S фаза: Какво се случва по време на тази подфаза на клетъчния цикъл?

Замисляли ли сте се как тялото ви расте или как лекува нараняване? Краткият отговор е клетъчно делене.

Вероятно не е изненада, че този жизненоважен процес на клетъчна биология е силно регулиран - и следователно включва много стъпки. Една от тези важни стъпки е S фаза на клетъчния цикъл.

The клетъчен цикъл - понякога наричан цикъл на клетъчно делене - включва стъпките a еукариотна клетка трябва да завърши, за да се раздели и произведе нови клетки. Когато клетката се раздели, учените наричат ​​оригиналната клетка „ родителска клетка и клетките, произведени от разделянето на дъщерни клетки.

Митоза и междуфазна са двете основни части, изграждащи клетъчния цикъл. Митоза (понякога наричана М фаза) е частта от цикъла, където се случва действителното клетъчно делене. Междуфазна е времето между разделянията, когато клетката извършва работата, за да се подготви за разделяне, като расте и репликира своята ДНК.

Времето, необходимо за завършване на клетъчния цикъл, зависи от вида на клетката и условията. Например, повечето човешки клетки се нуждаят от цели 24 часа, за да се разделят, но някои клетки се движат бързо и се делят много по-бързо.

Учените, които отглеждат клетките, които облицоват червата в лабораторията, понякога виждат как тези клетки завършват клетъчния цикъл на всеки девет до десет часа!

Интерфазната част от клетъчния цикъл е много по-дълга от митозната част. Това има смисъл, защото новата клетка трябва да абсорбира нутриентите, необходими за растежа, и да възпроизведе своята ДНК и други жизненоважни клетъчни механизми, преди да може да стане родителска клетка и да се раздели чрез митоза.

Междуфазната част от клетъчния цикъл включва подфази, наречени Пропуск 1 (G1 фаза), Синтез (S фаза) и Пропуск 2 (G2 фаза).

Клетъчният цикъл е кръг, но някои клетки излизат от клетъчния цикъл временно или за постоянно чрез Фаза Gap 0 (G0). Докато е в тази подфаза, клетката изразходва енергията си, изпълнявайки каквито и да е задачи, които обикновено изпълнява клетъчният тип, вместо да се дели или да се подготвя за разделяне.

По време на подфазите G1 и G2 клетката се увеличава, репликира своите органели и се приготвя да се раздели на дъщерни клетки. S фаза е ДНК синтез фаза. По време на тази част от клетъчния цикъл, клетката репликира целия си комплекс от ДНК.

Той също така формира центрозома, който е центърът за организиране на микротубулите, който в крайна сметка ще помогне на клетката да отдели ДНК, която ще бъде разделена между дъщерните клетки.

S фазата е важна поради това, което се случва по време на тази част от клетъчния цикъл, както и заради това, което представлява.

Влизането в S фаза (преминаване през прехода G1 / S) е основна контролна точка в клетъчния цикъл, понякога наричана ограничителна точка. Можете да го възприемате като точка на невъзвращаемост за клетката, тъй като тя е последната възможност клетката да спре клетъчна пролиферация, или клетъчен растеж чрез клетъчно делене. След като клетката навлезе в S фаза, тя е предназначена да завърши клетъчното делене, без значение какво.

Тъй като S фазата е основният контролен пункт, клетката трябва да регулира плътно тази част от клетъчния цикъл, като използва гени и генни продукти, като протеини.

За целта клетката разчита на поддържането на баланс между пролиферативни гени, които подтикват клетката да се дели, и туморни супресорни гени, които работят за спиране на клетъчната пролиферация. Включват се някои важни туморни супресорни протеини (кодирани от туморни супресорни гени) стр53, p21, Chk1 / 2 и pRb.

Основната работа на S фазата на клетъчния цикъл е възпроизвеждането на целия комплемент на ДНК. За да направи това, клетката активира комплекси за предрепликация, за да направи произход на репликация. Това са просто области от ДНК, където ще започне репликацията.

Докато един прост организъм като едноклетъчен протест може да има само един репликационен произход, по-сложните организми имат много повече. Например, дрожден организъм може да има до 400 репликационни произхода, докато човешката клетка може да има 60 000 репликационни произхода.

Човешките клетки се нуждаят от този огромен брой произход на репликация, тъй като човешката ДНК е толкова дълга. Учените знаят, че ДНК репликация машината може да копира само около 20 до 100 основи в секунда, което означава, че на една хромозома ще са необходими приблизително 2000 часа, за да се репликира, използвайки единичен репликационен произход.

Благодарение на надстройката до 60 000 произхода на репликацията, човешките клетки могат вместо това да завършат S фаза около осем часа.

В местата за произход на репликацията репликацията на ДНК разчита на ензим, наречен хеликаза. Този ензим размотава двуверижната спирала на ДНК - нещо като разкопчаване на цип. След като се развият, всяка от двете нишки ще се превърне в шаблон за синтезиране на нови нишки, предназначени за дъщерните клетки.

Действителното изграждане на новите нишки на копирана ДНК изисква друг ензим, ДНК полимераза. Базите (или нуклеотиди), които включват ДНК веригата, трябва да следват допълващо базово правило за сдвояване. Това изисква от тях да се свързват винаги по определен начин: аденин с тимин и цитозин с гуанин. Използвайки този модел, ензимът изгражда нова верига, която идеално се сдвоява с шаблона.

Подобно на оригиналната спирала на ДНК, новосинтезираната ДНК е много дълга и изисква внимателно опаковане, за да се побере в ядрото. За целта клетката произвежда протеини, наречени хистони. Тези хистони действат като макари, които ДНК увива, точно като конец на вретено. Заедно ДНК и хистоните образуват комплекси, наречени нуклеозоми.

Разбира се, жизненоважно е, че новосинтезираната ДНК е перфектно съвпадение на шаблона, произвеждайки двуверижна ДНК спирала, идентична на оригинала. Точно както вероятно правите, когато пишете есе или решавате математически задачи, клетката трябва да провери работата си, за да избегне грешки.

Това е важно, защото ДНК в крайна сметка ще кодира протеини и други важни биомолекули. Дори един изтрит или променен нуклеотид може да направи разликата между функционал генен продукт и такъв, който не работи. Това увреждане на ДНК е една от причините за много човешки заболявания.

Има три основни контролно-пропускателни пункта за корекция на новоповторената ДНК. Първият е контролната точка за репликация в репликацията вилици. Тези вилици са просто местата, където ДНК се разархивира и ДНК полимеразата изгражда новите нишки.

Докато добавя нови бази, ензимът също така проверява работата си, докато се движи надолу по нишката. The екзонуклеазен активен сайт върху ензима може да редактира всички нуклеотиди, добавени към веригата по грешка, предотвратявайки грешки в реално време по време на синтеза на ДНК.

Другите контролно-пропускателни пунктове - наречени S-M контролно-пропускателен пункт и контролно-пропускателен пункт в рамките на S фаза - позволи на клетката да прегледа новосинтезираната ДНК за грешки, възникнали по време на репликацията на ДНК. Ако бъдат открити грешки, клетъчният цикъл ще спре на известно време киназа ензимите се мобилизират на сайта, за да поправят грешките.

Контролните точки на клетъчния цикъл са от решаващо значение за производството на здрави, функционални клетки. Непоправените грешки или щети могат да причинят човешки заболявания, включително рак. Ако грешките или повредите са сериозни или непоправими, клетката може да претърпи апоптозаили програмирана клетъчна смърт. Това по същество убива клетката, преди да може да причини сериозни проблеми в тялото ви.