Vilka funktioner delar mitokondrier och bakterier?

För ungefär 1,5 miljarder år sedan bosatte sig primitiva bakterier i större celler, vilket resulterade i ett intimt förhållande som skulle forma utvecklingen av mer komplexa, flercelliga varelser. Den större cellen var eukaryot, vilket innebär att den innehöll organeller - strukturer omgivna av membran, men den prokaryota bakteriecellen hade inget sådant arrangemang. De större cellerna fruktade syre, ett gift för deras existens, men de mindre cellerna använde syret för att skapa energi i form av molekylen adenosintrifosfat, eller ATP. Den eukaryota cellen omslog bakterierna på rovligt sätt, men på något sätt smälte rovdjuret inte bytet. Rovdjur och byte blev ömsesidigt beroende. Tidigare Boston University-biolog Lynn Margulis citerade detta endosymbiotiska scenario i sin teori om ursprunget av mitokondrier, cellernas energifabriker och anledningen till deras många likheter med bakterier celler.

Baserat på utseende ensamt kan forskare dra ett förhållande mellan mitokondrier och bakterier. Mitokondrier har fylliga, geléböna-liknande former, som liknar de stavformade bacillibakterierna. Den genomsnittliga basillen ligger mellan 1 och 10 mikrometer i längd, och mitokondrierna hos både växt- och djurceller mäter i samma intervall. Dessa ytliga observationer utgör en rad bevis som stöder teorin att primitiva eukaryota celler hade uppslukat bakterieceller och bildat ömsesidigt fördelaktiga förhållanden.

Bakterier reproducerar i en process som kallas fission; när en bakterie når en förutbestämd storlek klämmer den sig i mitten och skapar två organismer. I eukaryota celler replikerar mitokondrier sig i en liknande process. Cellens kommandocenter, eller kärnan, signalerar att cellen producerar organeller, vanligtvis före en celldelande händelse; emellertid replikerar endast mitokondrier - och växternas kloroplaster - sig själva. Medan andra organeller kan tillverkas av ämnen i cellen, måste mitokondrier och kloroplaster dela sig för att öka antalet. När energiförsörjningen i form av ATP blir utarmad, delas mitokondrier för att göra mer mitokondrier för energiproduktion.

Mitokondrier har inre och yttre membran, med det inre membranet som består av veck som kallas cristae. Bakteriella cellmembran har veck som kallas mesosomer som liknar cristae. Energiproduktion sker vid dessa veck. Det inre mitokondriella membranet innehåller samma typer av proteiner och fettsubstanser som det bakteriella plasmamembranet. Det yttre mitokondriella membranet och cellväggen hos bakterier innehåller också liknande strukturer. Ämnen flyter ganska fritt in och ut ur mitokondriernas yttre membran och bakteriernas ytterväggar; emellertid begränsar både mitokondriella inre membran och plasmamembran hos bakterier passage av många ämnen.

Både prokaryota och eukaryota celler använder DNA för att bära koden för att göra proteiner. Medan eukaryota celler bär dubbelsträngat DNA i form av en tvinnad stege som kallas en helix, har bakterieceller sitt DNA i cirkulära öglor som kallas plasmider. Mitokondrier bär också sitt eget DNA för att göra sina egna proteiner, oberoende av resten av cellen; Liksom bakterier införlivar mitokondrier också deras DNA i öglor. En genomsnittlig mitokondrion innehåller mellan två och tio av dessa plasmider. Dessa strukturer innehåller nödvändig information för att köra alla processer, inklusive replikering, inom mitokondrier eller bakterier.

Proteiner utför alla funktioner i celler, och tillverkningen av proteiner, eller proteinsyntes, utgör en av de viktigaste funktionerna i cellen. All proteinsyntes sker enbart inom sfäriska strukturer som kallas ribosomer, som är utspridda i cellen. Mitokondrier bär sina egna ribosomer för att göra de proteiner de behöver. Mikroskopiska och kemiska analyser avslöjar att strukturen hos mitokondriella ribosomer verkar mer lik bakteriella ribosomer än ribosomer i eukaryota celler. Dessutom påverkar vissa antibiotika, även om de är oskadliga för eukaryota celler, proteinsyntesen i både mitokondrier och bakterier, vilket indikerar att mekanismen för proteinsyntes i mitokondrier liknar den hos bakterier snarare än eukaryota celler.