Какви характеристики споделят митохондриите и бактериите?

Преди около 1,5 милиарда години примитивните бактерии са се настанили в по-големите клетки, което е довело до интимна връзка, която ще формира еволюцията на по-сложни, многоклетъчни същества. По-голямата клетка е еукариотна, което означава, че съдържа органели - структури, заобиколени от мембрани, но прокариотната бактериална клетка няма такова подреждане. По-големите клетки се страхуват от кислород, отрова за съществуването им, но по-малките клетки използват кислорода, за да произвеждат енергия под формата на молекулата аденозин трифосфат или АТФ. Еукариотната клетка обгръща бактериите по хищнически начин, но по някакъв начин хищникът не усвоява плячката. Хищникът и плячката стават взаимно зависими. Бившият биолог от университета в Бостън Лин Маргулис цитира този ендосимбиотичен сценарий в своята теория за произхода на митохондриите, енергийните фабрики на клетките и причината за многобройните им прилики с бактериалните клетки.

Въз основа само на външния вид учените могат да направят връзка между митохондриите и бактериите. Митохондриите имат закръглени, подобни на желе форми, подобни на пръчковидните бактерии. Средната дължина на бацила варира между 1 и 10 микрона, а митохондриите на растителните и животинските клетки се измерват в същия диапазон. Тези повърхностни наблюдения съставляват един ред доказателства, подкрепящи теорията, че примитивните еукариотни клетки са погълнали бактериални клетки, образувайки взаимноизгодни взаимоотношения.

Бактериите се размножават в процес, наречен делене; когато бактерията достигне предварително определен размер, тя се прищипва в средата, създавайки два организма. В еукариотните клетки митохондриите се репликират по подобен процес. Командният център или ядрото на клетката сигнализира на клетката да произвежда органели, обикновено преди събитие за клетъчно разделяне; обаче само митохондриите - и хлоропластите на растенията - се възпроизвеждат. Докато други органели могат да бъдат направени от вещества в клетката, митохондриите и хлоропластите трябва да се разделят, за да увеличат броя си. Когато енергийното снабдяване под формата на АТФ се изчерпи, митохондриите се разделят, за да направят повече митохондрии за производство на енергия.

Митохондриите притежават вътрешна и външна мембрана, като вътрешната мембрана се състои от гънки, наречени кристали. Мембраните на бактериалните клетки имат гънки, наречени мезозоми, които приличат на кристали. Производството на енергия се извършва в тези гънки. Вътрешната митохондриална мембрана съдържа същите видове протеини и мастни вещества като бактериалната плазмена мембрана. Външната митохондриална мембрана и клетъчната стена на бактериите също съдържат подобни структури. Веществата протичат доста свободно във и извън външните мембрани на митохондриите и външните клетъчни стени на бактериите; въпреки това, както митохондриалните вътрешни мембрани, така и плазмените мембрани на бактериите ограничават преминаването на много вещества.

Както прокариотните, така и еукариотните клетки използват ДНК, за да носят кода, за да произвеждат протеини. Докато еукариотните клетки носят двуверижна ДНК под формата на усукана стълба, наречена спирала, бактериалните клетки имат своята ДНК в кръгови бримки, наречени плазмиди. Митохондриите също носят собствена ДНК, за да произвеждат свои собствени протеини, независимо от останалата част от клетката; подобно на бактериите, митохондриите също включват своята ДНК в бримки. Средната митохондрия съдържа между две и 10 от тези плазмиди. Тези структури съдържат необходимата информация за стартиране на всички процеси, включително репликация, в митохондриите или бактериите.

Протеините изпълняват всички функции в клетките, а производството на протеини или синтеза на протеини представлява една от основните функции на клетката. Целият протеинов синтез се осъществява единствено в сферични структури, наречени рибозоми, които са разпръснати из клетката. Митохондриите носят свои собствени рибозоми, за да произвеждат нужните им протеини. Микроскопските и химичните анализи разкриват, че структурата на митохондриалните рибозоми изглежда по-подобна на бактериалните рибозоми, отколкото на рибозомите на еукариотните клетки. Освен това, някои антибиотици, макар и безвредни за еукариотните клетки, влияят върху синтеза на протеини както в митохондриите бактерии, което показва, че механизмът на протеинов синтез в митохондриите е по-скоро подобен на този на бактериите, отколкото еукариотни клетки.