Ti sei mai chiesto come cresce il tuo corpo o come guarisce un infortunio? La risposta breve è divisione cellulare.
Probabilmente non sorprende che questo processo vitale della biologia cellulare sia altamente regolamentato e quindi includa molti passaggi. Uno di questi passaggi importanti è il fase S del ciclo cellulare.
Che cos'è il ciclo cellulare?
Il ciclo cellulare – a volte chiamato ciclo di divisione cellulare – comprende le fasi a cellula eucariotica devono completare per dividersi e produrre nuove cellule. Quando una cellula si divide, gli scienziati chiamano la cellula originale la cellula madre e le cellule prodotte dalla scissione the cellule figlie.
Mitosi e interfase sono le due parti fondamentali che compongono il ciclo cellulare. Mitosi (a volte chiamata fase M) è la parte del ciclo in cui si verifica l'effettiva divisione cellulare. interfase è il tempo tra le divisioni in cui la cellula fa il lavoro per prepararsi a dividersi, come crescere e replicare il suo DNA.
Il tempo necessario per completare il ciclo cellulare dipende dal tipo di cellula e dalle condizioni. Ad esempio, la maggior parte delle cellule umane richiede 24 ore complete per dividersi, ma alcune cellule hanno un ciclo veloce e si dividono molto più rapidamente.
Gli scienziati che coltivano le cellule che rivestono l'intestino in laboratorio a volte vedono quelle cellule completare il ciclo cellulare ogni nove-dieci ore!
Guardando l'interfase
La porzione interfase del ciclo cellulare è molto più lunga della porzione mitotica. Ciò ha senso perché una nuova cellula deve assorbire i nutrienti di cui ha bisogno per crescere e replicare il suo DNA e altri macchinari cellulari vitali prima che possa diventare una cellula madre e dividersi tramite mitosi.
La parte interfase del ciclo cellulare comprende sottofasi chiamate Spazio 1 (Fase G1), Sintesi (fase S) e Spazio 2 (Fase G2).
Il ciclo cellulare è un cerchio, ma alcune cellule escono dal ciclo cellulare temporaneamente o permanentemente tramite il Gap 0 (G0) fase. Mentre si trova in questa sottofase, la cellula spende la sua energia eseguendo qualsiasi compito normalmente svolto dal tipo di cellula, piuttosto che dividersi o prepararsi a dividersi.
Durante le sottofasi G1 e G2, la cellula si ingrandisce, replica i suoi organelli e si prepara a dividersi in cellule figlie. fase S è il sintesi del DNA fase. Durante questa parte del ciclo cellulare, la cellula replica il suo intero complemento di DNA.
Forma anche il centrosoma, che è il centro di organizzazione dei microtubuli che alla fine aiuterà la cellula a separare il DNA che verrà diviso tra le cellule figlie.
Entrare nella fase S
La fase S è importante per ciò che avviene durante questa parte del ciclo cellulare e anche per ciò che rappresenta.
Entrare nella fase S (passare attraverso la transizione G1/S) è un importante punto di controllo nel ciclo cellulare, a volte chiamato punto di restrizione. Puoi pensarlo come il punto di non ritorno per la cella poiché è l'ultima opportunità per la cella di fermarsi proliferazione cellulare, o crescita cellulare tramite divisione cellulare. Una volta che la cellula entra nella fase S, è destinata a completare la divisione cellulare, qualunque cosa accada.
Poiché la fase S è il principale punto di controllo, la cellula deve regolare strettamente questa porzione del ciclo cellulare utilizzando geni e prodotti genici, come le proteine.
Per fare ciò, la cellula fa affidamento sul mantenimento di un equilibrio tra geni pro-proliferativi, che spingono la cellula a dividersi, e geni oncosoppressori, che lavorano per fermare la proliferazione cellulare. Alcune importanti proteine oncosoppressori (codificate da geni oncosoppressori) includono p53, p21, Chk1/2 e pRb.
Fase S e origini della replica
Il lavoro principale della fase S del ciclo cellulare è replicare l'intero complemento del DNA. Per fare ciò, la cellula attiva i complessi di pre-replicazione per creare origini di replica. Queste sono semplicemente aree del DNA in cui inizierà la replicazione.
Mentre un organismo semplice come un protista unicellulare potrebbe avere solo una singola origine di replicazione, gli organismi più complessi ne hanno molte di più. Ad esempio, un organismo di lievito potrebbe avere fino a 400 origini di replicazione mentre una cellula umana può avere 60.000 origini di replicazione.
Le cellule umane richiedono questo enorme numero di origini di replicazione perché il DNA umano è così lungo. Gli scienziati sanno che il replicazione del DNA i macchinari possono copiare solo da 20 a 100 basi al secondo, il che significa che un singolo cromosoma richiederebbe circa 2.000 ore per replicarsi utilizzando un'unica origine di replicazione.
Grazie all'aggiornamento a 60.000 origini di replicazione, le cellule umane possono invece completare la fase S in circa otto ore.
Sintesi del DNA durante la fase S
Nei siti di origine della replicazione, la replicazione del DNA si basa su un enzima chiamato elicasi. Questo enzima svolge l'elica del DNA a doppio filamento, un po' come aprire una cerniera lampo. Una volta svolto, ciascuno dei due filamenti diventerà uno stampo per sintetizzare nuovi filamenti destinati alle cellule figlie.
L'effettiva costruzione dei nuovi filamenti di DNA copiato richiede un altro enzima, DNA polimerasi. Le basi (o nucleotidi) che compongono il filamento di DNA devono seguire la regola complementare di accoppiamento delle basi base. Ciò richiede che si leghino sempre in un modo specifico: adenina con timina e citosina con guanina. Usando questo modello, l'enzima costruisce un nuovo filamento che si accoppia perfettamente con il modello.
Proprio come l'elica del DNA originale, il DNA appena sintetizzato è molto lungo e richiede un accurato confezionamento per adattarsi al nucleo. Per fare ciò, la cellula produce proteine chiamate istoni. Questi istoni si comportano come bobine che il DNA avvolge, proprio come il filo su un fuso. Insieme, il DNA e gli istoni formano complessi chiamati nucleosomi.
Correzione di bozze del DNA durante la fase S
Naturalmente, è fondamentale che il DNA appena sintetizzato corrisponda perfettamente allo stampo, producendo un'elica di DNA a doppio filamento identica all'originale. Proprio come probabilmente fai quando scrivi un tema o risolvi problemi di matematica, la cellula deve controllare il suo lavoro per evitare errori.
Questo è importante perché il DNA alla fine codificherà per proteine e altri importanti biomolecole. Anche un singolo nucleotide cancellato o modificato può fare la differenza tra un funzionale prodotto genico e uno che non funziona. Questo danno al DNA è una delle cause di molte malattie umane.
Ci sono tre punti di controllo principali per la correzione delle bozze del DNA appena replicato. Il primo è il checkpoint di replica alla replica forchette. Queste forcelle sono semplicemente i punti in cui il DNA si apre e la DNA polimerasi costruisce i nuovi filamenti.
Durante l'aggiunta di nuove basi, l'enzima controlla anche il suo lavoro mentre si sposta lungo il filamento. Il sito attivo di esonucleasi sull'enzima può eliminare eventuali nucleotidi aggiunti al filamento per errore, prevenendo errori in tempo reale durante la sintesi del DNA.
Gli altri posti di blocco – chiamati il S-M checkpoint e il punto di controllo della fase intra-S – consentire alla cellula di rivedere il DNA appena sintetizzato per gli errori che si sono verificati durante la replicazione del DNA. Se vengono rilevati errori, il ciclo cellulare si fermerà durante chinasi gli enzimi si mobilitano nel sito per riparare gli errori.
Failsafe nella correzione di bozze
I checkpoint del ciclo cellulare sono cruciali per la produzione di cellule sane e funzionali. Errori o danni non corretti possono causare malattie umane, incluso il cancro. Se gli errori oi danni sono gravi o irreparabili, la cella può subire apoptosi, o morte cellulare programmata. Questo essenzialmente uccide la cellula prima che possa causare seri problemi al tuo corpo.