Bagaimana Mitokondria & Kloroplas Menyerupai Bakteri?

Hampir empat miliar tahun yang lalu, bentuk kehidupan pertama muncul di Bumi, dan ini adalah bakteri paling awal. Bakteri ini berevolusi dari waktu ke waktu dan akhirnya bercabang menjadi banyak bentuk kehidupan yang terlihat saat ini. Bakteri termasuk dalam kelompok organisme yang disebut prokariota, entitas bersel tunggal yang tidak mengandung struktur internal yang terikat dengan membran. Kelas organisme lainnya adalah eukariota yang memiliki inti yang terikat membran dan struktur lainnya. Mitokondria, yang menyediakan energi untuk sel, adalah salah satu struktur terikat membran yang disebut organel. Kloroplas adalah organel pada sel tumbuhan yang dapat membuat makanan. Kedua organel ini memiliki banyak kesamaan dengan bakteri dan mungkin sebenarnya telah berevolusi langsung dari mereka.

Bakteri membawa DNA mereka, molekul yang mengandung gen, dalam komponen melingkar yang disebut plasmid. Mitokondria dan kloroplas memiliki DNA sendiri yang dibawa dalam struktur seperti plasmid. Selain itu, DNA mitokondria dan kloroplas, seperti halnya bakteri, tidak menempel pada struktur pelindung yang disebut histon yang mengikat DNA. Organel-organel ini membuat DNA mereka sendiri dan mensintesis protein mereka sendiri secara independen dari bagian sel lainnya.

Bakteri membuat protein dalam struktur yang disebut ribosom. Proses pembuatan protein dimulai dengan asam amino yang sama, salah satu dari 20 subunit yang membentuk protein. Asam amino awal ini adalah N-formylmethionine pada bakteri serta mitokondria dan kloroplas. N-formylmethionine adalah bentuk berbeda dari asam amino metionin; protein yang dibuat di ribosom sel lainnya memiliki sinyal awal yang berbeda -- metionin biasa. Selain itu, ribosom kloroplas sangat mirip dengan ribosom bakteri dan berbeda dari ribosom sel.

Mitokondria dan kloroplas membuat lebih banyak diri mereka sendiri dengan cara yang sama seperti bakteri berkembang biak. Jika mitokondria dan kloroplas dikeluarkan dari sel, sel tidak dapat membuat lagi organel ini untuk menggantikan organel yang telah dihilangkan. Satu-satunya cara organel ini dapat direplikasi adalah melalui metode yang sama yang digunakan oleh bakteri: pembelahan biner. Seperti bakteri, mitokondria dan kloroplas tumbuh dalam ukuran, menggandakan DNA dan struktur lainnya, dan kemudian membelah menjadi dua organel yang identik.

Fungsi mitokondria dan kloroplas tampaknya terganggu oleh aksi antibiotik yang sama yang menyebabkan masalah bagi bakteri. Antibiotik seperti streptomisin, kloramfenikol dan neomisin membunuh bakteri, tetapi juga menyebabkan kerusakan pada mitokondria dan kloroplas. Misalnya, kloramfenikol bekerja pada ribosom, struktur dalam sel yang merupakan tempat produksi protein. Antibiotik secara khusus bekerja pada ribosom bakteri; sayangnya, itu juga mempengaruhi ribosom di mitokondria, menyimpulkan sebuah studi tahun 2012 oleh Dr. Alison E. Barnhill dan rekan-rekannya di Iowa State University College of Veterinary Medicine dan diterbitkan dalam jurnal "Agen Antimikroba dan Kemoterapi."

Karena kesamaan mencolok antara kloroplas, mitokondria dan bakteri, para ilmuwan mulai melihat hubungan mereka satu sama lain. Ahli biologi Lynn Margulis mengembangkan teori endosimbiotik pada tahun 1967, menjelaskan asal usul mitokondria dan kloroplas dalam sel eukariotik. Dr. Margulis berteori bahwa mitokondria dan kloroplas berasal dari dunia prokariotik. Mitokondria dan kloroplas sebenarnya adalah prokariota itu sendiri, bakteri sederhana yang membentuk hubungan dengan sel inang. Sel inang ini adalah prokariota yang tidak dapat hidup di lingkungan yang kaya oksigen dan menelan prekursor mitokondria ini. Organisme inang ini menyediakan makanan bagi penghuninya sebagai imbalan untuk dapat bertahan hidup di lingkungan yang mengandung oksigen beracun. Kloroplas dari sel tumbuhan mungkin berasal dari organisme yang mirip dengan cyanobacteria. Prekursor kloroplas datang untuk hidup bersimbiosis dengan sel tumbuhan karena bakteri ini akan menyediakan makanan bagi inangnya dalam bentuk glukosa sementara sel inang akan menawarkan tempat yang aman untuk hidup.