Як мітохондрії та хлоропласти збирають бактерії?

Зміст

• Окремі геноми
• Синтез білка
• Реплікація
• Чутливість до антибіотиків
• Ендосимбіотична теорія

Близько чотирьох мільярдів років тому на Землі з'явилися перші форми життя, і це були найбільш ранні бактерії. Ці бактерії еволюціонували з часом і врешті-решт розгалужувалися у багатьох життєвих формах, які сьогодні спостерігаються. Бактерії відносяться до групи організмів, званих прокаріоти, одноклітинні утворення, які не містять внутрішніх структур, пов'язаних з мембранами. Інший клас організмів - це еукаріоти, які мають зв’язані з мембраною ядра та інші структури. Мітохондрії, які забезпечують енергію для клітини, є однією з цих структур, пов'язаних з мембраною, які називаються органелами. Хлоропласти - органели в рослинних клітинах, які можуть робити їжу. Ці два органели мають багато спільного з бактеріями і, можливо, насправді розвинулися безпосередньо з них.

Окремі геноми

Бактерії несуть свою ДНК, молекулу, яка містить гени, в кругових компонентах, званих плазмідами. Мітохондрії та хлоропласти мають власну ДНК, що переноситься у плазмідоподібні структури. Крім того, ДНК мітохондрій і хлоропластів, як і бактерій, не прикріплюється до захисних структур, званих гістонами, які зв'язують ДНК. Ці органели роблять власну ДНК і синтезують власні білки незалежно від решти клітин.

Синтез білка

Бактерії утворюють білки в структурах, званих рибосомами. Процес виготовлення білка починається з тієї ж амінокислоти, однієї з 20 субодиниць, що складають білки. Ця вихідна амінокислота являє собою N-формилметионин в бактеріях, а також мітохондріях і хлоропластах. N-формилметионин є різною формою амінокислоти метіоніну; білки, що утворюються в решті клітин рибосоми, мають різний стартовий сигнал - звичайний метіонін. Крім того, хлоропластові рибосоми дуже схожі на бактеріальні рибосоми і відрізняються від клітинних рибосом.

Реплікація

Мітохондрії та хлоропласти роблять більше себе майже так само, як розмножуються бактерії. Якщо мітохондрії та хлоропласти видаляються з клітини, клітина не може зробити більше цих органел, щоб замінити вилучені. Єдиний спосіб реплікації цих органел - це той самий метод, який застосовують бактерії: бінарне ділення. Як і бактерії, мітохондрії та хлоропласти збільшуються в розмірах, дублюють свою ДНК та інші структури, а потім діляться на дві однакові органели.

Чутливість до антибіотиків

Функції мітохондріалів та хлоропластів, схоже, порушені дією тих же антибіотиків, які спричиняють проблеми для бактерій. Такі антибіотики, як стрептоміцин, хлорамфенікол та неоміцин, вбивають бактерії, але вони також завдають шкоди мітохондріям та хлоропластам. Наприклад, хлорамфенікол діє на рибосоми, структури в клітинах, які є місцями вироблення білка. Антибіотик спеціально діє на бактеріальні рибосоми; на жаль, це також впливає на рибосоми в мітохондріях, підсумовує дослідження 2012 року доктор Елісон Е. Барнхілл та його колеги з Коледжу ветеринарної медицини штату Айова і опубліковано в журналі "Антимікробні засоби та хіміотерапія".

Ендосимбіотична теорія

Через вражаючу схожість між хлоропластами, мітохондріями та бактеріями вчені почали вивчати їх взаємозв’язки. Біолог Лін Маргуліс розробив теорію ендосимбіотиків у 1967 році, пояснивши походження мітохондрій та хлоропластів у еукаріотичних клітинах. Доктор Маргуліс теоретизував, що і мітохондрії, і хлоропласти зароджуються в світі прокаріотів. Мітохондрії та хлоропласти насправді були самі прокаріоти, прості бактерії, які формували зв’язок із клітинами господаря. Ці клітини-господарі були прокаріоти, які не змогли жити в багатих киснем середовищах і поглинули ці мітохондріальні попередники. Ці організми-господарі забезпечували їжу своїм жителям в обмін на можливість вижити в отруйному кисневому середовищі. Хлоропласти з рослинних клітин можуть надходити від організмів, схожих на ціанобактерії. Попередник хлоропласту жив симбіотично з рослинними клітинами, оскільки ці бактерії забезпечували своїх господарів їжею у вигляді глюкози, тоді як клітини-господарі пропонували б безпечне місце для життя.