Jak se mitochondrie a chloroplasty podobají bakteriím?

Před téměř čtyřmi miliardami let se na Zemi objevily první formy života, a to byly nejčasnější bakterie. Tyto bakterie se vyvinuly v průběhu času a nakonec se rozvětvily do mnoha forem života, které dnes vidíme. Bakterie patří do skupiny organismů zvaných prokaryoty, jednobuněčné entity, které neobsahují vnitřní struktury spojené s membránami. Druhou třídou organismů jsou eukaryoty, které mají jádra vázaná na membránu a další struktury. Mitochondrie, které dodávají buňce energii, jsou jednou z těchto struktur vázaných na membránu, které se nazývají organely. Chloroplasty jsou organely v rostlinných buňkách, které mohou vytvářet potravu. Tyto dvě organely mají mnoho společného s bakteriemi a mohou se ve skutečnosti vyvinout přímo z nich.

Bakterie nesou svoji DNA, molekulu, která obsahuje geny, v kruhových složkách nazývaných plazmidy. Mitochondrie a chloroplasty mají vlastní DNA nesenou ve strukturách podobných plazmidům. Kromě toho se DNA mitochondrií a chloroplastů, podobně jako bakterie, nepřipojuje k ochranným strukturám zvaným histony, které váží DNA. Tyto organely vytvářejí vlastní DNA a syntetizují své vlastní proteiny nezávisle na zbytku buňky.

Bakterie vytvářejí bílkoviny ve strukturách nazývaných ribozomy. Proces výroby bílkovin začíná stejnou aminokyselinou, jednou z 20 podjednotek, které tvoří bílkoviny. Tato výchozí aminokyselina je N-formylmethionin v bakteriích, stejně jako v mitochondriích a chloroplastech. N-formylmethionin je odlišná forma aminokyseliny methioninu; proteiny vyrobené ve zbytku buněčných ribozomů mají jiný počáteční signál - prostý methionin. Kromě toho jsou chloroplastové ribozomy velmi podobné bakteriálním ribozomům a liší se od ribozomů buňky.

Mitochondrie a chloroplasty vytvářejí více ze sebe stejným způsobem jako bakterie se množí. Pokud jsou mitochondrie a chloroplasty odstraněny z buňky, buňka nemůže vytvořit žádné další z těchto organel, které by nahradily ty, které byly odstraněny. Jediným způsobem, jak lze tyto organely replikovat, je stejná metoda, jakou používají bakterie: binární štěpení. Stejně jako bakterie rostou mitochondrie a chloroplasty ve velikosti, duplikují svou DNA a další struktury a poté se dělí na dvě identické organely.

Zdá se, že funkce mitochondrií a chloroplastů je ohrožena působením stejných antibiotik, které způsobují bakteriím problémy. Antibiotika, jako je streptomycin, chloramfenikol a neomycin, zabíjejí bakterie, ale také poškozují mitochondrie a chloroplasty. Například chloramfenikol působí na ribozomy, struktury v buňkách, které jsou místy produkce bílkovin. Antibiotikum konkrétně působí na bakteriální ribozomy; bohužel také ovlivňuje ribozomy v mitochondriích, uzavírá studie Dr. Alison E. z roku 2012. Barnhill a jeho kolegové z Iowa State University College of Veterinary Medicine a publikováni v časopise „Antimicrobial Agents and Chemotherapy.“

Kvůli nápadné podobnosti mezi chloroplasty, mitochondriemi a bakteriemi začali vědci zkoumat jejich vzájemný vztah. Biolog Lynn Margulis vyvinul endosymbiotickou teorii v roce 1967 a vysvětlil původ mitochondrií a chloroplastů v eukaryotických buňkách. Dr. Margulis se domníval, že mitochondrie i chloroplasty pocházejí z prokaryotického světa. Mitochondrie a chloroplasty byly vlastně samotné prokaryoty, jednoduché bakterie, které vytvářely vztah s hostitelskými buňkami. Tyto hostitelské buňky byly prokaryoty, které nebyly schopny žít v prostředí bohatém na kyslík a pohltily tyto mitochondriální prekurzory. Tyto hostitelské organismy poskytovaly svým obyvatelům potravu výměnou za to, že mohou přežít v prostředí jedovatého kyslíku. Chloroplasty z rostlinných buněk mohly pocházet z organismů podobných sinicím. Prekurzor chloroplastů symbioticky žil s rostlinnými buňkami, protože tyto bakterie ano poskytovat svým hostitelům potravu ve formě glukózy, zatímco hostitelské buňky by jim nabízely bezpečné místo žít.