Faze tipičnega celičnega cikla

Dve vrsti živih celic imata različne celične cikle. Prokarionti so preprosti organizmi, katerih celice nimajo jedra; te celice rastejo in se nato cepijo, ne da bi sledile zapletenemu celičnemu ciklu. Eukariontske celice imajo zapleteno strukturo z jedrom in organeli, kot so mitohondriji. V evkariontskih celicah je tipični celični cikel sestavljen iz štiristopenjskega procesa delitve celic, imenovanega mitoza (novejši viri dodajo peto stopnjo) in a tri- do štiristopenjski medfazni v katerem celica preživi večino svojega časa.

Tako v prokariontskih kot evkariontskih celicah je celični cikel razdeljen med delitev celic in obdobje med delitvami. Prokariontske celice rastejo, dokler so na voljo potrebna hranila, je dovolj prostora in odpadki se ne kopičijo. Ko dosežejo določeno velikost, se razdelijo na dvoje.

Za evkariontske celice sta rast in delitev celic odvisni od številnih dejavnikov. Eukariontske celice so pogosto del večceličnega organizma in ne morejo samo samostojno rasti in se deliti. Zanje sta stopnja mitoze in medfaznega celičnega cikla usklajena z drugimi celicami organizma. Celice

Prokariontske celice imajo v svojem celičnem ciklu samo dve stopnji. So bodisi v fazi rasti bodisi, če so dovolj veliki, vstopijo v cepitev stopnja. Strategija preživetja mnogih prokariontov je hitro razmnoževanje, dokler se ne dosežejo zunanje meje, kot je pomanjkanje hranil. Posledično lahko cepitveni del celičnega cikla poteka zelo hitro.

Prvi korak v fazi cepitve je Replikacija DNA. Prokariontske celice imajo eno samo krožno verigo DNA, pritrjeno na celično membrano. Med cepitvijo se naredi kopija DNK, ki je pritrjena tudi na celično membrano. Ko se celica podaljša pri pripravi na cepitev, se dve kopiji DNA potegneta narazen na nasprotna konca celice.

Nov material celične membrane se odloži med obema koncema celice, med njimi pa raste nova stena. Ko je nova celična stena končana, se dve novi hčerinski celici ločita in vstopite v fazo rasti svojega celičnega cikla. Vsaka od novih celic ima enak sklop DNA in delež drugega celičnega materiala.

Tako kot prokariontske celice morajo tudi celice evkariontov replicirati svojo DNA in se razdeliti v dve hčerinski celici. Ta postopek je zapleten, ker je treba kopirati številne verige DNK in podvojiti strukturo evkariontskih celic. Poleg tega se lahko specializirane celice hitro razmnožujejo, druge pa se komaj kdaj razdelijo, tretje pa popolnoma zapustijo celični cikel.

Celice evkariontov se delijo, ker organizem raste ali nadomešča izgubljene celice. Na primer, mladi organizmi morajo rasti kot celota, njihove celice pa se morajo deliti. Kožne celice neprestano umirajo in se izločajo s površine organizma. Za nadomestitev izgubljenih celic se morajo neprestano deliti. Druge celice, kot so nevroni v možganih, so zelo specializirane in se sploh ne delijo. Ali ima celica aktiven celični cikel, je odvisno od njene vloge v telesu.

Tudi celice, ki se redno delijo, večino svojega časa preživijo v medfazi in se pripravijo na delitev. Interfaza ima naslednje štiri stopnje:

• Imenuje se prva stopnja vrzeli G₁. To je faza počitka, ko celica zaključi delitev z mitozo in preden se začne pripravljati na drugo delitev.
• Od G1 lahko celica zapusti celični cikel in vstopi v G₀ fazi. V G₀, celice se ne delijo več ali se pripravijo na delitev.
• Celice se začnejo pripravljati na delitev z izhodom iz G₁ in vstop v sinteza oz S stopnja. DNA celice se ponovi med fazo S kot prvi korak k vključitvi v mitozo.
• Ko je replikacija DNA končana, celica vstopi v drugo fazo vrzeli, G₂. Med G₂ preveri se pravilno podvajanje DNK in nastanejo celični proteini, potrebni za delitev celic.

Faze vrzeli ločujejo mitozo od procesa replikacije DNA. Ta ločitev je ključnega pomena za zagotovitev, da se lahko delijo samo tiste celice s popolno in natančno replikacijo DNA. G₁ vključuje kontrolne točke, ki potrjujejo, da se je celica uspešno razdelila in ali je njena DNA pravilno sestavljena. G₂ ima različne kontrolne točke za zagotovitev, da je bila replikacija DNA uspešna. Celovitost DNA je preverjena, delitev celic pa je mogoče preklicati ali prestaviti.

Ko celica zapusti interfazo in G₂, se celica med mitozo razcepi. Na začetku mitoze obstajajo podvojene kopije DNA in celica je ustvarila dovolj material, beljakovine, organele in druge strukturne elemente, ki omogočajo delitev celic na dva hčerinske celice. Štiri stopnje mitoze so naslednje:

• Profaza. Celična DNA tvori pare kromosomov in jedrska membrana se raztopi. Začne se oblikovati vreteno, po katerem se bodo ločili kromosomi. Kraj novejših virov prometafaza po profazi, vendar pred metafazo.
  
• Metafaza. Oblikovanje vretena je končano. in kromosomi se poravnajo na metafazni plošči, ravnini na polovici poti med koncema vretena.
• Anafaza. Kromosomi se začnejo migrirati vzdolž vretena, vsak dvojnik pa potuje na nasprotne konce celice, ko se celica podaljša.
• Telofaza. Kromosomska migracija je končana in za vsako skupino se oblikuje novo jedro. Vreteno se raztopi in med obema hčerinskima celicama nastane nova celična membrana.

Mitoza se zgodi razmeroma hitro. Nove celice vstopijo v interfazo G₁ stopnja. Nove celice se na tej točki pogosto diferencirajo in postanejo specializirane celice, kot so jetrne celice ali krvne celice. Nekatere celice ostanejo nediferencirane in so vir več celic, ki se lahko delijo in postanejo specializirane. Signali za delitev, diferenciacijo in specializacijo celic prihajajo iz drugih celic v organizmu.

Glavna naloga celičnega cikla je tvorjenje hčerinskih celic z a genetska koda enaka prvotni celici. Tu se lahko cikel poruši z najbolj škodljivimi učinki in temu se poskušajo izogniti kontrolne točke v fazah vrzeli. Hčerinske celice z okvarjeno DNA in zato lahko okvarjena genetska koda povzroči raka in druge bolezni. Celice, ki nimajo kontrolnih točk, se lahko nenadzorovano razmnožujejo in lahko ustvarijo izrastke in tumorje.

Ko celica odkrije težavo na kontrolni točki, lahko skuša težavo odpraviti, če pa ne, lahko sproži celično smrt ali apoptoza. Zapletene faze celičnega cikla in kontrolne točke pomagajo zagotoviti, da se lahko le zdrave celice s preverjeno DNA razmnožujejo in proizvajajo milijone novih celic, ki jih normalno telo redno proizvaja.

Celični cikel, ki ne deluje pravilno, hitro privede do okvarjenih celic. Če jih ne ujamejo na kontrolni točki, je lahko rezultat organizem, ki ne more izpolniti običajnih funkcij, kot je iskanje hrane ali razmnoževanje. Če so okvarjene celice v ključnem organu, kot sta srce ali možgani, lahko pride do smrti organizma.