Fáze typického buněčného cyklu

Tyto dva druhy živých buněk mají různé buněčné cykly. Prokaryotes jsou jednoduché organismy, jejichž buňky nemají jádro; tyto buňky rostou a poté se štěpí, aniž by sledovaly složitý buněčný cyklus. Eukaryotické buňky mají složitou strukturu s jádrem a organelami, jako jsou mitochondrie. V eukaryotických buňkách je typický buněčný cyklus tvořen čtyřstupňovým procesem dělení buněk zvaným mitóza (novější zdroje přidávají pátou fázi) a a tří- až čtyřstupňové mezifáze ve kterém buňka tráví většinu času.

V prokaryotických i eukaryotických buňkách je buněčný cyklus rozdělen mezi buněčné dělení a období mezi divizemi. Prokaryotické buňky rostou, dokud jsou k dispozici potřebné živiny, je zde dostatek místa a nehromadí se odpad. Když dosáhnou určité velikosti, rozdělí se na dvě.

U eukaryotických buněk závisí růst a dělení buněk na mnoha faktorech. Eukaryotické buňky často tvoří součást mnohobuněčného organismu a nemohou jen samostatně růst a dělit se. Pro ně je mitóza a fáze fázového buněčného cyklu koordinována s ostatními buňkami organismu. Buňky

Prokaryotické buňky mají ve svém buněčném cyklu pouze dvě fáze. Jsou buď ve fázi růstu, nebo pokud jsou dostatečně velké, vstupují do štěpení etapa. Strategie přežití mnoha prokaryot je rychle se množit, dokud nebudou dosaženy vnější limity, jako je nedostatek živin. Ve výsledku může štěpná část buněčného cyklu proběhnout velmi rychle.

Prvním krokem štěpné fáze je replikace DNA. Prokaryotické buňky mají jediný kruhový řetězec DNA připojený k buněčné membráně. Během štěpení se vytvoří kopie DNA a připojí se také k buněčné membráně. Jak se buňka prodlužuje při přípravě na štěpení, jsou dvě kopie DNA roztaženy od sebe na opačné konce buňky.

Mezi dva konce buňky se uloží nový materiál buněčné membrány a mezi nimi vyroste nová stěna. Když je nová buněčná stěna kompletní, oddělují se dvě nové dceřiné buňky a vstupují do růstové fáze jejich buněčného cyklu. Nové buňky mají identické vlákno DNA a podíl jiného buněčného materiálu.

Stejně jako prokaryotické buňky musí i buňky eukaryot replikovat svou DNA a rozdělit se na dvě dceřiné buňky. Tento proces je komplikovaný, protože mnoho řetězců DNA musí být kopírováno a struktura eukaryotických buněk musí být duplikována. Specializované buňky se navíc mohou rychle množit, zatímco jiné se téměř nerozdělí a další úplně opouštějí buněčný cyklus.

Eukaryotické buňky se dělí, protože organismus roste nebo nahrazuje ztracené buňky. Například mladé organismy musí růst jako celek a jejich buňky se musí dělit. Kožní buňky neustále odumírají a jsou vylučovány z povrchu organismu. Musí se neustále dělit, aby nahradily ty ztracené buňky. Jiné buňky, jako jsou neurony v mozku, jsou vysoce specializované a vůbec se nerozdělují. To, zda má buňka aktivní buněčný cyklus, závisí na její roli v těle.

Dokonce i buňky, které se dělí pravidelně, tráví většinu času v mezifázích a připravují se na dělení. Interphase má následující čtyři fáze:

• Je volána první mezera G₁. Je to klidová fáze poté, co buňka dokončí dělení mitózou a než se začne připravovat na další dělení.
• Z G1 může buňka opustit buněčný cyklus a vstoupit do G₀ fáze. V G₀, buňky se již nerozdělují ani se nepřipravují na rozdělení.
• Buňky se začnou připravovat na rozdělení opuštěním G₁ a vstoupit do syntéza nebo S etapa. DNA buňky se replikuje během fáze S jako první krok k zapojení do mitózy.
• Jakmile je replikace DNA dokončena, buňka vstoupí do druhé fáze mezery, G₂. Během G₂ ověřuje se správná duplikace DNA a produkují se buněčné proteiny nezbytné pro dělení buněk.

Etapy mezery oddělují mitózu od procesu replikace DNA. Tato separace je zásadní pro zajištění toho, že se mohou dělit pouze buňky s úplnou a přesnou replikací DNA. G₁ obsahuje kontrolní body, které ověřují, že se buňka úspěšně rozdělila a její DNA je správně vytvořena. G₂ má různé kontrolní body, aby se ujistil, že replikace DNA byla úspěšná. Integrita DNA je ověřena a buněčné dělení může být zrušeno nebo odloženo.

Jakmile buňka opustí mezifázi a G₂se buňka během mitózy štěpí. Na začátku mitózy existují duplicitní kopie DNA a buňka toho vyprodukovala dost materiál, proteiny, organely a další strukturní prvky umožňující buněčné dělení na dvě části dceřiné buňky. Čtyři stupně mitózy jsou následující:

• Prophase. Buněčná DNA tvoří páry chromozomů a jaderná membrána se rozpouští. Začíná se tvořit vřeteno, podél kterého se chromozomy oddělí. Místo novějších zdrojů prometafáze po profázi, ale před metafází.
  
• Metafáze. Tvar vřetena je dokončen. a chromozomy se seřadí na metafázové desce, rovině v polovině mezi konci vřetena.
• Anafáze. Chromozomy začnou migrovat podél vřetene, přičemž každý z duplikátů putuje na protilehlé konce buňky, jak se buňka prodlužuje.
• Telophase. Migrace chromozomů je dokončena a pro každou sadu se vytváří nové jádro. Vřeteno se rozpustí a mezi dvěma dceřinými buňkami se vytvoří nová buněčná membrána.

Mitóza probíhá poměrně rychle. Nové buňky vstupují do mezifáze G₁ etapa. Nové buňky se v tomto bodě často diferencují a stávají se specializovanými buňkami, jako jsou jaterní buňky nebo krvinky. Některé buňky zůstávají nediferencované a jsou zdrojem více buněk, které se mohou rozdělit a stát se specializovanými. Signály pro dělení, diferenciaci a specializaci buněk pocházejí z jiných buněk v organismu.

Hlavní funkcí buněčného cyklu je produkce dceřiných buněk s a genetický kód identické s původní buňkou. Tady se může cyklus rozebrat s nejškodlivějšími účinky, a tomu se kontrolní body ve fázích mezery snaží vyhnout. Dceřiné buňky s vadnou DNA a proto může vadný genetický kód způsobit rakovinu a další nemoci. Buňky, které postrádají kontrolní body, se mohou nekontrolovaně množit a mohou vytvářet výrůstky a nádory.

Když buňka zjistí problém na kontrolním stanovišti, může se pokusit problém vyřešit, nebo, pokud to nedokáže, může spustit smrt buňky nebo apoptóza. Propracované fáze buněčného cyklu a kontrolní body pomáhají zajistit, aby se pouze zdravé buňky s ověřenou DNA mohly množit a produkovat miliony nových buněk, které normální tělo produkuje pravidelně.

Buněčný cyklus, který nefunguje správně rychle, vede k poškození buněk. Pokud nejsou zachyceni na kontrolním stanovišti, výsledkem může být organismus, který nemůže plnit normální funkce, jako je hledání potravy nebo rozmnožování. Pokud jsou poškozené buňky v klíčovém orgánu, jako je srdce nebo mozek, může dojít k smrti organismu.