Inhoud
Ongeveer 1,5 miljard jaar geleden woonden primitieve bacteriën in grotere cellen, wat resulteerde in een intieme relatie die de evolutie van complexere, meercellige wezens zou vormen. De grotere cel was eukaryotisch, wat betekent dat het organellen bevatte - structuren omgeven door membranen, maar de prokaryotische bacteriecel had zo'n opstelling niet. De grotere cellen vreesden zuurstof, een gif voor hun bestaan, maar de kleinere cellen gebruikten de zuurstof om energie te maken in de vorm van het molecuul adenosine trifosfaat of ATP. De eukaryotische cel omhulde de bacteriën op een roofzuchtige manier, maar op de een of andere manier verteerde het roofdier de prooi niet. Roofdier en prooi werden wederzijds afhankelijk. Voormalig bioloog Lynn Margulis van de Boston University citeerde dit endosymbiotische scenario in haar theorie over de oorsprong van mitochondriën, de energiefabrieken van cellen en de reden voor hun vele overeenkomsten met bacteriële cellen.
Grootte en vorm
Alleen al op basis van uiterlijk kunnen wetenschappers een verband leggen tussen mitochondriën en bacteriën. Mitochondria hebben dikke, jellybean-achtige vormen, vergelijkbaar met de staafvormige bacillenbacteriën. De gemiddelde bacil varieert tussen 1 en 10 micron lang, en de mitochondria van zowel planten- als dierlijke cellen meten in hetzelfde bereik. Deze oppervlakkige observaties vormen één lijn van bewijs dat de theorie ondersteunt dat primitieve eukaryotische cellen bacteriecellen hadden verzwolgen, waardoor wederzijds voordelige relaties werden gevormd.
Wijze van verdeling
Bacteriën reproduceren zich in een proces dat splijting wordt genoemd; wanneer een bacterie een vooraf bepaalde grootte bereikt, knijpt hij zichzelf in het midden en creëert hij twee organismen. In eukaryotische cellen repliceren mitochondriën zichzelf in een soortgelijk proces. Het commandocentrum of de kern van de cel geeft de cel signalen om organellen te produceren, meestal voorafgaand aan een celdelende gebeurtenis; echter, alleen mitochondria - en de chloroplasten van planten - repliceren zichzelf. Terwijl andere organellen kunnen worden gemaakt van stoffen in de cel, moeten mitochondria en chloroplasten zich delen om hun aantal te vergroten. Wanneer de energievoorziening in de vorm van ATP uitgeput raakt, verdelen mitochondria zich om meer mitochondria te maken voor energieproductie.
Membraan
Mitochondria bezitten binnen- en buitenmembranen, waarbij het binnenmembraan bestaat uit plooien die cristae worden genoemd. Bacteriële celmembranen hebben plooien die mesosomen worden genoemd en die lijken op de cristae. Energieproductie vindt plaats op deze plooien. Het binnenste mitochondriale membraan bevat dezelfde soorten eiwitten en vetachtige stoffen als het bacteriële plasmamembraan. Het buitenste mitochondriale membraan en de celwand van bacteriën bevatten ook vergelijkbare structuren.Stoffen stromen vrij vrij in en uit de buitenmembranen van mitochondriën en de buitenste celwanden van bacteriën; zowel de mitochondriale binnenmembranen als de plasmamembranen van bacteriën beperken echter de doorgang van veel stoffen.
Type DNA
Zowel prokaryotische als eukaryotische cellen gebruiken DNA om de code te dragen om eiwitten te maken. Terwijl eukaryotische cellen dubbelstrengs DNA dragen in de vorm van een gedraaide ladder die een helix wordt genoemd, hebben bacteriële cellen hun DNA in cirkelvormige lussen die plasmiden worden genoemd. Mitochondria dragen ook hun eigen DNA om hun eigen eiwitten te maken, onafhankelijk van de rest van de cel; zoals bacteriën, mitochondria nemen ook hun DNA op in lussen. Een gemiddeld mitochondrion bevat tussen twee en 10 van deze plasmiden. Deze structuren bevatten de nodige informatie om alle processen, inclusief replicatie, binnen de mitochondriën of bacteriën uit te voeren.
Ribosomen en eiwitsynthese
Eiwitten vervullen alle functies in cellen, en de productie van eiwitten, of eiwitsynthese, vormt een van de belangrijkste functies van de cel. Alle eiwitsynthese vindt uitsluitend plaats binnen sferische structuren die ribosomen worden genoemd en die door de cel zijn verspreid. Mitochondria dragen hun eigen ribosomen om de eiwitten te maken die ze nodig hebben. Microscopische en chemische analyses laten zien dat de structuur van mitochondriale ribosomen meer lijkt op bacteriële ribosomen dan op ribosomen van eukaryotische cellen. Bovendien beïnvloeden bepaalde antibiotica, hoewel onschadelijk voor eukaryotische cellen, de eiwitsynthese in zowel mitochondria als bacteriën, wat aangeeft dat het mechanisme van eiwitsynthese in mitochondria vergelijkbaar is met dat van bacteriën in plaats van eukaryotische cellen.