Você já se perguntou como seu corpo cresce ou como ele cura uma lesão? A resposta curta é divisão celular.
Provavelmente não é surpresa que este processo vital de biologia celular seja altamente regulado - e, portanto, inclui muitas etapas. Uma dessas etapas importantes é o Fase S do ciclo celular.
O que é o ciclo celular?
O ciclo de célula - às vezes chamado de ciclo de divisão celular - compreende as etapas a célula eucariótica deve ser concluído para se dividir e produzir novas células. Quando uma célula se divide, os cientistas chamam a célula original de célula parental e as células produzidas pela divisão do células filhas.
Mitose e interfase são as duas partes básicas que constituem o ciclo celular. Mitose (às vezes chamada de fase M) é a parte do ciclo em que ocorre a divisão celular real. Interfase é o tempo entre as divisões quando a célula faz o trabalho para se preparar para se dividir, como crescer e replicar seu DNA.
O tempo que leva para completar o ciclo celular depende do tipo de célula e das condições. Por exemplo, a maioria das células humanas requer 24 horas completas para se dividir, mas algumas células têm ciclos rápidos e se dividem muito mais rapidamente.
Os cientistas que cultivam as células que revestem os intestinos no laboratório às vezes veem essas células completarem o ciclo celular a cada nove a dez horas!
Olhando para a interfase
A porção de interfase do ciclo celular é muito mais longa do que a porção de mitose. Isso faz sentido porque uma nova célula deve absorver os nutrientes de que precisa para crescer e replicar seu DNA e outras máquinas vitais antes de se tornar uma célula-mãe e se dividir por mitose.
A parte interfase do ciclo celular inclui subfases chamadas Lacuna 1 (Fase G1), Síntese (Fase S) e Gap 2 (Fase G2).
O ciclo celular é um círculo, mas algumas células saem do ciclo celular temporária ou permanentemente através do Fase de intervalo 0 (G0). Enquanto está nesta subfase, a célula gasta sua energia realizando quaisquer tarefas que o tipo de célula normalmente faz, em vez de se dividir ou se preparar para se dividir.
Durante as subfases G1 e G2, a célula cresce, replica suas organelas e se prepara para se dividir em células-filhas. Fase S é o Síntese de DNA Estágio. Durante esta parte do ciclo celular, a célula replica todo o seu complemento de DNA.
Também forma o centrossoma, que é o centro organizador dos microtúbulos que eventualmente ajudará a célula a separar o DNA que será dividido entre as células filhas.
Entrando na Fase S
A fase S é importante por causa do que ocorre durante essa parte do ciclo celular e também por causa do que ela representa.
Entrar na fase S (passando pela transição G1 / S) é um importante ponto de verificação no ciclo celular, às vezes chamado de ponto de restrição. Você pode pensar nisso como um ponto sem retorno para a célula, uma vez que é a última oportunidade para a célula parar proliferação celular, ou crescimento celular via divisão celular. Uma vez que a célula entra na fase S, ela está destinada a completar a divisão celular, não importa o que aconteça.
Como a fase S é o principal ponto de verificação, a célula deve regular rigidamente essa parte do ciclo celular usando genes e produtos gênicos, como proteínas.
Para fazer isso, a célula depende de manter um equilíbrio entre genes pró-proliferativos, que impele a célula a se dividir, e genes supressores de tumor, que funcionam para impedir a proliferação celular. Algumas proteínas supressoras de tumor importantes (codificadas por genes supressores de tumor) incluem p53, p21, Chk1 / 2 e pRb.
Fase S e origens de replicação
O principal trabalho da fase S do ciclo celular é replicar todo o complemento de DNA. Para fazer isso, a célula ativa complexos de pré-replicação para fazer origens de replicação. Essas são simplesmente áreas do DNA onde a replicação começará.
Enquanto um organismo simples, como um protista unicelular, pode ter apenas uma origem de replicação única, organismos mais complexos têm muito mais. Por exemplo, um organismo de levedura pode ter até 400 origens de replicação, enquanto uma célula humana pode ter 60.000 origens de replicação.
As células humanas requerem esse grande número de origens de replicação porque o DNA humano é muito longo. Os cientistas sabem que o Replicação de DNA a máquina pode copiar apenas cerca de 20 a 100 bases por segundo, o que significa que um único cromossomo exigiria aproximadamente 2.000 horas para se replicar usando uma única origem de replicação.
Graças à atualização para 60.000 origens de replicação, as células humanas podem, em vez disso, completar a fase S em cerca de oito horas.
Síntese de DNA durante a fase S
Nos locais de origem da replicação, a replicação do DNA depende de uma enzima chamada helicase. Essa enzima desenrola a hélice de DNA de fita dupla - quase como abrir um zíper. Depois de desenrolada, cada uma das duas fitas se tornará um modelo para sintetizar novas fitas destinadas às células-filhas.
A construção real das novas fitas de DNA copiado exige outra enzima, DNA polimerase. As bases (ou nucleotídeos) que compreendem a fita de DNA deve seguir o regra de emparelhamento de base complementar. Isso exige que eles sempre se liguem de uma maneira específica: adenina com timina e citosina com guanina. Usando esse padrão, a enzima constrói uma nova fita que combina perfeitamente com o modelo.
Assim como a hélice de DNA original, o DNA recém-sintetizado é muito longo e requer embalagem cuidadosa para se encaixar no núcleo. Para fazer isso, a célula produz proteínas chamadas histonas. Essas histonas agem como carretéis que o DNA envolve, assim como o fio de um fuso. Juntos, o DNA e as histonas formam complexos chamados nucleossomos.
Revisão de DNA durante a fase S
Claro, é vital que o DNA recém-sintetizado seja uma combinação perfeita para o modelo, produzindo uma hélice de DNA de fita dupla idêntica ao original. Assim como você provavelmente faz ao escrever uma dissertação ou resolver problemas matemáticos, a célula deve verificar seu funcionamento para evitar erros.
Isso é importante porque o DNA acabará por codificar para proteínas e outros biomoléculas. Mesmo um único nucleotídeo excluído ou alterado pode fazer a diferença entre um produto do gene e um que não funciona. Esse dano ao DNA é uma das causas de muitas doenças humanas.
Existem três pontos de verificação principais para a revisão do DNA recém-replicado. O primeiro é o ponto de verificação de replicação na replicação garfos. Esses garfos são simplesmente os lugares onde o DNA se descompacta e a DNA polimerase constrói as novas fitas.
Ao adicionar novas bases, a enzima também verifica seu trabalho à medida que desce pela fita. O sítio ativo da exonuclease na enzima pode editar quaisquer nucleotídeos adicionados à fita com erro, evitando erros em tempo real durante a síntese de DNA.
Os outros pontos de verificação - chamados de Ponto de verificação S-M e a ponto de verificação da fase intra-S - permitir que a célula analise o DNA recém-sintetizado em busca de erros que ocorreram durante a replicação do DNA. Se forem encontrados erros, o ciclo celular fará uma pausa enquanto quinase as enzimas se mobilizam para o local para reparar os erros.
Revisão à prova de falhas
Os pontos de verificação do ciclo celular são cruciais para a produção de células saudáveis e funcionais. Erros ou danos não corrigidos podem causar doenças humanas, incluindo câncer. Se os erros ou danos forem graves ou irreparáveis, a célula pode sofrer apoptose, ou morte celular programada. Essencialmente, isso mata a célula antes que ela possa causar problemas sérios em seu corpo.