Fáza S: Čo sa stane počas tejto subfázy bunkového cyklu?

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, ako vaše telo rastie alebo ako lieči úrazy? Krátka odpoveď je bunkové delenie.

Nie je asi žiadnym prekvapením, že tento životne dôležitý proces bunkovej biológie je vysoko regulovaný - a preto zahŕňa mnoho krokov. Jedným z týchto dôležitých krokov je S fáza bunkového cyklu.

The bunkový cyklus - niekedy nazývaný cyklus bunkového delenia - obsahuje kroky a eukaryotická bunka musí dokončiť, aby sa mohli rozdeliť a vyrobiť nové bunky. Keď sa bunka rozdelí, vedci nazývajú pôvodnú bunku materská bunka a bunky produkované štiepením dcérske bunky.

Mitóza a medzifáza sú dve základné časti, ktoré tvoria bunkový cyklus. Mitóza (niekedy nazývaná M fáza) je časť cyklu, v ktorej dochádza k skutočnému deleniu buniek. Medzifáza je čas medzi rozdeleniami, keď bunka robí prácu na to, aby sa pripravila na rozdelenie, ako napríklad rast a replikácia svojej DNA.

Čas potrebný na dokončenie bunkového cyklu závisí od typu bunky a podmienok. Napríklad väčšina ľudských buniek vyžaduje na delenie celých 24 hodín, ale niektoré bunky pracujú rýchlo a delia sa oveľa rýchlejšie.

Vedci, ktorí v laboratóriu pestujú bunky, ktoré lemujú črevá, vidia, že tieto bunky dokončujú bunkový cyklus každých deväť až desať hodín!

Medzifázová časť bunkového cyklu je oveľa dlhšia ako časť mitózy. To dáva zmysel, pretože nová bunka musí absorbovať živiny potrebné na rast a replikovať svoju DNA a ďalšie dôležité mechanizmy buniek skôr, ako sa stane materskou bunkou a rozdelí sa mitózou.

Medzifázová časť bunkového cyklu obsahuje čiastkové fázy tzv Medzera 1 (Fáza G1), Syntéza (S fáza) a Medzera 2 (Fáza G2).

Bunkový cyklus je kruh, ale niektoré bunky z neho dočasne alebo natrvalo opúšťajú bunkový cyklus Fáza medzery 0 (G0). Zatiaľ čo sa v tejto podfáze nachádza, bunka skôr ako delením alebo prípravou na rozdelenie vynakladá energiu na vykonávanie akýchkoľvek úloh, ktoré typ bunky bežne robí.

Počas subfáz G1 a G2 sa bunka zväčšuje, replikuje svoje organely a pripravuje sa na rozdelenie na dcérske bunky. S fáza je Syntéza DNA fáza. Počas tejto časti bunkového cyklu bunka replikuje celý svoj doplnok DNA.

Tvorí tiež centrozóm, čo je centrum organizujúce mikrotubuly, ktoré nakoniec pomôže bunke odtrhnúť DNA, ktorá sa rozdelí medzi dcérske bunky.

Fáza S je dôležitá kvôli tomu, čo sa deje počas tejto časti bunkového cyklu, a tiež kvôli tomu, čo predstavuje.

Vstup do fázy S (prechod cez prechod G1 / S) je hlavným kontrolným bodom v bunkovom cykle, ktorý sa niekedy nazýva bod obmedzenia. Môžete to považovať za bod, z ktorého sa bunka nevráti, pretože je to posledná príležitosť, aby sa bunka zastavila bujnenie buniekalebo bunkový rast bunkovým delením. Akonáhle bunka vstúpi do fázy S, je určená na dokončenie bunkového delenia, nech je to čokoľvek.

Pretože S fáza je hlavným kontrolným bodom, musí bunka prísne regulovať túto časť bunkového cyklu pomocou génov a génových produktov, ako sú proteíny.

Bunka sa pri tom spolieha na udržiavanie rovnováhy medzi nimi pro-proliferatívne gény, ktoré nabádajú bunku k rozdeleniu, a gény potlačujúce nádor, ktoré pôsobia na zastavenie množenia buniek. Niektoré dôležité tumor supresorové proteíny (kódované tumor supresorovými génmi) zahŕňajú p53, p21, Chk1 / 2 a pRb.

Hlavná práca S fázy bunkového cyklu je replikácia celku doplnok DNA. Za týmto účelom bunka aktivuje predreplikačné komplexy na výrobu počiatky replikácie. Sú to jednoducho oblasti DNA, kde sa začne replikácia.

Zatiaľ čo jednoduchý organizmus ako jednobunkový protista môže mať iba jeden replikačný pôvod, zložitejšie organizmy ich majú oveľa viac. Napríklad kvasinkový organizmus môže mať až 400 počiatkov replikácie, zatiaľ čo ľudská bunka môže mať 60 000 počiatkov replikácie.

Ľudské bunky vyžadujú toto obrovské množstvo počiatkov replikácie, pretože ľudská DNA je taká dlhá. Vedci vedia, že Replikácia DNA strojové zariadenie dokáže kopírovať iba asi 20 až 100 báz za sekundu, čo znamená, že replikácia jedného chromozómu pomocou jediného replikačného pôvodu by vyžadovala približne 2 000 hodín.

Vďaka aktualizácii na 60 000 pôvodov replikácie môžu ľudské bunky namiesto toho dokončiť S fázu asi osem hodín.

V miestach pôvodu replikácie sa replikácia DNA spolieha na enzým nazývaný helikáza. Tento enzým odvíja dvojvláknovú špirálu DNA - niečo ako rozopínanie zipsu. Po rozvinutí sa každé z dvoch vlákien stane šablónou na syntézu nových vlákien určených pre dcérske bunky.

Samotné budovanie nových vlákien skopírovanej DNA si vyžaduje ďalší enzým, DNA polymeráza. Podstavce (alebo nukleotidy), ktoré obsahujú reťazec DNA, sa musia riadiť znakom doplnkové pravidlo párovania báz. To si vyžaduje, aby sa vždy viazali špecifickým spôsobom: adenín s tymínom a cytozín s guanínom. Pomocou tohto vzoru vytvorí enzým nový prameň, ktorý sa dokonale páruje so šablónou.

Rovnako ako pôvodná špirála DNA, aj novo syntetizovaná DNA je veľmi dlhá a vyžaduje starostlivé zabalenie, aby sa zmestila do jadra. Za týmto účelom bunka produkuje proteíny tzv históny. Tieto históny pôsobia ako cievky, ktoré DNA obklopuje, rovnako ako závit na vretene. DNA a históny spolu tvoria komplexy tzv nukleozómy.

Samozrejme, je nevyhnutné, aby novo syntetizovaná DNA dokonale zodpovedala šablóne a produkovala dvojvláknovú špirálu DNA identickú s originálom. Rovnako ako to pravdepodobne robíte pri písaní eseje alebo riešení matematických úloh, musí bunka skontrolovať svoju prácu, aby sa vyhla chybám.

To je dôležité, pretože DNA bude nakoniec kódovať bielkoviny a ďalšie dôležité látky biomolekuly. Aj jediný deletovaný alebo zmenený nukleotid môže robiť rozdiel medzi funkčnými génový produkt a taký, ktorý nefunguje. Toto poškodenie DNA je jednou z príčin mnohých ľudských chorôb.

Existujú tri hlavné kontrolné body pre korektúry novo replikovanej DNA. Prvý je kontrolný bod replikácie pri replikácii vidličky. Tieto vidličky sú jednoducho miestom, kde sa DNA rozopína a DNA polymeráza vytvára nové vlákna.

Pri pridávaní nových báz enzým tiež kontroluje svoju prácu, keď sa pohybuje po vlákne. The aktívne miesto exonukleázy na enzýme môže upraviť akékoľvek nukleotidy pridané k reťazcu omylom, čím zabráni chybám v reálnom čase počas syntézy DNA.

Ostatné kontrolné body - nazývané Kontrolný bod S-M a kontrolný bod fázy S - umožniť bunke skontrolovať novo syntetizovanú DNA z hľadiska chýb, ktoré sa vyskytli počas replikácie DNA. Ak sa nájdu chyby, bunkový cyklus sa pozastaví kináza na miesto sa mobilizujú enzýmy, ktoré chybu opravia.

Kontrolné body bunkového cyklu sú rozhodujúce pre produkciu zdravých a funkčných buniek. Neopravené chyby alebo poškodenia môžu spôsobiť ľudské choroby vrátane rakoviny. Ak sú chyby alebo poškodenia závažné alebo neopraviteľné, môže dôjsť k vystaveniu bunky apoptózaalebo programovaná bunková smrť. To v podstate zabije bunku skôr, ako môže spôsobiť vážne problémy vo vašom tele.