Faze tipičnog staničnog ciklusa

Dvije vrste živih stanica imaju različite stanične cikluse. Prokarioti su jednostavni organizmi čije stanice nemaju jezgru; te stanice rastu, a zatim se dijele bez praćenja složenog staničnog ciklusa. Eukariotske stanice imaju složenu strukturu s jezgrom i organelama poput mitohondrija. U eukariotskim stanicama tipični stanični ciklus sastoji se od četverostupanjskog procesa diobe stanica koji se naziva mitoza (noviji izvori dodaju petu fazu) i a tri do četiri stupnja međufazni u kojem stanica provodi većinu svog vremena.

I u prokariotskim i u eukariotskim stanicama stanični ciklus je podijeljen dijeljenje stanica i razdoblje između podjela. Prokariotske stanice rastu sve dok su dostupne potrebne hranjive tvari, ima dovoljno mjesta i otpad se ne nakuplja. Kad dosegnu određenu veličinu, podijele se na dva dijela.

Za eukariotske stanice rast i dioba stanica ovisi o mnogim čimbenicima. Eukariotske stanice često čine dio višećelijskog organizma i ne mogu samo rasti i dijeliti se neovisno. Za njih se mitoza i faze interfaznog staničnog ciklusa koordiniraju s ostalim stanicama organizma. Stanice

Prokariotske stanice imaju samo dva stupnja u staničnom ciklusu. Oni su ili u fazi rasta ili, ako su dovoljno veliki, ulaze u fisija pozornica. Strategija preživljavanja mnogih prokariota je da se brzo umnožavaju sve dok se ne dosegnu vanjske granice poput nedostatka hranjivih sastojaka. Kao rezultat, fisioni dio staničnog ciklusa može se odvijati vrlo brzo.

Prvi korak u fazi fisije je Replikacija DNA. Prokariotske stanice imaju jedan kružni lanac DNA pričvršćen na staničnu membranu. Tijekom fisije izrađuje se kopija DNK koja se također pričvršćuje na staničnu membranu. Kako se stanica izdužuje u pripremi za cijepanje, dvije se DNA kopije odvajaju na suprotne krajeve stanice.

Novi materijal stanične membrane taloži se između dva kraja stanice, a novi zid raste između njih. Kada je nova stanična stijenka dovršena, dvije nove stanice kćeri se odvajaju i ulaze u fazu rasta staničnog ciklusa. Svaka od novih stanica ima identičan lanac DNA i udio drugog staničnog materijala.

Poput prokariontskih stanica, stanice eukariota moraju replicirati svoju DNA i podijeliti se u dvije stanice kćeri. Ovaj je proces složen jer se moraju kopirati mnogi lanci DNA, a eukariotska struktura stanica mora se duplicirati. Uz to, specijalizirane stanice mogu se brzo razmnožavati, dok se druge gotovo nikad ne dijele, a treće uopće izlaze iz staničnog ciklusa.

Stanice eukariota se dijele jer organizam raste ili nadomješta izgubljene stanice. Primjerice, mladi organizmi moraju rasti u cjelini, a stanice se moraju dijeliti. Stanice kože kontinuirano umiru i odbacuju se s površine organizma. Moraju se kontinuirano dijeliti kako bi nadomjestili izgubljene stanice. Ostale stanice poput neurona u mozgu visoko su specijalizirane i uopće se ne dijele. Ima li stanica aktivan stanični ciklus ovisi o njenoj ulozi u tijelu.

Čak i stanice koje se redovito dijele provode većinu svog vremena u međufazi, pripremajući se za dijeljenje. Interfaza ima sljedeće četiri faze:

• Prva faza praznine se naziva G₁. To je faza odmora nakon što je stanica završila dijeljenje mitozom i prije nego što se počne pripremati za novu diobu.
• Iz G1, stanica može izaći iz staničnog ciklusa i ući u G₀ faza. U G₀, stanice se više ne dijele niti se pripremaju za diobu.
• Stanice se započinju s pripremom za podjelu izlaskom iz G₁ i ulazak u sinteza ili S pozornica. DNA stanice se replicira tijekom S faze kao prvi korak u mitozi.
• Kad je replikacija DNA završena, stanica ulazi u drugu fazu praznine, G₂. Za vrijeme G₂ provjerava se ispravno umnožavanje DNK i proizvode se stanični proteini neophodni za diobu stanica.

Faze praznine odvajaju mitozu od procesa replikacije DNA. Ovo razdvajanje je presudno za osiguravanje da se mogu dijeliti samo one stanice s potpunom i točnom replikacijom DNA. G₁ uključuje kontrolne točke koje provjeravaju je li se stanica uspješno podijelila i je li DNK pravilno sastavljena. G₂ ima različite kontrolne točke kako bi bio siguran da je replikacija DNA uspješna. Integritet DNA se provjerava, a dioba stanica može se otkazati ili odgoditi.

Jednom kada stanica izađe iz interfaze i G₂, stanica se cijepa tijekom mitoze. Na početku mitoze postoje dvostruke kopije DNA, a stanica je stvorila dovoljno materijala, bjelančevina, organela i drugih strukturnih elemenata koji omogućuju podjelu stanica na dvoje kćerke stanice. Četiri stadija mitoze su kako slijedi:

• Profaza. Stanična DNA tvori parove kromosoma, a nuklearna membrana se otapa. Počinje se stvarati vreteno duž kojeg će se kromosomi razdvojiti. Noviji izvori mjesto prometafaza nakon profaze, ali prije metafaze.
  
• Metafaza. Formiranje vretena je završeno. a kromosomi se poredaju na metafaznoj ploči, ravnini na pola puta između krajeva vretena.
• Anafaza. Kromosomi počinju migrirati duž vretena, a svaki od duplikata putuje na suprotne krajeve stanice dok se stanica izdužuje.
• Telofaza. Kromosomska migracija je dovršena i za svaki skup nastaje nova jezgra. Vreteno se otapa, a između dvije stanice kćeri stvara se nova stanična membrana.

Mitoza događa se relativno brzo. Nove stanice ulaze u interfazu G₁ pozornica. U ovom se trenutku nove stanice često diferenciraju i postaju specijalizirane stanice poput stanica jetre ili krvnih stanica. Neke stanice ostaju nediferencirane i izvor su više stanica koje se mogu podijeliti i specijalizirati. Signali za diobu, diferencijaciju i specijalizaciju stanica dolaze iz drugih stanica u organizmu.

Glavna funkcija staničnog ciklusa je stvaranje stanica kćeri s a genetski kod identična izvornoj ćeliji. Tu se ciklus može razbiti s najštetnijim učincima, a to je ono što kontrolne točke u fazama praznina nastoje izbjeći. Kćerke stanice s neispravnom DNA i stoga neispravan genetski kod može uzrokovati rak i druge bolesti. Stanice kojima nedostaju kontrolne točke mogu se nekontrolirano razmnožavati i mogu stvoriti izrasline i tumore.

Kad stanica otkrije problem na kontrolnoj točki, može pokušati riješiti problem ili, ako ne može, može pokrenuti staničnu smrt ili apoptoza. Razrađene faze staničnog ciklusa i kontrolne točke pomažu u osiguranju da se samo zdrave stanice s provjerenom DNA mogu množiti i stvarati milijune novih stanica koje normalno tijelo redovito stvara.

Stanični ciklus koji ne funkcionira kako treba brzo dovodi do oštećenja stanica. Ako ih se ne uhvati na kontrolnoj točki, rezultat može biti organizam koji ne može ispuniti normalne funkcije poput traženja hrane ili razmnožavanja. Ako su oštećene stanice u ključnom organu kao što su srce ili mozak, to može rezultirati smrću organizma.