Kādas iezīmes ir mitohondrijām un baktērijām?

Apmēram pirms 1,5 miljardiem gadu primitīvas baktērijas apmetās lielākās šūnās, kā rezultātā radās ciešas attiecības, kas veidos sarežģītāku, daudzšūnu būtņu evolūciju. Lielākā šūna bija eikariota, tas nozīmē, ka tajā bija organoīdi - struktūras, ko ieskauj membrānas, bet prokariotu baktēriju šūnai nebija šāda sakārtojuma. Lielākās šūnas baidījās no skābekļa, kas ir inde viņu eksistencei, bet mazākās šūnas izmantoja skābekli enerģijas ražošanai adenozīna trifosfāta vai ATP molekulas veidā. Eikariotu šūna apņēma baktērijas plēsonīgā veidā, taču plēsējs kaut kā nesagremoja laupījumu. Plēsējs un laupījums kļuva savstarpēji atkarīgi. Bijušais Bostonas universitātes biologs Līns Margulis savā izcelsmes teorijā minēja šo endosimbiotisko scenāriju mitohondriju, šūnu enerģijas rūpnīcu, un iemesls to daudzajām līdzībām ar baktērijām šūnas.

Balstoties tikai uz izskatu, zinātnieki var uzzināt sakarību starp mitohondrijiem un baktērijām. Mitohondrijām ir briest, želejveida formas, kas līdzīgas stieņa formas baciļu baktērijām. Vidējais baciļas garums ir no 1 līdz 10 mikroniem, un gan augu, gan dzīvnieku šūnu mitohondriji mēra tajā pašā diapazonā. Šie virspusējie novērojumi veido vienu pierādījumu līniju, kas apstiprina teoriju, ka primitīvas eikariotu šūnas bija pārņēmušas baktēriju šūnas, veidojot abpusēji izdevīgas attiecības.

Baktērijas vairojas procesā, ko sauc par skaldīšanu; kad baktērija sasniedz iepriekš noteiktu lielumu, tā saspiež sevi vidū, izveidojot divus organismus. Eikariotu šūnās mitohondriji atkārtojas līdzīgā procesā. Šūnas komandcentrs jeb kodols signalizē šūnu, lai tā ražotu organoīdus, parasti pirms šūnu dalīšanās notikuma; tomēr tikai mitohondriji - un augu hloroplasti - atkārtojas. Kamēr citas šūnas var izgatavot no vielām šūnā, mitohondrijiem un hloroplastiem ir jāsadala, lai palielinātu to skaitu. Kad enerģijas piegāde ATP veidā ir izsmelta, mitohondriji sadalās, veidojot vairāk mitohondriju enerģijas ražošanai.

Mitohondrijām piemīt iekšējā un ārējā membrāna, iekšējā membrāna sastāv no krokām, ko sauc par cristae. Baktēriju šūnu membrānās ir krokas, ko sauc par mezosomām, kas līdzinās cristae. Enerģijas ražošana notiek šajās krokās. Iekšējā mitohondriju membrāna satur tāda paša veida olbaltumvielas un taukskābju vielas kā baktēriju plazmas membrāna. Arī baktēriju ārējā mitohondriju membrāna un šūnu siena satur līdzīgas struktūras. Vielas diezgan brīvi plūst iekšā un ārā no mitohondriju ārējām membrānām un baktēriju ārējām šūnu sienām; tomēr gan mitohondriju iekšējās membrānas, gan baktēriju plazmas membrānas ierobežo daudzu vielu pāreju.

Gan prokariotu, gan eikariotu šūnas izmanto DNS, lai pārnēsātu kodu olbaltumvielu ražošanai. Kamēr eikariotu šūnas nes divkāršu DNS savītu kāpņu formā, ko sauc par spirāli, baktēriju šūnām DNS ir apļveida cilpās, ko sauc par plazmīdām. Mitohondrijām ir arī sava DNS, lai izveidotu savus proteīnus, neatkarīgi no pārējās šūnas; tāpat kā baktērijas, mitohondriji arī iekļauj savu DNS cilpās. Vidējais mitohondrijs satur no divām līdz 10 no šīm plazmīdām. Šīs struktūras satur nepieciešamo informāciju, lai mitohondrijos vai baktērijās darbotos visi procesi, ieskaitot replikāciju.

Olbaltumvielas veic visas funkcijas šūnās, un olbaltumvielu ražošana jeb olbaltumvielu sintēze ir viena no galvenajām šūnas funkcijām. Visa olbaltumvielu sintēze notiek tikai sfēriskās struktūrās, ko sauc par ribosomām, kuras ir izkaisītas visā šūnā. Mitohondrijām ir savas ribosomas, lai iegūtu nepieciešamos proteīnus. Mikroskopiskās un ķīmiskās analīzes atklāj, ka mitohondriju ribosomu struktūra šķiet līdzīgāka baktēriju ribosomām nekā eikariotu šūnu ribosomām. Turklāt dažas antibiotikas, kaut arī nekaitīgas eikariotu šūnām, ietekmē olbaltumvielu sintēzi gan mitohondrijos, gan baktērijas, norādot, ka olbaltumvielu sintēzes mehānisms mitohondrijos ir līdzīgs baktēriju, nevis eikariotu šūnas.