Circa quattro miliardi di anni fa, le prime forme di vita apparvero sulla Terra, e questi furono i primi batteri. Questi batteri si sono evoluti nel tempo e alla fine si sono ramificati nelle molte forme di vita viste oggi. I batteri appartengono al gruppo di organismi chiamati procarioti, entità unicellulari che non contengono strutture interne legate con membrane. L'altra classe di organismi sono gli eucarioti che hanno nuclei legati alle membrane e altre strutture. I mitocondri, che forniscono energia per la cellula, sono una di queste strutture legate alla membrana chiamate organelli. I cloroplasti sono organelli in cellule vegetali che possono produrre cibo. Questi due organelli hanno molto in comune con i batteri e possono effettivamente essersi evoluti direttamente da essi.

Genomi separati

I batteri portano il loro DNA, la molecola che contiene geni, in componenti circolari chiamati plasmidi. I mitocondri e i cloroplasti hanno il loro DNA trasportato in strutture simili al plasmide. Inoltre, il DNA dei mitocondri e dei cloroplasti, come quello dei batteri, non si lega alle strutture protettive chiamate istoni che legano il DNA. Questi organelli producono il loro DNA e sintetizzano le loro proteine ​​indipendentemente dal resto della cellula.

Sintesi proteica

I batteri producono proteine ​​in strutture chiamate ribosomi. Il processo di produzione delle proteine ​​inizia con lo stesso amminoacido, una delle 20 subunità che costituiscono le proteine. Questo amminoacido di partenza è la N-formilmetionina nei batteri così come nei mitocondri e nei cloroplasti. La N-formilmetionina è una forma diversa dell'aminoacido metionina; le proteine ​​prodotte nel resto dei ribosomi delle cellule hanno un diverso segnale di avvio: la metionina semplice. Inoltre, i ribosomi dei cloroplasti sono molto simili ai ribosomi batterici e differiscono dai ribosomi delle cellule.

Replicazione

I mitocondri e i cloroplasti producono più di se stessi più o meno allo stesso modo in cui i batteri si riproducono. Se i mitocondri e i cloroplasti vengono rimossi da una cellula, la cellula non può produrre più di questi organelli per sostituire quelli che sono stati rimossi. L'unico modo in cui questi organelli possono essere replicati è attraverso lo stesso metodo utilizzato dai batteri: la fissione binaria. Come i batteri, i mitocondri ei cloroplasti crescono di dimensioni, duplicano il loro DNA e altre strutture e quindi si dividono in due organelli identici.

Sensibilità agli antibiotici

La funzione mitocondriale e cloroplastica sembra essere compromessa dal azione degli stessi antibiotici che causano problemi ai batteri. Antibiotici come streptomicina, cloramfenicolo e neomicina uccidono i batteri, ma causano anche danni ai mitocondri e ai cloroplasti. Ad esempio, il cloramfenicolo agisce sui ribosomi, le strutture nelle cellule che sono i siti di produzione di proteine. L'antibiotico agisce specificamente sui ribosomi batterici; sfortunatamente, colpisce anche i ribosomi dei mitocondri, conclude uno studio del 2012 del Dr. Alison E. Barnhill e colleghi dell'Iowa State University College of Veterinary Medicine e pubblicato sulla rivista "Agenti antimicrobici e chemioterapia"

Teoria endosimbiotica

A causa delle sorprendenti somiglianze tra cloroplasti, mitocondri e batteri, gli scienziati hanno iniziato a esaminare le loro relazioni reciproche. La biologa Lynn Margulis sviluppò la teoria endosimbiotica nel 1967, spiegando l'origine dei mitocondri e dei cloroplasti nelle cellule eucariotiche. La dottoressa Margulis teorizzò che sia i mitocondri sia i cloroplasti originarono nel mondo dei procarioti. I mitocondri e i cloroplasti erano in realtà procarioti stessi, semplici batteri che formavano una relazione con le cellule ospiti. Queste cellule ospiti erano procarioti che non erano in grado di vivere in ambienti ricchi di ossigeno e inghiottivano questi precursori mitocondriali. Questi organismi ospiti fornivano cibo ai loro abitanti in cambio della possibilità di sopravvivere in un ambiente velenoso contenente ossigeno. I cloroplasti delle cellule vegetali possono provenire da organismi simili ai cianobatteri. Il precursore del cloroplasto è venuto a vivere in simbiosi con le cellule vegetali perché questi batteri fornirebbero ai loro ospiti cibo sotto forma di glucosio, mentre le cellule ospiti avrebbero offerto un posto sicuro in cui vivere.