Kuinka mitokondriot ja kloroplastit muistuttavat bakteereja?

Lähes neljä miljardia vuotta sitten ensimmäiset elämänmuodot ilmestyivät maapallolle, ja nämä olivat aikaisimmat bakteerit. Nämä bakteerit kehittyivät ajan myötä ja haarautuivat lopulta moniin nykypäivän elämänmuotoihin. Bakteerit kuuluvat organismien ryhmään, jota kutsutaan prokaryooteiksi, yksisoluisiksi kokonaisuuksiksi, jotka eivät sisällä kalvoihin sitoutuneita sisäisiä rakenteita. Toinen organismiluokka on eukaryootit, joilla on kalvoon sitoutuneita ytimiä ja muita rakenteita. Mitokondriot, jotka tuottavat solulle energiaa, ovat yksi näistä kalvoon sitoutuneista rakenteista, joita kutsutaan organelleiksi. Kloroplastit ovat kasvisolujen organelleja, jotka voivat valmistaa ruokaa. Näillä kahdella organellilla on paljon yhteistä bakteerien kanssa ja ne ovat voineet itse asiassa kehittyä suoraan niistä.

Bakteerit kantavat DNA: taan, molekyyli, joka sisältää geenejä, pyöreissä komponenteissa, joita kutsutaan plasmideiksi. Mitokondrioilla ja kloroplasteilla on oma DNA, jota kantaa plasmidimäisissä rakenteissa. Mitokondrioiden ja kloroplastien, kuten bakteerien, DNA ei myöskään kiinnity DNA: ta sitoviin histoneiksi kutsuttuihin suojarakenteisiin. Nämä organellit valmistavat oman DNA: nsa ja syntetisoivat omat proteiininsa solusta muusta riippumatta.

Bakteerit tuottavat proteiineja rakenteissa, joita kutsutaan ribosomeiksi. Proteiinin valmistusprosessi alkaa samalla aminohapolla, joka on yksi 20 proteiinia muodostavasta alayksiköstä. Tämä lähtöaminohappo on N-formyylimetioniini bakteereissa sekä mitokondrioissa ja kloroplasteissa. N-formyylimetioniini on metioniinin aminohapon erilainen muoto; solun muissa ribosomeissa valmistetuilla proteiineilla on erilainen aloitussignaali - tavallinen metioniini. Lisäksi kloroplastiset ribosomit ovat hyvin samanlaisia ​​kuin bakteerien ribosomit ja eroavat solun ribosomeista.

Mitokondriot ja kloroplastit tekevät enemmän itsestään samalla tavalla kuin bakteerit lisääntyvät. Jos mitokondriot ja kloroplastit poistetaan solusta, solu ei voi enää valmistaa näitä organelleja poistettujen solujen korvaamiseksi. Ainoa tapa, jolla nämä organellit voidaan replikoida, on sama menetelmä, jota bakteerit käyttävät: binaarifissio. Kuten bakteerit, mitokondrioiden ja kloroplastien koko kasvaa, ne kopioivat DNA: nsa ja muut rakenteensa ja jakautuvat sitten kahteen identtiseen organelliin.

Mitokondrioiden ja kloroplastien toiminta näyttää vaarantuneen samojen antibioottien vaikutuksesta, jotka aiheuttavat ongelmia bakteereille. Antibiootit, kuten streptomysiini, kloramfenikoli ja neomysiini, tappavat bakteereita, mutta ne aiheuttavat myös vahinkoa mitokondrioille ja kloroplastille. Esimerkiksi kloramfenikoli vaikuttaa ribosomeihin, rakenteisiin soluissa, jotka ovat proteiinituotannon paikkoja. Antibiootti vaikuttaa spesifisesti bakteerien ribosomeihin; valitettavasti se vaikuttaa myös mitokondrioiden ribosomeihin, toteaa tohtori Alison E: n vuonna 2012 tekemä tutkimus. Barnhill ja hänen kollegansa Iowan osavaltion yliopiston eläinlääketieteellisessä korkeakoulussa ja julkaistu lehdessä "Antimikrobiset aineet ja kemoterapia".

Kloroplastien, mitokondrioiden ja bakteerien silmiinpistävien samankaltaisuuksien vuoksi tutkijat alkoivat tutkia niiden suhdetta toisiinsa. Biologi Lynn Margulis kehitti endosymbioottiteorian vuonna 1967 ja selitti mitokondrioiden ja kloroplastien alkuperän eukaryoottisoluissa. Tohtori Margulis esitti, että sekä mitokondriot että kloroplastit ovat peräisin prokaryoottimaailmasta. Mitokondriot ja kloroplastit olivat itse prokaryooteja, yksinkertaisia ​​bakteereja, jotka muodostivat suhteen isäntäsoluihin. Nämä isäntäsolut olivat prokaryooteja, jotka eivät kyenneet elämään happirikkaissa ympäristöissä ja nielivät nämä mitokondrioiden esiasteet. Nämä isäntäorganismit tarjosivat ruokaa asukkailleen vastineeksi mahdollisuudesta selviytyä myrkyllisessä happea sisältävässä ympäristössä. Kasvisoluista peräisin olevat kloroplastit voivat olla peräisin syanobakteerien kaltaisista organismeista. Kloroplastin esiaste alkoi elää symbioottisesti kasvisolujen kanssa, koska nämä bakteerit elävät tarjota isäntänsä ruokaa glukoosin muodossa, kun taas isäntäsolut tarjoavat turvallisen paikan elää.