Які особливості поділяють мітохондрії та бактерії?

Близько 1,5 мільярда років тому примітивні бактерії оселилися всередині більших клітин, що призвело до близьких стосунків, які формували еволюцію більш складних, багатоклітинних істот. Більша клітина була еукаріотичною, тобто вона містила органели - структури, оточені мембранами, але прокаріотична бактеріальна клітина не мала такого розташування. Більші клітини боялися кисню, отрути для свого існування, але менші клітини використовували кисень для отримання енергії у вигляді молекули аденозинтрифосфату або АТФ. Еукаріотична клітина обволікала бактерії хижацьким способом, але якось хижак не перетравлював здобич. Хижак і здобич стали взаємозалежними. Колишній біолог Бостонського університету Лінн Маргуліс цитувала цей ендосимбіотичний сценарій у своїй теорії походження мітохондрій, енергетичних фабрик клітин і причина їх численних подібностей з бактеріальними клітин.

На основі лише зовнішнього вигляду вчені можуть встановити взаємозв'язок між мітохондріями та бактеріями. Мітохондрії мають пухкі, желеподібні форми, схожі на паличкоподібні палички. Довжина середньої палички коливається від 1 до 10 мкм, а мітохондрії як рослинних, так і тваринних клітин вимірюються в однакових межах. Ці поверхневі спостереження становлять один рядок доказів, що підтверджують теорію про те, що примітивні еукаріотичні клітини поглинули бактеріальні клітини, утворюючи взаємовигідні відносини.

Розмножуються бактерії в процесі, який називається діленням; коли бактерія досягає заздалегідь визначених розмірів, вона прищипується в середині, створюючи два організми. В еукаріотичних клітинах мітохондрії розмножуються в подібному процесі. Командний центр клітини, або ядро, сигналізує клітині виробляти органели, як правило, до поділи клітини; однак лише мітохондрії - і хлоропласти рослин - розмножуються. Хоча інші органели можуть бути отримані з речовин, що знаходяться всередині клітини, мітохондрії та хлоропласти повинні ділитися, щоб збільшити їх кількість. Коли енергопостачання у формі АТФ виснажується, мітохондрії діляться, створюючи більше мітохондрій для виробництва енергії.

Мітохондрії мають внутрішню і зовнішню мембрани, внутрішня мембрана складається з складок, які називаються кристами. Мембрани бактеріальних клітин мають складки, звані мезосомами, які нагадують кристи. Виробництво енергії відбувається в цих складках. Внутрішня мітохондріальна мембрана містить ті самі типи білків і жирових речовин, що і бактеріальна плазматична мембрана. Зовнішня мітохондріальна мембрана і клітинна стінка бактерій також містять подібні структури. Речовини досить вільно надходять і виходять із зовнішніх мембран мітохондрій та зовнішніх клітинних стінок бактерій; однак як внутрішні мембрани мітохондрій, так і плазматичні мембрани бактерій обмежують проходження багатьох речовин.

Як прокаріотичні, так і еукаріотичні клітини використовують ДНК для перенесення коду для утворення білків. У той час як еукаріотичні клітини несуть дволанцюжкову ДНК у вигляді витої драбини, званої спіраллю, бактеріальні клітини мають свою ДНК у кругових петлях, званих плазмідами. Мітохондрії також несуть власну ДНК, щоб виробляти власні білки, незалежно від решти клітини; як і бактерії, мітохондрії також включають свою ДНК у петлі. Середня мітохондрія містить від двох до 10 цих плазмід. Ці структури містять необхідну інформацію для запуску всіх процесів, включаючи реплікацію, в мітохондріях або бактеріях.

Білки виконують усі функції в клітинах, і виробництво білків, або синтез білка, є однією з основних функцій клітини. Весь синтез білка відбувається виключно в сферичних структурах, званих рибосомами, які розпорошені по клітині. Мітохондрії несуть власні рибосоми, щоб виробляти необхідні їм білки. Мікроскопічний та хімічний аналізи виявляють, що структура мітохондріальних рибосом здається більш схожою на бактеріальні рибосоми, ніж на рибосоми еукаріотичних клітин. Крім того, деякі антибіотики, хоча і нешкідливі для еукаріотичних клітин, впливають на синтез білка як в мітохондріях, так і в бактерій, що вказує на те, що механізм синтезу білка в мітохондріях подібний до механізму бактерій, ніж еукаріотичні клітини.