Jakie cechy mają mitochondria i bakterie?

Około 1,5 miliarda lat temu prymitywne bakterie zadomowiły się w większych komórkach, co zaowocowało bliskim związkiem, który ukształtowałby ewolucję bardziej złożonych, wielokomórkowych istot. Większa komórka była eukariotyczna, co oznacza, że ​​zawierała organelle – struktury otoczone błonami, ale prokariotyczna komórka bakteryjna nie miała takiego układu. Większe komórki obawiały się tlenu, trucizny dla ich istnienia, ale mniejsze komórki wykorzystywały tlen do wytwarzania energii w postaci cząsteczki adenozynotrójfosforanu lub ATP. Komórka eukariotyczna otoczyła bakterie w sposób drapieżny, ale jakoś drapieżnik nie strawił ofiary. Drapieżnik i ofiara stały się od siebie zależne. Była biolog z Boston University Lynn Margulis przytoczyła ten endosymbiotyczny scenariusz w swojej teorii pochodzenia mitochondriów, fabryk energii komórek, i przyczyna ich licznych podobieństw do bakterii komórki.

Na podstawie samego wyglądu naukowcy mogą narysować związek między mitochondriami a bakteriami. Mitochondria mają pulchne, przypominające żelki kształty, podobne do pałeczek w kształcie pręcików. Średnia długość Bacillus wynosi od 1 do 10 mikronów, a mitochondria komórek roślinnych i zwierzęcych mierzą w tym samym zakresie. Te powierzchowne obserwacje stanowią jeden z dowodów wspierających teorię, że prymitywne komórki eukariotyczne pochłonęły komórki bakteryjne, tworząc wzajemnie korzystne relacje.

Bakterie rozmnażają się w procesie zwanym rozszczepieniem; gdy bakteria osiąga z góry określony rozmiar, zaciska się w środku, tworząc dwa organizmy. W komórkach eukariotycznych mitochondria replikują się w podobnym procesie. Centrum dowodzenia komórki lub jądro sygnalizuje komórce wytwarzanie organelli, zwykle przed zdarzeniem podziału komórki; jednak tylko mitochondria – i chloroplasty roślin – replikują się. Podczas gdy inne organelle mogą powstawać z substancji w komórce, mitochondria i chloroplasty muszą się dzielić, aby zwiększyć ich liczbę. Kiedy zapas energii w postaci ATP zostaje wyczerpany, mitochondria dzielą się, aby wytwarzać więcej mitochondriów do produkcji energii.

Mitochondria posiadają błonę wewnętrzną i zewnętrzną, przy czym błona wewnętrzna składa się z fałd zwanych cristae. Błony komórek bakteryjnych mają fałdy zwane mezosomami, które przypominają grzebienie. W tych fałdach odbywa się produkcja energii. Wewnętrzna błona mitochondrialna zawiera te same rodzaje białek i substancji tłuszczowych, co błona komórkowa bakterii. Zewnętrzna błona mitochondrialna i ściana komórkowa bakterii również zawierają podobne struktury. Substancje przepływają dość swobodnie do iz zewnętrznych błon mitochondriów i zewnętrznych ścian komórkowych bakterii; jednak zarówno błony wewnętrzne mitochondriów, jak i błony plazmatyczne bakterii ograniczają przechodzenie wielu substancji.

Zarówno komórki prokariotyczne, jak i eukariotyczne wykorzystują DNA do przenoszenia kodu do tworzenia białek. Podczas gdy komórki eukariotyczne niosą dwuniciowe DNA w postaci skręconej drabinki zwanej helisą, komórki bakteryjne mają swoje DNA w okrągłych pętlach zwanych plazmidami. Mitochondria mają również własne DNA, aby tworzyć własne białka, niezależne od reszty komórki; podobnie jak bakterie, mitochondria również włączają swoje DNA w pętle. Przeciętne mitochondrium zawiera od dwóch do 10 takich plazmidów. Struktury te zawierają informacje niezbędne do uruchomienia wszystkich procesów, w tym replikacji, w mitochondriach lub bakteriach.

Białka pełnią wszystkie funkcje w komórkach, a produkcja białek lub synteza białek stanowi jedną z głównych funkcji komórki. Cała synteza białek zachodzi wyłącznie w kulistych strukturach zwanych rybosomami, które są rozproszone po całej komórce. Mitochondria posiadają własne rybosomy, które wytwarzają potrzebne im białka. Analizy mikroskopowe i chemiczne ujawniają, że struktura rybosomów mitochondrialnych wydaje się bardziej podobna do rybosomów bakteryjnych niż do rybosomów komórek eukariotycznych. Ponadto niektóre antybiotyki, choć nieszkodliwe dla komórek eukariotycznych, wpływają na syntezę białek zarówno w mitochondriach, jak i bakterie, co wskazuje, że mechanizm syntezy białek w mitochondriach jest raczej podobny do mechanizmu bakteryjnego niż komórki eukariotyczne.