Bijna vier miljard jaar geleden verschenen de eerste levensvormen op aarde, en dit waren de vroegste bacteriën. Deze bacteriën evolueerden in de loop van de tijd en sloten uiteindelijk af naar de vele vormen van leven die we vandaag de dag zien. Bacteriën behoren tot de groep van organismen die prokaryoten worden genoemd, eencellige entiteiten die geen interne structuren bevatten die met membranen zijn gebonden. De andere klasse van organismen zijn de eukaryoten die membraan-gebonden kernen en andere structuren hebben. Mitochondria, die energie leveren voor de cel, zijn een van deze membraangebonden structuren die organellen worden genoemd. Chloroplasten zijn organellen in plantencellen die voedsel kunnen maken. Deze twee organellen hebben veel gemeen met bacteriën en zijn mogelijk rechtstreeks van hen geëvolueerd.

Afzonderlijke genomen

Bacteriën dragen hun DNA, het molecuul dat genen bevat, in ronde componenten genaamd plasmiden. Mitochondriën en chloroplasten hebben hun eigen DNA dat wordt gedragen in plasmide-achtige structuren. Bovendien hecht het DNA van mitochondriën en chloroplasten, zoals dat van bacteriën, niet aan beschermende structuren die histonen worden genoemd en die het DNA binden. Deze organellen maken hun eigen DNA en synthetiseren hun eigen eiwitten onafhankelijk van de rest van de cel.

Eiwitsynthese

Bacteriën maken eiwitten in structuren die ribosomen worden genoemd. Het proces voor het maken van eiwitten begint met hetzelfde aminozuur, een van de 20 subeenheden die eiwitten vormen. Dit startende aminozuur is N-formylmethionine in zowel bacteriën als mitochondriën en chloroplasten. N-formylmethionine is een andere vorm van het aminozuur methionine; de eiwitten gemaakt in de rest van de ribosomen van de cel hebben een ander startsignaal - gewone methionine. Bovendien lijken chloroplast-ribosomen erg op bacteriële ribosomen en verschillen ze van de ribosomen van de cel.

Replicatie van

Mitochondriën en chloroplasten maken meer van zichzelf op vrijwel dezelfde manier als bacteriën zich reproduceren. Als mitochondriën en chloroplasten uit een cel worden verwijderd, kan de cel niet meer van deze organellen maken om de cellen te vervangen die zijn verwijderd. De enige manier waarop deze organellen kunnen worden gerepliceerd, is via dezelfde methode die wordt gebruikt door bacteriën: binaire splitsing. Net als bacteriën groeien mitochondriën en chloroplasten in grootte, dupliceren hun DNA en andere structuren en delen zich vervolgens in twee identieke organellen.

Gevoeligheid voor antibiotica

Mitochondriale en chloroplastfunctie lijken te worden aangetast door de actie van dezelfde antibiotica die problemen veroorzaken voor bacteriën. Antibiotica zoals streptomycine, chlooramfenicol en neomycine doden bacteriën, maar ze veroorzaken ook schade aan mitochondriën en chloroplasten. Chlooramfenicol werkt bijvoorbeeld op ribosomen, de structuren in cellen die de plaatsen zijn voor de productie van eiwitten. Het antibioticum werkt specifiek op bacteriële ribosomen; helaas heeft het ook invloed op de ribosomen in de mitochondriën, concludeert een studie uit 2012 door Dr. Alison E. Barnhill en collega's van Iowa State University College of Veterinary Medicine en gepubliceerd in het tijdschrift "Antimicrobial Agents and Chemotherapy."

Endosymbiotic Theory

Vanwege opvallende overeenkomsten tussen chloroplasten, mitochondriën en bacteriën, begonnen wetenschappers hun relatie met elkaar te onderzoeken. Bioloog Lynn Margulis ontwikkelde de endosymbiotische theorie in 1967 en legde de oorsprong van mitochondriën en chloroplasten in eukaryote cellen uit. Dr. Margulis theoretiseerde dat zowel mitochondriën als chloroplasten zijn ontstaan ​​in de prokaryotische wereld. Mitochondriën en chloroplasten waren eigenlijk prokaryoten zelf, eenvoudige bacteriën die een relatie met de gastheercellen vormden. Deze gastheercellen waren prokaryoten die niet in zuurstofrijke milieus konden leven en deze mitochondriale precursors overspoelden. Deze gastheerorganismen verschaften voedsel aan hun inwoners in ruil voor het kunnen overleven in een giftige zuurstofbevattende omgeving. Chloroplasten uit plantencellen kunnen afkomstig zijn van organismen die vergelijkbaar zijn met de cyanobacteriën. De chloroplast-precursor kwam symbiotisch tot leven met plantencellen omdat deze bacteriën hun gastheren voedsel zouden bieden in de vorm van glucose, terwijl de gastheercellen een veilige plek zouden bieden om te leven.