S fazė: kas nutinka per šį ląstelių ciklo poskyrį?

Ar kada susimąstėte, kaip auga jūsų kūnas ar kaip jis gydo traumą? Trumpas atsakymas yra ląstelių dalijimasis.

Tikriausiai nenuostabu, kad šis gyvybiškai svarbus ląstelių biologijos procesas yra labai reguliuojamas - todėl apima daugybę žingsnių. Vienas iš šių svarbių žingsnių yra S fazė ląstelių ciklo.

The ląstelių ciklas - kartais vadinamas ląstelių dalijimosi ciklu - apima a žingsnius eukariotinė ląstelė turi baigti, kad galėtų padalyti ir sukurti naujas ląsteles. Kai ląstelė dalijasi, mokslininkai pirminę ląstelę vadina tėvų ląstelė o ląstelės, susidariusios suskaidžius dukterinės ląstelės.

Mitozė ir tarpfazis yra dvi pagrindinės dalys, sudarančios ląstelių ciklą. Mitozė (kartais vadinama M faze) yra ciklo dalis, kurioje įvyksta faktinis ląstelių dalijimasis. Tarpfazis yra laikas tarp dalijimosi, kai ląstelė atlieka darbą, kad pasirengtų dalytis, pavyzdžiui, auga ir atkartoja savo DNR.

Laikas, kurio reikia ląstelių ciklui užbaigti, priklauso nuo ląstelės tipo ir sąlygų. Pavyzdžiui, daugumai žmogaus ląstelių dalijimasis reikalauja visos 24 valandų, tačiau kai kurios ląstelės greitai sukasi ir dalijasi daug greičiau.

Mokslininkai, auginantys žarnyne esančias ląsteles laboratorijoje, kartais mato, kad šios ląstelės užbaigia ląstelių ciklą kas devynias ar dešimt valandų!

Ląstelių ciklo tarpfazinė dalis yra daug ilgesnė nei mitozės dalis. Tai yra prasminga, nes nauja ląstelė turi įsisavinti augimui reikalingas maistines medžiagas ir pakartoti savo DNR bei kitas gyvybiškai svarbias ląstelių mašinas, kad galėtų tapti tėvine ląstele ir dalytis per mitozę.

Tarpfazinė ląstelių ciklo dalis apima vadinamąsias fazes 1 spraga (G1 fazė), Sintezė (S fazė) ir 2 tarpas (G2 fazė).

Ląstelių ciklas yra apskritimas, tačiau kai kurios ląstelės laikinai arba visam laikui išeina per ląstelę 0 (G0) tarpo fazė. Šioje fazėje ląstelė praleidžia energiją, atlikdama bet kokias užduotis, kurias paprastai atlieka ląstelės tipas, o ne dalijasi ar ruošiasi dalytis.

G1 ir G2 fazių metu ląstelė auga didesnė, atkartoja savo organelius ir ruošiasi dalytis į dukterines ląsteles. S fazė yra DNR sintezė fazė. Per šią ląstelės ciklo dalį ląstelė pakartoja visą savo DNR komplementą.

Tai taip pat sudaro centrosoma, kuris yra mikrovamzdelių organizavimo centras, kuris galiausiai padės ląstelei atskirti DNR, kuri bus padalinta dukterinėms ląstelėms.

S fazė yra svarbi dėl to, kas vyksta šios ląstelės ciklo dalies metu, ir dėl to, ką ji reprezentuoja.

Įėjimas į S fazę (pereinantis per G1 / S perėjimą) yra pagrindinis ląstelių ciklo kontrolinis taškas, kartais vadinamas apribojimo taškas. Galite tai laikyti ląstelės negrįžimo tašku, nes tai yra paskutinė galimybė ląstelei sustoti ląstelių dauginimasisarba ląstelių augimas dalijantis ląstelėmis. Ląstelei patekus į S fazę, ji turi visiškai užbaigti ląstelių dalijimąsi, kad ir kas būtų.

Kadangi S fazė yra pagrindinis kontrolinis taškas, ląstelė turi griežtai reguliuoti šią ląstelės ciklo dalį naudodama genus ir genų produktus, tokius kaip baltymai.

Norėdami tai padaryti, ląstelė remiasi pusiausvyros palaikymu proliferacinius genus, kurie ragina ląstelę dalytis, ir naviko slopinimo genai, kurie padeda sustabdyti ląstelių dauginimąsi. Kai kurie svarbūs naviką slopinantys baltymai (kuriuos koduoja naviko slopinimo genai) apima p53, p21, Chk1 / 2 ir pRb.

Pagrindinis ląstelės ciklo S fazės darbas yra visumos atkartojimas DNR papildas. Norėdami tai padaryti, ląstelė suaktyvina išankstinio replikacijos kompleksus replikacijos ištakos. Tai tiesiog DNR sritys, kuriose prasidės replikacija.

Nors paprastas organizmas, pavyzdžiui, vienos ląstelės protistas, gali turėti tik vieną replikacijos kilmę, sudėtingesni organizmai turi daug daugiau. Pavyzdžiui, mielių organizmas gali turėti iki 400 replikacijos pradų, o žmogaus ląstelė - 60 000 replikacijos pradų.

Žmogaus ląstelėms reikalingas šis didžiulis replikacijos šaltinių skaičius, nes žmogaus DNR yra tokia ilga. Mokslininkai žino, kad DNR replikacija mašina gali nukopijuoti tik apie 20–100 bazių per sekundę, o tai reiškia, kad vienos chromosomos replikacijai prireiktų maždaug 2000 valandų, naudojant vieną replikacijos kilmę.

Dėka atnaujinimo iki 60 000 replikacijos šaltinių, žmogaus ląstelės gali užbaigti S fazę apie aštuonias valandas.

Replikacijos pradžios vietose DNR replikacija priklauso nuo fermento, vadinamo sraigtasparnis. Šis fermentas išvynioja dvigubą DNR spiralę - tarsi atsegamas užtrauktukas. Išvyniojus, kiekviena iš dviejų gijų taps šablonu sintetinti naujas sruogas, skirtas dukterinėms ląstelėms.

Faktinis naujų nukopijuotų DNR gijų kūrimas reikalauja kito fermento, DNR polimerazė. Pagrindai (arba nukleotidai), sudarančią DNR grandinę, turi sekti papildoma pagrindo poravimo taisyklė. Tai reikalauja, kad jie visada susijungtų tam tikru būdu: adeninu su timinu ir citozinu su guaninu. Naudodamas šį modelį, fermentas sukuria naują grandinę, kuri puikiai derinama su šablonu.

Kaip ir originali DNR spiralė, naujai susintetinta DNR yra labai ilga ir ją reikia kruopščiai supakuoti, kad tilptų į branduolį. Norėdami tai padaryti, ląstelė gamina baltymus, vadinamus histonai. Šie histonai veikia kaip ritės, kurias apgaubia DNR, lygiai taip pat, kaip siūlas ant verpstės. DNR ir histonai kartu sudaro kompleksus, vadinamus nukleosomos.

Žinoma, gyvybiškai svarbu, kad naujai susintetinta DNR puikiai atitiktų šabloną ir sukurtų dvigubą DNR spiralę, identišką originalui. Lygiai taip pat, kaip jūs tikriausiai darote rašydami rašinį ar spręsdami matematikos uždavinius, ląstelė turi patikrinti savo darbą, kad išvengtų klaidų.

Tai svarbu, nes DNR ilgainiui koduos baltymus ir kitus svarbius biomolekules. Net vienas ištrintas ar pakeistas nukleotidas gali pakeisti funkcinį geno produktas o neveikiantis. Ši DNR žala yra viena iš daugelio žmonių ligų priežasčių.

Yra trys pagrindiniai kontrolės punktai, skirti naujai replikuotai DNR koreguoti. Pirmasis yra replikacijos kontrolinis taškas replikacijos metu šakės. Šios šakės yra tiesiog vietos, kur DNR atsegamas ir DNR polimerazė kuria naujas sruogas.

Pridedant naujų bazių, fermentas taip pat tikrina savo darbą, judėdamas žemyn grandine. The aktyvioji eksonukleazės vieta fermentas gali redaguoti bet kokius nukleotidus, pridėtus prie klaidos, ir užkirsti kelią klaidoms realiu laiku DNR sintezės metu.

Kiti kontrolės punktai - vadinami S-M kontrolinis punktas ir intra-S fazės kontrolinis punktas - leisti ląstelei peržiūrėti naujai susintetintą DNR, ar nėra klaidų, įvykusių DNR replikacijos metu. Jei randama klaidų, langelio ciklas bus sustabdytas kinazė fermentai mobilizuojasi į vietą klaidoms ištaisyti.

Ląstelių ciklo kontroliniai taškai yra labai svarbūs gaminant sveikas, funkcines ląsteles. Nepataisytos klaidos ar žala gali sukelti žmonių ligas, įskaitant vėžį. Jei klaidos ar žala yra rimta arba nepataisoma, ląstelė gali būti patirta apoptozėarba užprogramuota ląstelių mirtis. Tai iš esmės užmuša ląstelę, kol ji gali sukelti rimtų problemų jūsų kūne.