Siklus sel adalah proses di mana sel tumbuh dan membelah untuk membuat salinan dirinya sendiri. Beberapa organisme bereproduksi secara eksklusif melalui proses ini, sementara dalam kehidupan multiseluler yang kompleks, ini memungkinkan organisme untuk tumbuh, dan mengganti sel saat mereka menjadi usang. Pada hewan, siklus memakan waktu sekitar 24 jam dari awal hingga akhir untuk sebagian besar jenis sel, meskipun beberapa, seperti yang ada di kulit, terus-menerus melalui siklus ini, sementara yang lain mungkin jarang membelah, jika sama sekali. Neuron, misalnya, tidak tumbuh dan membelah setelah matang.
Organisme dapat dibagi menjadi dua jenis, masing-masing dengan siklus selnya sendiri. Pada prokariota, informasi genetik organisme terdiri dari satu untai DNA, yang dikenal sebagai kromosom, yang tidak terkandung dalam struktur khusus apa pun. Bakteri adalah contoh prokariota, bersama dengan beberapa organisme bersel tunggal lainnya. Eukariota terdiri dari semua organisme multi-seluler, seperti tumbuhan dan hewan, bersama dengan beberapa jenis bentuk kehidupan bersel tunggal. Mereka berbeda dari prokariota terutama karena mereka memiliki nukleus – struktur mandiri yang berisi materi genetik dalam bentuk kromosom yang terdiri dari DNA.
Prokariota
Reproduksi pada prokariota dikenal sebagai pembelahan biner. Dalam proses ini, DNA, yang mengambang bebas di dalam sel, mereplikasi dirinya sendiri. Kedua untai DNA baru kemudian bermigrasi ke ujung sel yang berlawanan, yang membelah menjadi dua salinan identik, masing-masing dengan DNA-nya sendiri; tahap pembelahan ini dikenal sebagai sitokinesis. Sel-sel baru kemudian akan tumbuh hingga mencapai ukuran tertentu, kemudian, jika kondisinya mendukung, mereka akan membelah lagi, memulai siklus baru. Untuk organisme primitif ini, prosesnya biasanya sangat cepat — dalam kondisi ideal, beberapa bakteri akan membelah setiap 20 menit, yang mengarah ke penggandaan yang sangat cepat.
Eukariota
Sel eukariotik lebih kompleks daripada sel prokariota, membuat pembelahan lebih rumit. Selain nukleus, mereka memiliki sejumlah struktur lain, yang dikenal sebagai organel, yang memiliki fungsi khusus, dan yang juga perlu diduplikasi selama pembelahan. Siklus eukariotik memiliki sejumlah fase yang berbeda, dengan dua yang utama adalah interfase, dan mitosis.
Selama interfase — yang sejauh ini merupakan fase terpanjang, yang mencakup sebagian besar siklus 24 jam yang merupakan ciri khas sebagian besar sel hewan — sel biasanya tumbuh, dan ukurannya bertambah. Proses yang terlibat dalam pembelahan membutuhkan energi, dan interfase memiliki dua periode di mana cadangan senyawa penyimpan energi adenosin trifosfat (ATP) dibangun dan pertumbuhan terjadi, dipisahkan oleh periode duplikasi DNA dalam nukleus. Periode pertumbuhan pertama dikenal sebagai Gap 1 (G1), dan terjadi pada sel-sel baru setelah pembelahan. Ini diikuti oleh tahap sintesis (S), selama untaian DNA baru yang identik dengan aslinya disintesis. Tahap Gap 2 (G2) kemudian dimulai, sebelum mitosis.
Berbeda dengan fase sebelumnya, mitosis relatif singkat, dan biasanya hanya memakan waktu sekitar satu jam. Ini adalah proses di mana dua set DNA yang identik secara fisik dipisahkan satu sama lain, membentuk dua set kromosom, yang kemudian ditarik ke ujung sel yang berbeda untuk membentuk inti yang terpisah. Selama fase ini organel, seperti mitokondria pada hewan, dan kloroplas pada tumbuhan, juga membelah. Struktur ini memiliki DNA sendiri, yang bereplikasi dengan cara yang sama seperti pada prokariota, membuat beberapa ilmuwan percaya bahwa mereka mungkin pernah menjadi organisme prokariotik independen yang tergabung ke dalam sel eukariotik pada suatu waktu di masa lalu.
Tahap terakhir adalah sitokinesis. Ini adalah ketika pembagian menjadi dua unit yang berbeda benar-benar terjadi. Pada hewan, dinding sel yang berlawanan ditarik ke arah satu sama lain di sekitar titik tengah sampai mereka bertemu, membentuk dua unit yang terpisah satu sama lain. Pada tumbuhan, dinding sel baru dibangun pada titik pembelahan, memisahkan dua sel baru.
Regulasi dan Kesalahan
Setiap bagian dari siklus diatur oleh protein yang memberi tahu sel apa yang harus dilakukan. Protein ini juga digunakan selama interfase untuk memastikan bahwa kondisi sesuai untuk pembelahan. Jika nutrisi yang cukup tidak ada atau masalah lain diidentifikasi, protein ini akan memberi sinyal pada sel untuk tetap tidak aktif dan menunggu kondisi membaik, seperti penjaga persimpangan untuk pembelahan.
Kesalahan dapat dan memang terjadi selama proses. Kadang-kadang informasi tidak disalin persis selama interfase, dan kesalahan dalam genom dibuat. Kesalahan ini dapat berakibat fatal bagi sel, atau mungkin tidak berbahaya. Mereka juga dapat menyebabkan kanker, di mana kesalahan menyebabkan replikasi berulang dan pembelahan yang tidak terkendali, tanpa pemeriksaan, membentuk tumor.
Untungnya, ada protein yang bisa menghentikan proses jika ada kesalahan dalam replikasi DNA. Dalam beberapa kasus, proses pembelahan akan ditunda untuk memungkinkan DNA diperbaiki, setelah itu dapat dilanjutkan. Di tempat lain, di mana DNA rusak parah, protein ini dapat menyebabkan sel mati, untuk mencegah replikasi DNA yang salah lebih lanjut. Kanker seringkali merupakan hasil dari perubahan DNA yang mencegah berfungsinya protein ini dengan baik, sehingga sel-sel dengan DNA yang rusak dibiarkan bereproduksi.