Il y a près de quatre milliards d'années, les premières formes de vie sont apparues sur Terre, et elles étaient les premières bactéries. Ces bactéries ont évolué au fil du temps et ont fini par se répandre dans les nombreuses formes de vie que l'on voit aujourd'hui. Les bactéries appartiennent au groupe des organismes appelés procaryotes, entités unicellulaires qui ne contiennent pas de structures internes liées aux membranes. L'autre classe d'organismes sont les eucaryotes qui ont des noyaux liés à la membrane et d'autres structures. Les mitochondries, qui fournissent de l'énergie à la cellule, sont l'une de ces structures membranaires appelées organites. Les chloroplastes sont des organites dans les cellules végétales qui peuvent fabriquer de la nourriture. Ces deux organelles ont beaucoup en commun avec les bactéries et peuvent en réalité avoir évolué directement à partir d'elles.
Génomes séparés
Les bactéries portent leur ADN, la molécule qui contient des gènes, dans des composants circulaires appelés plasmides. Les mitochondries et les chloroplastes ont leur propre ADN porté dans des structures semblables à des plasmides. De plus, l'ADN des mitochondries et des chloroplastes, comme celui des bactéries, ne s'attache pas aux structures protectrices appelées histones qui lient l'ADN. Ces organites fabriquent leur propre ADN et synthétisent leurs propres protéines indépendamment du reste de la cellule.
Synthèse protéique
Les bactéries fabriquent des protéines dans des structures appelées ribosomes. Le processus de production de protéines commence avec le même acide aminé, l'une des 20 sous-unités qui composent les protéines. Cet acide aminé de départ est la N-formylméthionine dans les bactéries ainsi que les mitochondries et les chloroplastes. La N-formylméthionine est une forme différente de l'acide aminé méthionine; les protéines fabriquées dans le reste des ribosomes de la cellule ont un signal de départ différent - la méthionine simple. De plus, les ribosomes chloroplastiques sont très similaires aux ribosomes bactériens et diffèrent des ribosomes de la cellule. Les mitochondries et les chloroplastes font plus d'eux-mêmes de la même manière que les bactéries se reproduisent. Si les mitochondries et les chloroplastes sont retirés d'une cellule, la cellule ne peut plus fabriquer ces organelles pour remplacer celles qui ont été enlevées. La seule façon de répliquer ces organites est par la même méthode que celle utilisée par les bactéries: la fission binaire. Comme les bactéries, les mitochondries et les chloroplastes grossissent, dupliquent leur ADN et d'autres structures, puis se divisent en deux organelles identiques.
Sensibilité aux antibiotiques
Les fonctions mitochondriales et chloroplastiques semblent être compromises par la action des mêmes antibiotiques qui causent des problèmes pour les bactéries. Les antibiotiques tels que la streptomycine, le chloramphénicol et la néomycine détruisent les bactéries, mais ils endommagent aussi les mitochondries et les chloroplastes. Par exemple, le chloramphénicol agit sur les ribosomes, les structures dans les cellules qui sont les sites de production de protéines. L'antibiotique agit spécifiquement sur les ribosomes bactériens; malheureusement, il affecte également les ribosomes dans les mitochondries, conclut une étude de 2012 par le Dr Alison E. Barnhill et ses collègues à l'Université de l'État de l'Iowa State College of Veterinary Medicine et publié dans la revue "Agents antimicrobiens et la chimiothérapie. Théorie endosymbiotique
En raison de similitudes frappantes entre les chloroplastes, les mitochondries et les bactéries, les scientifiques ont commencé à se pencher sur leurs relations mutuelles. Le biologiste Lynn Margulis a développé la théorie endosymbiotique en 1967, expliquant l'origine des mitochondries et des chloroplastes dans les cellules eucaryotes. Le Dr Margulis a émis l'hypothèse que les mitochondries et les chloroplastes provenaient tous deux du monde procaryote. Les mitochondries et les chloroplastes étaient en fait eux-mêmes des procaryotes, des bactéries simples qui formaient une relation avec les cellules hôtes. Ces cellules hôtes étaient des procaryotes qui étaient incapables de vivre dans des environnements riches en oxygène et englouti ces précurseurs mitochondriaux. Ces organismes hôtes fournissaient de la nourriture à leurs habitants en échange de leur capacité à survivre dans un environnement contenant de l'oxygène toxique. Les chloroplastes provenant de cellules végétales peuvent provenir d'organismes similaires aux cyanobactéries. Le précurseur de chloroplaste est venu vivre en symbiose avec les cellules végétales, car ces bactéries fourniraient à leurs hôtes de la nourriture sous forme de glucose tandis que les cellules hôtes offriraient un endroit sûr pour vivre.
