Ako sa mitochondrie a chloroplasty podobajú baktériám?

Pred takmer štyrmi miliardami rokov sa na Zemi objavili prvé formy života, a to boli najskoršie baktérie. Tieto baktérie sa vyvinuli v priebehu času a nakoniec sa rozvetvili do mnohých foriem života, ktoré sa dnes vyskytujú. Baktérie patria do skupiny organizmov nazývaných prokaryoty, jednobunkové entity, ktoré neobsahujú vnútorné štruktúry spojené s membránami. Druhou triedou organizmov sú eukaryoty, ktoré majú jadrá viazané na membránu a iné štruktúry. Mitochondrie, ktoré poskytujú bunke energiu, sú jednou z týchto štruktúr viazaných na membránu, ktoré sa nazývajú organely. Chloroplasty sú organely v rastlinných bunkách, ktoré môžu vytvárať potravu. Tieto dve organely majú veľa spoločného s baktériami a mohli sa skutočne vyvinúť priamo z nich.

Baktérie nesú svoju DNA, molekulu, ktorá obsahuje gény, v kruhových zložkách nazývaných plazmidy. Mitochondrie a chloroplasty majú vlastnú DNA prenášanú v plazmidových štruktúrach. Okrem toho sa DNA mitochondrií a chloroplastov, podobne ako baktérie, nepripojí k ochranným štruktúram nazývaným históny, ktoré sa na DNA viažu. Tieto organely vytvárajú svoju vlastnú DNA a syntetizujú svoje vlastné proteíny nezávisle od zvyšku bunky.

Baktérie vytvárajú proteíny v štruktúrach nazývaných ribozómy. Proces výroby bielkovín sa začína rovnakou aminokyselinou, jednou z 20 podjednotiek, z ktorej sa skladajú bielkoviny. Touto východiskovou aminokyselinou je N-formylmetionín v baktériách, ako aj v mitochondriách a chloroplastoch. N-formylmetionín je iná forma aminokyseliny metionín; proteíny vyrobené vo zvyšku ribozómov bunky majú iný štartovací signál - obyčajný metionín. Okrem toho sú chloroplastové ribozómy veľmi podobné bakteriálnym ribozómom a líšia sa od ribozómov bunky.

Mitochondrie a chloroplasty tvoria viac samých seba rovnakým spôsobom ako množia sa baktérie. Ak sa mitochondrie a chloroplasty odstránia z bunky, bunka nemôže vytvárať ďalšie z týchto organel, ktoré by nahradili tie, ktoré boli odstránené. Jediným spôsobom, ako je možné tieto organely replikovať, je rovnaká metóda, akú používajú baktérie: binárne štiepenie. Rovnako ako baktérie, aj mitochondrie a chloroplasty rastú čo do veľkosti, duplikujú svoju DNA a ďalšie štruktúry a potom sa delia na dve identické organely.

Zdá sa, že funkcia mitochondrií a chloroplastov je narušená pôsobením rovnakých antibiotík, ktoré spôsobujú problémy baktériám. Antibiotiká ako streptomycín, chloramfenikol a neomycín ničia baktérie, ale tiež spôsobujú poškodenie mitochondrií a chloroplastov. Napríklad chloramfenikol pôsobí na ribozómy, štruktúry v bunkách, ktoré sú miestami produkcie proteínov. Antibiotikum špecificky pôsobí na bakteriálne ribozómy; nanešťastie ovplyvňuje aj ribozómy v mitochondriách, uzatvára štúdia Dr. Alison E. z roku 2012. Barnhill a kolegovia z Iowa State University College of Veterinary Medicine a publikované v časopise „Antimicrobial Agents and Chemotherapy“.

Kvôli pozoruhodnej podobnosti medzi chloroplastmi, mitochondriami a baktériami začali vedci skúmať ich vzájomné vzťahy. Biológ Lynn Margulis vyvinul endosymbiotickú teóriu v roku 1967 a vysvetlil pôvod mitochondrií a chloroplastov v eukaryotických bunkách. Doktor Margulis predpokladal, že mitochondrie aj chloroplasty pochádzajú z prokaryotického sveta. Mitochondrie a chloroplasty boli vlastne samotné prokaryoty, jednoduché baktérie, ktoré vytvorili vzťah s hostiteľskými bunkami. Tieto hostiteľské bunky boli prokaryoty, ktoré neboli schopné žiť v prostredí bohatom na kyslík a pohltili tieto mitochondriálne prekurzory. Tieto hostiteľské organizmy poskytovali svojim obyvateľom potravu výmenou za to, že boli schopní prežiť v jedovatom prostredí obsahujúcom kyslík. Chloroplasty z rastlinných buniek mohli pochádzať z organizmov podobných cyanobaktériám. Prekurzor chloroplastov žil symbioticky s rastlinnými bunkami, pretože tieto baktérie áno poskytnúť hostiteľom jedlo vo forme glukózy, zatiaľ čo hostiteľské bunky by im poskytli bezpečné miesto žiť.