Informatie

Hoe Mitochondria verschilt van Prokaryoten (waarschijnlijk met betrekking tot energieproductie)?


Met andere woorden, welk evolutionair voordeel biedt mitochondriën aan eukaryoten (waarschijnlijk met betrekking tot energieproductie), welke prokaryoten zelf niet kunnen evolueren of doen? (hier neem ik aan dat mitochondriën zijn geëvolueerd uit prokaryoten)

Ik heb schijnbaar wat antwoorden gevonden in het onderstaande artikel. Hoor graag de mening van anderen over hetzelfde.

http://blogs.discovermagazine.com/notrocketscience/2010/10/20/the-origin-of-complex-life-it-was-all-about-energy/#.WYXsH4h97b0


Als je bedoelt "waarom hebben we mitochondriën in plaats van dat onze cellen het werk zelf doen" dan kan ik verschillende antwoorden bedenken.

Ten eerste moet oxidatieve fosforylering plaatsvinden in een organel en vereist het optreden van gespecialiseerde cellulaire machines.

Dus ofwel een prokaryoot kan een paar miljoen jaar wachten om deze structuren te ontwikkelen, of hij kan zijn vriend vragen om het te doen, en HIJ is speciaal ontwikkeld om precies dat te doen.

Zoals de manier waarop je een loodgieter inhuurt als je toilet verstopt raakt, in plaats van zelf naar de loodgieterschool te gaan.

Ook heeft oxidatieve fosforylering te maken met zuurstof.

Zuurstof kan, wanneer het uit elkaar wordt gehaald, onstabiele moleculen vormen die vrije radicalen worden genoemd en die in wezen bleekmiddel zijn.

Deze moleculen zoomen in het rond en verpletteren alles wat ze aanraken, inclusief DNA.

Dus de gastcel zegt "beter jij dan ik!" Weet je nog dat ik zei dat je een organel nodig hebt voor oxidatieve fosforylering?

Dit is waarom. Dus al het "bleekmiddel" wordt ingeperkt.

Twee zeer goede redenen waarom we zijn geëvolueerd om op een afzonderlijk organisme te vertrouwen in plaats van alleen ons eigen ademhalingsorganel te maken.


Mitochondriën

mitochondriën (enkelvoud = mitochondrion) worden vaak de "krachtcentrales" of "energiefabrieken" van een cel genoemd omdat ze verantwoordelijk zijn voor het maken van adenosinetrifosfaat (ATP), het belangrijkste energiedragende molecuul van de cel. De vorming van ATP door de afbraak van glucose staat bekend als cellulaire ademhaling. Mitochondriën zijn ovale, dubbelmembraan organellen (Figuur 1) die hun eigen ribosomen en DNA hebben. Elk membraan is een fosfolipide dubbellaag ingebed met eiwitten. De binnenste laag heeft plooien, cristae genaamd, die het oppervlak van het binnenmembraan vergroten. Het gebied omgeven door de plooien wordt de mitochondriale matrix genoemd. De cristae en de matrix hebben verschillende rollen bij cellulaire ademhaling.

In overeenstemming met ons thema van vormvolgende functie, is het belangrijk erop te wijzen dat spiercellen een zeer hoge concentratie mitochondriën hebben, omdat spiercellen veel energie nodig hebben om samen te trekken.

Figuur 1 Deze transmissie-elektronenmicrofoto toont een mitochondrion zoals bekeken met een elektronenmicroscoop. Let op de binnen- en buitenmembranen, de cristae en de mitochondriale matrix. (credit: wijziging van het werk door Matthew Britton schaalbalkgegevens van Matt Russell)

Net als mitochondriën hebben chloroplasten ook hun eigen DNA en ribosomen. Chloroplasten functie in fotosynthese en kan worden gevonden in eukaryote cellen zoals planten en algen. Kooldioxide (CO2), water en lichtenergie worden gebruikt om glucose en zuurstof te maken bij fotosynthese. Dit is het grote verschil tussen planten en dieren: planten (autotrofen) kunnen hun eigen voedsel maken, zoals glucose, terwijl dieren (heterotrofen) voor hun organische verbindingen of voedselbron op andere organismen moeten vertrouwen.

Net als mitochondriën hebben chloroplasten buiten- en binnenmembranen, maar binnen de ruimte die wordt omsloten door het binnenmembraan van een chloroplast, bevindt zich een reeks onderling verbonden en gestapelde, met vloeistof gevulde membraanzakjes die thylakoïden worden genoemd (Figuur 2). Elke stapel thylakoïden wordt een granum genoemd (meervoud = grana). De vloeistof die wordt omsloten door het binnenmembraan en de grana omgeeft, wordt het stroma genoemd.

Figuur 2 Dit vereenvoudigde diagram van een chloroplast toont het buitenmembraan, binnenmembraan, thylakoïden, grana en stroma.

De chloroplasten bevatten een groen pigment genaamd chlorofyl, dat de energie van zonlicht opvangt voor fotosynthese. Net als plantencellen hebben fotosynthetische protisten ook chloroplasten. Sommige bacteriën voeren ook fotosynthese uit, maar ze hebben geen chloroplasten. Hun fotosynthetische pigmenten bevinden zich in het thylakoïde membraan in de cel zelf.

Theorie van endosymbiose

We hebben vermeld dat zowel mitochondriën als chloroplasten DNA en ribosomen bevatten. Heb je je afgevraagd waarom? Sterk bewijs wijst op endosymbiose als de verklaring.

Symbiose is een relatie waarin organismen van twee afzonderlijke soorten in nauwe samenwerking leven en typisch specifieke aanpassingen aan elkaar vertonen. Endosymbiose (endo-= binnen) is een relatie waarbij het ene organisme in het andere leeft. Endosymbiotische relaties zijn er in de natuur. Microben die vitamine K produceren, leven in de menselijke darm. Deze relatie is gunstig voor ons omdat we geen vitamine K kunnen synthetiseren. Het is ook gunstig voor de microben omdat ze worden beschermd tegen andere organismen en een stabiele habitat en overvloedig voedsel krijgen door in de dikke darm te leven.

Wetenschappers hebben lang gemerkt dat bacteriën, mitochondriën en chloroplasten qua grootte vergelijkbaar zijn. We weten ook dat mitochondriën en chloroplasten DNA en ribosomen hebben, net als bacteriën. Wetenschappers zijn van mening dat gastheercellen en bacteriën een wederzijds voordelige endosymbiotische relatie vormden wanneer de gastheercellen aerobe bacteriën en cyanobacteriën binnenkrijgden, maar ze niet vernietigden. Door evolutie werden deze opgenomen bacteriën meer gespecialiseerd in hun functies, waarbij de aerobe bacteriën mitochondriën werden en de fotosynthetische bacteriën chloroplasten.


Plastiden

Plastiden zijn organellen die voornamelijk in de cellen van planten voorkomen. Ze kunnen meerdere membranen hebben en zijn verantwoordelijk voor functies zoals fotosynthese en opslag van zetmeel en pigment in planten. Plastiden zijn een van de belangrijkste kenmerken die dierlijke cellen onderscheiden van plantencellen.

Oorsprong van plastiden

De huidige hypothese met betrekking tot de oorsprong van plastiden is dat de oorspronkelijke plastide een autotrofe prokaryoot was, zoals een cyanobacterie, die werd opgeslokt door een heterotrofe eukaryoot. Nadat de eukaryoot de prokaryoot had ingeslikt, werd het laatste micro-organisme gereduceerd tot een van de organellen van de eukaryoot. Omdat de opgeslokte cel autotroof was, kon de eukaryote gastheer nu autotroof worden, ondersteund door de autotrofe cel die hij had opgenomen. Verder is er ook bewijs dat plastiden hun eigen DNA bezitten dat op zijn minst gedeeltelijk verschilt van het DNA in de celkern.

Vorming van plastiden

Alle plastiden ontstaan ​​als proplastiden die ongedifferentieerde, onopvallende organellen zijn in de meristeemcellen van planten. Wanneer de meristeemcellen zich delen om meer gespecialiseerde cellen te worden, zullen de proplastiden zich ook delen en zullen de resulterende plastiden verschillende soorten plastiden worden, afhankelijk van het type cel dat de dochters van de meristeemcellen worden.

Soorten plastiden

Het meest voorkomende type plastide is de chloroplast die chlorofyl bevat dat verantwoordelijk is voor de fotosynthese en voor de groene kleur in planten. Chloroplasten zijn verantwoordelijk voor het opnemen van zonlicht en koolstof en zetten ze in wezen om in voedsel voor de plant. Andere plastiden zijn verantwoordelijk voor de opslag van zetmeel of vet. Sommige plastiden die chromoplasten worden genoemd, bevatten pigmenten die de kleur van planten bepalen. Chloroplasten zijn ook chromoplasten omdat ze technisch gezien een groen pigment bevatten. Weer andere plastiden zijn verantwoordelijk voor rollen zoals het detecteren van de richting van de zwaartekracht, zodat de planten in de juiste richting zullen groeien.

Overeenkomsten tussen plastiden en mitochondriën

Zowel plastiden als mitochondriën zijn organellen met meerdere membranen die vitale functies van een cel uitvoeren, zoals fotosynthese en ATP-productie. Ze worden ook allebei verondersteld te zijn gevormd als gevolg van endosymbiose, waarbij het ene organisme wordt opgeslokt door een ander organisme. Bovendien bezitten ze allebei hun eigen DNA dat verschilt van het DNA in de celkern.

Verschillen tussen plastiden en mitochondriën

Hoewel er veel overeenkomsten zijn tussen plastiden en mitochondriën, zijn er ook enkele verschillen. Deze verschillen omvatten het volgende.

  • Mitochondriën hebben altijd dezelfde functie binnen een bepaalde cel, de productie van ATP. Plastiden daarentegen kunnen verschillende functies hebben, afhankelijk van de cel waarin ze zich bevinden.
  • Mitochondriën komen voor in dierlijke cellen. Plastiden komen voor in plantencellen en in de cellen van sommige fotosynthetische eencellige eukaryoten.

Mitochondriën versus plastiden

Samenvatting

Mitochondriën vertegenwoordigen de krachtpatsers van cellen. Ze zijn verantwoordelijk voor de productie van adenosinetrifosfaat, wat belangrijk is voor het opslaan van de energie van de cel. Het zijn organellen die bestaan ​​uit meerdere membranen die kunnen repliceren, afhankelijk van hoeveel energie de cel nodig heeft.

Van mitochondriën wordt aangenomen dat ze hun oorsprong hebben in endosymbiose wanneer een eukaryote cel een prokaryotische cel overspoelde, waardoor het laatste organisme als een organel in het eerste, eukaryote organisme werd opgenomen.

Plastiden zijn dubbelmembraanorganellen in plantencellen die verantwoordelijk zijn voor meerdere functies, waaronder fotosynthese en pigmentopslag. Ze zijn waarschijnlijk ontstaan ​​via endosymbiose zoals mitochondriën.

Verder zijn er aanwijzingen dat plastiden ook DNA bezitten dat verschilt van het nucleaire DNA van hun gastheercel. Hoewel mitochondriën en plastiden een vergelijkbare oorsprong en structuur hebben, zijn ze op verschillende manieren verschillend. Mitochondriën hebben altijd dezelfde functie binnen een bepaalde cel, terwijl de functie van een plastide kan variëren afhankelijk van de cel waarvan het deel uitmaakt.

Bovendien komen mitochondriën voor in dierlijke cellen, terwijl plastiden voorkomen in plantencellen en in fotosynthetische eencellige eukaryoten.


De verdeling van mitochondriën, de sleutel tot de evolutie van dieren, is vergelijkbaar tussen soorten

20 december (UPI) - Wetenschappers wisten dat mitochondriale deling aanwezig is bij verschillende soorten, maar onderzoekers wisten niet precies hoe de mitochondriale deling wordt behouden - of zelfs of het zich op dezelfde manier verdeelt in verschillende organismen.

Nu hebben onderzoekers aangetoond dat de genen die de mitochondriale replicatie of deling aandrijven, een belangrijk onderdeel van de evolutie van dieren, geconserveerd zijn bij verschillende soorten.

De endosymbiotische theorie, een evolutietheorie, stelt dat complexere organismen die eukaryoten worden genoemd, zijn geëvolueerd uit primitieve eencellige organismen die bekend staan ​​​​als prokaryoten. Onderzoekers hebben eerder aangetoond dat mitochondriën, de cellulaire organellen die verantwoordelijk zijn voor de productie van energie, afkomstig zijn van prokaryotische bacteriën, maar zijn overgenomen door eukaryoten.

Het behoud van vergelijkbare mitochondriale structuren geeft geloof aan de endosymbiotische theorie, maar wetenschappers hebben geworsteld om te bepalen hoe mitochondriën samen met de rest van de cel delen.

Voor de nieuwe studie concentreerden wetenschappers zich op rode algencellen, de eenvoudigste eukaryoot. Rode algencellen bevatten slechts één mitochondrion. Onderzoekers wilden weten of de machinerie die de mitochondriale deling aandrijft, geconserveerd of vergelijkbaar is bij verschillende soorten.

"Mitochondriën zijn belangrijk voor cellulaire processen, omdat ze energie leveren voor vitale activiteiten", zei Sachihiro Matsunaga, professor aan de Tokyo University of Science, in een persbericht. "Het is vastgesteld dat celdeling gepaard gaat met mitochondriale deling, maar veel punten met betrekking tot het moleculaire mechanisme zijn onduidelijk."

Wetenschappers hebben veel aandacht besteed aan de rol van Aurora-kinase, dat de functies van eiwitten reguleert door ze te voorzien van fosfaatgroepen. Het is bekend dat Aurora-kinase en zijn vermogen om eiwitten te fosforyleren een sleutelrol spelen bij de celdeling.

Met behulp van immunoblotting en kinase-assays, analytische technieken die gebruikelijk zijn in de moleculaire biologie, konden wetenschappers bevestigen dat Aurora-kinase een eiwit fosforyleert dat dynamin wordt genoemd in rode algencellen. Massaspectrometrische experimenten hielpen onderzoekers de exacte locaties te bepalen waar Aurora-kinase dynamin in de cellen fosforyleert.

"Toen we op zoek waren naar eiwitten die zijn gefosforyleerd door Aurora-kinase, waren we verrast om dynamin te vinden, een eiwit dat de mitochondriën vernauwt en de mitochondriale deling bevordert," zei Matsunaga.

In vervolgtesten experimenteerden wetenschappers met het equivalent van Aurora-kinase en dynamin in menselijke cellen. Zoals ze voorspelden, fosforyleerde het menselijke equivalent van Aurora-kinase het menselijke equivalent van dynamin, wat suggereert dat de machinerie die de mitochondriale deling aandrijft, geconserveerd is over verschillende soorten.

"We suggereren dat de fosforregulatie behouden blijft van de eenvoudigste eukaryoten tot zoogdieren, en werd verworven in het primitieve stadium van endosymbiose", schreven Matsunaga en zijn collega's in hun nieuwe artikel over het onderwerp, dat vrijdag in het tijdschrift Communications Biology is gepubliceerd.


Het verhaal van de ontbrekende genen

Betekenis van hun evolutionaire conclusies, beweert Pittis: "Begrijpen hoe complexiteit is ontstaan ​​en geëvolueerd, is belangrijk om de mechanismen die cellen besturen beter te begrijpen, en bij uitbreiding het functioneren van alle levende organismen."7 Er is inderdaad veel geleerd in over cellulaire componenten zoals mitochondriën en ribosomen en de mechanismen die deze reguleren. Die ontdekkingen worden gedaan zonder dat we iets hoeven te weten over hun niet-waarneembare - en fictieve - evolutionaire oorsprong. Sterker nog, hoe meer wetenschappers observeren, hoe onhoudbaarder evolutionaire claims - zoals het verhaal van seriële endosymbiose - worden.

Hebben wetenschappers, zoals mediaberichten consequent beweren, echt aangetoond dat de mitochondriën die we in onze cellen aantreffen gewoon uitgeklede bacteriën zijn? Helemaal niet! Om te beginnen is het genoom van een mitochondrion veel kleiner dan dat van een bacterieel genoom, en veel genen die essentieel zijn voor de mitochondriale functie en reproductie worden gevonden in de kernen van hun omringende cellen. Om deze discrepantie te verklaren, verfraaiden evolutionisten lang geleden hun verhaal met de verklaring dat het proto-mitochondrion de meeste van zijn genen toevertrouwde aan de kern van zijn gastheercel. Dit klonk op een bepaald niveau veelbelovend omdat er horizontale genoverdracht plaatsvindt tussen plantenkernen en chloroplasten - een energieopnemend cellulair organel. De noodzaak om een ​​evolutionair superieure cel te produceren die beter is toegerust om te overleven dan zijn voorganger, terwijl het grootste deel van de genen van de gegeten-maar-niet-geconsumeerde bacteriën in de kern van de gastheercel wordt gedumpt en deze wordt omgezet in functionele componenten van het gastheer-DNA, zou echter onherleidbaar zijn. complex. De geschiktheid van cellen in transitie zou in gevaar komen. Totdat alle componenten van dit nieuwe systeem op hun plaats waren, konden de nieuwe mitochondriën niet functioneren.


Samenvatting

Mitochondriën zijn vooral bekend om hun rol bij het genereren van ATP door aerobe ademhaling. Toch heeft onderzoek in de afgelopen halve eeuw aangetoond dat ze een veel grotere reeks functies vervullen en dat deze functies aanzienlijk kunnen variëren tussen verschillende eukaryote geslachten. Ondanks deze diversiteit zijn alle mitochondriën afkomstig van een gemeenschappelijk voorouderlijk organel dat voortkwam uit de integratie van een endosymbiotische alfaproteobacterie in een gastheercel die verwant is aan Asgard Archaea. De overgang van endosymbiotische bacterie naar permanent organel bracht een enorm aantal evolutionaire veranderingen met zich mee, waaronder de oorsprong van honderden nieuwe genen en een eiwitimportsysteem, invoeging van membraantransporters, integratie van metabolisme en reproductie, genoomreductie, endosymbiotische genoverdracht, laterale genoverdracht en de retargeting van eiwitten. Deze veranderingen vonden stapsgewijs plaats naarmate de endosymbiont en de host werden geïntegreerd. Hoewel er veel inzichten in deze overgang zijn verkregen, blijft er controverse bestaan ​​over de aard van de oorspronkelijke endosymbiont, de initiële interacties met de gastheer en de timing van zijn integratie ten opzichte van de oorsprong van andere kenmerken van eukaryote cellen. Sinds de oprichting van het organel zijn eiwitten gewonnen, verloren, overgedragen en opnieuw getarget, omdat mitochondriën zich hebben gespecialiseerd in het spectrum van functionele typen die worden gezien in de eukaryote levensboom.


Hoe Mitochondria verschilt van Prokaryoten (waarschijnlijk met betrekking tot energieproductie)? - Biologie

DEEL II. HOEKSTENEN: CHEMIE, CELLEN EN METABOLISME

De discussie tot nu toe in dit hoofdstuk ging over het proces van aerobe cellulaire ademhaling in eukaryote organismen. Sommige prokaryotische cellen gebruiken echter ook aërobe cellulaire ademhaling. Omdat prokaryoten geen mitochondriën hebben, zijn er enkele verschillen tussen wat ze doen en wat eukaryoten doen. Het belangrijkste verschil betreft de elektronen die van glycolyse naar het elektronentransportsysteem worden gedragen. In eukaryoten worden de elektronen die vrijkomen tijdens glycolyse gedragen door NADH en overgebracht naar FAD om FADH te vormen2 om de elektronen over het buitenmembraan van het mitochondrion te krijgen. Omdat FADH2 resulteert in de productie van minder ATP's dan NADH, zijn er kosten voor de eukaryote cel om de elektronen in het mitochondrion te krijgen. Deze overdracht is niet nodig bij prokaryoten, dus ze kunnen theoretisch 38 ATP's produceren voor elke gemetaboliseerde glucose, in plaats van de 36 ATP's die door eukaryoten worden geproduceerd (tabel 6.2).


Prokaryoten

Prokaryoten zijn organismen die bestaan ​​uit cellen die geen celkern of organellen met een membraan hebben. Dit betekent dat het genetische materiaal DNA in prokaryoten niet gebonden is in een kern. Bovendien is het DNA in prokaryoten minder gestructureerd dan in eukaryoten: in prokaryoten is DNA een enkele lus, terwijl in eukaryoten DNA is georganiseerd in chromosomen. De meeste prokaryoten bestaan ​​uit slechts een enkele cel (eencellig), maar er zijn er een paar die zijn gemaakt van verzamelingen cellen (meercellig).

Wetenschappers hebben de prokaryoten in twee groepen verdeeld, de bacteriën en de archaea. Sommige bacteriën, waaronder E Coli, Salmonella en Listeria, worden in voedingsmiddelen aangetroffen en kunnen ziekten veroorzaken  andere zijn juist nuttig voor de menselijke spijsvertering en andere functies. Archaea werd ontdekt als een unieke levensvorm die in staat is om voor onbepaalde tijd te leven in extreme omgevingen zoals hydrothermale bronnen of poolijs.

Een typische prokaryotische cel kan de volgende onderdelen bevatten:

    : het membraan dat de cel omringt en beschermt : al het materiaal in een cel behalve de kern
  • Flagella en pili: op eiwit gebaseerde filamenten gevonden aan de buitenkant van sommige prokaryotische cellen
  • Nucleoïde: een kernachtig gebied van de cel waar genetisch materiaal wordt bewaard
  • Plasmide: een klein DNA-molecuul dat zich onafhankelijk kan voortplanten

Behoeften van prokaryoten

De diverse omgevingen en ecosystemen op aarde hebben een breed scala aan omstandigheden in termen van temperatuur, beschikbare voedingsstoffen, zuurgraad, zoutgehalte en energiebronnen. Prokaryoten zijn zeer goed uitgerust om hun brood te verdienen met een breed scala aan voedingsstoffen en omstandigheden. Om te leven hebben prokaryoten een bron van energie, een bron van koolstof en wat extra voedingsstoffen nodig.

Macronutriënten

Cellen zijn in wezen een goed georganiseerde verzameling van macromoleculen en water. Bedenk dat macromoleculen worden geproduceerd door de polymerisatie van kleinere eenheden die monomeren worden genoemd. Om cellen alle moleculen te laten bouwen die nodig zijn om het leven in stand te houden, hebben ze bepaalde stoffen nodig, gezamenlijk genoemd voedingsstoffen. Wanneer prokaryoten in de natuur groeien, halen ze hun voedingsstoffen uit de omgeving. Voedingsstoffen die in grote hoeveelheden nodig zijn, worden macronutriënten genoemd, terwijl die in kleinere hoeveelheden of sporenhoeveelheden micronutriënten worden genoemd. Slechts een handvol elementen wordt als macronutriënten beschouwd: koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor en zwavel. (Een geheugensteuntje voor het onthouden van deze elementen is het acroniem CHONPS.)

Waarom zijn deze macronutriënten in grote hoeveelheden nodig? Het zijn de componenten van organische verbindingen in cellen, inclusief water. Koolstof is het belangrijkste element in alle macromoleculen: koolhydraten, eiwitten, nucleïnezuren, lipiden en vele andere verbindingen. Koolstof is goed voor ongeveer 50 procent van de samenstelling van de cel. Stikstof vertegenwoordigt 12 procent van het totale droge gewicht van een typische cel en is een bestanddeel van eiwitten, nucleïnezuren en andere celbestanddelen. De meeste stikstof die in de natuur beschikbaar is, is ofwel atmosferische stikstof (N2) of een andere anorganische vorm. diatomisch (N2) stikstof kan echter alleen door bepaalde organismen, stikstofbindende organismen genoemd, in een organische vorm worden omgezet. Zowel waterstof als zuurstof maken deel uit van veel organische verbindingen en van water. Fosfor is vereist door alle organismen voor de synthese van nucleotiden en fosfolipiden. Zwavel maakt deel uit van de structuur van sommige aminozuren, zoals cysteïne en methionine, en is ook aanwezig in verschillende vitamines en co-enzymen. Andere belangrijke macronutriënten zijn kalium (K), magnesium (Mg), calcium (Ca) en natrium (Na). Hoewel deze elementen in kleinere hoeveelheden nodig zijn, zijn ze erg belangrijk voor de structuur en functie van de prokaryotische cel.

Micronutriënten

Naast deze macronutriënten hebben prokaryoten verschillende metaalelementen in kleine hoeveelheden nodig. Deze worden micronutriënten of sporenelementen genoemd. IJzer is bijvoorbeeld nodig voor de functie van de cytochromen die betrokken zijn bij elektronentransportreacties. Sommige prokaryoten hebben andere elementen nodig, zoals boor (B), chroom (Cr) en mangaan (Mn), voornamelijk als enzymcofactoren.

Oefenvraag

De stoffen die nodig zijn om het leven in stand te houden zijn _____.


Evolutionaire oorsprong van mitochondriën

Sommige soorten hedendaagse protisten bevatten levende organismen in hun cytoplasma. Bijvoorbeeld, Paramecium bursaria zijn gastheren voor zoochlorellae, fotosynthetische protisten, die zich in het cytoplasma bevinden. De relatie lijkt symbiotisch te zijn. De endosymbiont krijgt bescherming en mogelijk enkele essentiële voedingsstoffen uit het gastheercytoplasma. De gastheer heeft een gemakkelijk beschikbare voedselbron wanneer zijn gebruikelijke voedselbron is uitgeput. Als je de mogelijkheid hebt om te observeren P. beurzen, merk op dat de endosymbionten niet worden opgenomen in voedselvacuolen. Ze zijn bewoners in het cytoplasma zelf, en ofwel afstammen van organismen die endocytose hebben overleefd of een mechanisme hebben om te ontsnappen aan voedselvacuolen zodra ze zijn ingenomen.

Protisten zijn natuurlijk eukaryoten, wat betekent dat hun genetisch materiaal is georganiseerd in een compartiment, de kern, dat is omgeven door een membraan, en dat ze door membraan afgebakende organellen hebben. In de warme zeeën van de oude aarde zouden de eerste levende wezens prokaryoten zijn geweest. De endosymbiotische hypothese voor de oorsprong van mitochondriën (en chloroplasten) suggereert dat mitochondriën afstammen van gespecialiseerde bacteriën (waarschijnlijk paarse niet-zwavelbacteriën) die op de een of andere manier endocytose overleefden door een andere soort prokaryoot of een ander celtype, en werden opgenomen in het cytoplasma. Het vermogen van symbiontbacteriën om cellulaire ademhaling uit te voeren in gastheercellen die afhankelijk waren van glycose en fermentatie, zou een aanzienlijk evolutionair voordeel hebben opgeleverd. Evenzo zouden gastheercellen met symbiontbacteriën die in staat zijn tot fotosynthese ook een voordeel hebben. In beide gevallen zou het aantal omgevingen waarin de cellen zouden kunnen overleven enorm zijn uitgebreid.

Mitochondriën bevatten lang niet de hoeveelheid DNA die nodig is om te coderen voor alle mitochondria-specifieke eiwitten, maar een miljard jaar evolutie zou een progressief verlies van onafhankelijkheid kunnen verklaren. De endosymbiotische hypothese kan een theorie worden genoemd, maar experimenteel bewijs kan niet worden geleverd om het te testen. Er is alleen indirect bewijs beschikbaar ter ondersteuning van het voorstel, wat de meest waarschijnlijke verklaring is voor de oorsprong van mitochondriën. Het bewijs dat nodig is om het model van hypothese in theorie te veranderen, is waarschijnlijk voor altijd verloren gegaan in de oudheid.