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Cerca de 1,5 bilhão de anos atrás, as bactérias primitivas residiram em células maiores, resultando em um relacionamento íntimo que moldaria a evolução de seres multicelulares e mais complexos. A célula maior era eucariótica, o que significa que continha organelas - estruturas cercadas por membranas, mas a célula bacteriana procariótica não tinha esse arranjo. As células maiores temiam oxigênio, um veneno para a sua existência, mas as células menores usavam o oxigênio para produzir energia na forma da molécula adenosina trifosfato, ou ATP. A célula eucariótica envolveu as bactérias de maneira predatória, mas, de alguma forma, o predador não digeriu a presa. Predador e presa tornaram-se mutuamente dependentes. A ex-bióloga da Universidade de Boston Lynn Margulis citou esse cenário endossimbiótico em sua teoria da origem das mitocôndrias, das fábricas de energia das células e a razão de suas inúmeras semelhanças com as células bacterianas.
Tamanho e forma
Com base apenas na aparência, os cientistas podem estabelecer uma relação entre mitocôndrias e bactérias. As mitocôndrias têm formas roliças, semelhantes a jujubas, semelhantes às bactérias bacilos em forma de bastonete. O bacilo médio varia entre 1 e 10 mícrons de comprimento, e as mitocôndrias das células vegetais e animais medem no mesmo intervalo. Essas observações superficiais constituem uma linha de evidência que sustenta a teoria de que células eucarióticas primitivas haviam engolido células bacterianas, formando relações mutuamente benéficas.
Método de Divisão
As bactérias se reproduzem em um processo chamado fissão; quando uma bactéria atinge um tamanho predeterminado, ela se aperta no meio, criando dois organismos. Nas células eucarióticas, as mitocôndrias se replicam em um processo semelhante. O centro de comando da célula, ou núcleo, sinaliza a célula para produzir organelas, geralmente antes de um evento de divisão celular; no entanto, apenas as mitocôndrias - e os cloroplastos das plantas - se replicam. Enquanto outras organelas podem ser produzidas a partir de substâncias dentro da célula, as mitocôndrias e os cloroplastos devem se dividir para aumentar seu número. Quando o suprimento de energia na forma de ATP se esgota, as mitocôndrias se dividem para criar mais mitocôndrias para a produção de energia.
Membrana
As mitocôndrias possuem membranas internas e externas, sendo a membrana interna constituída por dobras chamadas cristais. As membranas celulares bacterianas têm dobras chamadas mesossomos que se assemelham à crista. A produção de energia ocorre nessas dobras. A membrana mitocondrial interna contém os mesmos tipos de proteínas e substâncias gordurosas que a membrana plasmática bacteriana. A membrana mitocondrial externa e a parede celular de bactérias também contêm estruturas semelhantes.As substâncias fluem livremente para dentro e para fora das membranas externas das mitocôndrias e das paredes celulares externas das bactérias; no entanto, tanto as membranas internas mitocondriais quanto as membranas plasmáticas de bactérias restringem a passagem de muitas substâncias.
Tipo de DNA
As células procarióticas e eucarióticas usam o DNA para transportar o código para produzir proteínas. Enquanto as células eucarióticas carregam DNA de fita dupla na forma de uma escada torcida chamada hélice, as células bacterianas têm seu DNA em alças circulares chamadas plasmídeos. As mitocôndrias também carregam seu próprio DNA para produzir suas próprias proteínas, independentemente do resto da célula; como as bactérias, as mitocôndrias também incorporam seu DNA nas alças. Uma mitocôndria média contém entre dois e 10 desses plasmídeos. Essas estruturas contêm as informações necessárias para executar todos os processos, incluindo a replicação, dentro das mitocôndrias ou bactérias.
Ribossomos e síntese de proteínas
As proteínas desempenham todas as funções dentro das células, e a fabricação de proteínas, ou síntese protéica, constitui uma das principais funções da célula. Toda a síntese protéica ocorre apenas dentro de estruturas esféricas chamadas ribossomos, que estão espalhadas por toda a célula. As mitocôndrias carregam seus próprios ribossomos para produzir as proteínas de que precisam. Análises microscópicas e químicas revelam que a estrutura dos ribossomos mitocondriais parece mais semelhante aos ribossomos bacterianos do que aos ribossomos das células eucarióticas. Além disso, certos antibióticos, embora inócuos para as células eucarióticas, afetam a síntese de proteínas nas mitocôndrias e bactérias, indicando que o mecanismo de síntese de proteínas nas mitocôndrias é semelhante ao das bactérias e não às células eucarióticas.