S-vaihe: Mitä tapahtuu solusyklin tämän alivaiheen aikana?

Oletko koskaan miettinyt, kuinka kehosi kasvaa tai kuinka se parantaa vamman? Lyhyt vastaus on solujen jakautuminen.

Ei ole mikään yllätys, että tämä elintärkeä solubiologiaprosessi on hyvin säännelty - ja sisältää siten monia vaiheita. Yksi näistä tärkeistä vaiheista on S-vaihe solusyklin.

solusykli - joskus kutsutaan solunjakosykliksi - käsittää vaiheet a eukaryoottinen solu on suoritettava jakamiseksi ja uusien solujen tuottamiseksi. Kun solu jakautuu, tutkijat kutsuvat alkuperäistä solua vanhemmasolu ja halkeaman tuottamat solut tytärsolut.

Mitoosi ja välivaihe ovat kaksi perusosaa, jotka muodostavat solusyklin. Mitoosi (joskus kutsutaan M-vaiheeksi) on syklin osa, jossa todellinen solujen jakautuminen tapahtuu. Interphase on aika jakautumisten välillä, jolloin solu tekee työnsä valmistautuakseen jakautumiseen, kuten kasvaa ja replikoi DNA: ta.

Solusyklin loppuun saattamiseen kuluva aika riippuu solutyypistä ja olosuhteista. Esimerkiksi useimmat ihmissolut tarvitsevat jakamiseen kokonaiset 24 tuntia, mutta jotkut solut kiertävät nopeasti ja jakautuvat paljon nopeammin.

Tutkijat, jotka kasvattavat laboratoriossa suolistoa reunustavia soluja, näkevät joskus näiden solujen suorittavan solusyklin yhdeksän tai kymmenen tunnin välein!

Solusyklin välivaiheosa on paljon pidempi kuin mitoosiosuus. Tämä on järkevää, koska uuden solun on imettävä kasvunsa tarvitsemat ravintoaineet ja replikoitava DNA: nsa ja muut elintärkeät solukoneet ennen kuin siitä voi tulla emosolu ja jakautua mitoosin kautta.

Solusyklin välivaihe sisältää kutsutut alivaiheet Aukko 1 (G1-vaihe), Synteesi (S-vaihe) ja Aukko 2 (G2-vaihe).

Solusykli on ympyrä, mutta jotkut solut poistuvat solusyklistä väliaikaisesti tai pysyvästi Gap 0 (G0) -vaihe. Tässä alavaiheessa solu kuluttaa energiaansa suorittamalla mitä tahansa tehtäviä, joita solutyyppi normaalisti tekee, sen sijaan, että jakautuu tai valmistautuu jakamaan.

G1- ja G2-alivaiheiden aikana solu kasvaa suuremmaksi, replikoi organellejaan ja valmistautuu jakautumaan tytärsoluihin. S-vaihe on DNA-synteesi vaihe. Solusyklin tämän osan aikana solu replikoi koko DNA-komplementtinsa.

Se muodostaa myös sentrosomi, joka on mikroputkia organisoiva keskus, joka lopulta auttaa solua vetämään irti DNA: n, joka jakautuu tytärsolujen kesken.

S-vaihe on tärkeä sen vuoksi, mitä tapahtuu solusyklin tämän osan aikana, ja myös sen vuoksi, mitä se edustaa.

Siirtyminen S-vaiheeseen (kulkee G1 / S-siirtymän läpi) on tärkeä tarkastuspiste solusyklissä, jota joskus kutsutaan rajoituspiste. Voit ajatella sitä solun paluupisteenä, koska solu on viimeinen mahdollisuus pysähtyä solujen lisääntyminentai solujen kasvu solujen jakautumisen kautta. Kun solu siirtyy S-vaiheeseen, se on tarkoitettu täydelliseen solunjakautumiseen, ei väliä mitä.

Koska S-vaihe on tärkein tarkistuspiste, solun on säänneltävä tiukasti tätä solusyklin osaa geenien ja geenituotteiden, kuten proteiinien avulla.

Tätä varten solu luottaa tasapainon pitämiseen proliferatiivisia geenejä, jotka kehottavat solua jakautumaan, ja tuumorisuppressorigeenit, jotka pyrkivät pysäyttämään solujen lisääntymisen. Joitakin tärkeitä tuumorisuppressoriproteiineja (tuumorisuppressorigeenien koodaamia) ovat s. 53, p21, Chk1 / 2 ja pRb.

Solusyklin S-vaiheen pääteos on koko replikointi DNA: n komplementti. Tätä varten solu aktivoi valmistettavia replikointikomplekseja replikaation alkuperä. Nämä ovat yksinkertaisesti DNA: n alueita, joilla replikaatio alkaa.

Vaikka yksinkertaisella organismilla, kuten yksisoluisella protistilla, voi olla vain yksi replikaatioalku, monimutkaisemmilla organismeilla on paljon enemmän. Esimerkiksi hiiva-organismilla voi olla jopa 400 replikaation alkuperää, kun taas ihmissolulla voi olla 60 000 replikaation alkuperää.

Ihmissolut vaativat tämän valtavan määrän replikaatioalkuja, koska ihmisen DNA on niin pitkä. Tutkijat tietävät, että DNA kopiointi koneet voivat kopioida vain noin 20-100 emästä sekunnissa, mikä tarkoittaa, että yksittäinen kromosomi vaatii noin 2000 tuntia replikoitumiseen käyttämällä yhtä replikaation aloituskohtaa.

60 000 replikaation alkuperän päivityksen ansiosta ihmissolut voivat sen sijaan suorittaa S-vaiheen loppuun noin kahdeksan tuntia.

Replikaation aloituskohdissa DNA-replikaatio perustuu nimeltään entsyymiin helicase. Tämä entsyymi purkaa kaksijuosteisen DNA-kierteen - tavallaan kuin vetoketju. Kierrettyään molemmista säikeistä tulee malli malliksi uusien tytärsoluille tarkoitettujen säikeiden syntetisoimiseksi.

Kopioidun DNA: n uusien säikeiden varsinainen rakentaminen vaatii uuden entsyymin, DNA-polymeraasi. Pohjat (tai nukleotidit), jotka sisältävät DNA-juosteen, on noudatettava täydentävä emäspariliitossääntö. Tämä edellyttää, että he sitoutuvat aina tietyllä tavalla: adeniini tymiinin kanssa ja sytosiini guaniinin kanssa. Tätä mallia käyttämällä entsyymi rakentaa uuden juosteen, joka muodostaa parin täydellisesti templaatin kanssa.

Aivan kuten alkuperäinen DNA-kierukka, vasta syntetisoitu DNA on hyvin pitkä ja vaatii huolellista pakkaamista, jotta se mahtuisi ytimeen. Tätä varten solu tuottaa proteiineja, joita kutsutaan histonit. Nämä histonit toimivat kuin kelat, joiden ympärille DNA kiertää, aivan kuin lanka karalla. Yhdessä DNA ja histonit muodostavat komplekseja, joita kutsutaan nukleosomit.

On tietysti elintärkeää, että vasta syntetisoitu DNA sopii täydellisesti templaattiin ja tuottaa alkuperäisen kanssa identtisen kaksijuosteisen DNA-kierteen. Aivan kuten luultavasti kirjoitat esseeä tai ratkaiset matemaattisia tehtäviä, solun on tarkistettava työnsä virheiden välttämiseksi.

Tämä on tärkeää, koska DNA lopulta koodaa proteiineja ja muita tärkeitä biomolekyylit. Jopa yksi poistettu tai muuttunut nukleotidi voi tehdä eron toiminnallisen välillä geenituote ja joka ei toimi. Tämä DNA-vaurio on yksi syy monille ihmissairauksille.

Vastikään replikoidun DNA: n oikolukemiseen on kolme pääpistettä. Ensimmäinen on replikaation tarkistuspiste replikaatiossa haarukat. Nämä haarukat ovat yksinkertaisesti paikkoja, joissa DNA purkautuu ja DNA-polymeraasi rakentaa uudet säikeet.

Samalla kun lisäät uusia emäksiä, entsyymi tarkistaa myös työnsä liikkuessaan alaspäin säikeestä. eksonukleaasin aktiivinen kohta Entsyymi voi muokata mahdollisia nukleotideja, jotka on lisätty juosteeseen virheellisesti, estäen virheet reaaliajassa DNA-synteesin aikana.

Muut tarkastuspisteet - kutsutaan S-M-tarkistuspiste ja sisäisen vaiheen tarkistuspiste - antaa solun tarkastella äskettäin syntetisoitua DNA: ta mahdollisten virheiden varalta DNA-replikaation aikana. Jos virheitä löytyy, solusykli keskeytyy kinaasi entsyymit mobilisoivat sivustolle korjaamaan virheet.

Solusyklin tarkistuspisteet ovat ratkaisevan tärkeitä terveiden, toimivien solujen tuottamiseksi. Korjaamattomat virheet tai vahingot voivat aiheuttaa ihmissairauksia, syöpä mukaan lukien. Jos virheet tai vauriot ovat vakavia tai korjaamattomia, kenno voi käydä läpi apoptoositai ohjelmoitu solukuolema. Tämä tappaa olennaisesti solun ennen kuin se voi aiheuttaa vakavia ongelmia kehossasi.