S fāze: kas notiek šajā šūnu cikla apakšfāzē?

Vai esat kādreiz domājuši, kā aug jūsu ķermenis vai kā tas dziedē traumu? Īsā atbilde ir šūnu dalīšanās.

Iespējams, nav pārsteigums, ka šis vitāli svarīgais šūnu bioloģijas process ir ļoti regulēts - un tāpēc ietver daudzus soļus. Viens no šiem svarīgajiem soļiem ir S fāze šūnu cikla.

The šūnu cikls - ko dažkārt sauc par šūnu dalīšanās ciklu - ietver a eikariotu šūna jāaizpilda, lai sadalītu un iegūtu jaunas šūnas. Kad šūna sadalās, zinātnieki sākotnējo šūnu sauc par vecāku šūna un šūnas, kas izveidojušās, sadalot meitas šūnas.

Mitoze un starpfāze ir divas pamatdaļas, kas veido šūnu ciklu. Mitoze (dažreiz to sauc par M fāzi) ir tā cikla daļa, kurā notiek faktiskā šūnu dalīšanās. Starpfāze ir laiks starp dalīšanos, kad šūna veic darbu, lai būtu gatava dalīties, piemēram, augot un atkārtojot savu DNS.

Šūnu cikla pabeigšanas laiks ir atkarīgs no šūnas veida un apstākļiem. Piemēram, lielākajai daļai cilvēka šūnu dalīšanās prasa pilnas 24 stundas, bet dažas šūnas ātri pārvietojas un dalās daudz ātrāk.

Zinātnieki, kuri audzē šūnas, kas laboratorijā atrodas zarnās, dažreiz redz, ka šīs šūnas pabeidz šūnu ciklu ik pēc deviņām līdz desmit stundām!

Šūnu cikla starpfāžu daļa ir daudz garāka nekā mitozes daļa. Tas ir jēga, jo jaunai šūnai ir jāuzņem barības vielas, kas nepieciešamas augšanai, un jāatkārto DNS un citas svarīgas šūnu iekārtas, pirms tā var kļūt par vecāku šūnu un sadalīties mitozes ceļā.

Šūnu cikla starpfāzu daļa ietver apakšfāzes, ko sauc 1. atstarpe (G1 fāze), Sintēze (S fāze) un 2. atstarpe (G2 fāze).

Šūnu cikls ir aplis, bet dažas šūnas īslaicīgi vai pastāvīgi iziet no šūnu cikla, izmantojot Atstarpes 0 (G0) fāze. Atrodoties šajā apakšfāzē, šūna tērē enerģiju, veicot jebkādus uzdevumus, ko parasti veic šūnas tips, nevis daloties vai gatavojoties dalīties.

G1 un G2 apakšfāzes laikā šūna aug lielāka, atkārto organellus un gatavojas sadalīties meitas šūnās. S fāze ir DNS sintēze fāze. Šajā šūnu cikla daļā šūna atkārto visu savu DNS papildinājumu.

Tas arī veido centrosoma, kas ir mikrocauruļu organizēšanas centrs, kas galu galā palīdzēs šūnai atdalīt DNS, kas tiks sadalīta starp meitas šūnām.

S fāze ir svarīga tāpēc, kas notiek šūnas cikla daļā, kā arī tāpēc, ka tā pārstāv.

S fāzes ievadīšana (pārejot caur G1 / S pāreju) ir galvenais šūnu cikla kontrolpunkts, ko dažreiz sauc par ierobežojuma punkts. Jūs to varat uzskatīt par šūnas neatgriešanās punktu, jo tā ir pēdējā iespēja šūnai apstāties šūnu proliferācijavai šūnu augšana, daloties šūnās. Kad šūna nonāk S fāzē, tā ir paredzēta pilnīgai šūnu dalīšanai neatkarīgi no tā.

Tā kā S fāze ir galvenais kontrolpunkts, šūnai stingri jāregulē šī šūnu cikla daļa, izmantojot gēnus un gēnu produktus, piemēram, olbaltumvielas.

Lai to izdarītu, šūna paļaujas uz līdzsvara saglabāšanu starp proliferatīvie gēni, kas mudina šūnu dalīties, un audzēja nomācošie gēni, kas darbojas, lai apturētu šūnu proliferāciju. Daži svarīgi audzēja nomācošie proteīni (ko kodē audzēju nomācoši gēni) ietver 53. lpp, p21, Chk1 / 2 un pRb.

Šūnu cikla S fāzes galvenais darbs ir visa kopēšana DNS papildinājums. Lai to izdarītu, šūna aktivizē pirms replikācijas kompleksu izveidošanu replikācijas izcelsme. Tie ir vienkārši DNS apgabali, kur sāksies replikācija.

Lai gan vienkāršam organismam, piemēram, vienšūnas protistam, var būt tikai viena replikācijas izcelsme, sarežģītākiem organismiem ir daudz vairāk. Piemēram, rauga organismam var būt līdz 400 replikācijas sākumu, bet cilvēka šūnai - 60 000 replikācijas sākumu.

Cilvēka šūnām ir nepieciešams šis milzīgais replikācijas sākumpunkts, jo cilvēka DNS ir tik garš. Zinātnieki zina, ka DNS replikācija mašīna var kopēt tikai aptuveni 20 līdz 100 bāzes sekundē, tas nozīmē, ka vienas hromosomas replikācijai būtu nepieciešamas aptuveni 2000 stundas, izmantojot vienu replikācijas sākumpunktu.

Pateicoties jaunināšanai uz 60 000 replikācijas avotiem, cilvēka šūnas tā vietā var pabeigt S fāzi apmēram astoņas stundas.

Replikācijas sākuma vietās DNS replikācija balstās uz fermentu, ko sauc helikase. Šis enzīms attina divkāršās DNS spirāli - līdzīgi kā rāvējslēdzēja rāvējslēdzējs. Pēc atritināšanas katrs no abiem pavedieniem kļūs par veidni, lai sintezētu jaunus pavedienus, kas paredzēti meitas šūnām.

Faktiskā jauno kopēto DNS virkņu izveidošana prasa citu fermentu, DNS polimerāze. Bāzes (vai nukleotīdi), kas ietver DNS virkni, jāievēro papildu bāzes savienošanas noteikums. Tas prasa, lai viņi vienmēr saistītos noteiktā veidā: adenīns ar timīnu un citozīns ar guanīnu. Izmantojot šo modeli, ferments izveido jaunu virkni, kas lieliski savienojas pārī ar veidni.

Tāpat kā oriģinālā DNS spirāle, arī nesen sintezētā DNS ir ļoti gara, un, lai tā ietilptu kodolā, nepieciešama rūpīga iesaiņošana. Lai to izdarītu, šūna ražo olbaltumvielas, ko sauc histoni. Šie histoni darbojas kā ruļļi, kurus DNS apvij, tāpat kā pavediens uz vārpstas. Kopā DNS un histoni veido kompleksus, kurus sauc nukleosomas.

Protams, ir ļoti svarīgi, lai nesen sintezētā DNS būtu ideāli piemērota šablonam, radot divkāršu DNS spirāli, kas ir identiska oriģinālam. Tāpat kā jūs, iespējams, darāt, rakstot eseju vai risinot matemātikas uzdevumus, šūnai jāpārbauda savs darbs, lai izvairītos no kļūdām.

Tas ir svarīgi, jo DNS galu galā kodēs olbaltumvielas un citus svarīgus biomolekulas. Pat viens izdzēsts vai mainīts nukleotīds var radīt atšķirību starp funkcionālo gēnu produkts un tāds, kas nedarbojas. Šis DNS bojājums ir viens no daudzu cilvēku slimību izraisītājiem.

Nesen replikētās DNS korektūrai ir trīs galvenie kontrolpunkti. Pirmais ir replikācijas kontrolpunkts replikācijā dakšas. Šīs dakšiņas ir vienkārši vietas, kur DNS atvienojas un DNS polimerāze veido jaunus pavedienus.

Pievienojot jaunas bāzes, ferments arī pārbauda savu darbu, virzoties uz leju pa virkni. The eksonukleāzes aktīvā vieta fermentā var rediģēt visus nukleotīdus, kas kļūdaini pievienoti virknei, novēršot kļūdas reālā laikā DNS sintēzes laikā.

Pārējie kontrolpunkti - saukti par S-M kontrolpunkts un intra-S fāzes kontrolpunkts - ļauj šūnai pārskatīt nesen sintezēto DNS attiecībā uz kļūdām, kas radušās DNS replikācijas laikā. Ja tiek konstatētas kļūdas, šūnu cikls tiks apturēts kināze fermenti mobilizējas vietnē, lai labotu kļūdas.

Šūnu cikla kontrolpunktiem ir izšķiroša nozīme veselīgu, funkcionālu šūnu veidošanā. Neizlabotas kļūdas vai bojājumi var izraisīt cilvēku slimības, tostarp vēzi. Ja kļūdas vai bojājumi ir nopietni vai nav labojami, šūna var tikt pakļauta apoptozevai ieprogrammēta šūnu nāve. Tas būtībā nogalina šūnu, pirms tā var radīt nopietnas problēmas jūsu ķermenī.