Grundvoraussetzungen für das Wachstum von Prokaryoten und Eukaryoten

Zellen werden oft als die grundlegenden „Bausteine“ des Lebens bezeichnet, aber „funktionale Einheiten“ sind vielleicht ein besserer Begriff. Schließlich enthält eine Zelle selbst eine Reihe von unterschiedlichen Teilen, die zusammenarbeiten müssen, um eine für eine funktionsfähige Zelle gastfreundliche Umgebung zu schaffen.

Darüber hinaus ist eine einzelne Zelle oft ist Leben, da eine einzelne Zelle einen ganzen, lebenden Organismus bilden kann und oft auch tut. Dies ist bei fast allen Prokaryoten der Fall, Beispiele dafür sind E. coli Bakterien und Staphylokokken mikrobielle Spezies.

Bakterien und Archaeen sind die beiden Prokaryotik Domänen, die einzelligen Organismen mit sehr einfachen Zellen. Eukaryoten, andererseits sind sie meist groß und vielzellig. Diese Domäne umfasst Tiere, Pflanzen, Protisten und Pilze.

Auf zellulärer Ebene unterscheidet sich die prokaryontische Ernährung jedoch nicht wesentlich von der eukaryontischen Ernährung, zumindest an dem Punkt, an dem der Ernährungsprozess für beide beginnt.

Alle Zellen, unabhängig von ihrer Evolutionsgeschichte und ihrem Entwicklungsstand, haben vier gemeinsame Strukturen: DNA (Desoxyribonukleinsäure - die Genmaterial von Zellen in der Natur), eine Plasma-(Zell-)Membran, um die Zelle zu schützen und ihren Inhalt einzuschließen, Ribosomen Proteine ​​herstellen und Zytoplasma, wobei die gelartige Matrix den größten Teil der meisten Zellen bildet.

Eukaryontische Zellen haben interne doppelmembrangebundene Strukturen, die Organellen genannt werden, die prokaryontischen Zellen fehlen. Der Kern, der die DNA in diesen Zellen beherbergt, hat eine Membran, die als Kernhülle bezeichnet wird. Die einzigartigen metabolischen Bedürfnisse und Fähigkeiten von Eukaryoten haben dazu geführt, dass aerobe Atmung, ein Mittel, mit dem Zellen dem Zuckermolekül mit sechs Kohlenstoffatomen die größtmögliche Energie entziehen können Glucose.

Prokaryoten haben nicht alle Wachstumsanforderungen, die Eukaryoten haben.

Zum einen können diese Organismen nicht zu großen Einzelgrößen heranwachsen. Zum anderen vermehren sie sich nicht sexuell. Zum anderen vermehren sie sich im Durchschnitt um ein Vielfaches schneller als selbst die am schnellsten brütenden Tiere. Dies macht ihre Hauptaufgabe nicht darin, sich zu paaren, sondern sich einfach und buchstäblich zu teilen und ihre DNA an die nächste Generation weiterzugeben.

Aus diesem Grund sind Prokaryoten in der Lage, ernährungsphysiologisch nur mit Glykolyse, eine Reihe von 10 Reaktionen, die im Zytoplasma von prokaryontischen und eukaryontischen Zellen gleichermaßen auftreten. In Prokaryoten führt es zur Produktion von zwei ATP (Adenosintriphosphat, die „Energiewährung“ aller Zellen) und zwei Pyruvatmoleküle pro verwendetem Glucosemolekül.

In eukaryotischen Zellen ist die Glykolyse lediglich das Tor zu den Reaktionen der aeroben Atmung, den letzten Schritten des Prozesses der Zellatmung.

Mit seltenen Ausnahmen muss der Zellwachstumsbedarf in Prokaryoten vollständig aus dem Prozess der Glykolyse gedeckt werden.

Obwohl die Glykolyse nur einen bescheidenen Energieschub (zwei ATP pro Glukosemolekül) liefert, verglichen mit den Reaktionen des Krebs-Zyklus und der Elektronentransportkette in den Mitochondrien bieten kann (weitere 34 bis 36 ATP zusammen), dies reicht aus, um den bescheidenen Bedarf von Prokaryonten zu decken Zellen. Folglich ist auch ihre Ernährung einfach.

Im ersten Teil der Glykolyse dringt Glukose in eine Zelle ein, erfährt zwei Zugaben von Phosphat und wird in Fructose-Molekül, bevor dieses Produkt schließlich in zwei identische Drei-Kohlenstoff-Moleküle gespalten wird, jedes mit seinem eigenen Phosphatgruppe.

Dies erfordert tatsächlich eine Investition von zwei ATP. Aber nach der Aufspaltung trägt jedes Drei-Kohlenstoff-Molekül zur Synthese von zwei ATP bei, was eine Gesamtausbeute von vier ATP für diesen Teil der Glykolyse und eine Nettoausbeute von zwei ATP für die gesamte Glykolyse ergibt.

Das Konzept des Wachstums, wie es auf prokaryontische Zellen angewendet wird, muss sich nicht auf das Wachstum einzelner Zellen beziehen; es kann sich auch auf das Wachstum von Bakterienzellpopulationen beziehen, oder Kolonien.Bakterienzellen haben oft sehr kurze Generations-(Reproduktions-)Zeiten in der Größenordnung von Stunden. Vergleichen Sie dies mit den 20 bis 30 oder so Jahre zwischen den menschlichen Generationen in der modernen Welt gesehen.

Bakterien können auf Medien wie Agar kultiviert werden, die Glukose enthalten und das Wachstum der Bakterien fördern. Scharzähler und Durchflusszytometer sind Instrumente zum Zählen von Bakterien, obwohl auch Mikroskopzählungen direkt verwendet werden.