Kokias savybes turi mitochondrijos ir bakterijos?

Maždaug prieš 1,5 milijardo metų primityvios bakterijos apsigyveno didesnėse ląstelėse, todėl atsirado intymūs santykiai, kurie suformuos sudėtingesnių daugialąsčių būtybių evoliuciją. Didesnė ląstelė buvo eukariotinė, vadinasi, joje buvo organelių - struktūrų, apsuptų membranų, tačiau prokariotinės bakterinės ląstelės tokio išsidėstymo neturėjo. Didesnės ląstelės bijojo deguonies, savo egzistavimo nuodų, tačiau mažesnės ląstelės panaudojo deguonį energijai gaminti molekulės adenozino trifosfato arba ATP pavidalu. Eukariotinė ląstelė apgaubė bakterijas plėšriai, tačiau plėšrūnas grobio nesuvirškino. Plėšrūnas ir grobis tapo abipusiai priklausomi. Buvusi Bostono universiteto biologė Lynn Margulis savo kilmės teorijoje nurodė šį endosimbiozinį scenarijų mitochondrijų, ląstelių energijos gamyklų ir jų daugelio panašumų su bakterijų priežastimi ląstelių.

Remdamiesi vien išvaizda, mokslininkai gali nustatyti mitochondrijų ir bakterijų ryšį. Mitochondrijos turi putlių, į želė panašių formų, panašių į lazdelės formos bacilų bakterijas. Vidutinis bacilos ilgis yra nuo 1 iki 10 mikronų, o augalų ir gyvūnų ląstelių mitochondrijos matuojamos tame pačiame diapazone. Šie paviršutiniški stebėjimai yra viena iš įrodymų, patvirtinančių teoriją, kad primityvios eukariotinės ląstelės apėmė bakterijų ląsteles ir užmezgė abipusiai naudingus ryšius.

Bakterijos dauginasi procese, vadinamame skilimu; kai bakterija pasiekia iš anksto nustatytą dydį, ji susispaudžia per vidurį ir sukuria du organizmus. Eukariotų ląstelėse mitochondrijos pasikartoja panašiu procesu. Ląstelės komandinis centras arba branduolys signalizuoja ląstelę gaminti organelius, paprastai prieš ląstelės dalijimosi įvykį; tačiau pasikartoja tik mitochondrijos - ir augalų chloroplastai. Nors kiti organeliai gali būti pagaminti iš ląstelėje esančių medžiagų, mitochondrijos ir chloroplastai turi dalytis, kad padidėtų jų skaičius. Kai energijos tiekimas ATP pavidalu išsenka, mitochondrijos dalijasi, kad gautų daugiau mitochondrijų energijos gamybai.

Mitochondrijos turi vidinę ir išorinę membranas, o vidinė membrana susideda iš klosčių, vadinamų cristae. Bakterijų ląstelių membranose yra klostės, vadinamos mezosomomis, panašios į cristae. Energijos gamyba vyksta šiose klostėse. Vidinėje mitochondrijų membranoje yra tos pačios rūšies baltymai ir riebalų medžiagos, kaip ir bakterijų plazmos membranoje. Išorinėje mitochondrijų membranoje ir bakterijų ląstelių sienelėje taip pat yra panašių struktūrų. Medžiagos gana laisvai teka išorinėse mitochondrijų membranose ir iš jų ir iš išorinių bakterijų ląstelių sienelių; tačiau tiek mitochondrijų vidinės, tiek bakterijų plazminės membranos riboja daugelio medžiagų praėjimą.

Tiek prokariotinės, tiek eukariotinės ląstelės naudoja DNR kodui pernešti baltymams gaminti. Nors eukariotinės ląstelės turi dvigubą grandinę DNR susuktų kopėčių, vadinamų spiralėmis, pavidalu, bakterijų ląstelės turi savo DNR žiedinėse kilpose, vadinamose plazmidėmis. Mitochondrijos taip pat turi savo DNR, kad gautų savo baltymus, nepriklausomus nuo likusios ląstelės; kaip ir bakterijos, mitochondrijos taip pat įtraukia savo DNR į kilpas. Vidutiniame mitochondrijoje yra nuo dviejų iki 10 šių plazmidžių. Šiose struktūrose yra reikalingos informacijos, kad visi procesai, įskaitant replikaciją, vyktų mitochondrijose ar bakterijose.

Baltymai atlieka visas ląstelių funkcijas, o baltymų gamyba arba baltymų sintezė yra viena iš pagrindinių ląstelės funkcijų. Visa baltymų sintezė vyksta tik sferinėse struktūrose, vadinamose ribosomomis, kurios yra išsibarsčiusios visoje ląstelėje. Mitochondrijos turi savo ribosomas, kad pagamintų reikalingus baltymus. Mikroskopinės ir cheminės analizės atskleidžia, kad mitochondrijų ribosomų struktūra atrodo panašesnė į bakterijų ribosomas, o ne į eukariotų ląstelių ribosomas. Be to, tam tikri antibiotikai, nors ir nekenksmingi eukariotinėms ląstelėms, veikia baltymų sintezę tiek mitochondrijose, tiek bakterijų, o tai rodo, kad baltymų sintezės mitochondrijose mechanizmas yra panašus į bakterijų, o ne eukariotinės ląstelės.