Fasi di un tipico ciclo cellulare

I due tipi di cellule viventi hanno cicli cellulari diversi. procarioti sono organismi semplici le cui cellule non hanno nucleo; queste cellule crescono e poi si dividono senza seguire un ciclo cellulare complesso. Cellule eucariotiche hanno una struttura complessa con un nucleo e organelli come i mitocondri. Nelle cellule eucariotiche, il ciclo cellulare tipico è costituito da un processo di divisione cellulare in quattro fasi chiamato mitosi (fonti più recenti aggiungono un quinto stadio) e a da tre a quattro stadi interfase in cui la cellula trascorre la maggior parte del suo tempo.

Sia nelle cellule procariotiche che eucariotiche il ciclo cellulare è diviso tra divisione cellulare e il periodo tra le divisioni. Le cellule procariotiche crescono finché sono disponibili i nutrienti necessari, c'è abbastanza spazio e i rifiuti non si accumulano. Quando raggiungono una certa dimensione, si dividono in due.

Per le cellule eucariotiche, la crescita e la divisione cellulare dipendono da molti fattori. Le cellule eucariotiche spesso fanno parte di un organismo multicellulare e non possono semplicemente crescere e dividersi indipendentemente. Per loro, la mitosi e le fasi del ciclo cellulare interfase sono coordinate con le altre cellule dell'organismo. cellule

Le cellule procariotiche hanno solo due fasi nel loro ciclo cellulare. O sono in fase di crescita o, se sono abbastanza grandi, entrano nel fissione palcoscenico. La strategia di sopravvivenza di molti procarioti è quella di moltiplicarsi rapidamente fino a raggiungere limiti esterni come la mancanza di nutrienti. Di conseguenza, la parte di fissione del ciclo cellulare può avvenire molto rapidamente.

Il primo passo della fase di fissione è replicazione del DNA. Le cellule procariotiche hanno un singolo filamento circolare di DNA attaccato alla membrana cellulare. Durante la fissione, viene creata una copia del DNA e attaccata anche alla membrana cellulare. Quando la cellula si allunga in preparazione alla fissione, le due copie del DNA vengono separate alle estremità opposte della cellula.

Il nuovo materiale della membrana cellulare viene depositato tra le due estremità della cellula e tra di esse cresce una nuova parete. Quando la nuova parete cellulare è completa, due nuove cellule figlie si separano ed entrano nella fase di crescita del loro ciclo cellulare. Le nuove cellule hanno ciascuna un identico filamento di DNA e una quota dell'altro materiale cellulare.

Come le cellule procariotiche, le cellule degli eucarioti devono replicare il loro DNA e dividersi in due cellule figlie. Questo processo è complicato perché molti filamenti di DNA devono essere copiati e la struttura delle cellule eucariotiche deve essere duplicata. Inoltre, le cellule specializzate possono riprodursi rapidamente mentre altre non si dividono quasi mai e altre ancora escono del tutto dal ciclo cellulare.

Le cellule eucariotiche si dividono perché l'organismo sta crescendo o sta sostituendo le cellule che sono andate perdute. Ad esempio, i giovani organismi devono crescere nel loro insieme e le loro cellule devono dividersi. Le cellule della pelle muoiono continuamente e vengono eliminate dalla superficie dell'organismo. Devono dividersi continuamente per sostituire quelle cellule perse. Altre cellule come i neuroni nel cervello sono altamente specializzate e non si dividono affatto. Se una cellula ha un ciclo cellulare attivo dipende dal suo ruolo nel corpo.

Anche le cellule che si dividono regolarmente trascorrono la maggior parte del loro tempo in interfase, preparandosi a dividersi. L'interfase ha le seguenti quattro fasi:

• La prima fase di gap è chiamata G₁. È la fase di riposo dopo che la cellula ha completato la divisione per mitosi e prima che inizi a prepararsi per un'altra divisione.
• Da G1, la cellula può uscire dal ciclo cellulare ed entrare nel G₀ fase. In G₀, le cellule non si dividono più né si preparano per la divisione.
• Le cellule iniziano a prepararsi per la divisione uscendo da G₁ e inserendo il sintesi o S palcoscenico. Il DNA della cellula viene replicato durante lo stadio S come primo passo per impegnarsi nella mitosi.
• Una volta completata la replicazione del DNA, la cellula entra nel secondo stadio gap, G₂. Durante G₂ viene verificata la corretta duplicazione del DNA e vengono prodotte le proteine ​​cellulari necessarie alla divisione cellulare.

Gli stadi gap separano la mitosi dal processo di replicazione del DNA. Questa separazione è fondamentale per garantire che solo le cellule con una replicazione completa e accurata del DNA possano dividersi. G₁ incorpora punti di controllo che verificano che la cellula si sia divisa con successo e che il suo DNA sia adeguatamente costituito. G₂ ha diversi punti di controllo per assicurarsi che la replicazione del DNA abbia avuto successo. L'integrità del DNA è verificata e la divisione cellulare può essere annullata o posticipata.

Una volta che la cellula esce dall'interfase e da G₂, la cellula si divide durante la mitosi. All'inizio della mitosi, esistono copie duplicate del DNA e la cellula ne ha prodotto abbastanza materiale, proteine, organelli e altri elementi strutturali per consentire la divisione cellulare in due cellule figlie. Le quattro fasi della mitosi sono le seguenti:

• profase. Il DNA cellulare forma coppie di cromosomi e la membrana nucleare si dissolve. Inizia a formarsi il fuso lungo il quale i cromosomi si separeranno. Luogo di fonti più recenti prometafase dopo la profase ma prima della metafase.
  
• metafase. La formazione del mandrino è completa. e i cromosomi si allineano alla piastra metafase, un piano a metà strada tra le estremità del fuso.
• anafase. I cromosomi iniziano a migrare lungo il fuso, ciascuno dei duplicati viaggia alle estremità opposte della cellula mentre la cellula si allunga.
• telofase. La migrazione cromosomica è completa e per ogni insieme si forma un nuovo nucleo. Il fuso si dissolve e si forma una nuova membrana cellulare tra le due cellule figlie.

Mitosi avviene relativamente rapidamente. Le nuove cellule entrano nell'interfase G₁ palcoscenico. Le nuove cellule spesso si differenziano a questo punto e diventano cellule specializzate come le cellule del fegato o le cellule del sangue. Alcune cellule rimangono indifferenziate e sono la fonte di più cellule che possono dividersi e specializzarsi. I segnali per la divisione cellulare, la differenziazione e la specializzazione provengono da altre cellule dell'organismo.

La funzione principale del ciclo cellulare è produrre cellule figlie con a codice genetico identica alla cellula originaria. È qui che il ciclo può interrompersi con gli effetti più dannosi, ed è questo che i checkpoint nelle fasi di gap cercano di evitare. Cellule figlie con DNA difettoso e quindi un codice genetico difettoso può causare il cancro e altre malattie. Le cellule prive dei checkpoint possono moltiplicarsi in modo incontrollato e possono creare escrescenze e tumori.

Quando una cellula scopre un problema a un checkpoint, può provare a risolvere il problema o, se non ci riesce, può innescare la morte cellulare o apoptosi. Le elaborate fasi del ciclo cellulare e i checkpoint aiutano a garantire che solo le cellule sane con DNA verificato possano moltiplicarsi e produrre i milioni di nuove cellule che un corpo normale produce regolarmente.

Un ciclo cellulare che non funziona correttamente porta rapidamente a cellule difettose. Se questi non vengono catturati a un checkpoint, il risultato può essere un organismo che non può svolgere funzioni normali come cercare cibo o riprodursi. Se le cellule difettose si trovano in un organo chiave come il cuore o il cervello, può risultare la morte dell'organismo.