Relazioni tra endosimbiosi e mitocondri
Una delle principali caratteristiche che distinguono i procarioti dagli eucarioti è la presenza di mitocondri. Le cellule eucariotiche contengono da uno a diverse migliaia di mitocondri, a seconda del livello di consumo energetico della cellula. Ogni mitocondrio misura da 1 a 10 µm di lunghezza ed esiste nella cellula come un organello che può essere ovoidale, a forma di verme o intricatamente ramificato. I mitocondri nascono dalla divisione di mitocondri esistenti. Possono fondersi insieme. Si muovono all’interno della cellula tramite interazioni con il citoscheletro. Tuttavia, i mitocondri non possono sopravvivere al di fuori della cellula. Con l’aumento della quantità di ossigeno nell’atmosfera miliardi di anni fa e con l’evoluzione dei procarioti aerobi di successo, l’evidenza suggerisce che una cellula ancestrale con una certa compartimentazione della membrana abbia fagocitato un procariote aerobio libero, in particolare un alfa-proteobatterio, dando così alla cellula ospite la capacità di usare l’ossigeno per liberare l’energia immagazzinata nei nutrienti. Gli alfa-proteobatteri sono un grande gruppo di batteri che include specie simbiotiche con le piante, organismi patogeni che possono infettare l’uomo attraverso le zecche, e molte specie a vita libera che usano la luce per l’energia. Diverse linee di prova supportano la derivazione dei mitocondri da questo evento endosimbiotico. La maggior parte dei mitocondri hanno la forma di alfa-proteobatteri e sono circondati da due membrane, che risulterebbero quando un organismo legato alla membrana ne ingloba un altro in un vacuolo. La membrana interna mitocondriale comporta sostanziali ripiegamenti chiamati cristae che assomigliano alla superficie esterna strutturata degli alfa-proteobatteri. La matrice e la membrana interna sono ricche di enzimi necessari per la respirazione aerobica.
I mitocondri si dividono indipendentemente da un processo che assomiglia alla fissione binaria nei procarioti. In particolare, i mitocondri non sono formati de novo dalla cellula eucariotica; si riproducono all’interno della cellula e sono distribuiti tra due cellule quando le cellule si dividono. Pertanto, anche se questi organelli sono altamente integrati nella cellula eucariotica, si riproducono ancora come se fossero organismi indipendenti all’interno della cellula. Tuttavia, la loro riproduzione è sincronizzata con l’attività e la divisione della cellula. I mitocondri hanno un proprio cromosoma circolare di DNA che è stabilizzato da attacchi alla membrana interna e porta geni simili a quelli espressi dagli alfa-proteobatteri. I mitocondri hanno anche ribosomi speciali e RNA di trasferimento che assomigliano a questi componenti nei procarioti. Tutte queste caratteristiche sostengono che i mitocondri un tempo erano procarioti a vita libera.