Биологи делят все живое на Земле на три области: бактерии, археи и эукарии. И бактерии, и археи состоят из отдельных клеток, не имеющих ядра и внутренних мембраносвязанных органелл. Эукарии - это все организмы, клетки которых содержат ядро и другие внутренние мембраносвязанные органеллы. Эукариоты также известны наличием специальной органеллы, называемой митохондриями. Митохондрии - настолько общая черта большинства эукариот, что многие люди упускают из виду те немногие эукариоты, у которых отсутствуют митохондрии.
Отдельная эукариотическая клетка состоит из гелеобразной водной цитоплазмы, в которой глобулярная ядерная мембрана удерживает ДНК, а связанные с мембраной компартменты разделяют другие рабочие области клетки. Почти все эукариоты содержат органеллу, называемую митохондрией. Митохондрии содержат собственную ДНК и используют свой собственный механизм синтеза белка - полностью независимый от механизмов остальной части клетки. Принято считать, что бактерия вторглась в архей много сотен миллионов лет назад. Отношения переросли в симбиотические. Бактерии теперь известны как митохондрии, и их комбинация превратилась в большинство известных эукариотических организмов.
Митохондрии являются основными участками генерации энергии в большинстве эукариотических клеток. Они имеют решающее значение для процесса, называемого аэробным клеточным дыханием. Клеточное дыхание - это процесс, в котором клетки расщепляют органические молекулы и накапливают энергию, которую они извлекают, в молекулах, называемых аденозинтрифосфатом или АТФ. Это можно сделать без кислорода, и в этом случае это называется анаэробным дыханием. Но если присутствует кислород, большинство эукариотических клеток и некоторые прокариотические клетки могут генерировать гораздо больше молекул АТФ, используя процесс аэробного клеточного дыхания. У эукариот этот процесс происходит в митохондриях. У аэробных прокариот этот процесс происходит на клеточной мембране.
Многие эукариотические клетки получают большую часть своей энергии из глюкозы. Первый шаг - разделить глюкозу на две равные части. Этот этап называется гликолизом. Происходит гликолиз в цитоплазме и генерирует немного энергии для клетки. Следующий шаг в производстве энергии зависит от конкретного типа клетки и мгновенной среды внутри клетки. Если уровень кислорода низкий, эукариотические клетки могут вернуться к анаэробному клеточному дыханию, в частности, к процессу. называется ферментацией, которая использует продукты гликолиза для выработки немного большей энергии и оставляет соединение, называемое молочнокислым кислота. Мышечные клетки человека делают это, когда потребность мышц в энергии превышает скорость поступления кислорода. Когда присутствует достаточный уровень кислорода, люди и другие эукариотические организмы используют преимущества большего количества кислорода. количество энергии, которое они могут получить от использования продуктов гликолиза для завершения аэробного дыхания в митохондрии.
Эукариоты, которые используют кислород для оптимизации производства энергии, не смогут выжить, если их митохондрии будут удалены. Но есть эукариоты, у которых нет митохондрий, и они называются амитохондриальными эукариотами. Поскольку у них нет митохондрий для полного аэробного дыхания, все амитохондриальные эукариоты анаэробны. Кишечный паразит Giardia lamblia, например, анаэробен и не имеет митохондрий. Некоторые другие амитохондриаты - это Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum и Entamoeba histolytica. Возникает вопрос о происхождении этих организмов: потеряли ли они митохондрии, которые они когда-то были или являются потомками самых ранних эукариот, существовавших до слияния с митохондрии? Были предложены различные филогенетические отношения между амитохондриатами и другими эукариотами, но в настоящее время нет единого общепринятого объяснения.