שלב S: מה קורה בשלב זה של מחזור התאים?

האם תהית אי פעם כיצד גופך גדל או כיצד הוא מרפא פציעה? התשובה הקצרה היא חלוקת תא.

זה כנראה לא מפתיע שתהליך ביולוגיה חיוני של תאים מוסדר מאוד - ולכן כולל צעדים רבים. אחד הצעדים החשובים האלה הוא שלב S של מחזור התא.

ה מחזור תאים - המכונה לפעמים מחזור חלוקת התאים - כולל את השלבים א תא אוקריוטי חייבים להשלים על מנת לחלק ולייצר תאים חדשים. כאשר תא מתחלק, מדענים מכנים את התא המקורי תא אב והתאים המיוצרים על ידי הפיצול תאי בת.

מיטוזה ו שלב הם שני החלקים הבסיסיים המרכיבים את מחזור התא. מיטוזה (נקרא לפעמים שלב M) הוא החלק של המחזור שבו מתרחשת חלוקת תאים בפועל. אינטראפאזה הוא הזמן שבין חלוקות כאשר התא מבצע את העבודה בכדי להתכונן לחלוקה, כגון גידול ושכפול ה- DNA שלו.

הזמן שנדרש להשלמת מחזור התא תלוי בסוג התא ובתנאים. לדוגמא, לרוב התאים האנושיים נדרשים 24 שעות מלאות להתחלקות, אך יש תאים שעוברים אופניים מהירים ומתחלקים הרבה יותר מהר.

מדענים המגדלים את התאים שמרפדים את המעיים במעבדה, רואים לפעמים את אותם תאים משלימים את מחזור התא כל תשע עד עשר שעות!

החלק הבין-שלבי של מחזור התא ארוך בהרבה מחלק המיטוזה. זה הגיוני מכיוון שתא חדש חייב לספוג את החומרים המזינים הדרושים לו כדי לגדל ולשכפל את ה- DNA שלו ומכונות תאים חיוניות אחרות לפני שהוא יכול להפוך לתא אב ולהתחלק באמצעות מיטוזה.

החלק הבין-פאזי של מחזור התא כולל תת-שלבים הנקראים פער 1 (שלב G1), סינתזה (שלב S) ו פער 2 (שלב G2).

מחזור התא הוא מעגל, אך ישנם תאים שיוצאים ממחזור התא באופן זמני או לצמיתות דרך ה- שלב פער 0 (G0). בעוד בתת-שלב זה, התא מוציא את האנרגיה שלו בביצוע כל המשימות שסוג התא מבצע בדרך כלל, במקום לחלק או להתכונן לחלוקה.

במהלך שלבי המשנה G1 ו- G2, התא גדל, משכפל את האברונים שלו ומתכונן להתחלק לתאי בת. שלב S האם ה סינתזת DNA שלב. במהלך חלק זה של מחזור התא, התא משכפל את כל תוסף ה- DNA שלו.

זה גם יוצר את צנטרוזום, שהוא המרכז לארגון המיקרו-צינורות שיעזור בסופו של דבר לתא לפרק את ה- DNA שיחולק בין תאי הבת.

שלב ה- S חשוב בגלל המתרחש בחלק זה של מחזור התא וגם בגלל מה שהוא מייצג.

כניסה לשלב S (מעבר במעבר G1 / S) היא נקודת ביקורת מרכזית במחזור התא, המכונה לפעמים נקודת הגבלה. אתה יכול לחשוב על זה כנקודת האל-חזור לתא שכן זו ההזדמנות האחרונה לתא להפסיק התפשטות תאים, או צמיחת תאים באמצעות חלוקת תאים. ברגע שהתא נכנס לשלב S, הוא נועד להשלים את חלוקת התא, לא משנה מה.

מכיוון שלב S הוא נקודת הביקורת העיקרית, על התא לווסת היטב את החלק הזה של מחזור התא באמצעות גנים ותוצרי גנים, כגון חלבונים.

לשם כך, התא מסתמך על שמירה על איזון בין גנים פרו-שגשוניים, אשר קוראים לתא להתחלק, ו גנים מדכאי גידולים, הפועלים לעצירת התפשטות תאים. כמה חלבונים מדכאי גידולים חשובים (המקודדים על ידי גנים מדכאי גידולים) כוללים p53, p21, Chk1 / 2 ו- pRb.

העבודה העיקרית של שלב S של מחזור התא משכפלת את כולה משלים של DNA. לשם כך, התא מפעיל מתחמי טרום שכפול להכנה מקורות שכפול. אלה פשוט אזורים ב- DNA שבהם יחל השכפול.

בעוד שאורגניזם פשוט כמו פרוטיסט בעל תא בודד יכול להיות שמקורו של שכפול אחד בלבד, יש לאורגניזמים מורכבים רבים יותר. לדוגמא, לאורגניזם שמרים יכול להיות עד 400 מקורות שכפול ואילו לתא אנושי יכול להיות 60,000 מקורות שכפול.

תאים אנושיים דורשים מספר עצום זה של מקורות שכפול מכיוון ש- DNA אנושי הוא כה ארוך. מדענים יודעים כי שכפול הדנ"א מכונות יכולות להעתיק רק כ- 20 עד 100 בסיסים לשנייה, מה שאומר שכרומוזום יחיד יידרש כ- 2,000 שעות כדי לשכפל באמצעות מקור שכפול יחיד.

הודות לשדרוג ל- 60,000 מקורות שכפול, תאים אנושיים יכולים במקום זאת להשלים את שלב ה- S כשמונה שעות.

באתרי מקור השכפול, שכפול DNA מסתמך על אנזים הנקרא הליקייס. אנזים זה מסיר את סליל ה- DNA הכפול-גדילי - בערך כמו רוכס רוכסן. לאחר הסרתם, כל אחד משני הגדילים יהפוך לתבנית לסינתזת קווצות חדשות המיועדות לתאי הבת.

הבנייה בפועל של הגדילים החדשים של ה- DNA המועתק דורשת אנזים נוסף, פולימראז DNA. הבסיסים (או נוקלאוטידים) המהווים את גדיל ה- DNA חייב לעקוב אחרי ה- כלל זיווג בסיס משלים. זה מחייב אותם להיקשר תמיד באופן ספציפי: אדנין עם תימין וציטוזין עם גואנין. באמצעות דפוס זה, האנזים בונה קווצה חדשה המשתלבת באופן מושלם עם התבנית.

בדיוק כמו סליל ה- DNA המקורי, ה- DNA המסונתז החדש ארוך מאוד ודורש אריזות זהירות כדי להשתלב בגרעין. לשם כך, התא מייצר חלבונים הנקראים היסטונים. היסטונים אלה פועלים כמו סלילים ש- DNA עוטף סביבם, ממש כמו חוט על ציר. יחד, ה- DNA וההיסטונים יוצרים קומפלקסים הנקראים נוקלאוזומים.

כמובן, חיוני שה- DNA החדש המסונתז יהיה התאמה מושלמת לתבנית, ומייצר סליל DNA כפול גדילי זהה למקור. בדיוק כמו שאתה בוודאי עושה כשכותבים חיבור או פותרים בעיות במתמטיקה, על התא לבדוק את עבודתו כדי למנוע טעויות.

זה חשוב מכיוון שבסופו של דבר ה- DNA יקודד חלבונים וחשובים אחרים ביומולקולות. אפילו נוקלאוטיד יחיד שנמחק או שונה יכול לעשות את ההבדל בין פונקציונלי מוצר גנים וכזה שלא עובד. נזק ל- DNA זה גורם אחד למחלות אנושיות רבות.

ישנן שלוש מחסומים עיקריים להגהה של ה- DNA המשוכפל החדש. הראשון הוא מחסום השכפול בשכפול מזלגות. מזלגות אלה הם פשוט המקומות שבהם ה- DNA פותח את רוכסן והפולימראז של ה- DNA בונה את הגדילים החדשים.

בזמן הוספת בסיסים חדשים, האנזים בודק גם את עבודתו כשהוא נע במורד החוט. ה אתר פעיל exonuclease על האנזים יכול לערוך כל נוקליאוטידים שנוספו לגדיל בטעות, ולמנוע טעויות בזמן אמת במהלך סינתזת ה- DNA.

שאר המחסומים - נקראים מחסום S-M וה מחסום שלב תוך S - לאפשר לתא לסקור את ה- DNA המסונתז החדש לגבי שגיאות שהתרחשו במהלך שכפול DNA. אם יימצאו שגיאות, מחזור התא יושהה בזמן קינאז אנזימים מתגייסים לאתר לתיקון השגיאות.

מחסומי מחזור תאים חיוניים לייצור תאים בריאים ותפקודיים. שגיאות או נזק שלא תוקנו עלולים לגרום למחלות אנושיות, כולל סרטן. אם השגיאות או הנזק חמורים או בלתי ניתנים לתיקון, התא עשוי לעבור אפופטוזיס, או מוות מתוכנת של תאים. זה בעצם הורג את התא לפני שהוא עלול לגרום לבעיות חמורות בגופך.