Relation entre l’endosymbiose et les mitochondries
L’une des principales caractéristiques distinguant les procaryotes des eucaryotes est la présence de mitochondries. Les cellules eucaryotes contiennent de une à plusieurs milliers de mitochondries, selon le niveau de consommation énergétique de la cellule. Chaque mitochondrie mesure entre 1 et 10 µm de long et existe dans la cellule sous la forme d’un organite qui peut être ovoïde, en forme de ver ou très ramifié. Les mitochondries sont issues de la division de mitochondries existantes. Elles peuvent fusionner entre elles. Elles se déplacent à l’intérieur de la cellule grâce à des interactions avec le cytosquelette. Cependant, les mitochondries ne peuvent pas survivre en dehors de la cellule. Lorsque la quantité d’oxygène a augmenté dans l’atmosphère il y a des milliards d’années et que les procaryotes aérobies ont évolué, des preuves suggèrent qu’une cellule ancestrale avec une certaine compartimentation membranaire a englouti un procaryote aérobie vivant librement, plus précisément une alpha-protéobactérie, donnant ainsi à la cellule hôte la capacité d’utiliser l’oxygène pour libérer l’énergie stockée dans les nutriments. Les alpha-protéobactéries constituent un vaste groupe de bactéries qui comprend des espèces symbiotiques avec les plantes, des organismes pathogènes qui peuvent infecter les humains par l’intermédiaire des tiques, et de nombreuses espèces libres qui utilisent la lumière comme source d’énergie. Plusieurs éléments de preuve confirment que les mitochondries sont issues de cet événement endosymbiotique. La plupart des mitochondries ont la forme d’alpha-protéobactéries et sont entourées de deux membranes, comme c’est le cas lorsqu’un organisme membranaire en engloutit un autre dans une vacuole. La membrane interne de la mitochondrie comporte des replis importants appelés cristaux qui ressemblent à la surface externe texturée des alpha-protéobactéries. La matrice et la membrane interne sont riches en enzymes nécessaires à la respiration aérobie.
Les mitochondries se divisent indépendamment par un processus qui ressemble à la fission binaire chez les procaryotes. Plus précisément, les mitochondries ne sont pas formées de novo par la cellule eucaryote ; elles se reproduisent à l’intérieur de la cellule et sont distribuées entre deux cellules lorsque celles-ci se divisent. Par conséquent, bien que ces organites soient fortement intégrés dans la cellule eucaryote, ils se reproduisent comme s’ils étaient des organismes indépendants au sein de la cellule. Toutefois, leur reproduction est synchronisée avec l’activité et la division de la cellule. Les mitochondries possèdent leur propre chromosome d’ADN circulaire qui est stabilisé par des attaches à la membrane interne et qui porte des gènes similaires aux gènes exprimés par les alpha-protéobactéries. Les mitochondries possèdent également des ribosomes spéciaux et des ARN de transfert qui ressemblent à ces composants chez les procaryotes. Toutes ces caractéristiques confirment que les mitochondries étaient autrefois des procaryotes vivant librement.