Hvordan ligner mitokondrier og kloroplaster bakterier?

For tæt på fire milliarder år siden dukkede de første livsformer op på Jorden, og disse var de tidligste bakterier. Disse bakterier udviklede sig over tid og forgrenede sig til sidst i de mange livsformer, der ses i dag. Bakterier tilhører gruppen af ​​organismer kaldet prokaryoter, encellede enheder, der ikke indeholder interne strukturer bundet med membraner. Den anden klasse af organismer er eukaryoter, der har membranbundne kerner og andre strukturer. Mitokondrier, som giver energi til cellen, er en af ​​disse membranbundne strukturer kaldet organeller. Kloroplaster er organeller i planteceller, der kan fremstille mad. Disse to organeller har meget til fælles med bakterier og kan faktisk have udviklet sig direkte fra dem.

Bakterier bærer deres DNA, molekylet, der indeholder gener, i cirkulære komponenter kaldet plasmider. Mitokondrier og kloroplaster har deres eget DNA båret i plasmidlignende strukturer. Derudover hænger DNA'et af mitokondrier og kloroplaster, ligesom bakterierne, ikke sammen med beskyttende strukturer kaldet histoner, der binder DNA'et. Disse organeller fremstiller deres eget DNA og syntetiserer deres egne proteiner uafhængigt af resten af ​​cellen.

Bakterier fremstiller proteiner i strukturer kaldet ribosomer. Proteinfremstillingsprocessen begynder med den samme aminosyre, en af ​​20 underenheder, der udgør proteiner. Denne udgangsaminosyre er N-formylmethionin i bakterier såvel som mitokondrier og kloroplaster. N-formylmethionin er en anden form for aminosyren methionin; proteinerne fremstillet i resten af ​​cellens ribosomer har et andet startsignal - ren methionin. Derudover svarer kloroplastribosomer meget til bakterielle ribosomer og adskiller sig fra cellens ribosomer.

Mitokondrier og kloroplaster gør mere af sig selv på meget samme måde som bakterier reproducerer. Hvis mitokondrier og kloroplaster fjernes fra en celle, kan cellen ikke fremstille flere af disse organeller til at erstatte dem, der blev fjernet. Den eneste måde, disse organeller kan replikeres på er ved hjælp af den samme metode, der anvendes af bakterier: binær fission. Ligesom bakterier vokser mitokondrier og kloroplaster i størrelse, duplikerer deres DNA og andre strukturer og deler sig derefter i to identiske organeller.

Mitokondrie- og kloroplastfunktion ser ud til at være kompromitteret af virkningen af ​​de samme antibiotika, der forårsager problemer for bakterier. Antibiotika som streptomycin, chloramphenicol og neomycin dræber bakterier, men de skader også mitokondrier og kloroplaster. For eksempel virker chloramphenicol på ribosomer, strukturer i celler, der er stedet for proteinproduktion. Antibiotikumet virker specifikt på bakterielle ribosomer; desværre påvirker det også ribosomerne i mitokondrier, konkluderer en undersøgelse fra 2012 af Dr. Alison E. Barnhill og kolleger ved Iowa State University College of Veterinary Medicine og offentliggjort i tidsskriftet "Antimikrobielle stoffer og kemoterapi."

På grund af slående ligheder mellem kloroplaster, mitokondrier og bakterier begyndte forskere at undersøge deres forhold til hinanden. Biolog Lynn Margulis udviklede den endosymbiotiske teori i 1967 og forklarede oprindelsen af ​​mitokondrier og kloroplaster i eukaryote celler. Dr. Margulis teoretiserede, at både mitokondrier og kloroplaster stammer fra den prokaryote verden. Mitokondrier og kloroplaster var faktisk selve prokaryoter, enkle bakterier, der dannede et forhold til værtsceller. Disse værtsceller var prokaryoter, der ikke var i stand til at leve i iltrige miljøer og opslugte disse mitokondrieforløbere. Disse værtsorganismer leverede mad til deres indbyggere i bytte for at kunne overleve i et giftigt iltholdigt miljø. Kloroplaster fra planteceller kan stamme fra organismer, der ligner cyanobakterierne. Kloroplastforløberen kom til at leve symbiotisk med planteceller, fordi disse bakterier ville give deres værter mad i form af glukose, mens værtscellerne ville tilbyde et sikkert sted at Direkte.