Jaké funkce sdílejí mitochondrie a bakterie?

Asi před 1,5 miliardami let se primitivní bakterie usídlily ve větších buňkách, což vedlo k intimnímu vztahu, který by formoval vývoj složitějších mnohobuněčných bytostí. Větší buňka byla eukaryotická, což znamenalo, že obsahovala organely - struktury obklopené membránami, ale prokaryotická bakteriální buňka takové uspořádání neměla. Větší buňky se obávaly kyslíku, jedu pro jejich existenci, ale menší buňky využívaly kyslík k výrobě energie ve formě molekuly adenosintrifosfátu nebo ATP. Eukaryotická buňka obalila bakterie dravým způsobem, ale dravec kořist nějak nestrávil. Predátor a kořist se stali vzájemně závislými. Bývalá biologka z Bostonské univerzity Lynn Margulisová uvedla tento endosymbiotický scénář ve své teorii původu mitochondrií, energetických továren na buňky a příčin jejich četných podobností s bakteriemi buňky.

Na základě samotného vzhledu mohou vědci nakreslit vztah mezi mitochondriemi a bakteriemi. Mitochondrie mají kypré, rosolovité tvary podobné bakteriím ve tvaru tyčinky. Průměrný bacil se pohybuje mezi 1 a 10 mikrony na délku a mitochondrie rostlinných i živočišných buněk měří ve stejném rozmezí. Tato povrchní pozorování představují jednu linii důkazů podporujících teorii, že primitivní eukaryotické buňky pohltily bakteriální buňky a vytvářely vzájemně výhodné vztahy.

Bakterie se množí v procesu zvaném štěpení; když bakterie dosáhne předem určené velikosti, sevře se uprostřed a vytvoří dva organismy. V eukaryotických buňkách se mitochondrie replikují podobným způsobem. Řídicí centrum nebo jádro buňky signalizuje buňce, aby produkovala organely, obvykle před událostí dělení buněk; replikují se však pouze mitochondrie - a chloroplasty rostlin. Zatímco jiné organely mohou být vyrobeny z látek v buňce, mitochondrie a chloroplasty se musí rozdělit, aby se zvýšil jejich počet. Když se vyčerpá dodávka energie ve formě ATP, mitochondrie se rozdělí a vytvoří více mitochondrií pro výrobu energie.

Mitochondrie mají vnitřní a vnější membrány, přičemž vnitřní membrána se skládá ze záhybů zvaných cristae. Bakteriální buněčné membrány mají záhyby zvané mezosomy, které se podobají cristae. V těchto skladech probíhá výroba energie. Vnitřní mitochondriální membrána obsahuje stejné typy proteinů a mastných látek jako bakteriální plazmatická membrána. Vnější mitochondriální membrána a buněčná stěna bakterií také obsahují podobné struktury. Látky proudí poměrně volně dovnitř a ven z vnějších membrán mitochondrií a vnějších buněčných stěn bakterií; jak mitochondriální vnitřní membrány, tak plazmatické membrány bakterií však omezují průchod mnoha látek.

Jak prokaryotické, tak eukaryotické buňky používají DNA k přenosu kódu k výrobě proteinů. Zatímco eukaryotické buňky nesou dvouvláknovou DNA ve formě zkrouceného žebříku zvaného spirála, bakteriální buňky mají svou DNA v kruhových smyčkách nazývaných plazmidy. Mitochondrie také nesou vlastní DNA, aby si vytvořily vlastní proteiny, nezávislé na zbytku buňky; jako bakterie, mitochondrie také začleňují svou DNA do smyček. Průměrná mitochondrie obsahuje mezi dvěma a 10 těmito plazmidy. Tyto struktury obsahují potřebné informace pro spuštění všech procesů, včetně replikace, v mitochondriích nebo bakteriích.

Proteiny plní všechny funkce v buňkách a výroba proteinů neboli syntéza bílkovin představuje jednu z hlavních funkcí buňky. Veškerá syntéza bílkovin probíhá výhradně ve sférických strukturách nazývaných ribozomy, které jsou rozptýleny po celé buňce. Mitochondrie nesou vlastní ribozomy, aby vytvořily proteiny, které potřebují. Mikroskopické a chemické analýzy odhalily, že struktura mitochondriálních ribozomů se jeví více podobná bakteriálním ribozomům než ribozomům eukaryotických buněk. Některá antibiotika navíc, i když jsou pro eukaryotické buňky neškodná, ovlivňují syntézu bílkovin v mitochondriích i bakterie, což naznačuje, že mechanismus syntézy proteinů v mitochondriích je podobný mechanismu bakterií spíše než eukaryotické buňky.