Medioimages/Photodisc/Photodisc/Getty Images

Cellen zijn de functionele eenheden van het leven, elk samengesteld uit gespecialiseerde structuren die samenwerken om een levensvatbare interne omgeving in stand te houden. In veel organismen is een enkele cel een volledig autonoom, levend wezen – geïllustreerd door prokaryoten zoals E. coli en Stafylokokken .

Prokaryoten omvatten de domeinen Bacteriën en Archaea, gekenmerkt door hun eenvoudige, eencellige architectuur. Het domein Eukaryota omvat daarentegen doorgaans grotere, vaak meercellige organismen (dieren, planten, protisten en schimmels) die membraangebonden organellen bezitten.

Ondanks deze verschillen komen de eerste voedingsstappen in zowel prokaryotische als eukaryotische cellen samen, te beginnen met de inname en verwerking van glucose.

Basisprincipes van cellen

Alle cellen delen vier fundamentele componenten:DNA (het universele genetische materiaal), een plasmamembraan dat de cel beschermt en afbakent, ribosomen die eiwitten synthetiseren, en cytoplasma, de gelachtige matrix die het interieur vult.

Eukaryotische cellen hebben organellen met dubbel membraan die afwezig zijn in prokaryoten. De kern, omhuld door een nucleaire envelop, herbergt het DNA. Eukaryoten voeren ook aerobe ademhaling uit, waarbij ze maximale energie uit glucose halen via de Krebs-cyclus en de elektronentransportketen.

Prokaryotische voeding

Prokaryoten missen veel groeivereisten van eukaryoten. Ze kunnen geen grote individuele afmetingen bereiken, zich seksueel voortplanten en zich doorgaans sneller vermenigvuldigen dan zelfs de snelst voortplantende dieren. Hun voornaamste “doel” is celdeling, waardoor de genetische continuïteit wordt gewaarborgd.

De voeding is gestroomlijnd:prokaryoten zijn uitsluitend afhankelijk van glycolyse – een 10-staps cytoplasmatisch pad dat twee ATP- en twee pyruvaatmoleculen per glucosemolecuul oplevert. Bij eukaryoten draagt glycolyse bij aan de aërobe ademhaling, wat een substantiëlere energie-uitbetaling oplevert.

Overzicht van glycolyse

Glycolyse alleen voldoet aan de bescheiden energiebehoefte van prokaryote cellen en produceert een netto winst van twee ATP per glucose. Hoewel veel minder dan de 34-36 ATP geproduceerd door de Krebs-cyclus en elektronentransportketen in eukaryotische mitochondriën, is deze output voldoende voor prokaryotische overleving.

De route begint met glucose dat de cel binnenkomt, twee fosforyleringsstappen ondergaat en wordt omgezet in fructose-bisfosfaat. Dit tussenproduct splitst zich in twee identieke moleculen met drie koolstofatomen, die elk een fosfaatgroep dragen. Het proces vereist een initiële investering van twee ATP, maar genereert uiteindelijk vier ATP, wat een nettowinst van twee ATP oplevert.

Prokaryotische cellen:laboratoriumconcepten

Groei in prokaryoten kan verwijzen naar de uitbreiding van individuele cellen of de proliferatie van hele bacteriepopulaties – kolonies. De generatietijden van bacteriën worden doorgaans gemeten in uren, wat in schril contrast staat met het decennialange generatie-interval bij mensen.

Kweekmedia zoals agar, verrijkt met glucose, ondersteunen de bacteriegroei. Kwantificeringsinstrumenten omvatten Coulter-tellers, flowcytometers en microscopische tellingen.