Fázy typického bunkového cyklu

Tieto dva druhy živých buniek majú rozdielne bunkové cykly. Prokaryotes sú jednoduché organizmy, ktorých bunky nemajú jadro; tieto bunky rastú a potom sa štiepia bez sledovania zložitého bunkového cyklu. Eukaryotické bunky majú zložitú štruktúru s jadrom a organelami, ako sú mitochondrie. V eukaryotických bunkách je typický bunkový cyklus tvorený štvorstupňovým procesom delenia buniek, ktorý sa nazýva mitóza (novšie zdroje pridávajú piatu etapu) a a troj- až štvorstupňový medzifáza v ktorej bunka trávi väčšinu času.

V prokaryotických aj eukaryotických bunkách je bunkový cyklus rozdelený medzi bunkové delenie a obdobie medzi divíziami. Prokaryotické bunky rastú, pokiaľ sú k dispozícii potrebné živiny, je dostatok priestoru a nehromadí sa odpad. Keď dosiahnu určitú veľkosť, rozdelia sa na dve časti.

U eukaryotických buniek závisí rast a delenie buniek od mnohých faktorov. Eukaryotické bunky často tvoria súčasť mnohobunkového organizmu a nemôžu len samostatne rásť a deliť sa. Pre nich je mitóza a fázy medzifázového bunkového cyklu koordinované s ostatnými bunkami organizmu. Bunky

Prokaryotické bunky majú vo svojom bunkovom cykle iba dva stupne. Sú buď v rastovom štádiu, alebo ak sú dostatočne veľké, vstupujú do štiepenie etapa. Stratégia prežitia mnohých prokaryotov je rýchlo sa množiť, kým sa nedosiahnu vonkajšie limity, ako je nedostatok živín. Vďaka tomu môže štiepna časť bunkového cyklu prebehnúť veľmi rýchlo.

Prvý krok štiepnej fázy je Replikácia DNA. Prokaryotické bunky majú jediný kruhový reťazec DNA pripojený k bunkovej membráne. Počas štiepenia sa vytvorí kópia DNA, ktorá sa tiež pripojí k bunkovej membráne. Keď sa bunka predlžuje pri príprave na štiepenie, dve kópie DNA sa od seba odtiahnu na opačné konce bunky.

Medzi dva konce bunky sa ukladá nový materiál bunkovej membrány a medzi nimi rastie nová stena. Keď je nová bunková stena úplná, oddelia sa dve nové dcérske bunky a vstúpia do rastovej fázy svojho bunkového cyklu. Nové bunky majú každý identické vlákno DNA a podiel iného bunkového materiálu.

Rovnako ako prokaryotické bunky musia bunky eukaryotov replikovať svoju DNA a deliť sa na dve dcérske bunky. Tento proces je komplikovaný, pretože sa musí kopírovať veľa reťazcov DNA a štruktúra eukaryotických buniek sa musí duplikovať. Okrem toho sa špecializované bunky môžu rýchlo množiť, zatiaľ čo iné sa takmer nikdy nerozdelia a ďalšie úplne opustia bunkový cyklus.

Eukaryotické bunky sa delia, pretože organizmus rastie alebo nahrádza bunky, ktoré sa stratili. Napríklad mladé organizmy musia rásť ako celok a ich bunky sa musia deliť. Kožné bunky neustále odumierajú a sú vylučované z povrchu organizmu. Musia sa neustále deliť, aby nahradili tie stratené bunky. Ostatné bunky, ako napríklad neuróny v mozgu, sú vysoko špecializované a vôbec sa nedelia. To, či má bunka aktívny bunkový cyklus, závisí od jej úlohy v tele.

Aj bunky, ktoré sa delia pravidelne, trávia väčšinu času medzifázami a pripravujú sa na delenie. Interfáza má nasledujúce štyri stupne:

• Prvý stupeň medzery sa nazýva G₁. Je to pokojová fáza po tom, ako bunka dokončí delenie mitózou a predtým, ako sa začne pripravovať na ďalšie delenie.
• Z G1 môže bunka opustiť bunkový cyklus a vstúpiť do bunky G₀ fáza. V G₀, bunky sa už nedelia ani sa nepripravujú na delenie.
• Bunky sa začínajú pripravovať na delenie opustením G₁ a vstupom do syntéza resp S etapa. DNA bunky sa replikuje počas fázy S ako prvý krok k zapojeniu do mitózy.
• Akonáhle je replikácia DNA dokončená, bunka vstúpi do druhého štádia medzery, G₂. Počas G₂ overí sa správna duplikácia DNA a vytvoria sa bunkové proteíny potrebné na delenie buniek.

Etapy medzery oddeľujú mitózu od procesu replikácie DNA. Táto separácia je rozhodujúca pre zabezpečenie toho, aby sa mohli deliť iba tie bunky s úplnou a presnou replikáciou DNA. G₁ obsahuje kontrolné body, ktoré overujú, či sa bunka úspešne rozdelila a či je jej DNA správne vytvorená. G₂ má rôzne kontrolné body, aby sa ubezpečil, že replikácia DNA bola úspešná. Integrita DNA je overená a bunkové delenie je možné zrušiť alebo odložiť.

Akonáhle bunka opustí medzifázu a G₂, sa bunka štiepi počas mitózy. Na začiatku mitózy existujú duplikáty DNA a bunka ich vyprodukovala dosť materiál, bielkoviny, organely a ďalšie štrukturálne prvky umožňujúce bunkové rozdelenie na dve časti dcérske bunky. Štyri stupne mitózy sú tieto:

• Prophase. Bunková DNA vytvára páry chromozómov a jadrová membrána sa rozpúšťa. Začína sa vytvárať vreteno, pozdĺž ktorého sa budú chromozómy oddeľovať. Novšie zdroje umiestňujú prometafáza po profáze, ale pred metafázou.
  
• Metafáza. Tvorba vretena je dokončená. a chromozómy sa zoradia na metafázovej doske, v rovine v polovici medzi koncami vretena.
• Anafáza. Chromozómy začnú migrovať pozdĺž vretena, pričom každý z duplikátov putuje na opačné konce bunky, keď sa bunka predlžuje.
• Telophase. Migrácia chromozómov je dokončená a pre každú sadu sa vytvára nové jadro. Vreteno sa rozpustí a medzi dvoma dcérskymi bunkami sa vytvorí nová bunková membrána.

Mitóza sa stane pomerne rýchlo. Nové bunky vstupujú do medzifázy G₁ etapa. Nové bunky sa v tomto bode často diferencujú a stávajú sa špecializovanými bunkami, ako sú pečeňové bunky alebo krvinky. Niektoré bunky zostávajú nediferencované a sú zdrojom ďalších buniek, ktoré sa môžu deliť a stať sa špecializovanými. Signály na delenie, diferenciáciu a špecializáciu buniek pochádzajú z iných buniek v organizme.

Hlavnou funkciou bunkového cyklu je produkcia dcérskych buniek s a genetický kód identické s pôvodnou bunkou. To je miesto, kde sa môže cyklus rozpadnúť s najškodlivejšími účinkami, a tomu sa snažia vyhnúť kontrolné body vo fázach medzery. Dcérske bunky s chybnou DNA a preto chybný genetický kód môže spôsobiť rakovinu a ďalšie choroby. Bunky, ktorým chýbajú kontrolné body, sa môžu nekontrolovane množiť a môžu vytvárať výrastky a nádory.

Keď bunka zistí problém na kontrolnom stanovišti, môže sa pokúsiť problém vyriešiť, alebo ak nie, môže spustiť bunkovú smrť alebo apoptóza. Prepracované fázy a kontrolné body bunkového cyklu zaisťujú, že iba zdravé bunky s overenou DNA sa môžu množiť a produkovať milióny nových buniek, ktoré normálne telo produkuje pravidelne.

Bunkový cyklus, ktorý nefunguje správne rýchlo, vedie k poškodeniu buniek. Ak sa tieto nezachytia na kontrolnom stanovišti, výsledkom môže byť organizmus, ktorý nedokáže plniť bežné funkcie, ako je hľadanie potravy alebo reprodukcia. Ak sú poškodené bunky v kľúčovom orgáne, ako je srdce alebo mozog, môže to mať za následok smrť organizmu.