Negli eucarioti, il ciclo di divisione cellulare è suddiviso in processi cellulari distinti e coordinati che includono la crescita cellulare, la replicazione del DNA/duplicazione cromosomica, la distribuzione cromosomica alle cellule figlie e, infine, la divisione cellulare. Il ciclo cellulare è strettamente regolato dai suoi sistemi di regolazione e dai segnali extracellulari che influenzano la proliferazione cellulare.

I processi del ciclo cellulare si verificano nell'arco di circa 24 ore (nelle cellule umane tipiche) e in due fasi principali distinguibili. La prima fase è la replicazione del DNA, durante la fase S dell'interfase. La seconda fase è la fase mitotica (M), che prevede la separazione dei cromosomi duplicati in due nuovi nuclei (mitosi) e la divisione citoplasmatica (citochinesi). Le due fasi sono separate da intervalli (gap G1 e G2), durante i quali la cellula si prepara per la replicazione e la divisione.

Il processo di mitosi

La mitosi può essere suddivisa in cinque fasi distinte: profase, prometafase, metafase, anafase e telofase. La citochinesi, che inizia durante l'anafase o la telofase (a seconda della cellula), fa parte della fase M ma non della mitosi.

profase

Quando la cellula entra in mitosi, i suoi cromosomi replicati iniziano a condensarsi e diventano visibili come strutture filiformi con l'aiuto di proteine note come condensine. L'apparato del fuso mitotico inizia a formarsi tra i centrosomi, che sono stati duplicati durante la fase S, e migra verso i poli opposti della cellula. Il fuso è costituito da strutture filamentose chiamate microtubuli che sono costituite da monomeri proteici della tubulina. I microtubuli del fuso iniziano ad estendersi verso i cromosomi condensati. Il nucleolo, un componente del nucleo che produce i ribosomi, svanisce, indicando l'imminente rottura del nucleo.

Prometafase

Durante la prometafase, i filamenti dei microtubuli dell'apparato del fuso continuano a crescere e i cromosomi terminano la condensazione. L'involucro nucleare si rompe completamente, rilasciando i cromosomi. Alcuni dei microtubuli si attaccano ai cromosomi rilasciati, legandosi a una struttura proteica chiamata cinetocoro che è presente sul centromero di ogni coppia di cromatidi fratelli. I microtubuli del fuso dai poli opposti si attaccano ai cinetocori e catturano le coppie di cromatidi fratelli condensati. I microtubuli del fuso che non si attaccano ai cromosomi – microtubuli polari e astrali – aiutano a separare i fusi e ad ancorare i poli del fuso alla membrana cellulare.

metafase

I microtubuli del fuso allineano ogni coppia di cromatidi fratelli completamente condensati lungo l'equatore della cellula, in corrispondenza della piastra di metafase. La cellula è ora pronta per dividersi.

anafase

I microtubuli dei poli opposti del fuso, che sono attaccati alla struttura del cinetocore, accorciano e separano i cromatidi fratelli al centromero. Le proteine di coesione che tengono insieme i cromatidi ora si rompono. L'accorciamento dei microtubuli cinetocori fa sì che ogni cromatide della coppia, ora chiamato cromosomi, migri verso un polo opposto.

telofase

Una volta che i cromosomi raggiungono i poli opposti della cellula, si decondensano e si srotolano per formare cromatina. I filamenti dei microtubuli del fuso si depolimerizzano nei loro monomeri di tubulina, che vengono poi utilizzati come elementi citoscheletrici nelle cellule figlie. Gli involucri nucleari si riassemblano attorno a ogni serie di cromosomi.

citocinesi

Durante la citocinesi nelle cellule animali, i filamenti di actina formano un anello contrattile nella membrana plasmatica per creare un solco di scissione, che alla fine pizzica la cellula in due. Nelle cellule vegetali, le vescicole dell'apparato di Golgi che trasportano glucosio, enzimi e proteine strutturali si uniscono per formare una nuova piastra cellulare nella posizione della precedente piastra di metafase. La piastra cellulare in crescita si fonde con le membrane plasmatiche su ciascun lato, formando infine una nuova parete cellulare che divide la cellula in due.

La mitosi è ora completa, generando due cellule figlie identiche alla cellula madre. Nella maggior parte delle cellule umane, la mitosi rappresenta circa un'ora del ciclo cellulare di circa 24 ore.