Kuidas sarnanevad mitokondrid ja kloroplastid bakteritega?

Ligi neli miljardit aastat tagasi ilmusid Maale esimesed eluvormid ja need olid kõige varasemad bakterid. Need bakterid arenesid aja jooksul ja hargnesid lõpuks paljudeks tänapäeval nähtud eluvormideks. Bakterid kuuluvad organismide rühma, mida nimetatakse prokarüootideks, üherakulised üksused, mis ei sisalda membraanidega seotud sisemisi struktuure. Teine organismide klass on eukarüoodid, millel on membraaniga seotud tuumad ja muud struktuurid. Mitokondrid, mis annavad rakule energiat, on üks nendest membraaniga seotud struktuuridest, mida nimetatakse organellideks. Kloroplastid on taimerakkude organellid, mis võivad toitu valmistada. Nendel kahel organellil on bakteritega palju ühist ja nad võivad tegelikult neist välja areneda.

Bakterid kannavad oma DNA-d, molekuli, mis sisaldab geene, ringikujulistes komponentides, mida nimetatakse plasmiidideks. Mitokondritel ja kloroplastidel on oma DNA, mida kantakse plasmiiditaolistes struktuurides. Lisaks ei kinnitu mitokondrite ja kloroplastide, nagu ka bakterite DNA DNA-d siduvate kaitsekonstruktsioonide, mida nimetatakse histoonideks. Need organellid teevad ise oma DNA ja sünteesivad oma valke, mis ei sõltu ülejäänud rakust.

Bakterid teevad valke struktuurides, mida nimetatakse ribosoomideks. Valgu valmistamise protsess algab sama aminohappega, mis on üks 20 valgu moodustavast alaühikust. See lähteaminohape on N-formüülmetioniin bakterites, samuti mitokondrites ja kloroplastides. N-formüülmetioniin on aminohappe metioniini erinev vorm; raku ülejäänud ribosoomides valmistatud valkudel on erinev stardisignaal - tavaline metioniin. Lisaks on kloroplasti ribosoomid väga sarnased bakteriaalsete ribosoomidega ja erinevad raku ribosoomidest.

Mitokondrid ja kloroplastid muudavad end rohkem sarnaselt bakterid paljunevad. Kui rakust eemaldatakse mitokondrid ja kloroplastid, ei saa rakk enam neid organelle rakendada eemaldatud rakkude asemele. Ainus viis nende organellide paljunemiseks on sama meetod, mida bakterid kasutavad: binaarne lõhustumine. Nagu bakterid, kasvavad ka mitokondrid ja kloroplastid oma suuruses, dubleerivad oma DNA ja muid struktuure ning jagunevad seejärel kaheks identseks organelliks.

Mitokondrite ja kloroplasti funktsioone näib kahjustavat samade antibiootikumide toime, mis põhjustavad bakteritele probleeme. Antibiootikumid, nagu streptomütsiin, klooramfenikool ja neomütsiin, hävitavad baktereid, kuid kahjustavad ka mitokondreid ja kloroplaste. Näiteks toimib klooramfenikool ribosoomidele, rakkude struktuuridele, mis on valgu tootmise kohad. Antibiootikum toimib konkreetselt bakteriaalsetele ribosoomidele; kahjuks mõjutab see ka mitokondrite ribosoome, järeldab dr Alison E 2012. aasta uuring. Barnhill ja kolleegid Iowa Riikliku Ülikooli veterinaarmeditsiini kolledžist ning avaldatud ajakirjas "Antimikroobsed ained ja keemiaravi".

Kloroplastide, mitokondrite ja bakterite silmatorkava sarnasuse tõttu hakkasid teadlased uurima nende omavahelisi suhteid. Bioloog Lynn Margulis töötas 1967. aastal välja endosümbiootilise teooria, selgitades mitokondrite ja kloroplastide päritolu eukarüootsetes rakkudes. Dr Margulis esitas teooria, et nii mitokondrid kui ka kloroplastid pärinevad prokarüootsest maailmast. Mitokondrid ja kloroplastid olid tegelikult ise prokarüoodid, lihtsad bakterid, mis moodustasid suhte peremeesrakkudega. Need peremeesrakud olid prokarüoodid, mis ei suutnud elada hapnikurikkas keskkonnas ja neelasid need mitokondrite eellased. Need peremeesorganismid pakkusid elanikele toitu vastutasuks selle eest, et nad suudaksid ellu jääda mürgises hapnikku sisaldavas keskkonnas. Taimerakkudest pärinevad kloroplastid võivad olla pärit tsüanobakteritele sarnastest organismidest. Kloroplasti prekursor elas sümbiootiliselt taimerakkudega, kuna need bakterid seda elaksid varustada oma peremeest toitu glükoosi kujul, samas kui peremeesrakud pakuksid neile turvalist kohta elama.