak lagi. Proses produksi energi di dalam mitokondria adalah serangkaian reaksi biokimia yang sangat kompleks dan teratur, yang secara kolektif dikenal sebagai respirasi seluler.
Meskipun mitokondria adalah pusat utama produksi energi, tahap awal dari metabolisme glukosa, yang disebut glikolisis, sebenarnya terjadi di sitoplasma sel, bukan di dalam mitokondria. Dalam proses glikolisis, satu molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul piruvat. Proses ini menghasilkan sejumlah kecil ATP (dua molekul ATP bersih) dan juga NADH, yang merupakan pembawa elektron berenergi tinggi. Piruvat yang dihasilkan kemudian akan masuk ke dalam mitokondria untuk tahap selanjutnya.
Setelah piruvat memasuki matriks mitokondria (ruang di dalam membran dalam mitokondria), piruvat diubah menjadi asetil-KoA. Asetil-KoA kemudian memasuki siklus reaksi biokimia yang terkenal sebagai siklus asam sitrat atau siklus Krebs. Siklus ini adalah jantung dari respirasi seluler aerobik. Dalam siklus Krebs, asetil-KoA dioksidasi sepenuhnya, melepaskan karbon dioksida (CO2) sebagai produk sampingan. Yang lebih penting lagi, siklus ini menghasilkan sejumlah kecil ATP, tetapi yang paling signifikan adalah produksi sejumlah besar molekul pembawa elektron berenergi tinggi, yaitu NADH dan FADH2. Molekul-molekul inilah yang akan membawa energi ke tahap produksi ATP terbesar.
Tahap terakhir dan paling krusial dalam produksi energi mitokondria adalah rantai transpor elektron (RTE). Tahap ini terjadi pada membran dalam mitokondria, yang memiliki lipatan-lipatan kompleks yang disebut krista. Krista ini memperluas area permukaan, memungkinkan lebih banyak molekul untuk berinteraksi.
Dalam RTE, NADH dan FADH2 yang dihasilkan dari glikolisis dan siklus Krebs melepaskan elektron mereka. Elektron-elektron ini kemudian "ditranspor" melalui serangkaian kompleks protein yang tertanam di membran dalam mitokondria. Saat elektron bergerak dari satu kompleks ke kompleks berikutnya, energi yang dilepaskan digunakan untuk memompa proton (ion hidrogen, H+) dari matriks mitokondria ke ruang antar-membran (ruang antara membran luar dan dalam).
Akibat dari pemompaan proton ini, terbentuk gradien konsentrasi proton yang kuat melintasi membran dalam mitokondria. Konsentrasi proton lebih tinggi di ruang antar-membran daripada di matriks. Energi potensial yang tersimpan dalam gradien proton ini kemudian dimanfaatkan oleh enzim khusus bernama ATP sintase.
ATP sintase bertindak seperti turbin mini. Proton mengalir kembali ke matriks mitokondria melalui saluran di ATP sintase. Aliran proton ini memutar bagian dari enzim, yang kemudian menggunakan energi mekanik ini untuk mengikat fosfat anorganik ke adenosin difosfat (ADP), menghasilkan molekul ATP. Proses ini dikenal sebagai fosforilasi oksidatif, dan ini adalah cara mitokondria menghasilkan sebagian besar ATP-nya, sekitar 30-32 molekul ATP per molekul glukosa.
Oksigen memainkan peran penting sebagai akseptor elektron terakhir dalam rantai transpor elektron. Tanpa oksigen, rantai ini akan berhenti bekerja, dan produksi ATP akan sangat terganggu. Itulah sebabnya kita membutuhkan oksigen untuk bernapas dan bertahan hidup.
Secara ringkas, mitokondria adalah organel vital yang bertanggung jawab atas respirasi seluler. Melalui serangkaian proses yang meliputi siklus Krebs dan rantai transpor elektron, mitokondria secara efisien mengubah energi yang tersimpan dalam molekul makanan menjadi ATP, yang dibutuhkan oleh sel untuk menjalankan seluruh fungsinya. Kemampuan mitokondria untuk menghasilkan energi inilah yang memungkinkan kehidupan kompleks di bumi. Kerusakan atau disfungsi mitokondria dapat menyebabkan berbagai penyakit dan kondisi degeneratif, menyoroti betapa krusialnya peran pembangkit listrik sel ini bagi kesehatan kita.