У эукариот цикл деления клеток разделен на отдельные, скоординированные клеточные процессы, которые включают рост клеток, репликацию ДНК/дупликацию хромосом, распределение хромосом по дочерним клеткам и, наконец, деление клеток. Клеточный цикл жестко регулируется его регуляторными системами, а также внеклеточными сигналами, которые влияют на пролиферацию клеток.

Процессы клеточного цикла протекают в течение примерно 24 часов (в типичных клетках человека) и состоят из двух основных различимых стадий. Первым этапом является репликация ДНК во время S-фазы интерфазы. Вторая стадия – это митотическая (М) фаза, которая включает в себя разделение дублированных хромосом на два новых ядра (митоз) и цитоплазматическое деление (цитокинез). Две фазы разделены интервалами (промежутки G1 и G2), в течение которых клетка готовится к репликации и делению.

Процесс митоза

Митоз можно разделить на пять различных стадий: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза. Цитокинез, который начинается во время анафазы или телофазы (в зависимости от клетки), является частью М-фазы, но не частью митоза.

профаза

Когда клетка вступает в митоз, ее реплицированные хромосомы начинают конденсироваться и становятся видимыми в виде нитевидных структур с помощью белков, известных как конденсатины. Митотический веретенообразный аппарат начинает формироваться между центросомами, которые были удвоены во время S-фазы, и мигрировать к противоположным полюсам клетки. Веретено состоит из нитевидных структур, называемых микротрубочками, которые состоят из мономеров белка тубулина. Веретенообразные микротрубочки начинают распространяться в сторону конденсированных хромосом. Ядрышко, компонент ядра, который производит рибосомы, исчезает, что указывает на надвигающийся распад ядра.

Прометафаза

Во время прометафазы нити микротрубочек из веретенообразного аппарата продолжают расти, и хромосомы заканчивают конденсацию. Ядерная оболочка полностью разрушается, высвобождая хромосомы. Некоторые из микротрубочек прикрепляются к высвобожденным хромосомам, связываясь в белковой структуре, называемой кинетохором, которая присутствует на центромере каждой пары сестринских хроматид. Веретенообразные микротрубочки с противоположных полюсов прикрепляются к кинетохорам и захватывают конденсированные сестринские пары хроматид. Веретенообразные микротрубочки, которые не прикрепляются к хромосомам — полярные и астральные микротрубочки — помогают раздвинуть веретена и закрепить полюса веретена на клеточной мембране.

метафаза

Веретенообразные микротрубочки выравнивают каждую пару полностью конденсированных сестринских хроматид вдоль экватора клетки — на метафазной пластине. Теперь клетка готова к делению.

Анафаза

Микротрубочки от противоположных полюсов веретена, которые прикреплены к кинетохорной структуре, укорачивают и разделяют сестринские хроматиды в центромере. Когезионные белки, которые удерживают хроматиды вместе, теперь разрушаются. Укорачивающиеся кинетохорные микротрубочки заставляют каждую хроматиду пары, теперь называемой хромосомами, мигрировать на противоположный полюс.

Телофаза

Как только хромосомы достигают противоположных полюсов клетки, они деконденсируются и разворачиваются, образуя хроматин. Веретенообразные нити микротрубочек деполимеризуются в свои тубулиновые мономеры, которые затем используются в качестве цитоскелетных элементов в дочерних клетках. Ядерные оболочки вновь собираются вокруг каждого набора хромосом.

Цитокинез

Во время цитокинеза в клетках животных актиновые филаменты образуют сократительное кольцо в плазматической мембране, создавая борозду расщепления, которая в конечном итоге сжимает клетку на две части. В растительных клетках везикулы из аппарата Гольджи, несущие глюкозу, ферменты и структурные белки, соединяются, образуя новую клеточную пластину в месте бывшей метафазной пластины. Растущая клеточная пластина сливается с плазматическими мембранами с каждой стороны, в конечном итоге образуя новую клеточную стенку, которая делит клетку на две части.

Теперь митоз завершен, в результате чего образуются две дочерние клетки, идентичные родительской клетке. В большинстве человеческих клеток митоз составляет около одного часа из примерно 24-часового клеточного цикла.