Фаза S: что происходит во время этой субфазы клеточного цикла?

Вы когда-нибудь задумывались, как растет ваше тело или как оно лечит травмы? Короткий ответ деление клеток.

Вероятно, неудивительно, что этот жизненно важный процесс клеточной биологии строго регулируется - и поэтому включает в себя множество этапов. Одним из этих важных шагов является Фаза S клеточного цикла.

В клеточный цикл - иногда называемый циклом деления клетки - включает этапы: эукариотическая клетка должен завершиться, чтобы делиться и производить новые клетки. Когда клетка делится, ученые называют исходную клетку родительская ячейка и клетки, произведенные расщеплением дочерние клетки.

Митоз а также межфазный две основные части, составляющие клеточный цикл. Митоз (иногда называемая фазой М) - это часть цикла, в которой происходит фактическое деление клеток. Межфазный это время между делениями, когда клетка выполняет работу по подготовке к делению, например, растет и реплицирует свою ДНК.

Время, необходимое для завершения клеточного цикла, зависит от типа клетки и условий. Например, большинству человеческих клеток для деления требуется 24 часа, но некоторые клетки быстро меняются и делятся гораздо быстрее.

Ученые, выращивающие в лаборатории клетки, выстилающие кишечник, иногда видят, что эти клетки завершают клеточный цикл каждые девять-десять часов!

Межфазная часть клеточного цикла намного длиннее митозной. Это имеет смысл, потому что новая клетка должна поглощать питательные вещества, необходимые для роста, и реплицировать свою ДНК и другие жизненно важные клеточные механизмы, прежде чем она сможет стать родительской клеткой и делиться посредством митоза.

Межфазная часть клеточного цикла включает подфазы, называемые Разрыв 1 (Фаза G1), Синтез (Фаза S) а также Разрыв 2 (Фаза G2).

Клеточный цикл представляет собой круг, но некоторые клетки выходят из клеточного цикла временно или навсегда через Разрыв 0 (G0) фазы. Находясь в этой подфазе, клетка расходует свою энергию на выполнение тех задач, которые обычно выполняет тип клетки, а не на деление или подготовку к делению.

Во время подфаз G1 и G2 клетка увеличивается в размерах, реплицирует свои органеллы и готовится к делению на дочерние клетки. Фаза S это Синтез ДНК фаза. Во время этой части клеточного цикла клетка реплицирует весь свой набор ДНК.

Он также формирует центросома, который является центром организации микротрубочек, который в конечном итоге поможет клетке разделить ДНК, которая будет разделена между дочерними клетками.

S-фаза важна из-за того, что происходит во время этой части клеточного цикла, а также из-за того, что она представляет.

Вступление в S-фазу (прохождение через переход G1 / S) является важной контрольной точкой в ​​клеточном цикле, иногда называемой точка ограничения. Вы можете думать об этом как о точке невозврата для клетки, поскольку это последняя возможность для клетки остановиться. пролиферация клеток, или рост клеток посредством деления клеток. Как только клетка переходит в S-фазу, ей суждено завершить деление клетки, несмотря ни на что.

Поскольку S-фаза является основной контрольной точкой, клетка должна жестко регулировать эту часть клеточного цикла, используя гены и генные продукты, такие как белки.

Для этого клетка полагается на соблюдение баланса между пролиферативные гены, которые побуждают клетку делиться, и гены-супрессоры опухолей, которые останавливают пролиферацию клеток. Некоторые важные белки-супрессоры опухолей (кодируемые генами-супрессорами опухолей) включают: p53, p21, Chk1 / 2 и pRb.

Основная работа S-фазы клеточного цикла - это воспроизведение всего дополнение ДНК. Для этого клетка активирует пререпликационные комплексы, чтобы произвести источники репликации. Это просто области ДНК, где начинается репликация.

В то время как простой организм, такой как одноклеточный простейший, может иметь только одну точку репликации, более сложные организмы имеют гораздо больше. Например, дрожжевой организм может иметь до 400 точек начала репликации, в то время как клетка человека может иметь 60 000 точек начала репликации.

Человеческим клеткам требуется это огромное количество источников репликации, потому что человеческая ДНК очень длинная. Ученые знают, что Репликация ДНК машина может копировать только от 20 до 100 оснований в секунду, что означает, что одной хромосоме потребуется примерно 2000 часов для репликации с использованием одного ориджина репликации.

Благодаря обновлению до 60000 источников репликации, клетки человека могут вместо этого завершить S-фазу в около восьми часов.

В сайтах происхождения репликации репликация ДНК зависит от фермента, называемого геликаза. Этот фермент раскручивает двухцепочечную спираль ДНК - что-то вроде расстегивания молнии. После разматывания каждая из двух цепей станет шаблоном для синтеза новых цепей, предназначенных для дочерних клеток.

Фактическое построение новых цепей скопированной ДНК требует другого фермента, ДНК-полимераза. Базы (или нуклеотиды), составляющие нить ДНК, должны соответствовать правило сопряжения дополнительных оснований. Это требует, чтобы они всегда связывались определенным образом: аденин с тимином и цитозин с гуанином. Используя этот паттерн, фермент строит новую цепочку, которая идеально сочетается с шаблоном.

Как и оригинальная спираль ДНК, вновь синтезированная ДНК очень длинная и требует тщательной упаковки, чтобы поместиться в ядро. Для этого клетка производит белки, называемые гистоны. Эти гистоны действуют как катушки, вокруг которых наматывается ДНК, как нить на веретене. Вместе ДНК и гистоны образуют комплексы, называемые нуклеосомы.

Конечно, жизненно важно, чтобы вновь синтезированная ДНК идеально соответствовала шаблону, создавая двухцепочечную спираль ДНК, идентичную исходной. Так же, как вы, вероятно, делаете при написании эссе или решении математических задач, ячейка должна проверять свою работу, чтобы избежать ошибок.

Это важно, потому что ДНК в конечном итоге будет кодировать белки и другие важные биомолекулы. Даже один удаленный или измененный нуклеотид может иметь значение для функциональной генный продукт и тот, который не работает. Это повреждение ДНК - одна из причин многих болезней человека.

Есть три основных контрольных точки для проверки только что реплицированной ДНК. Первая - это контрольная точка репликации при репликации. вилки. Эти вилки - это просто места, где ДНК расстегивается, и ДНК-полимераза строит новые цепи.

Добавляя новые основания, фермент также проверяет свою работу по мере продвижения по нити. В активный сайт экзонуклеазы на ферменте может отредактировать любые нуклеотиды, добавленные к цепи по ошибке, предотвращая ошибки в реальном времени во время синтеза ДНК.

Остальные контрольно-пропускные пункты - так называемые КПП С-М и контрольно-пропускной пункт внутри S-фазы - позволить клетке проверять вновь синтезированную ДНК на предмет ошибок, возникших во время репликации ДНК. Если будут обнаружены ошибки, клеточный цикл остановится, пока киназа ферменты мобилизуются на сайт, чтобы исправить ошибки.

Контрольные точки клеточного цикла имеют решающее значение для производства здоровых, функциональных клеток. Неисправленные ошибки или повреждения могут вызвать заболевания человека, в том числе рак. Если ошибки или повреждения серьезны или не подлежат устранению, ячейка может подвергнуться апоптоз, или запрограммированная гибель клеток. По сути, это убивает клетку, прежде чем она может вызвать серьезные проблемы в вашем теле.