S-fase: Hvad sker der under denne underfase af cellecyklussen?

Har du nogensinde spekuleret på, hvordan din krop vokser, eller hvordan den helbreder en skade? Det korte svar er celledeling.

Det er sandsynligvis ikke overraskende, at denne vitale cellebiologiske proces er stærkt reguleret - og derfor indeholder mange trin. Et af disse vigtige trin er S-fase af cellecyklussen.

Det cellecyklus - undertiden kaldet celledelingscyklus - omfatter trinnene a eukaryot celle skal udfyldes for at opdele og producere nye celler. Når en celle deler sig, kalder forskere den oprindelige celle forældercelle og celler produceret af splittelsen datterceller.

Mitose og mellemfase er de to grundlæggende dele, der udgør cellecyklussen. Mitose (undertiden kaldet M-fase) er den del af cyklussen, hvor faktisk celledeling opstår. Interfase er tiden mellem divisioner, hvor cellen gør arbejdet for at blive klar til at opdele, såsom at dyrke og replikere dets DNA.

Den tid det tager at gennemføre cellecyklussen afhænger af celletypen og forholdene. For eksempel har de fleste humane celler brug for hele 24 timer for at dele sig, men nogle celler cykler hurtigt og deler sig meget hurtigere.

Forskere, der dyrker cellerne, der leder tarmene i laboratoriet, ser undertiden disse celler gennemføre cellecyklussen hver ni til ti timer!

Interfasedelen af ​​cellecyklussen er meget længere end mitosedelen. Dette giver mening, fordi en ny celle skal absorbere de næringsstoffer, den har brug for, for at vokse og replikere dens DNA og andre vitale cellemaskiner, før den kan blive en forældercelle og dele sig via mitose.

Interfasedelen af ​​cellecyklussen inkluderer kaldte underfaser Hul 1 (G1-fase), Syntese (S-fase) og Hul 2 (G2-fase).

Cellecyklussen er en cirkel, men nogle celler forlader cellecyklussen midlertidigt eller permanent via Gap 0 (G0) fase. Mens den er i denne underfase, bruger cellen sin energi til at udføre de opgaver, som celletypen normalt udfører, snarere end at dele eller forberede sig på at opdele.

I underfasen G1 og G2 bliver cellen større, replikerer sine organeller og gør sig klar til at opdele sig i datterceller. S-fase er DNA-syntese fase. I løbet af denne del af cellecyklussen replikerer cellen hele dens DNA-komplement.

Det danner også centrosom, som er det mikrotubuli-organiserende center, der til sidst vil hjælpe cellen med at trække det DNA fra hinanden, der vil blive delt mellem datterceller.

S-fasen er vigtig på grund af hvad der finder sted under denne del af cellecyklussen og også på grund af hvad den repræsenterer.

Indtastning af S-fase (passerer gennem G1 / S-overgangen) er et vigtigt kontrolpunkt i cellecyklussen, undertiden kaldet begrænsningspunkt. Du kan tænke på det som punktet for ikke at vende tilbage til cellen, da det er den sidste mulighed for cellen at stoppe celleproliferationeller cellevækst via celledeling. Når cellen er kommet ind i S-fase, er den bestemt til at fuldføre celledeling, uanset hvad.

Fordi S-fasen er det vigtigste kontrolpunkt, skal cellen regulere denne del af cellecyklussen tæt ved hjælp af gener og genprodukter, såsom proteiner.

For at gøre dette er cellen afhængig af at holde en balance imellem pro-proliferative gener, som opfordrer cellen til at dele sig, og tumorundertrykkende gener, der arbejder for at stoppe celleproliferation. Nogle vigtige tumor suppressor proteiner (kodet af tumor suppressor gener) inkluderer p53, p21, Chk1 / 2 og pRb.

Hovedarbejdet i S-fasen i cellecyklussen replikerer hele komplement af DNA. For at gøre dette aktiverer cellen præ-replikationskomplekser for at fremstille replikationsoprindelse. Dette er simpelthen områder af DNA'et, hvor replikering begynder.

Mens en simpel organisme som en enkeltcellet protist måske kun har en enkelt replikationsoprindelse, har mere komplekse organismer mange flere. For eksempel kan en gærorganisme have op til 400 replikationsoprindelse, mens en menneskelig celle kan have 60.000 replikationsoprindelse.

Menneskelige celler kræver dette enorme antal replikationsoprindelse, fordi humant DNA er så langt. Forskere ved, at DNA-replikation maskiner kan kun kopiere ca. 20 til 100 baser pr. sekund, hvilket betyder, at et enkelt kromosom ville kræve cirka 2.000 timer at replikere ved hjælp af en enkelt replikationsoprindelse.

Takket være opgraderingen til 60.000 replikationsoprindelse kan menneskelige celler i stedet gennemføre S-fase ind omkring otte timer.

På replikationsoprindelsesstederne er DNA-replikation afhængig af et kaldet enzym helikase. Dette enzym afvikler den dobbeltstrengede DNA-helix - ligesom som at lynlåse en lynlås. Når de er udrullet, bliver hver af de to tråde en skabelon til at syntetisere nye tråde, der er bestemt til dattercellerne.

Den egentlige opbygning af de nye tråde af kopieret DNA kræver et andet enzym, DNA-polymerase. Baserne (eller nukleotider), der omfatter DNA-strengen, skal følge supplerende baseparringsregel. Dette kræver, at de altid binder på en bestemt måde: adenin med thymin og cytosin med guanin. Ved hjælp af dette mønster bygger enzymet en ny streng, der passer perfekt sammen med skabelonen.

Ligesom den originale DNA-helix er det nyligt syntetiserede DNA meget langt og kræver omhyggelig emballage for at passe ind i kernen. For at gøre dette producerer cellen proteiner, der kaldes histoner. Disse histoner fungerer som spoler, som DNA'et vikler rundt, ligesom tråd på en spindel. Sammen danner DNA'et og histonerne komplekser, der kaldes nukleosomer.

Det er selvfølgelig vigtigt, at det nyligt syntetiserede DNA passer perfekt til skabelonen og producerer en dobbeltstrenget DNA-helix identisk med originalen. Ligesom du sandsynligvis gør, når du skriver et essay eller løser matematiske problemer, skal cellen kontrollere sit arbejde for at undgå fejl.

Dette er vigtigt, fordi DNA til sidst vil kode for proteiner og andre vigtige biomolekyler. Selv et enkelt slettet eller ændret nukleotid kan gøre forskellen mellem et funktionelt genprodukt og en der ikke fungerer. Denne DNA-skade er en årsag til mange menneskelige sygdomme.

Der er tre hovedkontrolpunkter til korrekturlæsning af det nyligt replikerede DNA. Den første er replikeringskontrolpunktet ved replikationen gafler. Disse gafler er simpelthen de steder, hvor DNA udpakkes, og DNA-polymerase bygger de nye tråde.

Mens der tilføjes nye baser, kontrollerer enzymet også dets arbejde, når det bevæger sig ned i strengen. Det exonuclease aktivt sted på enzymet kan redigere eventuelle nukleotider tilføjet til strengen ved en fejltagelse, hvilket forhindrer fejl i realtid under DNA-syntese.

De andre kontrolpunkter - kaldet S-M kontrolpunkt og intra-S fase kontrolpunkt - gøre det muligt for cellen at gennemgå det nyligt syntetiserede DNA for fejl, der opstod under DNA-replikation. Hvis der findes fejl, stopper cellecyklussen midlertidigt kinase enzymer mobiliserer til stedet for at reparere fejlene.

Cellecykluskontrolpunkter er afgørende for at producere sunde, funktionelle celler. Ukorrekt fejl eller skader kan forårsage sygdomme hos mennesker, herunder kræft. Hvis fejlene eller skaderne er alvorlige eller uoprettelige, kan cellen gennemgå apoptoseeller programmeret celledød. Dette dræber i det væsentlige cellen, før den kan forårsage alvorlige problemer i din krop.