Il y a environ 1,5 milliard d'années, les bactéries primitives ont élu domicile dans des cellules plus grandes, créant une relation intime qui façonnerait l'évolution d'êtres multicellulaires plus complexes. La plus grande cellule était eucaryote, ce qui signifie qu'elle contenait des organites - structures entourées de membranes, mais la cellule bactérienne procaryote n'avait pas un tel arrangement. Les plus grosses cellules craignaient l'oxygène, un poison pour leur existence, mais les plus petites cellules utilisaient l'oxygène pour produire de l'énergie sous la forme de la molécule adénosine triphosphate, ou ATP. La cellule eucaryote a enveloppé les bactéries de manière prédatrice, mais d'une manière ou d'une autre, le prédateur n'a pas digéré la proie. Le prédateur et la proie sont devenus mutuellement dépendants. Lynn Margulis, ancienne biologiste de l'Université de Boston, a cité ce scénario endosymbiotique dans sa théorie de l'origine des mitochondries, les usines énergétiques des cellules, et la raison de leurs nombreuses similitudes avec les cellules bactériennes.
Taille et forme
En se basant uniquement sur l'apparence, les scientifiques peuvent établir une relation entre les mitochondries et les bactéries. Les mitochondries ont des formes charnues, ressemblant à du jellybean, semblables aux bactéries bacillaires en forme de bâtonnet. Le bacille moyen a une longueur comprise entre 1 et 10 microns, et les mitochondries des cellules végétales et animales mesurent dans la même gamme. Ces observations superficielles constituent un élément de preuve soutenant la théorie selon laquelle les cellules eucaryotes primitives avaient englouti des cellules bactériennes, formant des relations mutuellement bénéfiques.
Méthode de division
Les bactéries se reproduisent dans un processus appelé fission; quand une bactérie atteint une taille prédéterminée, elle se pince au milieu, créant deux organismes. Dans les cellules eucaryotes, les mitochondries se répliquent dans un processus similaire. Le centre de commande de la cellule, ou noyau, signale à la cellule de produire des organites, généralement en avance d'un événement de division cellulaire; Cependant, seules les mitochondries - et les chloroplastes des plantes - se répliquent. Alors que d'autres organites peuvent être fabriqués à partir de substances dans la cellule, les mitochondries et les chloroplastes doivent se diviser pour augmenter leur nombre. Lorsque l'apport énergétique sous forme d'ATP diminue, les mitochondries se divisent pour produire plus de mitochondries pour la production d'énergie. Les membranes mitochondriales possèdent des membranes internes et externes, la membrane interne étant constituée de plis appelés cristae. Les membranes cellulaires bactériennes ont des plis appelés mésosomes qui ressemblent aux crêtes. La production d'énergie a lieu à ces plis. La membrane mitochondriale interne contient les mêmes types de protéines et de corps gras que la membrane plasmique bactérienne. La membrane mitochondriale externe et la paroi cellulaire des bactéries contiennent également des structures similaires. Les substances coulent plutôt librement dans et hors des membranes externes des mitochondries et des parois cellulaires externes des bactéries; Cependant, les deux membranes mitochondriales internes et les membranes plasmiques des bactéries restreignent le passage de nombreuses substances.
Type d'ADN
Les cellules procaryotes et eucaryotes utilisent l'ADN pour porter le code pour fabriquer des protéines. Alors que les cellules eucaryotes portent un ADN double brin sous la forme d'une échelle torsadée appelée hélice, les cellules bactériennes ont leur ADN dans des boucles circulaires appelées plasmides. Les mitochondries portent également leur propre ADN pour fabriquer leurs propres protéines, indépendamment du reste de la cellule; Comme les bactéries, les mitochondries incorporent également leur ADN dans les boucles. Une mitochondrie moyenne contient entre deux et 10 de ces plasmides. Ces structures contiennent les informations nécessaires pour exécuter tous les processus, y compris la réplication, au sein des mitochondries ou des bactéries.
Synthèse des ribosomes et des protéines
Les protéines remplissent toutes les fonctions cellulaires et la fabrication de protéines, ou la synthèse protéique, constitue l'une des fonctions majeures de la cellule. Toute la synthèse des protéines se produit uniquement à l'intérieur des structures sphériques appelées ribosomes, qui sont dispersés dans toute la cellule. Les mitochondries portent leurs propres ribosomes pour fabriquer les protéines dont elles ont besoin. Des analyses microscopiques et chimiques révèlent que la structure des ribosomes mitochondriaux semble plus proche des ribosomes bactériens que des ribosomes des cellules eucaryotes. De plus, certains antibiotiques, bien qu'inoffensifs pour les cellules eucaryotes, affectent la synthèse des protéines à la fois dans les mitochondries et les bactéries, indiquant que le mécanisme de synthèse des protéines dans les mitochondries est similaire à celui des bactéries plutôt que des cellules eucaryotes.
