Cum seamănă mitocondriile și cloroplastele cu bacteriile?

Cu aproape patru miliarde de ani în urmă, primele forme de viață au apărut pe Pământ și acestea au fost cele mai vechi bacterii. Aceste bacterii au evoluat în timp și în cele din urmă s-au ramificat în numeroasele forme de viață văzute astăzi. Bacteriile aparțin grupului de organisme numite procariote, entități unicelulare care nu conțin structuri interne legate de membrane. Cealaltă clasă de organisme este eucariotele care au nuclei legați de membrană și alte structuri. Mitocondriile, care furnizează energie celulei, sunt una dintre aceste structuri legate de membrană numite organite. Cloroplastele sunt organite din celulele vegetale care pot produce alimente. Aceste două organite au multe în comun cu bacteriile și este posibil să fi evoluat direct din ele.

Bacteriile își poartă ADN-ul, molecula care conține gene, în componente circulare numite plasmide. Mitocondriile și cloroplastele au propriul ADN transportat în structuri asemănătoare plasmidelor. În plus, ADN-ul mitocondriilor și al cloroplastelor, ca și cel al bacteriilor, nu se atașează la structurile de protecție numite histone care leagă ADN-ul. Aceste organite își fac propriul ADN și își sintetizează propriile proteine ​​independent de restul celulei.

Bacteriile produc proteine ​​în structuri numite ribozomi. Procesul de fabricare a proteinelor începe cu același aminoacid, una dintre cele 20 de subunități care alcătuiesc proteinele. Acest aminoacid inițial este N-formilmetionina la bacterii, precum și la mitocondrii și cloroplaste. N-formilmetionina este o formă diferită a aminoacidului metionină; proteinele produse în restul ribozomilor celulei au un semnal de start diferit - metionină simplă. În plus, ribozomii cloroplastici sunt foarte asemănători cu ribozomii bacterieni și diferă de ribozomii celulelor.

Mitocondriile și cloroplastele se fac mai mult din ele în același mod ca și bacteriile se reproduc. Dacă mitocondriile și cloroplastele sunt îndepărtate dintr-o celulă, celula nu mai poate face mai multe dintre aceste organite pentru a le înlocui pe cele care au fost îndepărtate. Singurul mod în care aceste organite pot fi reproduse este prin aceeași metodă utilizată de bacterii: fisiunea binară. La fel ca bacteriile, mitocondriile și cloroplastele cresc în dimensiune, își duplică ADN-ul și alte structuri și apoi se împart în două organite identice.

Funcția mitocondrială și cloroplastică par a fi compromise de acțiunea acelorași antibiotice care cauzează probleme bacteriilor. Antibioticele, cum ar fi streptomicina, cloramfenicolul și neomicina, ucid bacteriile, dar provoacă, de asemenea, daune mitocondriilor și cloroplastelor. De exemplu, cloramfenicolul acționează asupra ribozomilor, structurile din celule care sunt locurile de producție a proteinelor. Antibioticul acționează în mod specific asupra ribozomilor bacterieni; din păcate, afectează și ribozomii din mitocondrii, concluzionează un studiu din 2012 realizat de Dr. Alison E. Barnhill și colegii de la Colegiul de Medicină Veterinară din Universitatea de Stat din Iowa și au publicat în revista „Agenți antimicrobieni și chimioterapie”.

Din cauza asemănărilor izbitoare dintre cloroplaste, mitocondrii și bacterii, oamenii de știință au început să analizeze relația lor între ei. Biologul Lynn Margulis a dezvoltat teoria endosimbiotică în 1967, explicând originea mitocondriilor și a cloroplastelor din celulele eucariote. Dr. Margulis a teoretizat că atât mitocondriile, cât și cloroplastele provin din lumea procariotă. Mitocondriile și cloroplastele au fost de fapt procariote, bacterii simple care au format o relație cu celulele gazdă. Aceste celule gazdă au fost procariote care nu au putut să trăiască în medii bogate în oxigen și au înghițit acești precursori mitocondriali. Aceste organisme gazdă au furnizat hrană locuitorilor lor în schimbul faptului că pot supraviețui într-un mediu otrăvitor care conține oxigen. Cloroplastele din celulele vegetale pot proveni din organisme similare cu cianobacteriile. Precursorul cloroplastului a ajuns să trăiască simbiotic cu celulele vegetale, deoarece aceste bacterii ar fi furnizați gazdelor lor hrană sub formă de glucoză, în timp ce celulele gazdă ar oferi un loc sigur pentru Trăi.