Como as mitocôndrias e os cloroplastos se parecem com as bactérias?

Quase quatro bilhões de anos atrás, as primeiras formas de vida surgiram na Terra, e essas foram as primeiras bactérias. Essas bactérias evoluíram com o tempo e, eventualmente, ramificaram-se nas muitas formas de vida vistas hoje. As bactérias pertencem ao grupo de organismos chamados procariontes, entidades unicelulares que não contêm estruturas internas ligadas por membranas. A outra classe de organismos são os eucariotos que possuem núcleos ligados à membrana e outras estruturas. As mitocôndrias, que fornecem energia para a célula, são uma dessas estruturas ligadas à membrana chamadas organelas. Os cloroplastos são organelas nas células vegetais que podem produzir alimentos. Essas duas organelas têm muito em comum com as bactérias e podem, na verdade, ter evoluído diretamente delas.

As bactérias carregam seu DNA, a molécula que contém os genes, em componentes circulares chamados plasmídeos. Mitocôndrias e cloroplastos têm seu próprio DNA carregado em estruturas semelhantes a plasmídeos. Além disso, o DNA das mitocôndrias e dos cloroplastos, como o das bactérias, não se liga a estruturas protetoras chamadas histonas, que se ligam ao DNA. Essas organelas produzem seu próprio DNA e sintetizam suas próprias proteínas, independentemente do resto da célula.

As bactérias produzem proteínas em estruturas chamadas ribossomos. O processo de fabricação de proteínas começa com o mesmo aminoácido, uma das 20 subunidades que compõem as proteínas. Este aminoácido inicial é a N-formilmetionina nas bactérias, bem como nas mitocôndrias e nos cloroplastos. A N-formilmetionina é uma forma diferente do aminoácido metionina; as proteínas feitas no resto dos ribossomos da célula têm um sinal de início diferente - metionina pura. Além disso, os ribossomos do cloroplasto são muito semelhantes aos ribossomos bacterianos e diferem dos ribossomos das células.

Mitocôndrias e cloroplastos fazem mais de si mesmos da mesma maneira que bactérias se reproduzem. Se mitocôndrias e cloroplastos são removidos de uma célula, a célula não pode fazer mais nenhuma dessas organelas para substituir as que foram removidas. A única maneira dessas organelas podem ser replicadas é através do mesmo método usado pelas bactérias: a fissão binária. Como as bactérias, as mitocôndrias e os cloroplastos aumentam de tamanho, duplicam seu DNA e outras estruturas e, a seguir, se dividem em duas organelas idênticas.

A função mitocondrial e do cloroplasto parece estar comprometida pela ação dos mesmos antibióticos que causam problemas às bactérias. Antibióticos como estreptomicina, cloranfenicol e neomicina matam bactérias, mas também causam danos às mitocôndrias e aos cloroplastos. Por exemplo, o cloranfenicol atua nos ribossomos, as estruturas das células que são os locais de produção de proteínas. O antibiótico atua especificamente nos ribossomos bacterianos; infelizmente, também afeta os ribossomos nas mitocôndrias, conclui um estudo de 2012 da Dra. Alison E. Barnhill e colegas da Faculdade de Medicina Veterinária da Universidade Estadual de Iowa publicaram na revista "Antimicrobial Agents and Chemotherapy".

Por causa das semelhanças impressionantes entre cloroplastos, mitocôndrias e bactérias, os cientistas começaram a investigar suas relações uns com os outros. A bióloga Lynn Margulis desenvolveu a teoria endossimbiótica em 1967, explicando a origem das mitocôndrias e cloroplastos nas células eucarióticas. O Dr. Margulis teorizou que tanto as mitocôndrias quanto os cloroplastos se originaram no mundo procariótico. As mitocôndrias e os cloroplastos eram na verdade procariontes, bactérias simples que se relacionavam com as células hospedeiras. Essas células hospedeiras eram procariontes incapazes de viver em ambientes ricos em oxigênio e engolfaram esses precursores mitocondriais. Esses organismos hospedeiros forneciam alimento aos seus habitantes em troca de serem capazes de sobreviver em um ambiente contendo oxigênio venenoso. Os cloroplastos de células vegetais podem ter vindo de organismos semelhantes às cianobactérias. O precursor do cloroplasto passou a viver simbioticamente com células vegetais porque essas bactérias iriam fornecer a seus hospedeiros alimentos na forma de glicose, enquanto as células hospedeiras ofereceriam um lugar seguro para viver.