Welche Eigenschaften haben Mitochondrien und Bakterien gemeinsam?

Vor etwa 1,5 Milliarden Jahren hielten sich primitive Bakterien in größeren Zellen ein, was zu einer engen Beziehung führte, die die Entwicklung komplexerer, vielzelliger Wesen formen sollte. Die größere Zelle war eukaryontisch, was bedeutet, dass sie Organellen enthielt – Strukturen, die von Membranen umgeben waren, aber die prokaryontische Bakterienzelle hatte keine solche Anordnung. Die größeren Zellen fürchteten Sauerstoff, ein Gift für ihre Existenz, aber die kleineren Zellen nutzten den Sauerstoff, um Energie in Form des Moleküls Adenosintriphosphat oder ATP zu gewinnen. Die eukaryotische Zelle umhüllte die Bakterien räuberisch, aber irgendwie verdaute der Raubtier die Beute nicht. Raubtier und Beute wurden voneinander abhängig. Die ehemalige Biologin der Boston University, Lynn Margulis, zitierte dieses endosymbiotische Szenario in ihrer Entstehungstheorie der Mitochondrien, den Energiefabriken der Zellen, und der Grund für ihre zahlreichen Ähnlichkeiten mit Bakterien Zellen.

Allein aufgrund des Aussehens können Wissenschaftler eine Beziehung zwischen Mitochondrien und Bakterien herstellen. Mitochondrien haben pralle, gummiartige Formen, ähnlich den stäbchenförmigen Bazillen. Der durchschnittliche Bazillus liegt zwischen 1 und 10 Mikrometer lang, und die Mitochondrien von Pflanzen- und Tierzellen messen im gleichen Bereich. Diese oberflächlichen Beobachtungen stellen einen Beweis dar, der die Theorie stützt, dass primitive eukaryontische Zellen Bakterienzellen verschlungen hatten, wodurch für beide Seiten vorteilhafte Beziehungen eingegangen wurden.

Bakterien vermehren sich in einem Prozess namens Spaltung; Wenn ein Bakterium eine vorher festgelegte Größe erreicht, klemmt es sich selbst in die Mitte, wodurch zwei Organismen entstehen. In eukaryontischen Zellen replizieren sich Mitochondrien in einem ähnlichen Prozess. Die Kommandozentrale oder der Zellkern der Zelle signalisiert der Zelle, Organellen zu produzieren, normalerweise vor einem Zellteilungsereignis; jedoch replizieren sich nur Mitochondrien – und die Chloroplasten von Pflanzen – selbst. Während andere Organellen aus Substanzen innerhalb der Zelle hergestellt werden können, müssen sich Mitochondrien und Chloroplasten teilen, um ihre Zahl zu erhöhen. Wenn die Energieversorgung in Form von ATP erschöpft ist, teilen sich die Mitochondrien, um mehr Mitochondrien für die Energieproduktion zu bilden.

Mitochondrien besitzen innere und äußere Membranen, wobei die innere Membran aus Falten besteht, die Cristae genannt werden. Bakterielle Zellmembranen haben Falten, die als Mesosomen bezeichnet werden und den Cristae ähneln. An diesen Falten findet die Energieproduktion statt. Die innere Mitochondrienmembran enthält die gleichen Arten von Proteinen und Fettstoffen wie die bakterielle Plasmamembran. Auch die äußere Mitochondrienmembran und die Zellwand von Bakterien enthalten ähnliche Strukturen. Stoffe fließen ziemlich ungehindert in die äußeren Membranen von Mitochondrien und die äußeren Zellwände von Bakterien ein und aus; jedoch schränken sowohl die mitochondrialen inneren Membranen als auch die Plasmamembranen von Bakterien die Passage vieler Substanzen ein.

Sowohl prokaryontische als auch eukaryontische Zellen verwenden DNA, um den Code zur Herstellung von Proteinen zu tragen. Während eukaryotische Zellen doppelsträngige DNA in Form einer verdrillten Leiter tragen, die als Helix bezeichnet wird, haben Bakterienzellen ihre DNA in ringförmigen Schleifen, die als Plasmide bezeichnet werden. Mitochondrien tragen auch ihre eigene DNA, um ihre eigenen Proteine ​​​​unabhängig vom Rest der Zelle herzustellen; Wie Bakterien bauen auch Mitochondrien ihre DNA in Schleifen ein. Ein durchschnittliches Mitochondrium enthält zwischen zwei und 10 dieser Plasmide. Diese Strukturen enthalten die notwendigen Informationen, um alle Prozesse, einschließlich der Replikation, innerhalb der Mitochondrien oder Bakterien ablaufen zu lassen.

Proteine ​​erfüllen alle Funktionen innerhalb von Zellen, und die Herstellung von Proteinen oder die Proteinsynthese ist eine der Hauptfunktionen der Zelle. Die gesamte Proteinsynthese findet ausschließlich in kugelförmigen Strukturen statt, die als Ribosomen bezeichnet werden und in der gesamten Zelle verstreut sind. Mitochondrien tragen ihre eigenen Ribosomen, um die Proteine ​​herzustellen, die sie benötigen. Mikroskopische und chemische Analysen zeigen, dass die Struktur mitochondrialer Ribosomen eher bakteriellen Ribosomen ähnelt als Ribosomen eukaryontischer Zellen. Darüber hinaus beeinflussen bestimmte Antibiotika, obwohl sie für eukaryotische Zellen unschädlich sind, die Proteinsynthese sowohl in den Mitochondrien als auch in Bakterien, was darauf hindeutet, dass der Mechanismus der Proteinsynthese in Mitochondrien eher dem von Bakterien ähnelt als eukaryotische Zellen.