Fáze S: Co se stane během této subfáze buněčného cyklu?

Přemýšleli jste někdy, jak vaše tělo roste nebo jak léčí zranění? Krátká odpověď je buněčné dělení.

Pravděpodobně není žádným překvapením, že tento proces biologie životně důležitých buněk je vysoce regulovaný - a proto zahrnuje mnoho kroků. Jedním z těchto důležitých kroků je S fáze buněčného cyklu.

The buněčný cyklus - někdy nazývaný cyklus dělení buněk - zahrnuje kroky a eukaryotická buňka musí vyplnit, aby bylo možné rozdělit a vytvořit nové buňky. Když se buňka rozdělí, vědci nazývají původní buňku rodičovská buňka a buňky produkované štěpením dceřiné buňky.

Mitóza a mezifáze jsou dvě základní části, které tvoří buněčný cyklus. Mitóza (někdy nazývaná M fáze) je část cyklu, kde dochází ke skutečnému dělení buněk. Mezifáze je doba mezi děleními, kdy buňka dělá práci, aby se připravila na dělení, jako je růst a replikace své DNA.

Doba potřebná k dokončení buněčného cyklu závisí na typu buňky a podmínkách. Například většina lidských buněk vyžaduje k rozdělení celých 24 hodin, ale některé buňky se rychle cyklují a dělí se mnohem rychleji.

Vědci, kteří v laboratoři pěstují buňky, které lemují střeva, někdy vidí, že tyto buňky dokončují buněčný cyklus každých devět až deset hodin!

Mezifázová část buněčného cyklu je mnohem delší než část mitózy. To dává smysl, protože nová buňka musí absorbovat živiny, které potřebuje k růstu a replikovat svou DNA a další životně důležité buněčné mechanismy, než se stane mateřskou buňkou a rozdělí se mitózou.

Mezifázová část buněčného cyklu zahrnuje tzv. Dílčí fáze Mezera 1 (Fáze G1), Syntéza (S fáze) a Mezera 2 (Fáze G2).

Buněčný cyklus je kruh, ale některé buňky opouštějí buněčný cyklus dočasně nebo trvale prostřednictvím Fáze mezery 0 (G0). Zatímco v této dílčí fázi buňka vynakládá energii na provádění jakýchkoli úkolů, které typ buňky obvykle dělá, než na dělení nebo přípravu na dělení.

Během dílčích fází G1 a G2 se buňka zvětšuje, replikuje své organely a připravuje se na rozdělení do dceřiných buněk. S fáze je Syntéza DNA fáze. Během této části buněčného cyklu buňka replikuje celý svůj doplněk DNA.

Tvoří také centrosome, což je centrum organizující mikrotubuly, které nakonec pomůže buňce oddělit DNA, která bude rozdělena mezi dceřiné buňky.

Fáze S je důležitá kvůli tomu, co se děje během této části buněčného cyklu, a také kvůli tomu, co představuje.

Vstup do fáze S (procházející přechodem G1 / S) je hlavním kontrolním bodem v buněčném cyklu, někdy se mu říká bod omezení. Můžete si to představit jako bod, ze kterého se buňka nevrátí, protože je to poslední příležitost, aby se buňka zastavila proliferace buněknebo buněčný růst dělení buněk. Jakmile buňka vstoupí do S fáze, je určena k dokončení buněčného dělení, ať už se děje cokoli.

Protože S fáze je hlavním kontrolním bodem, musí buňka přísně regulovat tuto část buněčného cyklu pomocí genů a genových produktů, jako jsou proteiny.

K tomu se buňka spoléhá na udržení rovnováhy mezi pro-proliferativní geny, které nutí buňku k rozdělení, a geny potlačující nádory, které pracují na zastavení proliferace buněk. Některé důležité tumor supresorové proteiny (kódované tumor supresorovými geny) zahrnují p53, p21, Chk1 / 2 a pRb.

Hlavní prací S fáze buněčného cyklu je replikace celé doplněk DNA. Za tímto účelem buňka aktivuje předreplikační komplexy počátky replikace. Jedná se jednoduše o oblasti DNA, kde začne replikace.

Zatímco jednoduchý organismus jako jednobuněčný protista může mít pouze jeden počátek replikace, složitější organismy jich mají mnohem více. Například kvasinkový organismus může mít až 400 replikačních počátků, zatímco lidská buňka může mít 60 000 replikačních počátků.

Lidské buňky vyžadují tento obrovský počet počátků replikace, protože lidská DNA je tak dlouhá. Vědci vědí, že replikace DNA strojní zařízení dokáže kopírovat pouze asi 20 až 100 bází za sekundu, což znamená, že jeden chromozom by vyžadoval přibližně 2 000 hodin k replikaci pomocí jediného počátku replikace.

Díky upgradu na 60 000 počátků replikace mohou lidské buňky místo toho dokončit S fázi asi osm hodin.

V místech původu replikace se replikace DNA spoléhá na enzym zvaný helikáza. Tento enzym odvíjí dvouvláknovou spirálu DNA - něco jako rozepnutí zipu. Po odmotání se každé ze dvou řetězců stane templátem pro syntézu nových řetězců určených pro dceřiné buňky.

Skutečné budování nových řetězců zkopírované DNA vyžaduje další enzym, DNA polymeráza. Základny (nebo nukleotidy), které obsahují řetězec DNA, musí následovat doplňkové základní pravidlo párování. To vyžaduje, aby se vždy váželi specifickým způsobem: adenin s thyminem a cytosin s guaninem. Pomocí tohoto vzoru vytvoří enzym nový řetězec, který se dokonale spojí s šablonou.

Stejně jako původní šroubovice DNA je nově syntetizovaná DNA velmi dlouhá a vyžaduje pečlivé zabalení, aby se vešla do jádra. Za tímto účelem buňka produkuje proteiny zvané histony. Tyto histony fungují jako cívky, které DNA obklopuje, stejně jako nit na vřetenu. DNA a histony společně tvoří tzv. Komplexy nukleosomy.

Samozřejmě je zásadní, aby nově syntetizovaná DNA dokonale odpovídala templátu a vytvářela dvouřetězcovou spirálu DNA identickou s originálem. Stejně jako to pravděpodobně děláte při psaní eseje nebo řešení matematických úloh, musí buňka zkontrolovat svou práci, aby se vyhnula chybám.

To je důležité, protože DNA nakonec kóduje bílkoviny a další důležité biomolekuly. I jediný odstraněný nebo změněný nukleotid může rozlišovat mezi funkčními genový produkt a ten, který nefunguje. Toto poškození DNA je jednou z příčin mnoha lidských nemocí.

Existují tři hlavní kontrolní body pro korektury nově replikované DNA. První je kontrolní bod replikace v replikaci vidličky. Tyto vidličky jsou prostě místa, kde se DNA rozepíná a DNA polymeráza vytváří nová vlákna.

Při přidávání nových bází také enzym kontroluje svou práci, když se pohybuje po vlákně. The aktivní místo exonukleázy na enzymu může editovat jakékoli nukleotidy přidané do řetězce omylem, čímž předchází chybám v reálném čase během syntézy DNA.

Ostatní kontrolní body - tzv Kontrolní bod SM a kontrolní bod fáze S - umožnit buňce zkontrolovat nově syntetizovanou DNA kvůli chybám, ke kterým došlo během replikace DNA. Pokud jsou nalezeny chyby, buněčný cyklus se pozastaví kináza enzymy se mobilizují na web k opravě chyb.

Kontrolní body buněčného cyklu jsou zásadní pro produkci zdravých, funkčních buněk. Neopravené chyby nebo poškození mohou způsobit onemocnění člověka, včetně rakoviny. Pokud jsou chyby nebo poškození závažné nebo neopravitelné, buňka může podstoupit apoptózanebo programovaná buněčná smrt. To v podstatě zabije buňku, než může způsobit vážné problémy ve vašem těle.