мини|200px|Животни циклус ћелије мини|150px|Шематски приказ ћелијског циклуса: I = Интерфаза, M = Митоза; унутрашњи круг: M = Митоза, G1 = Г1 фаза, G2 = Г2 фаза, S = С фаза; изван круга: G0 = Г0 фаза. мини|150px|Ћелије лука (Allium) у различитим фазама ћелијске деобе. Раст организма је пажљиво контролисан регулацијом ћелијског циклуса.

Животни циклус ћелије је живот ћелије између две деобе, при чему је једна деоба укључена у циклус. Према томе ћелијски циклус се састоји од две фазе – фазе деобе (Д-фаза) и интерфазе. Интерфаза обухвата период у току кога се ћелија припрема за деобу. Пре деобе ћелија мора да удвостручи своју масу, да би све своје делове подједнако поделила између кћерки-ћелија. Фаза деобе код еукариотских ћелија обухвата поделу једра (кариокинеза) и поделу цитоплазме и њених органела (цитокинеза). Ћелијски циклус има различито време трајања код различитих ћелија (код бактерија најчешће траје око 20 мин, а различитих људских и животињских ћелија од 16 – 25 сати).

Сви организми се састоје од ћелија које се умножавају деобом. Одрасла особа има око 100 000 билиона ћелија које су настале од једне једине оплођене јајне ћелије. Код одраслих особа постоји и велики број константно делећих ћелија које замењују умрле ћелије. Пре него што се ћелија подели она мора да се повећа, да удвоји свој генетски материјал, а потом раздвоји тај материјал на ћерке ћелије. Ти различити процеси се одвијају у ћелијском циклусу. Ћелијски циклус или генерационо време је најфундаменталнији процес еукариота. Он је суштина живота и смрти. Ћелија је основна јединица грађе и функције свих живих бића. Скуп ћелија сличног или истог изгледа, ембрионалног порекла и функције назива се ткиво, а наука која проучава ћелију назива се цитологија. У ћелији се налазе органска и неорганска једињења. Од неорганских једињења најзаступљенији су вода и соли. Од органских једињења у ћелији се налазе угљени хидрати, масти и протеини. Ова органска једињења садрже угљеник. Упознавање грађе и функције ћелије представља основу за свако дубље проучавање у биологији и медицини. Резултати проучавања ћелије доприносе познавању и нормалног и патолошког стања организма. Као што је претходно наведено, ћелија је и основна градивна и функционална јединица сваког живог бића, осим вируса. У природи постоје бројни организми чије се тело састоји из једне ћелије, као што су бактерије, праживотиње, неке алге и гљиве. Са друге стране вишећелијски организми могу имати више милиона, билиона, квадрилиона ћелија. Тако се у организму одраслог човека налази око 10 на 14 ћелија.

Иако се све те ћелије међусобно разликују постоје неке особине које су заједничке свим ћелијама као што су: Раст до величине која је карактеристична за дату врсту ћелије; Обављање одређених задатака (Функција, улога); Примање сигнала из спољашње средине на које ћелија на одређени начин одговара; Живот ћелије завршава се или ћелијском деобом или ћелијском смрћу; при деоби ћелија даје нове ћелије; Јединствен хемијски састав и јединствена грађа.

Захваљујући развоју технике и инструмената сазнања о ћелији су постала већа и потпунија. Техника микроскопирања је данас доведена скоро до савршенства – проналаском различитих врста микроскопа (електронски, фазни, и др.).

Верује се да су сви организми и ћелије које их чине настали од заједничког претка. Иако су еволутивни процеси недовољно познати и објашњени, ипак се на основу података које пружају фосили и упоредног изучавање данашњих организама може претпоставити како је еволуција текла. Израчунато је да је Сунчев систем настао пре око 4,6 милијарди година и познато је да од 9 планета тог система живот постоји само на Земљи (није искључено да на другим планетама у галаксији постоји живот). Сматра се да је појави живота на Земљи претходио дуг период хемијске еволуције.

Прва ћелија настала је пре, отприлике, 3,5 или 4 милијарде година. Најстарији до сада откривени фосили нађени су у стенама старим 3,4 милијарде година у Јужној Африци. Ови фосили, видљиви само помоћу електронског микроскопа, слични су данашњим прокариотама (бактерије, модрозелене алге). На основу тога можемо претпоставити да је живот почео веома рано, у првој милијарди земљине историје. Налази фосила, такође, указују да је пре око 1,6 милијарди година дошло до преласка прокариота ка знатно сложенијим еукариотским ћелијама. Данас је најприхватљивија симбиотска теорија која објашњава настанак еукариотских ћелија. По тој теорији се сматра да су прокариоте ушле у ћелију еукариота и постале њене органеле (митохондрије и хлоропласти). Тако је настала симбиоза у којој је еукариотска ћелија обезбеђивала храну, а прокариотска енергију. Ова теорија се потврђује грађом митохондрија и хлоропласта која је слична грађи прокариотске ћелије, али има и недостатака (не објашњава нпр. појаву унутрашњег ћелијског скелета у еукариотској ћелији). Еволуција ћелија је трајала од 3-4 милијарде година, док су се остали облици живота, као и најсавршенији, развили у периоду од само 600 милиона година. Изгледа да се тога дошло до стварања еволуција живота дуго одвијала у ћелији, усавршавајући њену грађу и функције, да би после различитих организама за релативно кратко време.

Ћелијски циклус

Величина јединке зависи пре свега од укупног броја ћелија. Код одраслог човека, тај број приближно износи око 100 билиона ћелија, или у просеку око и милијарду ћелија по граму ткива. У свим вишећелијским организмима током читавог живота одвија се континуирано стварање нових ћелија и уклањање остарелих, а сталност укупног броја ћелија одраслих јединки представља резултат финог баланса између ћелијске пролиферације (митозе) и ћелијске смрти (апоптозе). Деоба ћелије обезбеђује да новонастале ћерке ћелије добију подједнаку количину ДНК (односно хромозома), али у већини случајева приближно подједнаку количину цитоплазме са органелама и молекулима. Ћелијски циклус обухвата време и догађаје који се одвијају између две ћелијске деобе, укључујући и саму ћелијску деобу. Његова дужина зависи од врсте и може да траје од 1,5-2 сата код ћелија квасца које расту, до неколико година, код ћелија јетре човека. Међутим, минимално време ћелијског циклуса за ћелије човека износи око 24 сата. традиционално се ћелијски циклус дели у четири стадијума или фазе: М, Г1, С И Г2. У току М фазе (митозе), одигравају се микроскопом најуочљивији догађаји, када се врши подела једровог материјала – кариокинеза, и подела ћелије – цитокинеза. Ово је уједно и најкраћа фаза циклуса и код типичне ћелије сисара траје око једног сата. Остали период између две М фазе ћелијског циклуса назива се интерфаза. Иако се помоћу микроскопа не уочавају неке значајније промене изузев увећања ћелијске масе, током интерфазе се дешавају многобројни догађаји током којих се ћелија припрема за деобу и састоји се из преостале 3 фазе ћелијског циклуса: Г1, С и Г2 фазе.

Током С фазе (С=синтеза), одвија се репликација, односно синтеза нуклеусне ДНК. Г1 фаза (Г=гап, пукотина Енгл.) је интервал између завршене митозе (М фазе) и почетка С фазе, док је Г2 фаза интервал између С фазе и почетка М фазе. Током читаве интерфазе, у ћелији се одвија транскрипција гена и синтеза протеина неопходних за увећање ћелијске масе, као и за контролу и одвијање ћелијског циклуса. Г1 и Г2 фаза омогућавају додатно време ћелији да увећа своју масу и удвостручи количину ћелијских органела, да би после деобе, ћерке ћелије имале одговарајућу количину органела и ћелијску масу. (када би интерфаза трајала само онолико колико је потребно ћелији да изврши репликацију ДНК, ћелија не би имала времена да удвостручи своју масу, па би после сваке деобе ћелије постајале прогресивно све мање и мање. То се заиста и дешава у посебним околностима. Наиме, у току првих неколико деоба оплођене јајне ћелије (браздање јајне ћелије) долази до прогресивног смањења новонасталих ћелија. У току ових ћелијских циклуса, Г1 и Г2 фаза су драстично скраћене и практично не постоје.)

Ћелијски циклус је веома организован и сложен процес, који обезбеђује комплетну и прецизну репликацију ДНК и ћелијских компоненти пре деобе. У току овог процеса учествује читав низ молекула, ензима укључених у производњу нових ћелијских компоненти (ДНК, мембране органела,итд.).

Поред ове Производне машинерије, постоје и молекули који учествују у контроли ћелијског циклуса, тзв. Контролни систем ћелијског циклуса. Овај систем обезбеђује правилност у напредовању ћелијског циклуса, спречавајући напредовање уколико у одређеној фази циклуса нису стекли сви неопходни услови за прелазак у следећу фазу. За један вишећелијски организам веома је важно да се ћелије деле када је то потребно и у оноликој мери колико је то потребно. Недовољно или прекомерно дељење ћелија може да доведе до озбиљних поремећаја у нормалном функционисању организма. Значајан напредак у разумевању догађаја током ћелијског циклуса учињен је током последње три деценије. Почетком '70 година 20 века, испитивањем сазревања ооцита жабе учињени су први кораци у разумевању механизама ћелијског циклуса, открићем фактора који индукују започињање митозе. За касније откриће кључних молекула за одвијање и контролу ћелијског циклуса, Лиланд Х. Хартвел, Р. Тимоти Хант и Пол М. Нерс добили су Нобелову награду за медицину и физиологију 2001. године.

Данас знамо да су за одвијање ћелијског циклуса најважније три групе протеина и то: циклин-зависне киназе (-{CDK}-), циклини и инхибитори циклин-зависних киназа. Циклин-зависне киназе су ензими који врше фосфорилацију (додавање фосфатних група на специфичне аминокиселине у протеинима) одређених кључних протеина, па их тако најчешће активирају. Циклини су протеини који када су присутни у довољном броју активирају -{CDK}-, док инхибитори циклин-зависних киназа када су присутни у довољној концентрацији спречавају њихову активност.

Ћелијски циклус обухвата промене које се одигравају у ћелији од момента њеног настанка до њене деобе на две нове ћелије. Промене, које се у ћелији дешавају за време деобе, могу се посматрати микроскопом што са променама током интерфазе није случај. ћелијски циклус се одвија кроз строго контролисани редослед догађања који подразумева раст, односно удвостручавање њеног садржаја, након чега следи ћелијска деоба. Она резултира стварањем две ћерке ћелије које су код свих соматских ћелија генетски идентичне ћелији од које су настале. Новонастале ћелије ће поред генетског материјала равномјерно поделити све остале компоненте родитељске ћелије како би биле способне да отпочну свој сопствени циклус раста и деобе. Дакле, новонастале ћелије су идентичне родитељској ћелије. Трајање ћелијског циклуса веома варира у зависности ћелијски циклус од типа ћелије. Прокариотске ћелије се деле амитозом (директном или простом деобом), док се еукариотске деле митозом или мејозом. Код еукариотских ћелија које се брзо деле, ћелијски циклус, траје кратко. Тако ћелијски циклус квасца траје свега 90 минута, док ћелије које се споро деле имају дуг ћелијски циклус и он код хепатоцита (ћелије јетре) траје око годину дана. Међутим, код већине сисарских ћелија овај циклус у просеку траје око 24 сата.

Репродукција ћелије

Репродукција је, по дефиницији из уџбеника "Биологија за хуманом генетиком", фундаментална карактеристика живота која представља ширење живе материје у простору и времену. Основни значај репродукције је пренос генетске информације са родитеља на потомство. Међутим, овде није реч само о организмима већ и о ћелијама. Дакле, да би ћелија нормално функционисала она мора да садржи генетски материјал истоветан ћелији од које је настала. Приликом деобе ћелија тзв. мајка (матична) ћелија дели се да две ћерке ћелије. Нови организам, настаје спајањем герминативних ћелија. Основне одлике герминативних ћелија јесте способност формирања новог живота и двоструко мањи број хромозома, тј, хромозомског сета. Али, какав је то сет? Хромозомски сет је представљен одређеним бројем хомологих хромозома карактеристичним за сваку врсту.