Cellen worden beschouwd als de fundamentele eenheden van het leven, aangezien ze de kleinste biologische entiteiten zijn die alle basiskenmerken van levende wezens omvatten - DNA, metabole functies, een manier om het chemische evenwicht te handhaven, enzovoort. Sommige organismen bestaan in feite uit slechts een enkele cel (bijvoorbeeld bacteriën). De primaire functie van cellen, bekeken vanuit het onbeleefde perspectief van de natuur, is dezelfde als die van hun ouderorganismen: kopieën van zichzelf maken en hun genetische informatie doorgeven aan volgende generaties. Deze evolutionaire imperatief betekent dat bijna alle levende cellen zich op een bepaald moment delen of processen uitvoeren die gericht zijn op het voltooien van de volgende deling.

In tegenstelling tot bacteriën, die bijna alle organismen in de prokaryote vertegenwoordigen groep, eukaryoten (dwz planten, dieren en schimmels) zijn, met zeer zeldzame uitzonderingen, meercellig. Ze hebben gespecialiseerde organen en weefsels en daarom hebben ze sterk verschillende soorten cellen; een levercel ziet er bijvoorbeeld duidelijk anders uit dan een spiercel onder een microscoop. Daarom, wanneer deze somatische (d.w.z. lichaams-) cellen van eukaryoten zich delen, is het voor groei, schadeherstel of het vervangen van cellen die ongedeerd zijn maar eenvoudig versleten zijn. Het type celdeling - of specifiek de verdeling van het genetische materiaal in de kern - dat wordt geassocieerd met deze niet-reproductieve functies wordt mitose genoemd en omvat vijf fasen: profase, prometafase, metafase, anafase en telofase. Anafase is misschien wel de meest opvallende en elegante, omdat het de korte maar belangrijke stap is waarin gedupliceerde chromosomen, de dragers van het genetische materiaal van eukaryote organismen, daadwerkelijk scheiden.
DNA-basisprincipes: de opslag van erfelijke informatie

Deoxyribonucleïnezuur (DNA) is het genetische materiaal van alle levende wezens op aarde. "Genetisch materiaal" verwijst naar welke materie op moleculair niveau ook verantwoordelijk is voor het opslaan en doorgeven van informatie, zij het aan andere cellen in hetzelfde organisme of een geheel nieuw organisme. Zoals je misschien hebt opgedaan door juridische drama's te kijken of echte strafrechtelijke processen te volgen, functioneert DNA als een microscopische vingerafdruk; die van elke mens is uniek, afgezien van die van identieke tweelingen, tripletten, enzovoort.

DNA bestaat uit lange ketens van eenheden die nucleotiden worden genoemd. Deze bestaan uit drie verschillende chemische componenten: een suiker met vijf koolstofatomen (deoxyribose), een fosfaatgroep en een stikstofbase. De "ruggengraat" van de DNA-streng wordt gevormd door alternerende suiker- en fosfaatgroepen, terwijl de basen in elk nucleotide zijn gekoppeld aan het suikerdeel. DNA is dubbelstrengig, met een driedimensionale spiraalvormige of "kurkentrekker" -vorm; de twee strengen zijn met elkaar verbonden op elke nucleotide via hun basen.

De hele sleutel tot de genetische code ligt in het feit dat er vier verschillende DNA-basen zijn, adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T). Elk nucleotide bevat, zoals opgemerkt, slechts één, dus een lange DNA-streng kan worden gekarakteriseerd in termen van zijn basenvolgorde, omdat dit de oorzaak is van alle variabiliteit tussen DNA-moleculen. Elk triplet van opeenvolgende basen (bijv. AAT, CGA enzovoort) codeert voor een van de 20 aminozuren die je lichaam maakt, en de 20 verschillende aminozuren zijn de subeenheden van eiwitten op dezelfde manier als de vier verschillende nucleotiden de subeenheden zijn van DNA.

Een lengte van DNA die alle basen bevat die de code dragen voor een enkel eiwitproduct, elders in de cel gemaakt door ribosomen, wordt een gen genoemd.
Chromosoomstructuur en functie

DNA bestaat in prokaryoten als een enkele kleine cirkelvormige molecule. Prokaryoten zijn eenvoudig, en dienovereenkomstig is het bacteriële genoom (dwz de volledige verzameling van DNA) klein genoeg zodat het op geen enkele manier fysiek hoeft te worden gevouwen of opnieuw gevormd om het in de cel te laten passen.

In eukaryotes is het verhaal heel anders. Het genoom is voldoende groot om veel oprollen, vouwen en proppen te vereisen om een hoeveelheid DNA die anders ongeveer 2 meter lang zou worden, in een ruimte van 1 of 2 micron breed te laten passen, een compressiefactor van een verbazingwekkende 1 miljoen of zo. Dit wordt gedaan door DNA te organiseren in de vorm van chromatine, een eiwit dat histon wordt genoemd, gecombineerd met DNA zelf in een ongeveer 2-op-1 massaverhouding. Hoewel het weinig zinvol is om massa toe te voegen om iets kleiner aan het oppervlak te maken, maken de elektrochemische eigenschappen van deze histonen het mogelijk dat DNA supergecondenseerd is. Bovendien kunnen ze de omvang van deze compressie regelen, omdat, hoewel DNA altijd sterk wordt gecomprimeerd, het niveau van condensatie sterk varieert met de celcyclus.

In het leven wordt chromatine gescheiden in een afzonderlijk stuk genaamd chromosomen. Mensen hebben 23 verschillende chromosomen, waarvan er 22 genummerd zijn en waarvan er één een ongenummerd geslachtschromosoom is (X of Y); andere soorten kunnen meer of minder hebben. In somatische cellen worden deze in paren gevonden, omdat je een exemplaar van elk chromosoom van je moeder en een exemplaar van je vader krijgt. Dienovereenkomstig worden genummerde chromosomen homologe chromosomen genoemd (bijvoorbeeld de kopie van chromosoom 19 die u van uw vader krijgt, is homoloog met de kopie van chromosoom 19 die u van uw moeder ervaart). Deze opstelling heeft kritische implicaties voor de celdeling, die kort wordt besproken.
De celcyclus

Somatische cellen hebben een verschillende levenscyclus. Twee identieke dochtercellen worden geproduceerd door mitose, die het DNA van de cel verdeelt, en de bijbehorende splitsing van de hele cel die volgt, cytokinese genoemd. Deze cellen gaan dan een G _{1 (eerste opening) fase in, waarin alles in hen wordt gerepliceerd behalve de chromosomen. In de S (synthese) fase worden de chromosomen, die tot nu toe als enkele kopieën hebben bestaan, gerepliceerd, waardoor twee identieke kopieën van (bij mensen) alle 46 chromosomen worden geproduceerd. Deze worden zusterchromatiden genoemd en zijn verbonden op een punt dat de centromeer wordt genoemd, waarvan de positie verschilt van chromosoom tot chromosoom. De cel gaat vervolgens door naar de G <2> (tweede opening) fase, waarin de cel de nauwkeurigheid van zijn eigen DNA-replicatie verifieert (fouten in chromosoomreproductie, hoewel wonderlijk zeldzaam, komen voor). Ten slotte komt de cel in de M (mitose) fase, die zelf is onderverdeeld in vijf eigen fasen.
Celdeling: Mitosis en Meiosis}

Mitosis omvat vijf fasen: profase, prometafase, metafase, anafase en telofase. Sommige bronnen combineren prometafase en metafase in een enkele fase. Profase is de langste hiervan en is meestal voorbereidend, waarbij het kernmembraan rond de chromosomen oplost. De chromosomen verschijnen als sterk gecondenseerd in profase en de spilvezels, gemaakt van microtubuli en belast met het uiteindelijk scheiden van de gerepliceerde chromosomen, verschijnen. Ook verschijnen twee tweelingstructuren die centrosomen worden genoemd aan weerszijden van de cel, langs een as loodrecht op die waarlangs de cel zich voorbereidt om te delen.

In prometafase migreren de chromosomen naar het midden van de cel, weg van de centrosomen, terwijl de spilvezels zich ook naar binnen uitstrekken en de centromeren van elk chromosoom samenvoegen op een punt dat de kinetochore wordt genoemd. In de eigen metafase liggen de chromosomen "perfect" langs de deelas, de metafaseplaat genaamd, waarbij deze as door hun centromeren gaat. Na anafase, waarin de zusterchromatiden worden gescheiden, komt telofase; dit is een de facto omkering van profase, waarbij zich nieuwe kernmembranen vormen rond de twee dochterkernen. De cel als geheel ondergaat vervolgens cytokinese.
Wat gebeurt er in anafase?

Bij mitose wordt anafase gekenmerkt door het uit elkaar trekken van zusterchromatiden door de spindelvezels aan elke zijde van de cel. Het resultaat is de creatie van dochterchromosomen. Genetisch gezien zijn deze identiek aan de zusterchromatiden, maar het label helpt te benadrukken dat er binnenkort nieuwe cellen worden gevormd.

Bij meiose, de vorming van gameten of kiemcellen, is de situatie anders . Meiose is verdeeld in meiose I en II, en dienovereenkomstig omvat elk van deze zijn eigen anafase, anafase I en anafase II genoemd. In meiose I komen homologe chromosomen samen en vormen een lijn van 23 structuren langs de metafaseplaat, in plaats van 46 individuele chromosomen die dit a la mitosis doen. In anafase I zijn het dus homologe chromosomen die uit elkaar worden getrokken, geen zusterchromatiden, zodat de centromeren van de afzonderlijke chromosomen intact blijven. Dit resulteert in dochtercellen die 23 afzonderlijke, gerepliceerde chromosomen bevatten, maar deze zijn niet identiek aan elkaar dankzij uitwisseling van materiaal tussen homologe chromosomen voorafgaand aan anafase I. Elk van deze niet-identieke meiotische dochtercellen ondergaat dan meiosis II, wat zeer vergelijkbaar met gewone mitose behalve dat slechts 23 chromosomen worden gescheiden op hun centromeren in plaats van 46. Anafase II is dus functioneel bijna niet te onderscheiden van anafase in mitose. Na telofase II is het resultaat in totaal vier gameten, elk met 23 chromosomen; dit zijn spermatocyten bij mannen en eicellen bij vrouwen, maar alle eukaryoten, inclusief planten, ondergaan meiose als organismen die seksuele voortplanting gebruiken.
Anafase A

Moleculaire biologen hebben het gemakkelijk gevonden om te verwijzen naar anafase A en anafase B om de gebeurtenissen in deze divisiefase te beschrijven. Anafase A is de migratie van chromosomen naar de centrosomen via de mechanische verkorting van de microtubuli die dienen als de verbindende vezels. Dit is wat de meeste mensen met een voorbijgaande vertrouwdheid met mitose en de fasen ervan denken wanneer "anafase" te binnen schiet, want de scheiding van zusterchromiden om dochterchromosomen te genereren is snel en dramatisch.

Het woord "kinetochore" betekent 'plaats van beweging', en in veel cellen kunnen, ondanks de extreem kleine omvang van de structuren in chromosomen, evenals de chromosomen zelf, de spilvezels die de chromatiden uit elkaar trekken aan de kinetochore goed worden gevisualiseerd met behulp van helderveldmicroscopie.

Het belangrijkste aspect van anafase A is dat de beweging van chromatiden in de richting van de polen van de cel in feite plaatsvindt samen met de microtubuli van de spilvezels die worden gedemonteerd. Dit lijkt te betekenen dat nadat het spilapparaat een initiële "trek" naar de polen heeft gegeven, voldoende momentum wordt gegenereerd zodat de chromatiden poleward kunnen blijven drijven, zelfs wanneer de spilvezels beginnen te ontmantelen.
Anafase B

Anafase B kan worden beschouwd als een soort verborgen element van het anafaseproces. Het komt soms voor in samenwerking met anafase A, terwijl in andere cellen deze twee processen zich opeenvolgend ontvouwen.

In anafase, wanneer de chromatiden uit elkaar worden getrokken en migreren naar de polen (zijkanten) van de cel, de hele cel, van noodzaak, verbreedt en wordt meer langwerpig. Als dit niet zou gebeuren, zou de daaropvolgende verdeling van de kern niet zo netjes zijn en zou resulteren in dochtercellen van onjuist formaat. Dit wordt aangedreven door verlenging van enkele van de spilvezels die zich uitstrekken vanaf tegenovergestelde polen en overlappen in het midden, zonder te zijn verbonden met chromosomen. Deze vezels ondergaan verknoping en als een resultaat "duwen" deze verknopingen in een richting die de vezels daartussen in tegengestelde richtingen beweegt. Als je erover nadenkt, werken een mechanisme dat vezels van de zijkanten van de cellen trekt en een mechanisme dat ze uit het midden duwt eigenlijk samen.