Ongeveer 1,5 miljard jaar geleden namen primitieve bacteriën hun intrek in grotere cellen, wat resulteerde in een intieme relatie die de evolutie van meer complexe, meercellige wezens zou veroorzaken. De grotere cel was eukaryotisch, wat betekent dat het organellen - structuren omringd door membranen bevatte, maar de prokaryotische bacteriecel had geen dergelijke opstelling. 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, oftewel ATP. De eukaryote cel omhulde de bacteriën op roofzuchtige wijze, maar op een of andere manier verteerde het roofdier de prooi niet. Roofdier en prooi werden onderling afhankelijk. Voormalig bioloog van Boston, Lynn Margulis, citeerde dit endosymbiotische scenario in haar theorie over de oorsprong van mitochondriën, de energiefabrieken van cellen en de reden voor hun talrijke overeenkomsten met bacteriële cellen.

Grootte en vorm

Gebaseerd op alleen uiterlijk, kunnen wetenschappers een verband leggen tussen mitochondriën en bacteriën. Mitochondria hebben mollige, jellybean-achtige vormen, vergelijkbaar met de staafvormige bacillibacteriën. De gemiddelde bacil varieert van 1 tot 10 micron lang en de mitochondriën van zowel planten- als dierencellen meten in hetzelfde bereik. Deze oppervlakkige waarnemingen vormen één bewijslijn die de theorie ondersteunt dat primitieve eukaryote cellen bacteriële cellen hadden ingesloten, waardoor wederzijds voordelige relaties werden gevormd.

Methode van verdeling

Bacteriën reproduceren in een proces dat splijting wordt genoemd; wanneer een bacterie een vooraf bepaalde grootte bereikt, knijpt het zichzelf in het midden, waardoor twee organismen ontstaan. In eukaryote cellen repliceren mitochondria zichzelf in een vergelijkbaar proces. Het commandocentrum of de kern van de cel signaleert de cel om organellen te produceren, meestal voorafgaand aan een celdelingsgebeurtenis; echter, alleen mitochondriën - en de chloroplasten van planten - repliceren zichzelf. Terwijl andere organellen kunnen worden gemaakt van stoffen in de cel, moeten mitochondria en chloroplasten delen om hun aantal te vergroten. Wanneer de energievoorziening in de vorm van ATP opraakt, verdelen mitochondriën om meer mitochondriën te maken voor energieproductie.

Membraancellen

Mitochondriën hebben binnen- en buitenmembranen, met het binnenmembraan bestaande uit plooien genaamd cristae. 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 vetstoffen als het bacteriële plasmamembraan. Het buitenste mitochondriale membraan en de celwand van bacteriën bevatten ook soortgelijke structuren. Stoffen stromen vrij vrij in en uit de buitenmembranen van mitochondria en de buitenste celwanden van bacteriën; echter, zowel de mitochondriale binnenmembranen als de plasmamembranen van bacteriën beperken de doorgang van veel stoffen.

Soort DNA

Zowel prokaryotische als eukaryote cellen gebruiken DNA om de code te dragen om eiwitten te maken. Terwijl eukaryote cellen dubbelstrengs DNA dragen in de vorm van een gedraaide ladder, een helix 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; net als bacteriën nemen mitochondriën hun DNA ook op in lussen. Een gemiddeld mitochondrion bevat tussen twee en tien van deze plasmiden. Deze structuren bevatten de nodige informatie om alle processen, inclusief replicatie, in de mitochondriën of bacteriën uit te voeren.

Ribosomen en eiwitsynthese

Eiwitten voeren alle functies uit in cellen en de productie van eiwitten, of eiwitsynthese, vormt een van de belangrijkste functies van de cel. Alle eiwitsynthese vindt uitsluitend plaats binnen bolvormige 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 onthullen dat de structuur van mitochondriale ribosomen meer lijkt op bacteriële ribosomen dan op ribosomen van eukaryote cellen. Bovendien beïnvloeden bepaalde antibiotica, hoewel onschadelijk voor eukaryote cellen, de eiwitsynthese in zowel mitochondriën als bacteriën, wat aangeeft dat het mechanisme van eiwitsynthese in mitochondria vergelijkbaar is met dat van bacteriën in plaats van eukaryote cellen.