Φάση S: Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια αυτής της υποφάσης του κυτταρικού κύκλου;

Αναρωτηθήκατε ποτέ πώς μεγαλώνει το σώμα σας ή πώς θεραπεύει έναν τραυματισμό; Η σύντομη απάντηση είναι κυτταρική διαίρεση.

Κατά πάσα πιθανότητα δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι αυτή η ζωτική διαδικασία βιολογίας των κυττάρων είναι εξαιρετικά ρυθμισμένη και συνεπώς περιλαμβάνει πολλά βήματα. Ένα από αυτά τα σημαντικά βήματα είναι το Φάση S του κυτταρικού κύκλου.

ο κυτταρικός κύκλος - μερικές φορές ονομάζεται κύκλος διαίρεσης κυττάρων - περιλαμβάνει τα βήματα α ευκαρυωτικό κύτταρο πρέπει να ολοκληρωθεί για να χωρίσει και να παράγει νέα κελιά. Όταν ένα κελί διαιρείται, οι επιστήμονες αποκαλούν το αρχικό κελί το γονικό κελί και τα κύτταρα που παράγονται από τη διάσπαση του θυγατρικά κύτταρα.

Μίτωσις και ενδιάμεση φάση είναι τα δύο βασικά μέρη που αποτελούν τον κυτταρικό κύκλο. Μίτωσις (μερικές φορές ονομάζεται φάση Μ) είναι το τμήμα του κύκλου όπου συμβαίνει η πραγματική κυτταρική διαίρεση. Ενδιάμεση φάση είναι ο χρόνος μεταξύ των διαιρέσεων όταν το κελί κάνει τη δουλειά για να ετοιμαστεί να διαχωριστεί, όπως η ανάπτυξη και η αναπαραγωγή του DNA του.

Ο χρόνος που απαιτείται για την ολοκλήρωση του κυτταρικού κύκλου εξαρτάται από τον τύπο του κυττάρου και τις συνθήκες. Για παράδειγμα, τα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα χρειάζονται 24 ώρες για να διαιρεθούν, αλλά μερικά κύτταρα είναι ταχύτερα και διαιρούνται πολύ πιο γρήγορα.

Οι επιστήμονες που αναπτύσσουν τα κύτταρα που ευθυγραμμίζουν τα έντερα στο εργαστήριο βλέπουν μερικές φορές αυτά τα κύτταρα να ολοκληρώνουν τον κυτταρικό κύκλο κάθε εννέα έως δέκα ώρες!

Το μεσοφασικό τμήμα του κυτταρικού κύκλου είναι πολύ μεγαλύτερο από το τμήμα μίτωσης. Αυτό έχει νόημα επειδή ένα νέο κύτταρο πρέπει να απορροφήσει τα θρεπτικά συστατικά που χρειάζεται για να αναπτυχθεί και να αναπαραγάγει το DNA του και άλλα ζωτικά κυτταρικά μηχανήματα προτού γίνει γονικό κύτταρο και διαιρείται μέσω μίτωσης.

Το ενδιάμεσο τμήμα του κυτταρικού κύκλου περιλαμβάνει υπο-φάσεις που ονομάζονται Κενό 1 (Φάση G1), Σύνθεση (Φάση S) και Κενό 2 (Φάση G2).

Ο κύκλος κυττάρων είναι ένας κύκλος, αλλά μερικά κελιά εξέρχονται από τον κύκλο κυττάρων προσωρινά ή μόνιμα μέσω του Φάση Gap 0 (G0). Ενώ σε αυτήν την υπο-φάση, το κελί ξοδεύει την ενέργειά του εκτελώντας οποιεσδήποτε εργασίες που συνήθως κάνει ο τύπος κυττάρων, αντί να διαιρείται ή να προετοιμάζεται να διαιρεθεί.

Κατά τη διάρκεια των υπο-φάσεων G1 και G2, το κύτταρο μεγαλώνει, αναπαράγει τα οργανίδια του και ετοιμάζεται να χωριστεί σε θυγατρικά κύτταρα. Φάση S είναι το Σύνθεση DNA φάση. Κατά τη διάρκεια αυτού του τμήματος του κυτταρικού κύκλου, το κύτταρο αναπαράγει ολόκληρο το συμπλήρωμα του DNA.

Σχηματίζει επίσης το κεντρόσωμα, το οποίο είναι το κέντρο οργάνωσης μικροσωληνίσκων που τελικά θα βοηθήσει το κύτταρο να διαχωρίσει το DNA που θα διαιρεθεί μεταξύ θυγατρικών κυττάρων.

Η φάση S είναι σημαντική λόγω αυτού που λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια αυτού του τμήματος του κυτταρικού κύκλου και επίσης λόγω αυτού που αντιπροσωπεύει.

Η είσοδος στη φάση S (περνώντας από τη μετάβαση G1 / S) είναι ένα σημαντικό σημείο ελέγχου στον κύκλο κυττάρων, μερικές φορές ονομάζεται σημείο περιορισμού. Μπορείτε να το θεωρήσετε ως το σημείο μη επιστροφής για το κελί, καθώς είναι η τελευταία ευκαιρία για να σταματήσει το κελί πολλαπλασιασμός κυττάρωνή ανάπτυξη κυττάρων μέσω κυτταρικής διαίρεσης. Μόλις το κελί εισέλθει στη φάση S, προορίζεται να ολοκληρώσει την κυτταρική διαίρεση, ανεξάρτητα από το τι.

Επειδή η φάση S είναι το κύριο σημείο ελέγχου, το κύτταρο πρέπει να ρυθμίζει σφιχτά αυτό το τμήμα του κυτταρικού κύκλου χρησιμοποιώντας γονίδια και γονιδιακά προϊόντα, όπως πρωτεΐνες.

Για να γίνει αυτό, το κελί βασίζεται στη διατήρηση της ισορροπίας μεταξύ προ-πολλαπλασιαστικά γονίδια, που ωθούν το κελί να διαιρέσει, και γονίδια καταστολής όγκων, που λειτουργούν για να σταματήσουν τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Ορισμένες σημαντικές πρωτεΐνες καταστολής όγκων (κωδικοποιούνται από γονίδια καταστολής όγκων) περιλαμβάνουν σελ. 53, p21, Chk1 / 2 και pRb.

Το κύριο έργο της φάσης S του κυτταρικού κύκλου είναι η αναπαραγωγή ολόκληρου του συμπλήρωμα DNA. Για να γίνει αυτό, το κελί ενεργοποιεί τα σύμπλοκα πριν από την αναπαραγωγή προέλευση αναπαραγωγής. Αυτές είναι απλά περιοχές του DNA όπου θα ξεκινήσει η αντιγραφή.

Ενώ ένας απλός οργανισμός όπως ένα μονοκύτταρο πρωτόνιο μπορεί να έχει μόνο μία προέλευση αντιγραφής, οι πιο περίπλοκοι οργανισμοί έχουν πολλά περισσότερα. Για παράδειγμα, ένας οργανισμός ζυμομύκητα μπορεί να έχει έως και 400 αντιγραφές, ενώ ένα ανθρώπινο κύτταρο μπορεί να έχει 60.000 αντιγραφές.

Τα ανθρώπινα κύτταρα απαιτούν αυτόν τον τεράστιο αριθμό αντιγραφών, επειδή το ανθρώπινο DNA είναι τόσο μεγάλο. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι το Αναπαραγωγή DNA Το μηχάνημα μπορεί να αντιγράψει μόνο 20 έως 100 βάσεις ανά δευτερόλεπτο, πράγμα που σημαίνει ότι ένα μόνο χρωμόσωμα θα απαιτούσε περίπου 2.000 ώρες για να αναπαραχθεί χρησιμοποιώντας μια μοναδική αρχή αντιγραφής.

Χάρη στην αναβάθμιση σε 60.000 πηγές αναπαραγωγής, τα ανθρώπινα κύτταρα μπορούν αντ 'αυτού να ολοκληρώσουν τη φάση S περίπου οκτώ ώρες.

Στις τοποθεσίες προέλευσης αντιγραφής, η αντιγραφή DNA βασίζεται σε ένα ένζυμο που ονομάζεται ελικάση. Αυτό το ένζυμο ξετυλίγει τη δίκλωνη έλικα DNA - σαν να αποσυμπιέστε το φερμουάρ. Μόλις ξετυλιχτεί, καθένας από τους δύο κλώνους θα γίνει πρότυπο για τη σύνθεση νέων κλώνων που προορίζονται για τα θυγατρικά κύτταρα.

Η πραγματική οικοδόμηση των νέων κλώνων αντιγραμμένου DNA απαιτεί ένα άλλο ένζυμο, Πολυμεράση DNA. Οι βάσεις (ή νουκλεοτίδια) που περιλαμβάνει τον κλώνο DNA πρέπει να ακολουθεί το συμπληρωματικός κανόνας σύζευξης βάσεων. Αυτό απαιτεί από αυτούς να δεσμεύονται πάντα με συγκεκριμένο τρόπο: αδενίνη με θυμίνη και κυτοσίνη με γουανίνη. Χρησιμοποιώντας αυτό το μοτίβο, το ένζυμο δημιουργεί έναν νέο κλώνο που συνδυάζεται τέλεια με το πρότυπο.

Ακριβώς όπως και η αρχική έλικα του DNA, το πρόσφατα συντεθειμένο DNA είναι πολύ μακρύ και απαιτεί προσεκτική συσκευασία για να χωρέσει στον πυρήνα. Για να γίνει αυτό, το κύτταρο παράγει πρωτεΐνες που ονομάζονται ιστόνες. Αυτές οι ιστόνες δρουν σαν πηνία που τυλίγει το DNA, όπως το νήμα σε έναν άξονα. Μαζί, το DNA και οι ιστόνες σχηματίζουν σύμπλοκα που ονομάζονται νουκλεοσώματα.

Φυσικά, είναι ζωτικής σημασίας το νεοσυνθεθέν DNA να ταιριάζει τέλεια με το πρότυπο, παράγοντας μια έλικα διπλού κλώνου DNA όμοια με το πρωτότυπο. Όπως ακριβώς κάνετε όταν γράφετε ένα δοκίμιο ή επιλύετε μαθηματικά προβλήματα, το κελί πρέπει να ελέγξει τη δουλειά του για να αποφύγει λάθη.

Αυτό είναι σημαντικό επειδή το DNA τελικά κωδικοποιεί πρωτεΐνες και άλλα σημαντικά βιομόρια. Ακόμη και ένα μόνο διαγραμμένο ή αλλαγμένο νουκλεοτίδιο μπορεί να κάνει τη διαφορά μεταξύ ενός λειτουργικού γονιδιακό προϊόν και ένα που δεν λειτουργεί. Αυτή η βλάβη στο DNA είναι μια αιτία πολλών ανθρώπινων ασθενειών.

Υπάρχουν τρία βασικά σημεία ελέγχου για τη διόρθωση του νέου αντιγράφου DNA. Το πρώτο είναι το σημείο ελέγχου αναπαραγωγής στην αναπαραγωγή πιρούνια. Αυτά τα πιρούνια είναι απλώς τα μέρη όπου το DNA αποσυνδέεται και η πολυμεράση DNA χτίζει τους νέους κλώνους.

Προσθέτοντας νέες βάσεις, το ένζυμο ελέγχει επίσης τη λειτουργία του καθώς κινείται κάτω από το σκέλος. ο ενεργός ιστότοπος εξωνουκλεάσης στο ένζυμο μπορεί να επεξεργαστεί τυχόν νουκλεοτίδια που προστίθενται στον κλώνο κατά λάθος, αποτρέποντας τα λάθη σε πραγματικό χρόνο κατά τη διάρκεια της σύνθεσης DNA.

Τα άλλα σημεία ελέγχου - ονομάζονται Σημείο ελέγχου S-M και το σημείο ελέγχου φάσης εντός του S - επιτρέψτε στο κελί να αναθεωρήσει το πρόσφατα συντεθειμένο DNA για σφάλματα που προέκυψαν κατά την αντιγραφή του DNA. Εάν εντοπιστούν σφάλματα, ο κύκλος κυττάρων θα σταματήσει ενώ κινάση Τα ένζυμα κινητοποιούνται στον ιστότοπο για να επιδιορθώσουν τα σφάλματα.

Τα σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή υγιών, λειτουργικών κυττάρων. Τα μη διορθωμένα σφάλματα ή βλάβες μπορούν να προκαλέσουν ανθρώπινες ασθένειες, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου. Εάν τα σφάλματα ή οι βλάβες είναι σοβαρά ή ανεπανόρθωτα, το κελί μπορεί να υποστεί απόπτωσηή προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος. Αυτό ουσιαστικά σκοτώνει το κύτταρο πριν μπορεί να προκαλέσει σοβαρά προβλήματα στο σώμα σας.