Ląstelių ciklas yra procesas, kurio metu ląstelė auga ir dalijasi, kad sukurtų savo kopiją. Kai kurie organizmai dauginasi tik per šį procesą, o sudėtingame daugialąsčiame gyvenime tai leidžia organizmui augti ir pakeisti ląsteles, kai jos susidėvi. Gyvūnams daugelio tipų ląstelių ciklas nuo pradžios iki pabaigos trunka apie 24 valandas, nors kai kurios, pavyzdžiui, esančios odoje, šį ciklą išgyvena nuolat, o kiti gali dalytis retai, jei išvis dalijasi. Pavyzdžiui, subrendę neuronai neauga ir nesidalija.
Organizmus galima suskirstyti į du tipus, kurių kiekvienas turi savo ląstelių ciklą. Prokariotų organizmo genetinė informacija susideda iš vienos DNR grandinės, žinomos kaip chromosoma, kurios nėra jokioje specialioje struktūroje. Bakterijos yra prokariotų pavyzdžiai kartu su kai kuriais kitais vienaląsčiais organizmais. Eukariotai susideda iš visų daugialąsčių organizmų, tokių kaip augalai ir gyvūnai, kartu su kai kuriais vienaląsčių gyvybės formų tipais. Jie skiriasi nuo prokariotų daugiausia tuo, kad turi branduolį – savarankišką struktūrą, kurioje yra genetinė medžiaga chromosomų, sudarytų iš DNR, pavidalu.
Prokariotai
Prokariotų dauginimasis žinomas kaip dvejetainis dalijimasis. Šiame procese DNR, laisvai plūduriuojanti ląstelėje, replikuojasi pati. Tada dvi naujos DNR grandinės migruoja į priešingus ląstelės galus, kurios dalijasi į dvi identiškas kopijas, kurių kiekviena turi savo DNR; šis dalijimosi etapas žinomas kaip citokinezė. Tada naujos ląstelės augs, kol pasieks tam tikrą dydį, tada, esant palankioms sąlygoms, vėl dalijasi, pradėdami naują ciklą. Šiems primityviems organizmams procesas paprastai vyksta labai greitai – idealiomis sąlygomis kai kurios bakterijos dalijasi kas 20 minučių, todėl dauginsis labai greitai.
Eukariotai
Eukariotinės ląstelės yra sudėtingesnės nei prokariotų ląstelės, todėl dalijimasis yra sudėtingesnis. Be branduolio, jie turi daugybę kitų struktūrų, vadinamų organelėmis, kurios atlieka specifines funkcijas ir kurias dalijimosi metu taip pat reikia dubliuoti. Eukariotų ciklas turi keletą skirtingų fazių, iš kurių dvi pagrindinės yra tarpfazė ir mitozė.
Tarpfazės metu, kuri yra pati ilgiausia fazė, kuri sudaro didžiąją 24 valandų ciklo dalį, būdingą daugumai gyvūnų ląstelių, ląstelė paprastai auga ir didėja. Dalijimosi procesams reikalinga energija, o tarpfazėje yra du periodai, per kuriuos kaupiasi energiją kaupiančio junginio adenozino trifosfato (ATP) atsargos ir vyksta augimas, atskirtas DNR dubliavimosi branduolyje periodu. Pirmasis augimo laikotarpis yra žinomas kaip Gap 1 (G1) ir atsiranda naujose ląstelėse po dalijimosi. Po to seka sintezės (S) etapas, kurio metu sintetinamos naujos DNR grandinės, identiškos pradinėms. Tada prasideda 2 tarpo (G2) etapas, prieš mitozę.
Priešingai nei ankstesnėje fazėje, mitozė yra gana trumpa ir paprastai trunka tik apie vieną valandą. Tai yra procesas, kurio metu du identiški DNR rinkiniai fiziškai atskiriami vienas nuo kito, suformuojant du chromosomų rinkinius, kurie vėliau traukiami į skirtingus ląstelės galus, kad susidarytų atskiri branduoliai. Šios fazės metu taip pat dalijasi organelės, pavyzdžiui, gyvūnų mitochondrijos ir augalų chloroplastai. Šios struktūros turi savo DNR, kuri replikuojasi taip pat, kaip ir prokariotai, todėl kai kurie mokslininkai mano, kad jie kažkada galėjo būti nepriklausomi prokariotiniai organizmai, kurie kažkada buvo įtraukti į eukariotų ląsteles tolimoje praeityje.
Paskutinis etapas yra citokinezė. Būtent tada iš tikrųjų vyksta padalijimas į du skirtingus vienetus. Gyvūnams priešingos ląstelių sienos yra traukiamos viena link kitos maždaug vidurio taške, kol jos susitinka, sudarydamos du vienetus, kurie atsiskiria viena nuo kitos. Augaluose dalijimosi vietoje statoma nauja ląstelės sienelė, atskirianti dvi naujas ląsteles.
Reguliavimas ir klaidos
Kiekvieną ciklo dalį reguliuoja baltymai, kurie nurodo ląstelei, ką daryti. Šie baltymai taip pat naudojami tarpfazės metu, siekiant patvirtinti, kad sąlygos yra tinkamos dalijimuisi. Jei nėra pakankamai maistinių medžiagų arba nustatomos kitos problemos, šie baltymai duos signalą ląstelei, kad ji liktų ramybės būsenoje ir lauks, kol sąlygos pagerės, o tai tarsi sergėtojas dalijimuisi.
Proceso metu gali atsirasti klaidų ir pasitaiko. Kartais tarpfazės metu informacija nėra tiksliai nukopijuojama ir susidaro genomo klaidos. Šios klaidos gali būti mirtinos ląstelei arba gali būti nekenksmingos. Jie taip pat gali sukelti vėžį, kai klaida sukelia pakartotinę replikaciją ir nekontroliuojamą dalijimąsi be patikrinimų, formuojant naviką.
Laimei, yra baltymų, kurie gali sustabdyti procesą, jei atsiranda DNR replikacijos klaidų. Kai kuriais atvejais padalijimo procesas bus sustabdytas, kad būtų galima pataisyti DNR, o po to jis gali būti atnaujintas. Kitose šalyse, kur DNR yra labai pažeista, dėl šių baltymų ląstelė gali mirti, kad būtų išvengta tolesnio sugedusios DNR replikacijos. Vėžys dažnai atsiranda dėl DNR pokyčių, kurie trukdo tinkamai funkcionuoti šiems baltymams, todėl ląstelėms su pažeista DNR leidžiama daugintis.