Kas olete kunagi mõelnud, kuidas teie keha kasvab või kuidas see vigastuse ravib? Lühike vastus on raku pooldumine.
Pole ilmselt üllatav, et see elutähtsa rakubioloogia protsess on väga reguleeritud - ja seetõttu hõlmab see palju etappe. Üks neist olulistest sammudest on S faas rakutsüklist.
Mis on rakutsükkel?
The rakutsükkel - mõnikord nimetatakse rakujagamise tsükliks - hõlmab etappe a eukarüootne rakk tuleb rakkude jagamiseks ja tootmiseks lõpule viia. Kui rakk jaguneb, nimetavad teadlased algset rakku vanemrakk ja rakkude jagunemisel tekkinud rakud tütarrakud.
Mitoos ja interfaas on kaks põhilist osa, mis moodustavad rakutsükli. Mitoos (mõnikord nimetatakse seda M-faasiks) on tsükli osa, kus toimub rakkude tegelik jagunemine. Interphase on jagunemiste vaheline aeg, mil rakk teeb tööd jagunemise ettevalmistamiseks, näiteks kasvatab ja paljundab oma DNA-d.
Rakutsükli lõpuleviimiseks kuluv aeg sõltub raku tüübist ja tingimustest. Näiteks nõuab enamus inimrakkude jagunemist 24 tundi, kuid mõned rakud on kiiresti tsüklilised ja jagunevad palju kiiremini.
Laboris soolestikku vooderdavaid rakke kasvatavad teadlased näevad mõnikord, et need rakud täidavad rakutsükli iga üheksa kuni kümne tunni järel!
Vaadates Interphase'i
Rakutsükli faaside vaheline osa on palju pikem kui mitoosi osa. See on mõttekas, sest uus rakk peab imama kasvuks vajalikke toitaineid ja paljundama oma DNA ja muid elutähtsaid rakumehhanisme, enne kui sellest saab vanemrakk ja mitoosi kaudu jagada.
Rakutsükli interfaasiline osa sisaldab alafaase, mida nimetatakse 1. vahe (G1 faas), Süntees (S faas) ja Lõhe 2 (G2 faas).
Rakutsükkel on ring, kuid mõned rakud väljuvad rakutsüklist ajutiselt või jäädavalt Lünk 0 (G0) faas. Selles alafaasis veedab rakk oma energiat selle asemel, et jagada või valmistuda jagamiseks mis tahes ülesandeid, mida rakutüüp tavaliselt teeb.
G1 ja G2 alafaasi ajal kasvab rakk suuremaks, kordab oma organelle ja valmistub jagunema tütarrakkudeks. S faas on DNA süntees faas. Rakutsükli selles osas replitseerib rakk kogu oma DNA komplemendi.
See moodustab ka tsentrosoom, mis on mikrotuubuleid organiseeriv keskus, mis lõpuks aitab rakul lahutada DNA, mis jaguneb tütarrakkude vahel.
S-faasi sisenemine
S-faas on oluline rakutsükli selles osas toimuva tõttu ja ka selle tõttu, mida see esindab.
S-faasi sisenemine (G1 / S-ülemineku läbimine) on rakutsükli peamine kontrollpunkt, mida mõnikord nimetatakse ka piirangupunkt. Võite mõelda sellest kui lahtri tagasipöördumise punktist, kuna see on lahtrile viimane võimalus peatuda rakkude paljuneminevõi rakkude kasv rakkude jagunemise kaudu. Kui rakk on jõudnud S-faasi, on see määratud rakkude täielikuks jagunemiseks, ükskõik mis.
Kuna S-faas on peamine kontrollpunkt, peab rakk seda rakutsükli osa tihedalt reguleerima, kasutades geene ja geeniprodukte, näiteks valke.
Selleks tugineb lahter tasakaalu hoidmisele proliferatiivsed geenid, mis kutsuvad rakku jagunema ja kasvaja supressori geenid, mis töötavad rakkude paljunemise peatamiseks. Mõned olulised tuumori supresseerivad valgud (mida kodeerivad kasvaja supressori geenid) hõlmavad järgmist lk 53, p21, Chk1 / 2 ja pRb.
S faasi ja replikatsiooni algus
Rakutsükli S-faasi peamine töö on kogu replikatsioon DNA täiend. Selleks aktiveerib rakk eelreplikatsiooni kompleksid replikatsiooni päritolu. Need on lihtsalt DNA piirkonnad, kus algab replikatsioon.
Kui lihtsal organismil, nagu üksikrakuline protist, võib olla ainult üks replikatsiooni alguspunkt, on keerukamatel organismidel palju rohkem. Näiteks võib pärmorganismil olla kuni 400 replikatsiooni algust, inimese rakul aga 60 000 replikatsiooni alguspunkti.
Inimrakud vajavad seda tohutut paljunemisallikat, kuna inimese DNA on nii pikk. Teadlased teavad, et DNA replikatsioon masin suudab sekundis kopeerida ainult umbes 20 kuni 100 alust, mis tähendab, et ühe kromosoomi kopeerimine ühe replikatsiooni alguspunkti abil nõuab umbes 2000 tundi.
Tänu 60 000 replikatsiooni alguspunktile täiendamisele saavad inimrakud selle asemel S-faasi lõpule viia umbes kaheksa tundi.
DNA süntees S-faasis
Replikatsiooni alguskohtades toetub DNA replikatsioon ensüümile, mida nimetatakse helikaas. See ensüüm keerab lahti kaheahelalise DNA spiraali - umbes nagu tõmbluku lahti tõmbamine. Pärast lahti keeramist saab mõlemast ahelast mall tütrerakkudele mõeldud uute kiudude sünteesimiseks.
Kopeeritud DNA uute ahelate tegelikuks ehitamiseks on vaja teist ensüümi, DNA polümeraas. Alused (või nukleotiidid), mis sisaldavad DNA ahelat, peavad järgima täiendav baaside sidumise reegel. See nõuab, et nad seonduksid alati kindlal viisil: adeniin tümiiniga ja tsütosiin guaniiniga. Selle mustri abil ehitab ensüüm uue ahela, mis sobib ideaalselt malliga.
Nii nagu algne DNA heeliks, on ka äsja sünteesitud DNA väga pikk ja nõuab tuumasse mahutamiseks hoolikat pakendamist. Selleks toodab rakk valke, mida nimetatakse histoonid. Need histoonid toimivad nagu poolid, mille ümber DNA ümbritseb, just nagu niit spindlil. DNA ja histoonid moodustavad koos kompleksid, mida nimetatakse nukleosoomid.
DNA korrektuur S-faasis
Muidugi on ülioluline, et äsja sünteesitud DNA sobiks malliga ideaalselt, tekitades originaaliga identse kaheahelalise DNA spiraali. Täpselt nagu essee kirjutamisel või matemaatikaülesannete lahendamisel, peab ka rakk vigade vältimiseks oma tööd kontrollima.
See on oluline, sest DNA kodeerib lõpuks valke ja muid olulisi biomolekulid. Isegi üks kustutatud või muudetud nukleotiid võib funktsionaalse vahe muuta geeniprodukt ja selline, mis ei tööta. See DNA kahjustus on paljude inimeste haiguste üks põhjus.
Äsja replikeeritud DNA korrektuuriks on kolm peamist kontrollpunkti. Esimene on replikatsiooni kontrollpunkt replikatsiooni juures kahvlid. Need kahvlid on lihtsalt kohad, kus DNA lahti tõmbub ja DNA polümeraas ehitab uued ahelad.
Uute aluste lisamise ajal kontrollib ensüüm ka oma tööd, kui see liigub ahelast allapoole. The eksonukleaasi aktiivne sait Ensüüm suudab redigeerida mis tahes nukleotiide, mis on ahelale ekslikult lisatud, vältides vigu reaalajas DNA sünteesi käigus.
Teised kontrollpunktid - nn S-M kontrollpunkt ja S-sisese faasi kontrollpunkt - võimaldada rakul kontrollida äsja sünteesitud DNA-d DNA replikatsiooni käigus esinenud vigade suhtes. Kui leitakse vigu, peatub rakutsükkel kinaas ensüümid mobiliseerivad saidile vigade parandamiseks.
Korrektuuri ebaõnnestumine
Rakutsükli kontrollpunktid on tervete ja funktsionaalsete rakkude tootmiseks üliolulised. Parandamata vead või kahjustused võivad põhjustada inimeste haigusi, sealhulgas vähki. Kui vead või kahjustused on tõsised või parandamatud, võib lahter läbi minna apoptoosvõi programmeeritud rakusurm. See tapab raku sisuliselt enne, kui see võib teie kehas tõsiseid probleeme põhjustada.