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Le cellule sono le unità funzionali della vita, ciascuna composta da strutture specializzate che cooperano per mantenere un ambiente interno vitale. In molti organismi, una singola cellula è un'entità vivente completamente autonoma, come illustrato dai procarioti come E. coli e Stafilococco .
I procarioti comprendono i domini Batteri e Archea, caratterizzati dalla loro architettura semplice e unicellulare. Al contrario, il dominio Eukaryota comprende generalmente organismi più grandi, spesso multicellulari (animali, piante, protisti e funghi) che possiedono organelli legati alla membrana.
Nonostante queste differenze, le fasi iniziali della nutrizione sia nelle cellule procariotiche che in quelle eucariotiche convergono, a cominciare dall'ingestione e dall'elaborazione del glucosio.
Tutte le cellule condividono quattro componenti fondamentali:il DNA (il materiale genetico universale), una membrana plasmatica che protegge e delinea la cellula, i ribosomi che sintetizzano le proteine e il citoplasma, la matrice gelatinosa che riempie l'interno.
Le cellule eucariotiche presentano organelli a doppia membrana assenti nei procarioti. Il nucleo, racchiuso da un involucro nucleare, ospita il DNA. Gli eucarioti eseguono anche la respirazione aerobica, estraendo la massima energia dal glucosio attraverso il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni.
I procarioti non hanno molti requisiti di crescita degli eucarioti. Non possono raggiungere grandi dimensioni individuali, riprodursi sessualmente e in genere moltiplicarsi più velocemente anche degli animali che si riproducono più velocemente. Il loro "obiettivo" principale è la divisione cellulare, garantendo la continuità genetica.
La nutrizione è semplificata:i procarioti si affidano esclusivamente alla glicolisi, un percorso citoplasmatico in 10 fasi che produce due molecole di ATP e due di piruvato per molecola di glucosio. Negli eucarioti, la glicolisi alimenta la respirazione aerobica per un ritorno energetico più sostanziale.
La glicolisi da sola soddisfa le modeste richieste energetiche delle cellule procariotiche, producendo un guadagno netto di due ATP per glucosio. Sebbene di gran lunga inferiore ai 34-36 ATP prodotti dal ciclo di Krebs e dalla catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri eucariotici, questa produzione è adeguata per la sopravvivenza dei procarioti.
Il percorso inizia con l'ingresso del glucosio nella cellula, che subisce due fasi di fosforilazione e si converte in fruttosio-bifosfato. Questo intermedio si divide in due molecole identiche a tre atomi di carbonio, ciascuna recante un gruppo fosfato. Il processo richiede un investimento iniziale di due ATP ma alla fine genera quattro ATP, ottenendo un guadagno netto di due ATP.
La crescita nei procarioti può riferirsi all'espansione di singole cellule o alla proliferazione di intere popolazioni batteriche:colonie. I tempi di generazione dei batteri sono generalmente misurati in ore, in netto contrasto con l'intervallo di generazione umana, lungo decenni.
I terreni di coltura come l'agar, arricchito con glucosio, supportano la crescita batterica. Gli strumenti di quantificazione includono contatori Coulter, citometri a flusso e conteggi microscopici.
