Hur liknar mitokondrier och kloroplaster bakterier?

För nästan fyra miljarder år sedan uppträdde de första livsformerna på jorden, och dessa var de tidigaste bakterierna. Dessa bakterier utvecklades över tiden och förgrenade sig så småningom till de många livsformer som ses idag. Bakterier tillhör den grupp av organismer som kallas prokaryoter, encelliga enheter som inte innehåller interna strukturer bundna med membran. Den andra klassen av organismer är eukaryoter som har membranbundna kärnor och andra strukturer. Mitokondrier, som ger energi till cellen, är en av dessa membranbundna strukturer som kallas organeller. Kloroplaster är organeller i växtceller som kan göra mat. Dessa två organeller har mycket gemensamt med bakterier och kan faktiskt ha utvecklats direkt från dem.

Bakterier bär sitt DNA, molekylen som innehåller gener, i cirkulära komponenter som kallas plasmider. Mitokondrier och kloroplaster har sitt eget DNA som bärs i plasmidliknande strukturer. Dessutom fäster inte DNA från mitokondrier och kloroplaster, liksom bakterier, skyddande strukturer som kallas histoner som binder DNA. Dessa organeller gör sitt eget DNA och syntetiserar sina egna proteiner oberoende av resten av cellen.

Bakterier gör proteiner i strukturer som kallas ribosomer. Proteintillverkningsprocessen börjar med samma aminosyra, en av 20 underenheter som utgör proteiner. Denna utgångsaminosyra är N-formylmetionin i bakterier såväl som mitokondrier och kloroplaster. N-formylmetionin är en annan form av aminosyran metionin; proteinerna som tillverkas i resten av cellens ribosomer har en annan startsignal - vanlig metionin. Dessutom är kloroplastribosomer mycket lik bakteriella ribosomer och skiljer sig från cellens ribosomer.

Mitokondrier och kloroplaster gör mer av sig själva på ungefär samma sätt som bakterier reproducerar. Om mitokondrier och kloroplaster avlägsnas från en cell kan cellen inte göra fler av dessa organeller för att ersätta de som togs bort. Det enda sättet som dessa organeller kan replikeras är med samma metod som används av bakterier: binär fission. Liksom bakterier växer mitokondrier och kloroplaster i storlek, duplicerar deras DNA och andra strukturer och delar sig sedan i två identiska organeller.

Mitokondriell och kloroplastfunktion verkar äventyras av samma antibiotikas verkan som orsakar bakterieproblem. Antibiotika som streptomycin, kloramfenikol och neomycin dödar bakterier, men de orsakar också skador på mitokondrier och kloroplaster. Till exempel verkar kloramfenikol på ribosomer, strukturerna i celler som är platserna för proteinproduktion. Antibiotikumet verkar specifikt på bakteriella ribosomer; tyvärr påverkar det också ribosomer i mitokondrier, avslutar en studie från 2012 av Dr. Alison E. Barnhill och kollegor vid Iowa State University College of Veterinary Medicine och publicerade i tidskriften "Antimikrobiella medel och kemoterapi."

På grund av slående likheter mellan kloroplaster, mitokondrier och bakterier började forskare undersöka deras förhållande till varandra. Biologen Lynn Margulis utvecklade den endosymbiotiska teorin 1967 och förklarade ursprunget till mitokondrier och kloroplaster i eukaryota celler. Dr Margulis teoretiserade att både mitokondrier och kloroplaster har sitt ursprung i den prokaryota världen. Mitokondrier och kloroplaster var faktiskt själva prokaryoter, enkla bakterier som bildade ett förhållande med värdceller. Dessa värdceller var prokaryoter som inte kunde leva i syrerika miljöer och uppslukade dessa mitokondriella föregångare. Dessa värdorganismer gav mat till sina invånare i utbyte mot att kunna överleva i en giftig syreinnehållande miljö. Kloroplaster från växtceller kan ha kommit från organismer som liknar cyanobakterierna. Kloroplastprekursorn levde symbiotiskt med växtceller eftersom dessa bakterier skulle göra det förse sina värdar med mat i form av glukos medan värdcellerna skulle erbjuda en säker plats att leva.