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Il y a environ 1,5 milliard d'années, des bactéries primitives ont élu domicile dans de plus grosses cellules, ce qui a créé une relation intime qui façonnerait l'évolution d'êtres plus complexes et multicellulaires. La cellule la plus grande était eucaryote, ce qui signifie qu’elle contenait des organites - des structures entourées de membranes, mais la cellule bactérienne procaryote n’avait pas cet arrangement. Les plus grosses cellules craignaient l'oxygène, un poison pour leur existence, mais les plus petites utilisaient l'oxygène pour produire de l'énergie sous la forme de la molécule d'adénosine triphosphate, ou ATP. La cellule eucaryote a enveloppé la bactérie de manière prédatrice, mais d'une manière ou d'une autre, le prédateur n'a pas digéré la proie. Prédateur et proie sont devenus mutuellement dépendants. L’ancienne biologiste de l’Université de Boston, Lynn Margulis, a évoqué ce scénario endosymbiotique dans sa théorie de l’origine des mitochondries, des usines énergétiques de cellules et de la raison de leurs nombreuses similitudes avec les cellules bactériennes.
La taille et la forme
En se basant uniquement sur l'apparence, les scientifiques peuvent établir une relation entre les mitochondries et les bactéries. Les mitochondries ont des formes dodues, semblables à celles des bactéries du bacille en forme de bâtonnet. Le bacille moyen a une longueur comprise entre 1 et 10 microns et les mitochondries des cellules végétales et animales mesurent dans la même plage. Ces observations superficielles constituent l'un des éléments de preuve à l'appui de la théorie selon laquelle les cellules eucaryotes primitives avaient englouti les cellules bactériennes, créant ainsi des relations mutuellement bénéfiques.
Méthode de division
Les bactéries se reproduisent dans un processus appelé fission; Quand une bactérie atteint une taille prédéterminée, elle se pince au milieu, créant deux organismes. Dans les cellules eucaryotes, les mitochondries se répliquent selon un processus similaire. Le centre de commande de la cellule, ou noyau, signale à la cellule de produire des organites, généralement avant l’événement de division cellulaire; cependant, seules les mitochondries - et les chloroplastes des plantes - se reproduisent. Alors que d'autres organites peuvent être fabriqués à partir de substances présentes dans la cellule, les mitochondries et les chloroplastes doivent se diviser pour augmenter leur nombre. Lorsque l'approvisionnement en énergie sous forme d'ATP devient épuisé, les mitochondries se divisent pour créer davantage de mitochondries destinées à la production d'énergie.
Membrane
Les mitochondries possèdent des membranes internes et externes, la membrane interne étant constituée de plis appelés crêtes. Les membranes des cellules bactériennes ont des plis appelés mésosomes qui ressemblent aux crêtes. La production d'énergie a lieu à ces plis. La membrane mitochondriale interne contient les mêmes types de protéines et de corps gras que la membrane plasmique bactérienne. La membrane mitochondriale externe et la paroi cellulaire des bactéries contiennent également des structures similaires.Les substances entrent et sortent assez librement des membranes externes des mitochondries et des parois cellulaires externes des bactéries; Cependant, les membranes internes mitochondriales et les membranes plasmiques des bactéries limitent le passage de nombreuses substances.
Type d'ADN
Les cellules procaryotes et eucaryotes utilisent l’ADN pour porter le code afin de produire des protéines. Alors que les cellules eucaryotes portent l'ADN double brin sous la forme d'une échelle torsadée appelée hélice, les cellules bactériennes ont leur ADN dans des boucles circulaires appelées plasmides. Les mitochondries possèdent également leur propre ADN pour fabriquer leurs propres protéines, indépendantes du reste de la cellule; Comme les bactéries, les mitochondries incorporent également leur ADN dans des boucles. Une mitochondrie moyenne contient entre deux et dix de ces plasmides. Ces structures contiennent les informations nécessaires pour exécuter tous les processus, y compris la réplication, au sein de la mitochondrie ou de la bactérie.
Ribosomes et synthèse de protéines
Les protéines remplissent toutes les fonctions au sein des cellules et la fabrication de protéines, ou synthèse de protéines, constitue l’une des fonctions principales de la cellule. Toute la synthèse protéique a lieu uniquement dans des structures sphériques appelées ribosomes, qui sont dispersées dans toute la cellule. Les mitochondries portent leurs propres ribosomes pour fabriquer les protéines dont elles ont besoin. Les analyses microscopiques et chimiques révèlent que la structure des ribosomes mitochondriaux apparaît plus semblable aux ribosomes bactériens qu'aux ribosomes des cellules eucaryotes. De plus, certains antibiotiques, bien qu'inoffensifs pour les cellules eucaryotes, affectent la synthèse des protéines dans les mitochondries et les bactéries, indiquant que le mécanisme de la synthèse des protéines dans les mitochondries est similaire à celui des bactéries plutôt que des cellules eucaryotes.