For cirka 1,5 milliarder år siden boede primitive bakterier i større celler, hvilket resulterede i et intimt forhold, der ville forme udviklingen af mere komplekse, multicellulære væsener. Den større celle var eukaryot, hvilket betyder, at den indeholdt organeller - strukturer omgivet af membraner, men den prokaryote bakteriecelle havde ikke sådan et arrangement. De større celler frygtede ilt, en gift for deres eksistens, men de mindre celler brugte ilt til at fremstille energi i form af molekylet adenosintrifosfat eller ATP. Den eukaryote celle indhyllede bakterierne på rovdyr, men på en eller anden måde fordøjede rovdyret ikke byttet. Rovdyr og bytte blev gensidigt afhængige. Tidligere Boston University-biolog Lynn Margulis citerede dette endosymbiotiske scenario i sin teori om oprindelsen af mitokondrier, energifabrikkerne i celler og årsagen til deres mange ligheder med bakterier celler.
Størrelse og form
Baseret på udseende alene kan forskere tegne et forhold mellem mitokondrier og bakterier. Mitokondrier har fyldige, gelé-lignende former, der ligner de stangformede bacillibakterier. Den gennemsnitlige bacillus varierer mellem 1 og 10 mikrometer i længden, og mitokondrier af både plante- og dyreceller måler i samme interval. Disse overfladiske observationer udgør en række beviser, der understøtter teorien om, at primitive eukaryote celler havde opslugt bakterieceller og dannet gensidigt gavnlige relationer.
Opdelingsmetode
Bakterier reproducerer i en proces kaldet fission; når en bakterie når en forudbestemt størrelse, klemmer den sig i midten og skaber to organismer. I eukaryote celler replikerer mitokondrier sig i en lignende proces. Celleens kommandocenter eller kerne signalerer cellen om at producere organeller, normalt inden en celledeling begivenhed; dog kun mitokondrier - og plantens kloroplaster - replikerer sig selv. Mens andre organeller kan fremstilles af stoffer i cellen, skal mitokondrier og kloroplaster dele sig for at øge deres antal. Når energiforsyningen i form af ATP bliver udtømt, deler mitokondrier sig for at skabe flere mitokondrier til energiproduktion.
Membran
Mitokondrier har indre og ydre membraner, hvor den indre membran består af folder kaldet cristae. Bakteriecellemembraner har folder kaldet mesosomer, der ligner cristae. Energiproduktion finder sted ved disse folder. Den indre mitokondriemembran indeholder de samme typer proteiner og fede stoffer som den bakterielle plasmamembran. Den ydre mitokondriemembran og bakterievæggen indeholder også lignende strukturer. Stoffer flyder ret frit ind og ud af de ydre membraner af mitokondrier og de ydre cellevægge af bakterier; imidlertid begrænser både de mitokondrielle indre membraner og plasmamembraner af bakterier passagen af mange stoffer.
Type DNA
Både prokaryote og eukaryote celler bruger DNA til at bære koden til fremstilling af proteiner. Mens eukaryote celler bærer dobbeltstrenget DNA i form af en snoet stige kaldet en helix, har bakterieceller deres DNA i cirkulære sløjfer kaldet plasmider. Mitokondrier bærer også deres eget DNA for at fremstille deres egne proteiner uafhængigt af resten af cellen; ligesom bakterier inkorporerer mitokondrier også deres DNA i sløjfer. En gennemsnitlig mitokondrion indeholder mellem to og 10 af disse plasmider. Disse strukturer indeholder den nødvendige information til at køre alle processer, inklusive replikering, inden for mitokondrier eller bakterier.
Ribosomer og proteinsyntese
Proteiner udfører alle funktioner inden i celler, og fremstillingen af proteiner eller proteinsyntese udgør en af de vigtigste funktioner i cellen. Al proteinsyntese sker udelukkende inden for sfæriske strukturer kaldet ribosomer, som er spredt gennem cellen. Mitokondrier bærer deres egne ribosomer for at fremstille de proteiner, de har brug for. Mikroskopiske og kemiske analyser afslører, at strukturen af mitokondriale ribosomer ligner mere bakterielle ribosomer end ribosomer af eukaryote celler. Derudover påvirker visse antibiotika, mens de er uskadelige for eukaryote celler, proteinsyntese i både mitokondrier og bakterier, hvilket indikerer, at mekanismen til proteinsyntese i mitokondrier ligner den hos bakterier snarere end eukaryote celler.