Aké funkcie zdieľajú mitochondrie a baktérie?

Asi pred 1,5 miliardami rokov sa primitívne baktérie usídlili vo väčších bunkách, čo malo za následok intímny vzťah, ktorý by formoval vývoj zložitejších mnohobunkových bytostí. Väčšia bunka bola eukaryotická, čo znamená, že obsahovala organely - štruktúry obklopené membránami, ale prokaryotická bakteriálna bunka také usporiadanie nemala. Väčšie bunky sa obávali kyslíka, jedu pre svoju existenciu, ale menšie bunky využívali kyslík na výrobu energie vo forme molekuly adenozíntrifosfátu alebo ATP. Eukaryotická bunka obalila baktérie dravým spôsobom, ale dravec korisť akosi nestrávil. Predátor a korisť sa stali vzájomne závislými. Bývalá biológka z Bostonskej univerzity Lynn Margulisová uviedla vo svojej teórii pôvodu tento endosymbiotický scenár mitochondrií, energetické továrne buniek a dôvod ich početných podobností s bakteriálnymi bunky.

Len na základe vzhľadu môžu vedci nakresliť vzťah medzi mitochondriami a baktériami. Mitochondrie majú kypré tvary podobné rôsolu, podobné tyčinkovým baktériám bacilov. Priemerný bacil má dĺžku medzi 1 a 10 mikrónmi a mitochondrie rastlinných aj živočíšnych buniek sa merajú v rovnakom rozmedzí. Tieto povrchové pozorovania tvoria jeden rad dôkazov podporujúcich teóriu, že primitívne eukaryotické bunky pohltili bakteriálne bunky a vytvorili vzájomne výhodné vzťahy.

Baktérie sa množia v procese zvanom štiepenie; keď baktéria dosiahne vopred určenú veľkosť, zovrie sa uprostred a vytvorí dva organizmy. V eukaryotických bunkách sa mitochondrie replikujú podobným spôsobom. Veliace centrum alebo jadro bunky signalizuje bunke produkciu organel, zvyčajne pred udalosťou rozdeľujúcou bunky; replikujú sa však iba mitochondrie - a chloroplasty rastlín. Zatiaľ čo iné organely je možné vyrobiť z látok v bunke, mitochondrie a chloroplasty sa musia rozdeliť, aby sa zvýšil ich počet. Keď sa vyčerpá dodávka energie vo forme ATP, mitochondrie sa rozdelia a vytvoria viac mitochondrií na výrobu energie.

Mitochondrie majú vnútornú a vonkajšiu membránu, pričom vnútornú membránu tvoria záhyby nazývané cristae. Bakteriálne bunkové membrány majú záhyby nazývané mezozómy, ktoré sa podobajú na cristae. Výroba energie prebieha v týchto záhyboch. Vnútorná mitochondriálna membrána obsahuje rovnaké typy bielkovín a tukových látok ako bakteriálna plazmatická membrána. Podobná štruktúra obsahuje aj vonkajšiu mitochondriálnu membránu a bunkovú stenu baktérií. Látky prúdia pomerne voľne dovnútra a von z vonkajších membrán mitochondrií a vonkajších bunkových stien baktérií; mitochondriálne vnútorné membrány a plazmatické membrány baktérií však obmedzujú prechod mnohých látok.

Prokaryotické aj eukaryotické bunky používajú DNA na prenášanie kódu na výrobu proteínov. Zatiaľ čo eukaryotické bunky nesú dvojvláknovú DNA vo forme skrúteného rebríka nazývaného špirála, bakteriálne bunky majú svoju DNA v kruhových slučkách nazývaných plazmidy. Mitochondrie tiež nesú svoju vlastnú DNA na výrobu svojich vlastných proteínov, nezávisle od zvyšku bunky; podobne ako baktérie, mitochondrie tiež začleňujú svoju DNA do slučiek. Priemerná mitochondria obsahuje medzi dvoma a 10 z týchto plazmidov. Tieto štruktúry obsahujú informácie potrebné na spustenie všetkých procesov v mitochondriách alebo baktériách vrátane replikácie.

Proteíny vykonávajú všetky funkcie v bunkách a výroba bielkovín alebo syntéza proteínov predstavuje jednu z hlavných funkcií bunky. Celá syntéza proteínov sa vyskytuje výhradne vo sférických štruktúrach nazývaných ribozómy, ktoré sú rozptýlené po celej bunke. Mitochondrie nesú svoje vlastné ribozómy na výrobu potrebných proteínov. Mikroskopické a chemické analýzy ukazujú, že štruktúra mitochondriálnych ribozómov sa javí viac podobná bakteriálnym ribozómom ako ribozómom eukaryotických buniek. Určité antibiotiká navyše, aj keď sú neškodné pre eukaryotické bunky, ovplyvňujú syntézu bielkovín v mitochondriách i baktérie, čo naznačuje, že mechanizmus syntézy bielkovín v mitochondriách je skôr podobný ako v prípade baktérií eukaryotické bunky.