Cykl komórkowy to sekwencja następujących po sobie procesów zachodzących od powstania komórki do jej podziału na dwie komórki potomne. Obejmuje on dwa etapy: interfazę (składającą się z faz GIndeks dolny 1₁, S i GIndeks dolny 2₂), w której komórka rośnie, zwiększa liczbę swoich organelli i replikuje DNA, oraz etap podziału (fazę M), w którym dzieli się najpierw jej jądro, a potem cytoplazma (C).

Najbardziej powszechnym cyklem komórkowym jest ten zakończony mitozą. Cykl komórkowy nie zawsze prowadzi do podziału komórki na dwie potomne z identycznym materiałem genetycznym. Na mitozę składają się: profazaprofazaprofaza, metafazametafazametafaza, anafazaanafazaanafaza i telofazatelofazatelofaza. Modyfikacje tego cyklu to: mejoza, amitoza oraz endoreplikacja (która także występuje w kilku wariantach).

To najbardziej powszechna modyfikacja cyklu komórkowego, istotna dla rozmnażania płciowego np. u człowieka. W wyniku mejozy zachodzącej w diploidalnych komórkach macierzystych gamet liczba chromosomów w gametach zostaje zredukowana o połowę i są one haploidalne. Zaś po zapłodnieniu powstaje diploidalna zygota. W komórce macierzystej gamet przed podziałem mejotycznym następuje replikacja DNA, po której każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd. Komórka taka dzieli się początkowo na dwie komórki potomne (profaza I, metafaza I, anafaza I i telofaza I), które otrzymują zredukowaną o połowę liczbę chromosomów z 2n do 1n. Później następuje kolejny podział każdej z dwóch haploidalnych komórek, podobny w przebiegu do mitozy (profaza II, metafaza II, anafaza II i telofaza II). W wyniku tego podziału w komórkach potomnych zmniejsza się o połowę liczba cząsteczek DNA. Ostatecznie mejoza prowadzi do powstania czterech komórek haploidalnych z jednej komórki diploidalnej, która przeszła podział mejotyczny.

W pierwszym podziale mejotycznym można zaobserwować charakterystyczne jego cechy: w profazie I ma miejsce crossing‑overcrossing‑overcrossing‑over, w metafazie I włókna wrzeciona kariokinetycznego przyłączają się do chromosomów w liczbie jednego włókna na chromosom, w anafazie I całe chromosomy przemieszczają się do przeciwległych biegunów komórki, a w telofazie I odtwarzają się dwie otoczki jądrowe wokół dwóch „grup” nieulegających dekondensacji chromosomów. Na tym etapie powstają dwie haploidalne komórki.

Profaza II, metafaza II, anafaza II i telofaza II przebiegają identycznie, co odpowiadające im fazy mitozy. Na końcu ma miejsce cytokineza, czyli podział cytoplazmy i organelli komórkowych. W wyniku mejozy II każda z dwóch powstałych po mejozie I haploidalnych komórek dzieli się na dwie, dając ostatecznie cztery haploidalne komórki potomne z jednej diploidalnej komórki, która przeszła mejozę.

Jest to prosty mechanizm podziału jądra komórkowego, niewymagający dużego wydatku energetycznego. Komórka mająca pełny garnitur chromosomowygarnitur chromosomowygarnitur chromosomowy nie podwaja swojego materiału genetycznego tak, jak ma to miejsce w cyklu komórkowym z mitozą. Wewnątrz jej jądra chromatyna nie ulega kondensacji. Nie powstają chromosomy, wrzeciono kariokinetyczne ani nie ma miejsca żadna z faz mitozy lub mejozy. Jądro przewęża się w jego środkowej części aż do całkowitego połączenia przeciwległych części otoczki tak, że powstają dwa jądra potomne. Przewężenie jądra jest skutkiem zaciskania się pierścienia mikrofilamentów i mikrotubul wytwarzanych przez centriole. Znajdujące się w nim nici DNA są rozdzielane przypadkowo, zatem żadne z jąder potomnych nie zawiera pełnego garnituru chromosomowego.

Amitoza jest charakterystyczna dla komórek starzejących się, które w niedługim czasie wejdą na ścieżkę apoptozyapoptozaapoptozy i które straciły zdolność do przeprowadzenia mitozy.

Fizjologiczny (czyli zupełnie normalny i niewywołany przez chorobę lub proces starzenia się) podział amitotyczny ma miejsce u człowieka w przypadku komórek wątroby, niektórych neuronów, komórek mięśnia sercowego oraz szyszynki. U roślin kwiatowych obserwujemy go w komórkach bielma, zaś u orzęsków, np. u pantofelka zachodzi w makronukleusie.

Endoreplikacja to zwielokrotnienie materiału genetycznego (podobnie jak w przypadku replikacji przed podziałem mitotycznym), ale bez zajścia kariokinezy, cytokinezy i – co za tym idzie – podziału komórki. Ilość DNA w tym przypadku zwiększa się w postępie geometrycznym (2n → 4n → 8n → 16n → 32n itd.), niekiedy osiągając liczbę nawet kilku tysięcy kopii. Omawiany proces zachodzi w komórkach niezdolnych do podziału mitotycznego (podobnie jak w przypadku amitozy) i występuje w kilku odmianach. Są to:

Endomitoza

Endomitoza

Najprostszy rodzaj zwielokrotnienia ilości DNA. Dochodzi tu do powielenia materiału genetycznego oraz kondensacji DNA, w wyniku czego powstają chromosomy (podobnie jak w mitozie). Następnie dochodzi do rozdzielenia chromatyd siostrzanych; podobnie jak w anafazie, jednak na niezbyt dużą odległość. W dalszej kolejności następuje odbudowanie tylko jednej otoczki jądrowej (a nie dwóch, jak w mitozie), wewnątrz której zamknięte zostają wszystkie chromosomy. Cytokineza nie zachodzi. Komórka po odbyciu endomitozy ma zwielokrotnioną liczbę chromosomów w jednym jądrze komórkowym. W wyniku mejozy następującej po endomitozie komórki potomne zawierają dwukrotnie więcej materiału genetycznego, niż w przypadku standardowej mejozy.

Endoreduplikacja

Endoreduplikacja

Od endomitozy różni się tym, że nie dochodzi w niej do rozdzielenia chromosomów na chromosomy potomne. Zamiast tego tworzą się chromosomy o większych rozmiarach, co skutkuje powiększeniem jądra komórkowego.

Politenia

Politenia

Proces prowadzący do powstania chromosomów olbrzymich (politenicznychchromosomy politenicznepolitenicznych), które w niektórych komórkach fasoli mogą mieć ploidalność 64n, choć znane są nawet mające 8000n. Tworzą się one podczas wielokrotnej replikacji materiału genetycznego bez rozdzielania chromatyd. Chromosomy politeniczne występują m.in. u pomidora czy muszki owocowej. Dzięki ich rozmiarom możliwa jest transkrypcja danego genu w kilku miejscach naraz, co ułatwia bardzo dużym komórkom utrzymanie ekspresji genów na wysokim poziomie. Po raz pierwszy zaobserwowano je w gruczołach ślinowych larw muszki owocowej. Przygotowując się do przepoczwarzenia, owady te muszą wytworzyć bardzo dużą ilość mukoproteiny będącej klejem trzymającym poczwarkę w całości.

RhnzoZCGXyeFr

Grafika przedstawia chromosom politeniczny. Ma on formę cienkiej, długiej, poskręcanej nici.

Niepełna replikacja

Niepełna replikacja

Proces replikacji DNA z pominięciem pewnych fragmentów niepotrzebnych komórce do przeżycia. Obserwuje się ją u roślin, w komórkach, które wchodzą dopiero w szlak endoreplikacji lub też osiągnęły już pewną – wystarczającą im – ploidalność. Powstałe w ten sposób chromosomy określa się jako fragmentarycznie politeniczne, a komórka ma nieco mniej materiału genetycznego, niż wynikałoby to z ilości cykli replikacji.

Amplifikacja

Amplifikacja

Po skopiowaniu całości materiału genetycznego powielane są tylko te fragmenty nici DNA, które są niezbędne do przeżycia komórki. Efektem amplifikacji jest ilość materiału genetycznego nieco większa od dwukrotności standardowego materiału genetycznego danej komórki.

Słownik