Етапи на типичен клетъчен цикъл

Двата вида живи клетки имат различни клетъчни цикли. Прокариоти са прости организми, чиито клетки нямат ядро; тези клетки растат и след това се разделят, без да следват сложен клетъчен цикъл. Еукариотни клетки имат сложна структура с ядро ​​и органели като митохондрии. В еукариотните клетки типичният клетъчен цикъл се състои от четиристепенен процес на клетъчно делене, наречен митоза (по-нови източници добавят пети етап) и a три до четири етапа междуфазна в която клетката прекарва по-голямата част от времето си.

И в прокариотните, и в еукариотните клетки клетъчният цикъл е разделен между тях клетъчно делене и периода между разделенията. Прокариотните клетки растат, докато има необходимите хранителни вещества, има достатъчно място и отпадъците не се натрупват. Когато достигнат определен размер, те се разделят на две.

За еукариотните клетки растежът и деленето на клетките зависи от много фактори. Еукариотните клетки често са част от многоклетъчен организъм и те не могат просто да растат и да се делят независимо. За тях митозата и етапите на междуфазния клетъчен цикъл се координират с останалите клетки на организма. Клетки

Прокариотните клетки имат само два етапа в своя клетъчен цикъл. Те или са в стадий на растеж, или ако са достатъчно големи, влизат в делене сцена. Стратегията за оцеляване на много прокариоти е да се размножават бързо, докато се достигнат външни граници като липса на хранителни вещества. В резултат на това делещата се част от клетъчния цикъл може да се осъществи много бързо.

Първата стъпка от етапа на делене е ДНК репликация. Прокариотните клетки имат единична кръгова верига ДНК, прикрепена към клетъчната мембрана. По време на делене се прави копие на ДНК и се прикрепва към клетъчната мембрана. Тъй като клетката се удължава, подготвяйки се за делене, двете ДНК копия се изтеглят в противоположните краища на клетката.

Новият материал на клетъчната мембрана се отлага между двата края на клетката и между тях расте нова стена. Когато новата клетъчна стена е завършена, две нови дъщерни клетки се отделят и навлизат в етапа на растеж на своя клетъчен цикъл. Всяка от новите клетки има идентична верига на ДНК и дял от другия клетъчен материал.

Подобно на прокариотните клетки, клетките на еукариотите трябва да репликират своята ДНК и да се разделят на две дъщерни клетки. Този процес е сложен, тъй като много нишки ДНК трябва да бъдат копирани и еукариотната клетъчна структура трябва да бъде дублирана. В допълнение, специализираните клетки могат да се размножават бързо, докато други почти никога не се делят, а трети изцяло излизат от клетъчния цикъл.

Еукариотните клетки се делят, защото организмът расте или замества загубените клетки. Например младите организми трябва да растат като цяло и клетките им да се делят. Кожните клетки непрекъснато умират и се отделят от повърхността на организма. Те трябва да се разделят непрекъснато, за да заменят тези изгубени клетки. Други клетки като невроните в мозъка са силно специализирани и изобщо не се делят. Дали клетката има активен клетъчен цикъл зависи от нейната роля в тялото.

Дори клетките, които се делят редовно, прекарват по-голямата част от времето си във фаза, подготвяйки се да се разделят. Интерфазата има следните четири етапа:

• Извиква се първият етап на пролука G₁. Това е фаза на покой, след като клетката е завършила деленето чрез митоза и преди да започне да се подготвя за друго делене.
• От G1 клетката може да излезе от клетъчния цикъл и да влезе в G₀ фаза. В G₀, клетките вече не се делят и не се подготвят за деление.
• Клетките започват да се подготвят за разделяне чрез излизане от G₁ и влизане в синтез или С сцена. ДНК на клетката се репликира по време на етапа S като първата стъпка към включване в митоза.
• След като ДНК репликацията завърши, клетката навлиза във втория етап на пролука, G₂. По време на G₂ проверява се правилното дублиране на ДНК и се произвеждат клетъчни протеини, необходими за клетъчното делене.

Различните етапи отделят митозата от процеса на репликация на ДНК. Това разделяне е критично за гарантиране, че само тези клетки с пълна и точна репликация на ДНК могат да се делят. G₁ включва контролни точки, които потвърждават, че клетката се е разделила успешно и че нейната ДНК е правилно съставена. G₂ има различни контролни точки, за да се увери, че репликацията на ДНК е била успешна. Целостта на ДНК се проверява и клетъчното делене може да бъде отменено или отложено.

След като клетката излезе от интерфазата и G₂, клетката се разделя по време на митоза. В началото на митозата съществуват дублирани копия на ДНК и клетката е произвела достатъчно материал, протеини, органели и други структурни елементи, за да позволят клетъчното делене на две дъщерни клетки. Четирите етапа на митоза са както следва:

• Профаза. Клетъчната ДНК образува двойки хромозоми и ядрената мембрана се разтваря. Започва да се образува вретеното, по което хромозомите ще се разделят. По-нови източници място прометафаза след профаза, но преди метафаза.
  
• Метафаза. Формирането на вретеното е завършено. и хромозомите се подреждат в метафазната плоча, равнина по средата между краищата на вретеното.
• Анафаза. Хромозомите започват да мигрират по вретеното, като всеки от дубликатите пътува към противоположните краища на клетката, докато клетката се удължава.
• Телофаза. Хромозомната миграция е завършена и за всяко множество се образува ново ядро. Вретеното се разтваря и между двете дъщерни клетки се образува нова клетъчна мембрана.

Митоза се случва сравнително бързо. Новите клетки влизат в интерфазната G₁ сцена. Новите клетки често се диференцират в този момент и се превръщат в специализирани клетки като чернодробни клетки или кръвни клетки. Някои клетки остават недиференцирани и са източникът на повече клетки, които могат да се разделят и да станат специализирани. Сигналите за клетъчно делене, диференциация и специализация идват от други клетки в организма.

Основната функция на клетъчния цикъл е да произвежда дъщерни клетки с генетичен код идентичен с оригиналната клетка. Това е мястото, където цикълът може да се разпадне с най-вредните ефекти и това е, което контролните точки в етапите на пропастта се опитват да избегнат. Дъщерни клетки с дефектна ДНК и следователно дефектен генетичен код може да причини рак и други заболявания. Клетките, на които липсват контролните точки, могат да се размножават неконтролирано и могат да създадат израстъци и тумори.

Когато клетка открие проблем на контролно-пропускателен пункт, тя може да се опита да отстрани проблема или, ако не може, може да предизвика клетъчна смърт или апоптоза. Сложните етапи на клетъчния цикъл и контролните точки помагат да се гарантира, че само здрави клетки с проверена ДНК могат да се размножават и да произвеждат милиони нови клетки, които нормалното тяло редовно произвежда.

Клетъчният цикъл, който не функционира правилно бързо, води до дефектни клетки. Ако те не бъдат уловени на контролно-пропускателен пункт, резултатът може да бъде организъм, който не може да изпълнява нормални функции като търсене на храна или размножаване. Ако дефектните клетки са в ключов орган като сърцето или мозъка, това може да доведе до смъртта на организма.