Cellcykeln är en process där en cell växer och delar sig för att skapa en kopia av sig själv. Vissa organismer förökar sig uteslutande genom denna process, medan det i komplext flercelligt liv tillåter en organism att växa och ersätta celler när de blir utslitna. Hos djur tar cykeln cirka 24 timmar från början till slut för de flesta celltyper, även om vissa, som de i huden, ständigt går igenom denna cykel, medan andra kan dela sig sällan, om alls. Neuroner, till exempel, växer inte och delar sig när de väl är mogna.
Organismer kan delas in i två typer, var och en med sin egen cellcykel. Hos prokaryoter består organismens genetiska information av en enda DNA-sträng, känd som en kromosom, som inte finns i någon speciell struktur. Bakterier är exempel på prokaryoter, tillsammans med några andra encelliga organismer. Eukaryoter består av alla flercelliga organismer, såsom växter och djur, tillsammans med vissa typer av encelliga livsformer. De skiljer sig från prokaryoter främst genom att de har en kärna – en fristående struktur som innehåller det genetiska materialet i form av kromosomer som består av DNA.
prokaryoter
Reproduktion i prokaryoter är känd som binär fission. I denna process replikerar DNA:t, som flyter fritt i cellen, sig själv. De två nya DNA-strängarna migrerar sedan till motsatta ändar av cellen, som delar sig i två identiska kopior, var och en med sitt eget DNA; detta delningsstadium är känt som cytokines. De nya cellerna kommer sedan att växa tills de når en viss storlek, sedan, om förhållandena är gynnsamma, kommer de att dela sig igen och starta en ny cykel. För dessa primitiva organismer är processen vanligtvis mycket snabb – under idealiska förhållanden kommer vissa bakterier att dela sig var 20:e minut, vilket leder till mycket snabb förökning.
eukaryoter
Eukaryota celler är mer komplexa än prokaryoter, vilket gör uppdelningen mer komplicerad. Förutom en kärna har de ett antal andra strukturer, kända som organeller, som har specifika funktioner, och som också måste dupliceras under delning. Den eukaryota cykeln har ett antal distinkta faser, där de två huvudsakliga är interfas och mitos.
Under interfas – som är den överlägset längsta fasen, som står för det mesta av 24-timmarscykeln som är typisk för de flesta djurceller – växer cellen normalt och ökar i storlek. Processerna som är involverade i delning kräver energi, och mellanfasen har två perioder under vilka reserver av den energilagrande föreningen adenosintrifosfat (ATP) byggs upp och tillväxt sker, åtskilda av en period av DNA-duplicering i kärnan. Den första tillväxtperioden är känd som Gap 1 (G1), och inträffar i de nya cellerna efter delning. Detta följs av syntesstadiet (S), under det att nya DNA-strängar som är identiska med originalen syntetiseras. Gap 2 (G2)-stadiet börjar sedan, före mitos.
Till skillnad från föregående fas är mitos relativt kort och tar vanligtvis bara cirka en timme. Detta är den process genom vilken de två identiska uppsättningarna av DNA separeras fysiskt från varandra och bildar två uppsättningar kromosomer, som sedan dras till olika ändar av cellen för att bilda separata kärnor. Under denna fas delar sig också organellerna, såsom mitokondrier hos djur och kloroplaster i växter. Dessa strukturer har sitt eget DNA, som replikerar på samma sätt som i prokaryoter, vilket leder till att vissa forskare tror att de en gång kan ha varit oberoende prokaryota organismer som inkorporerades i eukaryota celler någon gång i det avlägsna förflutna.
Det sista steget är cytokines. Det är då uppdelning i två distinkta enheter faktiskt äger rum. Hos djur dras motsatta cellväggar mot varandra runt mittpunkten tills de möts och bildar två enheter som delar sig från varandra. I växter byggs en ny cellvägg vid delningspunkten, som skiljer de två nya cellerna åt.
Reglering och fel
Varje del av cykeln regleras av proteiner som talar om för cellen vad den ska göra. Dessa proteiner används också under interfas för att bekräfta att förhållandena är lämpliga för delning. Om tillräckligt med näringsämnen inte är närvarande eller andra problem identifieras, kommer dessa proteiner att signalera cellen att förbli vilande och vänta på att förhållandena förbättras, snarare som en korsande vakt för delning.
Fel kan och uppstår under processen. Ibland kopieras inte informationen exakt under interfas, och fel i arvsmassan skapas. Dessa fel kan visa sig vara dödliga för cellen, eller så kan de vara ofarliga. De kan också resultera i cancer, där ett fel orsakar upprepad replikering och okontrollerad delning, utan kontroller, och bildar en tumör.
Lyckligtvis finns det proteiner som kan stoppa processen om det finns fel i DNA-replikeringen. I vissa fall kommer delningsprocessen att avbrytas för att DNA ska kunna repareras, varefter den kan återupptas. I andra, där DNA:t är svårt skadat, kan dessa proteiner få cellen att dö, för att förhindra ytterligare replikering av felaktigt DNA. Cancer är ofta resultatet av förändringar i DNA som förhindrar att dessa proteiner fungerar korrekt, så att celler med skadat DNA tillåts föröka sig.