Етапи типового клітинного циклу

Два види живих клітин мають різні клітинні цикли. Прокаріоти є простими організмами, клітини яких не мають ядра; ці клітини ростуть, а потім розщеплюються, не дотримуючись складного клітинного циклу. Еукаріотичні клітини мають складну будову з ядром та органелами, такими як мітохондрії. В еукаріотичних клітинах типовий клітинний цикл складається з чотиристадійного процесу поділу клітин, який називається мітоз (новіші джерела додають п'ятий етап) та а три-чотириступеневі міжфазний в якому клітина проводить більшу частину свого часу.

І в прокаріотичних, і в еукаріотичних клітинах клітинний цикл розділений між собою поділ клітин та період між поділами. Клітини прокаріотів ростуть до тих пір, поки є необхідні поживні речовини, є достатньо місця і відходи не накопичуються. Коли вони досягають певного розміру, вони діляться на дві частини.

Для клітин еукаріотів ріст і поділ клітин залежить від багатьох факторів. Еукаріотичні клітини часто утворюють частину багатоклітинного організму, і вони не можуть просто рости і ділитися самостійно. Для них стадії мітозу та міжфазного клітинного циклу координуються з іншими клітинами організму. Клітини

Клітини прокаріотів мають лише дві стадії у своєму клітинному циклі. Вони або перебувають у стадії росту, або, якщо вони досить великі, вони потрапляють у ділення етап. Стратегія виживання багатьох прокаріотів полягає у швидкому розмноженні до досягнення зовнішніх меж, таких як нестача поживних речовин. В результаті частина поділу клітинного циклу може відбуватися дуже швидко.

Першим кроком стадії поділу є Реплікація ДНК. Клітини прокаріотів мають єдину кругову ланцюг ДНК, прикріплену до клітинної мембрани. Під час поділу робиться копія ДНК, яка також прикріплюється до клітинної мембрани. Коли клітина подовжується, готуючись до поділу, дві копії ДНК розтягуються на протилежних кінцях клітини.

Новий матеріал клітинної мембрани осідає між двома кінцями клітини, і між ними проростає нова стінка. Коли нова клітинна стінка завершена, дві нові дочірні клітини відокремлюються і вступають у стадію росту свого клітинного циклу. Кожна з нових клітин має однаковий ланцюг ДНК і частку іншого клітинного матеріалу.

Подібно прокаріотичним клітинам, клітинам еукаріотів доводиться відтворювати свою ДНК і ділитися на дві дочірні клітини. Цей процес ускладнюється, оскільки багато ланцюгів ДНК потрібно копіювати, а структуру клітин еукаріот дублювати. Крім того, спеціалізовані клітини можуть швидко розмножуватися, тоді як інші навряд чи колись діляться, а треті взагалі виходять з клітинного циклу.

Еукаріотичні клітини діляться, тому що організм росте, або він замінює загублені клітини. Наприклад, молоді організми повинні рости як одне ціле, а їх клітини повинні ділитися. Клітини шкіри постійно гинуть і викидаються з поверхні організму. Вони повинні постійно ділитися, щоб замінити загублені клітини. Інші клітини, такі як нейрони головного мозку, є вузькоспеціалізованими і взагалі не діляться. Чи має клітина активний клітинний цикл, залежить від її ролі в організмі.

Навіть клітини, які регулярно діляться, проводять більшу частину часу в інтерфазі, готуючись до поділу. Інтерфаза має наступні чотири етапи:

• Перша стадія розриву називається G₁. Це фаза спокою після того, як клітина закінчила ділення мітозом і до того, як вона почне готуватися до іншого поділу.
• З G1 клітина може вийти з клітинного циклу і ввійти в G₀ фаза. У Г.₀, клітини більше не діляться і не готуються до поділу.
• Клітини починають підготовку до поділу, виходячи з G₁ і введення в синтез або S етап. ДНК клітини реплікується під час стадії S як перший крок до участі в мітозі.
• Після завершення реплікації ДНК клітина переходить у другу стадію розриву, G₂. Під час G₂ перевіряється правильне розмноження ДНК і виробляються клітинні білки, необхідні для клітинного поділу.

Розривні стадії відокремлюють мітоз від процесу реплікації ДНК. Це поділ є критичним для забезпечення того, що лише ті клітини з повною та точною реплікацією ДНК можуть ділитися. G₁ включає контрольно-пропускні пункти, які підтверджують, що клітина успішно поділилася і чи правильно складається її ДНК. G₂ має різні контрольно-пропускні пункти, щоб переконатися, що реплікація ДНК була успішною. Цілісність ДНК перевіряється, і поділ клітин можна скасувати або відкласти.

Як тільки клітина виходить з інтерфази і G₂, клітина розщеплюється під час мітозу. На початку мітозу існують повторювані копії ДНК, і клітина продукувала достатньо матеріал, білки, органели та інші структурні елементи, щоб забезпечити поділ клітин на дві частини дочірні клітини. Чотири стадії мітозу такі:

• Профаза. Клітинна ДНК утворює пари хромосом, і ядерна мембрана розчиняється. Починає формуватися веретено, уздовж якого будуть відділятися хромосоми. Місце новіших джерел прометафаза після профази, але до метафази.
  
• Метафаза. Формування веретена завершено. і хромосоми вишикуються на метафазній пластинці, площині на півдорозі між кінцями веретена.
• Анафаза. Хромосоми починають мігрувати вздовж веретена, кожен із дублікатів рухається до протилежних кінців клітини, коли клітина подовжується.
• Телофаза. Хромосомна міграція завершена, і для кожного набору формується нове ядро. Веретено розчиняється, і між двома дочірніми клітинами утворюється нова клітинна мембрана.

Мітоз відбувається порівняно швидко. Нові клітини потрапляють в інтерфазу G₁ етап. Нові клітини часто диференціюються в цей момент і стають спеціалізованими клітинами, такими як клітини печінки або клітини крові. Деякі клітини залишаються недиференційованими і є джерелом більшої кількості клітин, які можуть ділитися і ставати спеціалізованими. Сигнали для поділу, диференціації та спеціалізації клітин надходять від інших клітин організму.

Основна функція клітинного циклу - виробляти дочірні клітини з генетичний код ідентична вихідній комірці. Тут цикл може розбитися з найбільш шкідливими наслідками, і цього намагаються уникати контрольно-пропускні пункти на етапах розриву. Дочірні клітини з дефектною ДНК а тому дефектний генетичний код може спричинити рак та інші захворювання. Клітини, яким не вистачає контрольно-пропускних пунктів, можуть неконтрольовано розмножуватися і можуть створювати нарости та пухлини.

Коли клітина виявляє проблему на контрольно-пропускному пункті, вона може спробувати вирішити проблему, а якщо не може, може спричинити загибель клітини або апоптоз. Складні етапи клітинного циклу та контрольні точки допомагають гарантувати, що лише здорові клітини з перевіреною ДНК можуть розмножуватися і виробляти мільйони нових клітин, які нормальний організм регулярно виробляє.

Клітинний цикл, який неправильно функціонує, швидко призводить до дефектних клітин. Якщо їх не зловити на контрольно-пропускному пункті, результатом може бути організм, який не може виконувати звичайні функції, такі як пошук їжі або розмноження. Якщо дефектні клітини знаходяться в такому ключовому органі, як серце або мозок, це може призвести до загибелі організму.