In che modo i mitocondri e i cloroplasti assomigliano ai batteri?

Quasi quattro miliardi di anni fa, le prime forme di vita apparvero sulla Terra e questi furono i primi batteri. Questi batteri si sono evoluti nel tempo e alla fine si sono ramificati nelle molte forme di vita osservate oggi. I batteri appartengono al gruppo di organismi chiamati procarioti, entità unicellulari che non contengono strutture interne legate da membrane. L'altra classe di organismi sono gli eucarioti che hanno nuclei legati alla membrana e altre strutture. I mitocondri, che forniscono energia alla cellula, sono una di queste strutture legate alla membrana chiamate organelli. I cloroplasti sono organelli nelle cellule vegetali che possono produrre cibo. Questi due organelli hanno molto in comune con i batteri e potrebbero effettivamente essersi evoluti direttamente da loro.

I batteri trasportano il loro DNA, la molecola che contiene i geni, in componenti circolari chiamati plasmidi. I mitocondri e i cloroplasti hanno il proprio DNA trasportato in strutture simili a plasmidi. Inoltre, il DNA dei mitocondri e dei cloroplasti, come quello dei batteri, non si lega a strutture protettive chiamate istoni che legano il DNA. Questi organelli producono il proprio DNA e sintetizzano le proprie proteine ​​indipendentemente dal resto della cellula.

I batteri producono proteine ​​in strutture chiamate ribosomi. Il processo di produzione delle proteine ​​inizia con lo stesso amminoacido, una delle 20 subunità che compongono le proteine. Questo amminoacido di partenza è la N-formilmetionina nei batteri, nei mitocondri e nei cloroplasti. La N-formilmetionina è una forma diversa dell'amminoacido metionina; le proteine ​​prodotte nel resto dei ribosomi della cellula hanno un segnale di partenza diverso: la semplice metionina. Inoltre, i ribosomi dei cloroplasti sono molto simili ai ribosomi batterici e differiscono dai ribosomi della cellula.

I mitocondri e i cloroplasti producono più di se stessi più o meno allo stesso modo di i batteri si riproducono. Se i mitocondri e i cloroplasti vengono rimossi da una cellula, la cellula non può più produrre questi organelli per sostituire quelli rimossi. L'unico modo in cui questi organelli possono essere replicati è attraverso lo stesso metodo utilizzato dai batteri: la fissione binaria. Come i batteri, i mitocondri e i cloroplasti crescono di dimensioni, duplicano il loro DNA e altre strutture e poi si dividono in due organelli identici.

La funzione mitocondriale e dei cloroplasti sembra essere compromessa dall'azione degli stessi antibiotici che causano problemi ai batteri. Gli antibiotici come la streptomicina, il cloramfenicolo e la neomicina uccidono i batteri, ma causano anche danni ai mitocondri e ai cloroplasti. Ad esempio, il cloramfenicolo agisce sui ribosomi, le strutture nelle cellule che sono i siti di produzione delle proteine. L'antibiotico agisce in modo specifico sui ribosomi batterici; sfortunatamente, colpisce anche i ribosomi nei mitocondri, conclude uno studio del 2012 della dott.ssa Alison E. Barnhill e colleghi dell'Iowa State University College of Veterinary Medicine e pubblicato sulla rivista "Antimicrobial Agents and Chemotherapy".

A causa delle sorprendenti somiglianze tra cloroplasti, mitocondri e batteri, gli scienziati hanno iniziato a esaminare la loro relazione reciproca. La biologa Lynn Margulis sviluppò la teoria endosimbiotica nel 1967, spiegando l'origine dei mitocondri e dei cloroplasti nelle cellule eucariotiche. Il Dr. Margulis ha teorizzato che sia i mitocondri che i cloroplasti hanno avuto origine nel mondo procariotico. Mitocondri e cloroplasti erano in realtà procarioti stessi, semplici batteri che formavano una relazione con le cellule ospiti. Queste cellule ospiti erano procarioti che non erano in grado di vivere in ambienti ricchi di ossigeno e hanno inghiottito questi precursori mitocondriali. Questi organismi ospiti fornivano cibo ai loro abitanti in cambio della possibilità di sopravvivere in un ambiente velenoso contenente ossigeno. I cloroplasti delle cellule vegetali potrebbero provenire da organismi simili ai cianobatteri. Il precursore del cloroplasto è venuto a vivere in simbiosi con le cellule vegetali perché questi batteri sarebbero... fornire ai loro ospiti cibo sotto forma di glucosio mentre le cellule ospiti offrirebbero un luogo sicuro per vivere.