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Quase quatro bilhões de anos atrás, as primeiras formas de vida apareceram na Terra e essas foram as primeiras bactérias. Essas bactérias evoluíram com o tempo e eventualmente se ramificaram nas muitas formas de vida vistas hoje. As bactérias pertencem ao grupo de organismos chamados procariontes, entidades unicelulares que não contêm estruturas internas ligadas às membranas. A outra classe de organismos são os eucariotos que possuem núcleos ligados à membrana e outras estruturas. As mitocôndrias, que fornecem energia para a célula, são uma dessas estruturas ligadas à membrana chamadas organelas. Os cloroplastos são organelas nas células vegetais que podem produzir alimentos. Essas duas organelas têm muito em comum com as bactérias e podem realmente ter evoluído diretamente a partir delas.
Genomas separados
As bactérias carregam seu DNA, a molécula que contém genes, em componentes circulares chamados plasmídeos. As mitocôndrias e os cloroplastos têm seu próprio DNA transportado em estruturas semelhantes a plasmídeos. Além disso, o DNA das mitocôndrias e cloroplastos, como o das bactérias, não se liga a estruturas protetoras chamadas histonas que se ligam ao DNA. Essas organelas produzem seu próprio DNA e sintetizam suas próprias proteínas, independentemente do resto da célula.
Síntese proteíca
As bactérias produzem proteínas em estruturas chamadas ribossomos. O processo de produção de proteínas começa com o mesmo aminoácido, uma das 20 subunidades que compõem as proteínas. Este aminoácido inicial é a N-formilmetionina em bactérias, bem como nas mitocôndrias e cloroplastos. N-formilmetionina é uma forma diferente do aminoácido metionina; as proteínas produzidas no ribossomo das células têm um sinal de início diferente - a metionina simples. Além disso, os ribossomos de cloroplasto são muito semelhantes aos ribossomos bacterianos e diferem dos ribossomos das células.
Replicação
As mitocôndrias e os cloroplastos produzem mais a si mesmos da mesma maneira que as bactérias se reproduzem. Se mitocôndrias e cloroplastos forem removidos de uma célula, a célula não poderá produzir mais essas organelas para substituir as que foram removidas. A única maneira de replicar essas organelas é através do mesmo método usado pelas bactérias: fissão binária. Assim como as bactérias, as mitocôndrias e os cloroplastos crescem em tamanho, duplicam seu DNA e outras estruturas e depois se dividem em duas organelas idênticas.
Sensibilidade aos antibióticos
As funções mitocondrial e cloroplástica parecem estar comprometidas pela ação dos mesmos antibióticos que causam problemas para as bactérias. Antibióticos como estreptomicina, cloranfenicol e neomicina matam bactérias, mas também causam danos às mitocôndrias e cloroplastos. Por exemplo, o cloranfenicol atua nos ribossomos, as estruturas das células que são os locais de produção de proteínas. O antibiótico atua especificamente nos ribossomos bacterianos; infelizmente, também afeta os ribossomos nas mitocôndrias, conclui um estudo de 2012 da Dra. Alison E. Barnhill e colegas da Faculdade de Medicina Veterinária da Universidade Estadual de Iowa e publicada na revista "Antimicrobial Agents and Chemotherapy".
A teoria endossimbiótica
Devido às notáveis semelhanças entre cloroplastos, mitocôndrias e bactérias, os cientistas começaram a investigar o relacionamento entre eles. A bióloga Lynn Margulis desenvolveu a teoria endossimbiótica em 1967, explicando a origem das mitocôndrias e cloroplastos nas células eucarióticas. Dr. Margulis teorizou que tanto as mitocôndrias quanto os cloroplastos se originavam no mundo procariótico. As mitocôndrias e os cloroplastos eram na verdade procariontes, bactérias simples que formavam um relacionamento com as células hospedeiras. Essas células hospedeiras eram procariontes incapazes de viver em ambientes ricos em oxigênio e envolveram esses precursores mitocondriais. Esses organismos hospedeiros forneceram comida a seus habitantes em troca de poderem sobreviver em um ambiente venenoso contendo oxigênio. Os cloroplastos das células vegetais podem ter vindo de organismos semelhantes às cianobactérias. O precursor do cloroplasto passou a viver simbioticamente com células vegetais, porque essas bactérias forneceriam alimento a seus hospedeiros na forma de glicose, enquanto as células hospedeiras ofereceriam um local seguro para se viver.