Содержание
Около четырех миллиардов лет назад на Земле появились первые формы жизни, и это были самые ранние бактерии. Эти бактерии развивались с течением времени и в конечном итоге разветвились во многие формы жизни, наблюдаемые сегодня. Бактерии относятся к группе организмов, называемых прокариотами, одноклеточными, которые не содержат внутренних структур, связанных с мембранами. Другой класс организмов - это эукариоты, имеющие мембраносвязанные ядра и другие структуры. Митохондрии, которые обеспечивают энергию для клетки, являются одной из этих мембраносвязанных структур, называемых органеллами. Хлоропласты - это органеллы в растительных клетках, которые могут производить пищу. Эти две органеллы имеют много общего с бактериями и, возможно, фактически произошли непосредственно от них.
Отдельные геномы
Бактерии несут свою ДНК, молекулу, которая содержит гены, в кольцевых компонентах, называемых плазмидами. Митохондрии и хлоропласты имеют свои собственные ДНК, переносимые в плазмидоподобных структурах. Кроме того, ДНК митохондрий и хлоропластов, как и бактерии, не прикрепляется к защитным структурам, называемым гистонами, которые связывают ДНК. Эти органеллы создают свою собственную ДНК и синтезируют свои собственные белки, независимые от остальной части клетки.
Синтез белка
Бактерии образуют белки в структурах, называемых рибосомами. Процесс производства белка начинается с той же аминокислоты, одной из 20 субъединиц, которые составляют белки. Эта исходная аминокислота представляет собой N-формилметионин в бактериях, а также в митохондриях и хлоропластах. N-формилметионин представляет собой другую форму аминокислоты метионина; Белки, вырабатываемые в остальных клеточных рибосомах, имеют другой стартовый сигнал - простой метионин. Кроме того, хлоропластные рибосомы очень похожи на бактериальные рибосомы и отличаются от клеточных рибосом.
копирование
Митохондрии и хлоропласты создают больше себя так же, как размножаются бактерии. Если митохондрии и хлоропласты удалены из клетки, клетка не может сделать больше этих органелл, чтобы заменить те, которые были удалены. Единственный способ, которым эти органеллы могут быть воспроизведены, - это тот же метод, который используется бактериями: бинарное деление. Подобно бактериям, митохондрии и хлоропласты увеличиваются в размерах, дублируют свою ДНК и другие структуры, а затем делятся на две идентичные органеллы.
Чувствительность к антибиотикам
Митохондриальная и хлоропластная функции, по-видимому, нарушены действием тех же антибиотиков, которые вызывают проблемы для бактерий. Антибиотики, такие как стрептомицин, хлорамфеникол и неомицин, убивают бактерии, но они также вызывают повреждение митохондрий и хлоропластов. Например, хлорамфеникол действует на рибосомы, структуры в клетках, которые являются участками производства белка. Антибиотик специфически действует на бактериальные рибосомы; к сожалению, это также влияет на рибосомы в митохондриях, завершает исследование доктора Элисон Э. Барнхилл и его коллег из Колледжа ветеринарной медицины Университета штата Айова в 2012 году, опубликованное в журнале «Противомикробные препараты и химиотерапия».
Эндосимбиотическая теория
Из-за поразительного сходства между хлоропластами, митохондриями и бактериями ученые начали изучать их отношения друг с другом. Биолог Линн Маргулис разработала эндосимбиотическую теорию в 1967 году, объясняя происхождение митохондрий и хлоропластов в эукариотических клетках. Доктор Маргулис предположил, что как митохондрии, так и хлоропласты возникли в мире прокариот. Митохондрии и хлоропласты были на самом деле самими прокариотами, простыми бактериями, которые формировали связь с клетками-хозяевами. Эти клетки-хозяева были прокариотами, которые не могли жить в богатых кислородом средах и поглощали эти митохондриальные предшественники. Эти организмы-хозяева давали пищу своим обитателям в обмен на способность выживать в ядовитой кислородсодержащей среде. Хлоропласты из растительных клеток могут происходить из организмов, похожих на цианобактерии. Предшественник хлоропласта стал жить симбиотически с растительными клетками, потому что эти бактерии обеспечивали своих хозяев пищей в форме глюкозы, в то время как клетки-хозяева предлагали безопасное место для жизни.