内共生とミトコンドリアの関係
原核生物と真核生物の大きな違いの1つはミトコンドリアの存在である。 真核細胞には、細胞のエネルギー消費量に応じて、1個から数千個のミトコンドリアが存在します。 ミトコンドリアは長さ1～10μmで、卵形、ミミズ形、複雑に枝分かれした小器官として細胞内に存在する。 ミトコンドリアは、既存のミトコンドリアが分裂して発生する。 融合することもある。 細胞骨格との相互作用により、細胞内を移動する。 しかし、ミトコンドリアは細胞の外では生きていけない。 数十億年前に大気中の酸素量が増加し、好気性原核生物が進化を遂げたとき、膜区画を持つ祖先細胞が、自由に生きている好気性原核生物、特にアルファプロテオバクテリアを飲み込み、それによって宿主細胞が酸素を使って栄養素に蓄えられたエネルギーを放出する能力を獲得したという証拠が得られている。 アルファプロテオバクテリアは、植物と共生する種、ダニを介してヒトに感染する疾患生物、光をエネルギー源とする自由生活種を多く含む大きな細菌群である。 ミトコンドリアがこの共生生物から派生したことを支持する証拠がいくつかある。 ほとんどのミトコンドリアはα-プロテオバクテリアのような形をしており、2つの膜に囲まれている。これは、膜に結合した生物が別の生物を飲み込んで液胞にしたときに生じるであろう。 ミトコンドリア内膜には、α-プロテオバクテリアの外表面のような質感を持つクリステと呼ばれる実質的な折り畳みがある。 ミトコンドリア内膜には、α-プロテオバクテリアの外膜に似たクリステと呼ばれるくぼみがあり、好気性呼吸に必要な酵素が豊富に含まれている。 哺乳類ミトコンドリアの顕微鏡写真。
ミトコンドリアは原核生物の二体核分裂に似たプロセスで独立して分裂します。 具体的には、ミトコンドリアは真核細胞によってde novoで形成されるのではなく、細胞内で繁殖し、細胞分裂の際に2つの細胞の間に分配される。 したがって、これらのオルガネラは真核細胞内に高度に統合されてはいるものの、細胞内では独立した生物であるかのように生殖しているのである。 しかし、その生殖は細胞の活動や分裂と同期している。 ミトコンドリアは、内膜に付着して安定化した独自の円形DNA染色体を持ち、α-プロテオバクテリアが発現する遺伝子と類似した遺伝子を搭載している。 また、ミトコンドリアは特殊なリボソームと転送RNAを持ち、これらは原核生物のこれらの構成要素に似ている。 これらの特徴はすべて、ミトコンドリアがかつて自由な生活を営む原核生物であったことを裏付けている
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