A fermentação foi um processo que surgiu cedo na historia da vida na terra e está restrito ao citosol. Depois, surgiram mecanismo mais eficiente de gereção de energia, todas relacionadas com membranas. De acordo com a hipótese mais aceita, a respiração celular surgiu em certos procariontes que viviam nos mares primitivos; nesses organismos, a membrana plasmática, além de controlar a entrada e saída de substâncias da célula, passou também a participar de reações em que havia geração de muitas moléculas de ATP.
A parti disso, acredita-se que bactérias que já faziam respiração celular foram incorporadas e mantidas no citoplasma de células eucarióticas, dando origem ás mitocôndrias. Nessa interação, a membrana plamática de célula eucariótica permaneceu com sua função básica de troca de substância entre a célula e o meio. Os mecanismos mais eficientes de gerações de energia na respiração ficaram restritos ás membranas internas das mitocôndrias, dobramentos dessa membrana aumentaram a área onde esses processos ocorrem. A membrana externa da mitocôndria corresponde, na sua origem, á membrana plasmática do eucarionte ancestral.
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