Ciclul celular este un proces în care o celulă crește și se divide pentru a crea o copie a ei însăși. Unele organisme se reproduc exclusiv prin acest proces, în timp ce în viața multicelulară complexă, acesta permite unui organism să crească și să înlocuiască celulele pe măsură ce acestea devin uzate. La animale, ciclul durează aproximativ 24 de ore de la început până la sfârșit pentru majoritatea tipurilor de celule, deși unele, cum ar fi cele din piele, trec în mod constant prin acest ciclu, în timp ce altele se pot diviza rar, dacă chiar deloc. Neuronii, de exemplu, nu cresc și nu se divid odată ce sunt maturi.
Organismele pot fi împărțite în două tipuri, fiecare având propriul ciclu celular. La procariote, informația genetică a organismului constă dintr-o singură catenă de ADN, cunoscută sub numele de cromozom, care nu este conținută în nicio structură specială. Bacteriile sunt exemple de procariote, împreună cu alte organisme unicelulare. Eucariotele constau din toate organismele multicelulare, cum ar fi plantele și animalele, împreună cu unele tipuri de forme de viață unicelulare. Ele diferă de procariote în principal prin faptul că au un nucleu – o structură autonomă care conține materialul genetic sub formă de cromozomi formați din ADN.
Procariote
Reproducerea la procariote este cunoscută sub denumirea de fisiune binară. În acest proces, ADN-ul, care plutește liber în interiorul celulei, se reproduce. Cele două noi catene de ADN migrează apoi la capetele opuse ale celulei, care se împarte în două copii identice, fiecare având propriul său ADN; această etapă de diviziune este cunoscută sub numele de citokineză. Noile celule vor crește apoi până ating o anumită dimensiune, apoi, dacă condițiile sunt favorabile, se vor împărți din nou, începând un nou ciclu. Pentru aceste organisme primitive, procesul este de obicei foarte rapid – în condiții ideale, unele bacterii se vor împărți la fiecare 20 de minute, ceea ce duce la o înmulțire foarte rapidă.
Eucariote
Celulele eucariote sunt mai complexe decât cele ale procariotelor, ceea ce face diviziunea mai complicată. Pe lângă un nucleu, ele au o serie de alte structuri, cunoscute sub numele de organele, care au funcții specifice și care, de asemenea, trebuie să fie duplicate în timpul diviziunii. Ciclul eucariotic are un număr de faze distincte, cele două principale fiind interfaza și mitoza.
În timpul interfazei – care este de departe cea mai lungă fază, reprezentând cea mai mare parte a ciclului de 24 de ore, care este tipic pentru majoritatea celulelor animale – celula crește în mod normal și crește în dimensiune. Procesele implicate în divizare necesită energie, iar interfaza are două perioade în care se formează rezervele compusului de stocare a energiei adenozin trifosfat (ATP) și are loc creșterea, separată de o perioadă de duplicare a ADN-ului în nucleu. Prima perioadă de creștere este cunoscută sub numele de Gap 1 (G1) și are loc în noile celule după diviziune. Aceasta este urmată de etapa de sinteză (S), în timpul sintetizării noilor catene de ADN care sunt identice cu cele originale. Apoi începe etapa Gap 2 (G2), înainte de mitoză.
Spre deosebire de faza precedentă, mitoza este relativ scurtă și durează de obicei doar aproximativ o oră. Acesta este procesul prin care cele două seturi identice de ADN sunt separate fizic unul de altul, formând două seturi de cromozomi, care sunt apoi atrași la capete diferite ale celulei pentru a forma nuclee separate. În această fază, organelele, cum ar fi mitocondriile la animale și cloroplastele la plante, se divid și ele. Aceste structuri au propriul lor ADN, care se reproduce în același mod ca la procariote, ceea ce îi face pe unii oameni de știință să creadă că s-ar putea să fi fost odată organisme procariote independente care au fost încorporate în celulele eucariote la un moment dat în trecutul îndepărtat.
Etapa finală este citokineza. Acesta este momentul în care are loc de fapt divizarea în două unități distincte. La animale, pereții celulari opuși sunt atrași unul spre celălalt în jurul punctului de mijloc, până când se întâlnesc, formând două unități care se despart una de cealaltă. La plante, un nou perete celular este construit în punctul de divizare, separând cele două celule noi.
Reglementări și erori
Fiecare parte a ciclului este reglată de proteine care îi spun celulei ce să facă. Aceste proteine sunt, de asemenea, utilizate în timpul interfazei pentru a confirma că condițiile sunt adecvate pentru divizare. Dacă nu sunt prezenți suficienți nutrienți sau sunt identificate alte probleme, aceste proteine vor semnala celulei să rămână latente și să aștepte ca condițiile să se îmbunătățească, mai degrabă ca o gardă de trecere pentru diviziune.
Erorile pot apărea și apar în timpul procesului. Uneori, informația nu este copiată exact în timpul interfazei și se creează erori în genom. Aceste erori se pot dovedi fatale celulei sau pot fi inofensive. Ele pot duce, de asemenea, la cancer, unde o eroare determină repetarea repetă și divizarea necontrolată, fără verificări, formând o tumoare.
Din fericire, există proteine care pot opri procesul dacă există erori în replicarea ADN-ului. În unele cazuri, procesul de divizare va fi suspendat pentru a permite repararea ADN-ului, după care se poate relua. În altele, unde ADN-ul este grav deteriorat, aceste proteine pot cauza moartea celulei, pentru a preveni replicarea ulterioară a ADN-ului defect. Cancerul este adesea rezultatul unor modificări ale ADN-ului care împiedică funcționarea corectă a acestor proteine, astfel încât celulele cu ADN deteriorat li se permite să se reproducă.