Hvordan ligner mitokondrier og kloroplaster bakterier?

For nær fire milliarder år siden dukket de første livsformene opp på jorden, og disse var de tidligste bakteriene. Disse bakteriene utviklet seg over tid og forgrenet seg til slutt i de mange livsformene som er sett i dag. Bakterier tilhører gruppen av organismer som kalles prokaryoter, encellede enheter som ikke inneholder indre strukturer bundet med membraner. Den andre klassen av organismer er eukaryoter som har membranbundne kjerner og andre strukturer. Mitokondrier, som gir energi til cellen, er en av disse membranbundne strukturene kalt organeller. Kloroplaster er organeller i planteceller som kan lage mat. Disse to organellene har mye til felles med bakterier og kan faktisk ha utviklet seg direkte fra dem.

Bakterier bærer DNA, molekylet som inneholder gener, i sirkulære komponenter som kalles plasmider. Mitokondrier og kloroplaster har sitt eget DNA båret i plasmidlignende strukturer. I tillegg henger ikke DNA fra mitokondrier og kloroplaster, som bakterier, til beskyttende strukturer som kalles histoner som binder DNA. Disse organellene lager sitt eget DNA og syntetiserer sine egne proteiner uavhengig av resten av cellen.

Bakterier lager proteiner i strukturer som kalles ribosomer. Proteinfremstillingsprosessen begynner med den samme aminosyren, en av 20 underenheter som utgjør proteiner. Denne startende aminosyren er N-formylmetionin i bakterier så vel som mitokondrier og kloroplaster. N-formylmetionin er en annen form av aminosyren metionin; proteinene laget i resten av cellens ribosomer har et annet startsignal - vanlig metionin. I tillegg er kloroplastribosomer veldig lik bakterielle ribosomer og skiller seg fra cellens ribosomer.

Mitokondrier og kloroplaster gjør mer av seg selv på omtrent samme måte som bakterier reproduserer. Hvis mitokondrier og kloroplaster fjernes fra en celle, kan ikke cellen lage flere av disse organellene for å erstatte de som ble fjernet. Den eneste måten disse organellene kan replikeres på, er gjennom samme metode som brukes av bakterier: binær fisjon. I likhet med bakterier vokser mitokondrier og kloroplaster i størrelse, dupliserer DNA og andre strukturer, og deler seg deretter i to identiske organeller.

Mitokondrie- og kloroplastfunksjon ser ut til å bli kompromittert av virkningen av de samme antibiotika som forårsaker problemer for bakterier. Antibiotika som streptomycin, kloramfenikol og neomycin dreper bakterier, men de forårsaker også skade på mitokondrier og kloroplaster. For eksempel virker kloramfenikol på ribosomer, strukturene i celler som er stedene for proteinproduksjon. Antibiotika virker spesifikt på bakterielle ribosomer; dessverre påvirker det også ribosomene i mitokondrier, avslutter en studie fra 2012 av Dr. Alison E. Barnhill og kollegaer ved Iowa State University College of Veterinary Medicine og publisert i tidsskriftet "Antimicrobial Agents and Chemotherapy."

På grunn av slående likheter mellom kloroplaster, mitokondrier og bakterier, begynte forskere å se på forholdet til hverandre. Biologen Lynn Margulis utviklet den endosymbiotiske teorien i 1967 og forklarte opprinnelsen til mitokondrier og kloroplaster i eukaryote celler. Dr. Margulis teoretiserte at både mitokondrier og kloroplaster stammer fra den prokaryote verdenen. Mitokondrier og kloroplaster var faktisk selve prokaryoter, enkle bakterier som dannet et forhold til vertsceller. Disse vertscellene var prokaryoter som ikke klarte å leve i oksygenrike miljøer og oppslukte disse mitokondrielle forløperne. Disse vertsorganismene ga mat til innbyggerne i bytte for å kunne overleve i et giftig oksygenholdig miljø. Kloroplaster fra planteceller kan ha kommet fra organismer som ligner cyanobakteriene. Kloroplastforløperen kom til å leve symbiotisk med planteceller fordi disse bakteriene ville gi vertene mat i form av glukose mens vertscellene vil tilby et trygt sted å bo.