هل تساءلت يومًا كيف ينمو جسمك أو كيف يشفي الإصابة؟ الجواب القصير هو انقسام الخلية.
ربما ليس من المستغرب أن تكون عملية بيولوجيا الخلية الحيوية هذه منظمة للغاية - وبالتالي تتضمن العديد من الخطوات. واحدة من هذه الخطوات المهمة هي المرحلة S. من دورة الخلية.
ما هي دورة الخلية؟
ال دورة الخلية - تسمى أحيانًا دورة انقسام الخلية - تتألف من الخطوات أ خلية حقيقية النواة يجب أن تكتمل من أجل الانقسام وإنتاج خلايا جديدة. عندما تنقسم الخلية ، يطلق العلماء على الخلية الأصلية اسم الخلية الأصل والخلايا التي ينتجها الانقسام الخلايا الوليدة.
الانقسام المتساوي و الطور البيني هما الجزأان الأساسيان اللذان يشكلان دورة الخلية. الانقسام المتساوي (تسمى أحيانًا المرحلة M) هي جزء من الدورة حيث يحدث الانقسام الفعلي للخلية. الطور البيني هو الوقت بين الانقسامات عندما تقوم الخلية بالعمل للاستعداد للانقسام ، مثل النمو وتكرار الحمض النووي الخاص بها.
يعتمد الوقت المستغرق لإكمال دورة الخلية على نوع الخلية والشروط. على سبيل المثال ، تتطلب معظم الخلايا البشرية 24 ساعة كاملة لتقسيمها ، لكن بعض الخلايا تدور بسرعة وتنقسم بسرعة أكبر.
يرى العلماء الذين يزرعون الخلايا المبطنة للأمعاء في المختبر أحيانًا أن هذه الخلايا تكمل دورة الخلية كل تسع إلى عشر ساعات!
النظر في الطور البيني
جزء الطور البيني لدورة الخلية أطول بكثير من جزء الانقسام. هذا منطقي لأن الخلية الجديدة يجب أن تمتص العناصر الغذائية التي تحتاجها لتنمو وتنسخ حمضها النووي وآليات الخلية الحيوية الأخرى قبل أن تصبح خلية أصل وتنقسم عبر الانقسام الفتيلي.
يتضمن جزء الطور البيني من دورة الخلية مراحل فرعية تسمى الفجوة 1 (المرحلة G1)، نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة (المرحلة S.) و الفجوة 2 (المرحلة G2).
دورة الخلية عبارة عن دائرة ، لكن بعض الخلايا تخرج من دورة الخلية بشكل مؤقت أو دائم عبر مرحلة الفجوة 0 (G0). أثناء وجودها في هذه المرحلة الفرعية ، تنفق الخلية طاقتها في أداء أي مهام يقوم بها هذا النوع من الخلايا عادة ، بدلاً من الانقسام أو الاستعداد للانقسام.
خلال المرحلتين الفرعيتين G1 و G2 ، تنمو الخلية بشكل أكبر وتكرر عضياتها وتستعد للانقسام إلى خلايا ابنة. المرحلة S. هل تخليق الحمض النووي مرحلة. خلال هذا الجزء من دورة الخلية ، تكرر الخلية تكميلها الكامل للحمض النووي.
كما أنه يشكل ملف جسيم مركزي، وهو مركز تنظيم الأنابيب الدقيقة الذي سيساعد الخلية في النهاية على تفكيك الحمض النووي الذي سيتم تقسيمه بين الخلايا الوليدة.
دخول المرحلة S.
تعد المرحلة S مهمة بسبب ما يحدث خلال هذا الجزء من دورة الخلية وأيضًا بسبب ما تمثله.
يعد الدخول إلى مرحلة S (المرور عبر انتقال G1 / S) نقطة تفتيش رئيسية في دورة الخلية ، والتي تسمى أحيانًا نقطة التقييد. يمكنك التفكير في الأمر على أنه نقطة اللاعودة للخلية لأنها الفرصة الأخيرة للخلية للتوقف تكاثر خلوي، أو نمو الخلايا عن طريق الانقسام الخلوي. بمجرد أن تدخل الخلية المرحلة S ، يكون مصيرها إكمال انقسام الخلية ، بغض النظر عن السبب.
نظرًا لأن المرحلة S هي نقطة التفتيش الرئيسية ، يجب على الخلية تنظيم هذا الجزء من دورة الخلية بإحكام باستخدام الجينات والمنتجات الجينية ، مثل البروتينات.
للقيام بذلك ، تعتمد الخلية على الحفاظ على التوازن بين الجينات المؤيدة للتكاثرالتي تحث الخلية على الانقسام ، و الجينات الزائدة للورمالتي تعمل على وقف تكاثر الخلايا. تتضمن بعض البروتينات الهامة المثبطة للورم (المشفرة بواسطة الجينات الكابتة للورم) ص 53و p21 و Chk1 / 2 و pRb.
المرحلة S وأصول النسخ المتماثل
العمل الرئيسي للمرحلة S من دورة الخلية هو تكرار كامل مكمل للحمض النووي. للقيام بذلك ، تقوم الخلية بتنشيط مجمعات ما قبل النسخ المتماثل أصول النسخ المتماثل. هذه ببساطة مناطق من الحمض النووي حيث سيبدأ النسخ المتماثل.
في حين أن كائنًا بسيطًا مثل كائن وحيد الخلية قد يكون له أصل تكرار واحد فقط ، فإن الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا لديها الكثير. على سبيل المثال ، قد يكون لكائن الخميرة ما يصل إلى 400 من أصول النسخ المتماثل بينما قد يكون للخلية البشرية 60000 من أصول النسخ المتماثل.
تتطلب الخلايا البشرية هذا العدد الهائل من أصول النسخ المتماثل لأن الحمض النووي البشري طويل جدًا. يعرف العلماء أن تكرار الحمض النووي يمكن للآلات أن تنسخ فقط حوالي 20 إلى 100 قاعدة في الثانية ، مما يعني أن الكروموسوم الفردي سيتطلب حوالي 2000 ساعة للتكرار باستخدام أصل تكرار واحد.
بفضل الترقية إلى 60000 من أصل النسخ المتماثل ، يمكن للخلايا البشرية بدلاً من ذلك إكمال المرحلة S. حوالي ثماني ساعات.
توليف الحمض النووي خلال المرحلة S.
في مواقع أصل النسخ ، يعتمد تكرار الحمض النووي على إنزيم يسمى هيليكس. يعمل هذا الإنزيم على فك حلزون الحمض النووي المزدوج الشريطة - نوعًا ما يشبه فك السوستة. بمجرد حلها ، سيصبح كل من الخيطين نموذجًا لتجميع خيوط جديدة مخصصة للخلايا الوليدة.
يتطلب البناء الفعلي للخيوط الجديدة من الحمض النووي المنسوخ إنزيمًا آخر ، بوليميريز الحمض النووي. القواعد (أو النيوكليوتيدات) التي تتكون من خيط DNA يجب أن تتبع قاعدة إقران القاعدة التكميلية. هذا يتطلب منهم الارتباط دائمًا بطريقة معينة: الأدينين مع الثايمين ، والسيتوزين مع الجوانين. باستخدام هذا النمط ، يبني الإنزيم حبلاً جديدًا يتزاوج بشكل مثالي مع القالب.
تمامًا مثل الحلزون الأصلي للحمض النووي ، فإن الحمض النووي المركب حديثًا طويل جدًا ويتطلب تغليفًا دقيقًا ليتناسب مع النواة. للقيام بذلك ، تنتج الخلية بروتينات تسمى هيستون. تعمل هذه الهستونات مثل البكرات التي يلتف حولها الحمض النووي ، تمامًا مثل الخيط على المغزل. معًا ، يشكل الحمض النووي والهستونات معقدات تسمى النيوكليوزومات.
تدقيق الحمض النووي أثناء المرحلة S.
بالطبع ، من الأهمية بمكان أن يكون الحمض النووي المُصنَّع حديثًا مطابقًا تمامًا للقالب ، مما ينتج عنه حلزوني DNA مزدوج الشريطة مطابق للأصل. مثلما تفعل على الأرجح عند كتابة مقال أو حل مسائل رياضية ، يجب أن تتحقق الخلية من عملها لتجنب الأخطاء.
هذا مهم لأن الحمض النووي سيرمز في النهاية للبروتينات وغيرها من الأشياء المهمة الجزيئات الحيوية. يمكن حتى لنيوكليوتيد واحد محذوف أو تم تغييره أن يحدث فرقًا بين وظيفي منتج الجينات وواحد لا يعمل. يعد تلف الحمض النووي هذا أحد أسباب العديد من الأمراض التي تصيب الإنسان.
هناك ثلاث نقاط تفتيش رئيسية لتصحيح الحمض النووي المنسوخ حديثًا. الأول هو نقطة تفتيش النسخ المتماثل عند النسخ المتماثل شوك. هذه الشوكات هي ببساطة الأماكن التي ينفك فيها الحمض النووي ويبني بوليميراز الحمض النووي الخيوط الجديدة.
أثناء إضافة قواعد جديدة ، يتحقق الإنزيم أيضًا من عمله أثناء تحركه لأسفل الشريط. ال موقع نشط نوكلياز خارجي على الإنزيم يمكن تحرير أي نيوكليوتيدات مضافة إلى الخيط عن طريق الخطأ ، مما يمنع الأخطاء في الوقت الفعلي أثناء تخليق الحمض النووي.
نقاط التفتيش الأخرى - تسمى نقطة تفتيش S-M و ال نقطة تفتيش داخل المرحلة S - تمكين الخلية من مراجعة الحمض النووي المركب حديثًا بحثًا عن الأخطاء التي حدثت أثناء تكرار الحمض النووي. إذا تم العثور على أخطاء ، فستتوقف دورة الخلية مؤقتًا أثناء كيناز تحشد الإنزيمات إلى الموقع لإصلاح الأخطاء.
تصحيح الفشل الآمن
تعتبر نقاط فحص دورة الخلية ضرورية لإنتاج خلايا صحية وعملية. يمكن أن تسبب الأخطاء أو الأضرار غير المصححة أمراضًا بشرية ، بما في ذلك السرطان. إذا كانت الأخطاء أو التلف شديدًا أو لا يمكن إصلاحه ، فقد تخضع الخلية موت الخلايا المبرمج، أو موت الخلية المبرمج. هذا يقتل الخلية بشكل أساسي قبل أن يتسبب في مشاكل خطيرة في جسمك.
