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Les cellules sont les unités fonctionnelles de la vie, chacune composée de structures spécialisées qui coopèrent pour maintenir un environnement interne viable. Dans de nombreux organismes, une seule cellule est une entité vivante entièrement autonome, illustrée par des procaryotes tels que E. coli et Staphylocoque .
Les procaryotes englobent les domaines Bactéries et Archées, caractérisés par leur architecture simple et unicellulaire. En revanche, le domaine Eukaryota comprend généralement des organismes plus grands, souvent multicellulaires (animaux, plantes, protistes et champignons) qui possèdent des organites liées à la membrane.
Malgré ces différences, les premières étapes de la nutrition des cellules procaryotes et eucaryotes convergent, en commençant par l'ingestion et le traitement du glucose.
Toutes les cellules partagent quatre composants fondamentaux :l'ADN (le matériel génétique universel), une membrane plasmique qui protège et délimite la cellule, les ribosomes qui synthétisent les protéines, et le cytoplasme, la matrice gélatineuse qui remplit l'intérieur.
Les cellules eucaryotes comportent des organites à double membrane absentes chez les procaryotes. Le noyau, entouré d'une enveloppe nucléaire, abrite l'ADN. Les eucaryotes effectuent également une respiration aérobie, extrayant une énergie maximale du glucose via le cycle de Krebs et la chaîne de transport d'électrons.
Les procaryotes manquent de nombreuses exigences de croissance des eucaryotes. Ils ne peuvent pas atteindre de grandes tailles individuelles, se reproduire sexuellement et se multiplient généralement plus rapidement que même les animaux reproducteurs les plus rapides. Leur « objectif » principal est la division cellulaire, assurant la continuité génétique.
La nutrition est rationalisée :les procaryotes dépendent exclusivement de la glycolyse, une voie cytoplasmique en 10 étapes qui produit deux molécules d'ATP et deux molécules de pyruvate par molécule de glucose. Chez les eucaryotes, la glycolyse alimente la respiration aérobie pour un gain énergétique plus substantiel.
La glycolyse satisfait à elle seule les modestes besoins énergétiques des cellules procaryotes, produisant un gain net de deux ATP par glucose. Bien que bien inférieur au 34-36 ATP produit par le cycle de Krebs et la chaîne de transport d'électrons dans les mitochondries eucaryotes, cette production est adéquate pour la survie des procaryotes.
Le processus commence lorsque le glucose pénètre dans la cellule, subit deux étapes de phosphorylation et se transforme en fructose-bisphosphate. Cet intermédiaire se divise en deux molécules identiques à trois carbones, chacune portant un groupe phosphate. Le processus nécessite un investissement initial de deux ATP mais génère finalement quatre ATP, ce qui génère un gain net de deux ATP.
La croissance chez les procaryotes peut faire référence à l’expansion de cellules individuelles ou à la prolifération de populations bactériennes entières – des colonies. Les temps de génération bactérienne sont généralement mesurés en heures, ce qui contraste fortement avec l'intervalle de génération humaine de plusieurs décennies.
Les milieux de culture tels que la gélose, enrichis en glucose, favorisent la croissance bactérienne. Les outils de quantification incluent des compteurs Coulter, des cytomètres en flux et des comptages microscopiques.