ما هي الميزات التي تشاركها الميتوكوندريا والبكتيريا؟

منذ حوالي 1.5 مليار سنة ، استقرت البكتيريا البدائية داخل خلايا أكبر ، مما أدى إلى علاقة حميمة من شأنها أن تشكل تطور كائنات أكثر تعقيدًا ومتعددة الخلايا. كانت الخلية الأكبر حجمًا حقيقية النواة ، مما يعني أنها تحتوي على عضيات - هياكل محاطة بأغشية ، لكن الخلية البكتيرية بدائية النواة لم يكن لها مثل هذا الترتيب. كانت الخلايا الأكبر تخشى الأكسجين ، وهو سم لوجودها ، لكن الخلايا الأصغر تستخدم الأكسجين لتوليد الطاقة على شكل جزيء أدينوزين ثلاثي الفوسفات ، أو ATP. تغلف الخلية حقيقية النواة البكتيريا بطريقة مفترسة ، ولكن بطريقة ما ، لم يهضم المفترس الفريسة. أصبح المفترس والفريسة يعتمدان على بعضهما البعض. استشهدت عالمة الأحياء السابقة بجامعة بوسطن ، لين مارغوليس ، بهذا السيناريو التعايش الداخلي في نظريتها عن الأصل الميتوكوندريا ، ومصانع الطاقة في الخلايا ، وسبب تشابهها العديدة مع البكتيريا الخلايا.

بناءً على المظهر وحده ، يمكن للعلماء رسم علاقة بين الميتوكوندريا والبكتيريا. الميتوكوندريا لها أشكال ممتلئة الجسم تشبه الهلام ، تشبه البكتيريا العصوية على شكل قضيب. يتراوح متوسط ​​طول العصيات بين 1 و 10 ميكرون ، بينما تقيس الميتوكوندريا لكل من الخلايا النباتية والحيوانية في نفس النطاق. تشكل هذه الملاحظات السطحية سطرًا واحدًا من الأدلة التي تدعم النظرية القائلة بأن الخلايا حقيقية النواة البدائية قد ابتلعت الخلايا البكتيرية ، مكونة علاقات مفيدة للطرفين.

تتكاثر البكتيريا في عملية تسمى الانشطار. عندما تصل البكتيريا إلى حجم محدد مسبقًا ، فإنها تضغط على نفسها في الوسط ، مكونة كائنين. في الخلايا حقيقية النواة ، تتكاثر الميتوكوندريا في عملية مماثلة. يرسل مركز قيادة الخلية ، أو النواة ، إشارات إلى الخلية لإنتاج العضيات ، عادةً قبل حدث انقسام الخلية ؛ ومع ذلك ، فإن الميتوكوندريا فقط - والبلاستيدات الخضراء للنباتات - تتكاثر. بينما يمكن صنع العضيات الأخرى من مواد داخل الخلية ، يجب أن تنقسم الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء لزيادة عددها. عندما ينضب إمداد الطاقة في شكل ATP ، تنقسم الميتوكوندريا لإنتاج المزيد من الميتوكوندريا لإنتاج الطاقة.

تمتلك الميتوكوندريا أغشية داخلية وخارجية ، ويتكون الغشاء الداخلي من طيات تسمى cristae. تحتوي أغشية الخلايا البكتيرية على طيات تسمى الميزوزومات تشبه الكرستاي. يتم إنتاج الطاقة في هذه الطيات. يحتوي غشاء الميتوكوندريا الداخلي على نفس أنواع البروتينات والمواد الدهنية مثل غشاء البلازما البكتيري. يحتوي غشاء الميتوكوندريا الخارجي وجدار الخلية للبكتيريا أيضًا على هياكل مماثلة. تتدفق المواد بحرية إلى داخل وخارج الأغشية الخارجية للميتوكوندريا وجدران الخلايا الخارجية للبكتيريا ؛ ومع ذلك ، فإن كلا من الأغشية الداخلية للميتوكوندريا وأغشية البلازما للبكتيريا تقيد مرور العديد من المواد.

تستخدم كل من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة الحمض النووي لحمل الشفرة لصنع البروتينات. بينما تحمل الخلايا حقيقية النواة دنا مزدوج الشريطة على شكل سلم ملتوي يسمى الحلزون ، فإن الخلايا البكتيرية لها حمضها النووي في حلقات دائرية تسمى البلازميدات. تحمل الميتوكوندريا أيضًا الحمض النووي الخاص بها لصنع البروتينات الخاصة بها ، بشكل مستقل عن بقية الخلية ؛ مثل البكتيريا ، تدمج الميتوكوندريا أيضًا حمضها النووي في حلقات. تحتوي الميتوكوندريا المتوسطة على ما بين اثنين إلى 10 من هذه البلازميدات. تحتوي هذه الهياكل على المعلومات اللازمة لتشغيل جميع العمليات ، بما في ذلك النسخ المتماثل ، داخل الميتوكوندريا أو البكتيريا.

تؤدي البروتينات جميع الوظائف داخل الخلايا ، ويشكل تصنيع البروتينات أو تخليق البروتين إحدى الوظائف الرئيسية للخلية. يحدث كل تخليق البروتين فقط داخل الهياكل الكروية المسماة الريبوسومات ، والتي تنتشر في جميع أنحاء الخلية. تحمل الميتوكوندريا الريبوسومات الخاصة بها لصنع البروتينات التي تحتاجها. تكشف التحليلات الميكروسكوبية والكيميائية أن بنية ريبوسومات الميتوكوندريا تبدو أكثر تشابهًا مع الريبوسومات البكتيرية من ريبوسومات الخلايا حقيقية النواة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن بعض المضادات الحيوية ، رغم أنها غير ضارة بالخلايا حقيقية النواة ، تؤثر على تخليق البروتين في كل من الميتوكوندريا و البكتيريا ، مما يشير إلى أن آلية تخليق البروتين في الميتوكوندريا تشبه آلية البكتيريا وليس الخلايا حقيقية النواة.