Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana tubuh Anda tumbuh atau bagaimana menyembuhkan cedera? Jawaban singkatnya adalah pembelahan sel.
Mungkin tidak mengherankan bahwa proses biologi sel vital ini sangat diatur – dan karenanya mencakup banyak langkah. Salah satu langkah penting ini adalah fase S dari siklus sel.
Apa itu Siklus Sel?
Itu siklus sel – kadang-kadang disebut siklus pembelahan sel – terdiri dari langkah-langkah a sel eukariotik harus lengkap untuk membelah dan menghasilkan sel-sel baru. Ketika sebuah sel membelah, para ilmuwan menyebut sel aslinya sebagai sel induk dan sel-sel yang dihasilkan oleh pembelahan sel anak.
Mitosis dan interfase adalah dua bagian dasar yang membentuk siklus sel. Mitosis (kadang-kadang disebut fase M) adalah bagian dari siklus di mana pembelahan sel yang sebenarnya terjadi. Interfase adalah waktu antara pembelahan ketika sel melakukan pekerjaan untuk bersiap membelah, seperti menumbuhkan dan mereplikasi DNA-nya.
Waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan siklus sel tergantung pada jenis sel dan kondisinya. Misalnya, sebagian besar sel manusia memerlukan waktu 24 jam penuh untuk membelah, tetapi beberapa sel berputar cepat dan membelah lebih cepat.
Para ilmuwan yang menumbuhkan sel-sel yang melapisi usus di laboratorium terkadang melihat sel-sel itu menyelesaikan siklus sel setiap sembilan hingga sepuluh jam!
Melihat Interfase
Bagian interfase dari siklus sel jauh lebih lama daripada bagian mitosis. Ini masuk akal karena sel baru harus menyerap nutrisi yang dibutuhkan untuk tumbuh dan mereplikasi DNA dan mesin sel vital lainnya sebelum dapat menjadi sel induk dan membelah melalui mitosis.
Bagian interfase dari siklus sel mencakup sub-fase yang disebut celah 1 (fase G1), Perpaduan (fase S) dan celah 2 (fase G2).
Siklus sel adalah lingkaran, tetapi beberapa sel keluar dari siklus sel untuk sementara atau permanen melalui Gap 0 (G0) fase. Sementara di sub-fase ini, sel mengeluarkan energinya untuk melakukan tugas apa pun yang biasanya dilakukan oleh tipe sel, daripada membelah atau bersiap untuk membelah.
Selama sub-fase G1 dan G2, sel tumbuh lebih besar, mereplikasi organelnya dan bersiap untuk membelah menjadi sel anak. fase S adalah Sintesis DNA tahap. Selama bagian dari siklus sel ini, sel mereplikasi seluruh komplemen DNA-nya.
Ini juga membentuk sentrosom, yang merupakan pusat pengorganisasian mikrotubulus yang pada akhirnya akan membantu sel memisahkan DNA yang akan dibagi antara sel anak.
Memasuki Fase S
Fase S penting karena apa yang terjadi selama bagian siklus sel ini dan juga karena apa yang diwakilinya.
Memasuki fase S (melewati transisi G1/S) adalah pos pemeriksaan utama dalam siklus sel, kadang-kadang disebut titik pembatasan. Anda dapat menganggapnya sebagai point of no return untuk sel karena ini adalah kesempatan terakhir bagi sel untuk berhenti proliferasi sel, atau pertumbuhan sel melalui pembelahan sel. Setelah sel memasuki fase S, itu ditakdirkan untuk menyelesaikan pembelahan sel, apa pun yang terjadi.
Karena fase S adalah pos pemeriksaan utama, sel harus mengatur secara ketat bagian dari siklus sel ini menggunakan gen dan produk gen, seperti protein.
Untuk melakukan ini, sel bergantung pada menjaga keseimbangan antara gen pro-proliferatif, yang mendorong sel untuk membelah, dan gen supresor tumor, yang bekerja untuk menghentikan proliferasi sel. Beberapa protein penekan tumor penting (dikodekan oleh gen penekan tumor) termasuk: hal.53, p21, Chk1/2 dan pRb.
Fase S dan Asal Replikasi
Pekerjaan utama fase S dari siklus sel adalah mereplikasi seluruh komplemen DNA. Untuk melakukan ini, sel mengaktifkan kompleks pra-replikasi untuk membuat asal replikasi. Ini hanyalah area DNA di mana replikasi akan dimulai.
Sementara organisme sederhana seperti protista bersel tunggal mungkin hanya memiliki asal replikasi tunggal, organisme yang lebih kompleks memiliki lebih banyak lagi. Misalnya, organisme ragi mungkin memiliki hingga 400 asal replikasi sementara sel manusia mungkin memiliki 60.000 asal replikasi.
Sel manusia membutuhkan sejumlah besar asal replikasi ini karena DNA manusia sangat panjang. Para ilmuwan mengetahui bahwa replikasi DNA mesin hanya dapat menyalin sekitar 20 hingga 100 basa per detik, yang berarti satu kromosom akan membutuhkan sekitar 2.000 jam untuk bereplikasi menggunakan satu asal replikasi.
Berkat peningkatan ke 60.000 asal replikasi, sel manusia dapat menyelesaikan fase S dalam sekitar delapan jam.
Sintesis DNA Selama Fase S
Di situs asal replikasi, replikasi DNA bergantung pada enzim yang disebut helikase. Enzim ini membuka heliks DNA untai ganda – seperti membuka ritsleting. Setelah dilepas, masing-masing dari dua untaian akan menjadi cetakan untuk mensintesis untaian baru yang ditujukan untuk sel anak.
Pembangunan sebenarnya dari untaian baru DNA yang disalin membutuhkan enzim lain, DNA polimerase. Basis (atau nukleotida) yang terdiri dari untai DNA harus mengikuti aturan pasangan basa komplementer. Ini mengharuskan mereka untuk selalu mengikat dengan cara tertentu: adenin dengan timin, dan sitosin dengan guanin. Dengan menggunakan pola ini, enzim membangun untaian baru yang berpasangan sempurna dengan cetakan.
Sama seperti heliks DNA asli, DNA yang baru disintesis sangat panjang dan membutuhkan pengemasan yang hati-hati agar sesuai dengan nukleus. Untuk melakukan ini, sel menghasilkan protein yang disebut histones. Histon ini bertindak seperti gulungan yang membungkus DNA, seperti benang pada gelendong. Bersama-sama, DNA dan histon membentuk kompleks yang disebut nukleosom.
Pengoreksian DNA Selama Fase S
Tentu saja, sangat penting bahwa DNA yang baru disintesis adalah pasangan yang sempurna untuk template, menghasilkan heliks DNA untai ganda yang identik dengan aslinya. Sama seperti yang mungkin Anda lakukan saat menulis esai atau memecahkan masalah matematika, sel harus memeriksa pekerjaannya untuk menghindari kesalahan.
Ini penting karena DNA pada akhirnya akan mengkode protein dan komponen penting lainnya biomolekul. Bahkan satu nukleotida yang dihapus atau diubah dapat membuat perbedaan antara nukleotida fungsional produk gen dan satu yang tidak berfungsi. Kerusakan DNA ini merupakan salah satu penyebab banyak penyakit manusia.
Ada tiga pos pemeriksaan utama untuk mengoreksi DNA yang baru direplikasi. Yang pertama adalah pos pemeriksaan replikasi di replikasi garpu. Garpu ini hanyalah tempat di mana DNA membuka ritsleting dan DNA polimerase membangun untaian baru.
Saat menambahkan basa baru, enzim juga memeriksa kerjanya saat bergerak ke bawah untai. Itu situs aktif eksonuklease pada enzim dapat mengedit setiap nukleotida yang ditambahkan ke untai karena kesalahan, mencegah kesalahan secara real time selama sintesis DNA.
Pos pemeriksaan lainnya – disebut called pos pemeriksaan S-M dan pos pemeriksaan fase intra-S – memungkinkan sel untuk meninjau DNA yang baru disintesis untuk kesalahan yang terjadi selama replikasi DNA. Jika kesalahan ditemukan, siklus sel akan berhenti sementara kinase enzim memobilisasi ke situs untuk memperbaiki kesalahan.
Proofreading Failsafe
Pos pemeriksaan siklus sel sangat penting untuk menghasilkan sel yang sehat dan fungsional. Kesalahan atau kerusakan yang tidak diperbaiki dapat menyebabkan penyakit pada manusia, termasuk kanker. Jika kesalahan atau kerusakan parah atau tidak dapat diperbaiki, sel dapat mengalami: apoptosis, atau kematian sel terprogram. Ini pada dasarnya membunuh sel sebelum dapat menyebabkan masalah serius dalam tubuh Anda.
