S-fas: Vad händer under denna underfas i cellcykeln?

Har du någonsin undrat hur din kropp växer eller hur den läker en skada? Det korta svaret är celldelning.

Det är förmodligen ingen överraskning att denna viktiga cellbiologiska process är mycket reglerad - och därför innehåller många steg. Ett av dessa viktiga steg är S-fas av cellcykeln.

De cellcykel - kallas ibland celldelningscykeln - omfattar stegen a eukaryot cell måste slutföra för att dela och producera nya celler. När en cell delar sig kallar forskare den ursprungliga cellen föräldercell och cellerna som produceras av delningen dotterceller.

Mitos och mellanfas är de två grundläggande delarna som utgör cellcykeln. Mitos (kallas ibland M-fas) är den del av cykeln där faktisk celldelning sker. Interfas är tiden mellan delningarna när cellen gör jobbet för att göra sig redo att dela sig, såsom att odla och replikera dess DNA.

Tiden det tar att slutföra cellcykeln beror på celltypen och förhållandena. Till exempel kräver de flesta mänskliga celler hela 24 timmar för att dela sig, men vissa celler cyklar snabbt och delar sig mycket snabbare.

Forskare som odlar cellerna som leder tarmarna i laboratoriet ser ibland cellerna slutföra cellcykeln var nio till tio timmar!

Interfasdelen av cellcykeln är mycket längre än mitosdelen. Detta är vettigt eftersom en ny cell måste absorbera näringsämnena den behöver för att växa och replikera dess DNA och andra vitala cellmaskiner innan den kan bli en föräldercell och dela sig genom mitos.

Interfasdelen av cellcykeln inkluderar kallade underfaser Gap 1 (G1-fas), Syntes (S-fas) och Gap 2 (G2-fas).

Cellcykeln är en cirkel, men vissa celler lämnar cellcykeln tillfälligt eller permanent via Gap 0 (G0) -fas. I denna underfas använder cellen sin energi på att utföra de uppgifter som celltyp normalt gör, snarare än att dela eller förbereda sig för att dela.

Under G1- och G2-underfaserna blir cellen större, replikerar sina organeller och gör sig redo att dela upp i dotterceller. S-fas är DNA-syntes fas. Under denna del av cellcykeln replikerar cellen hela dess DNA-komplement.

Det bildar också centrosom, som är det mikrotubuli-organiserande centrum som så småningom kommer att hjälpa cellen att dra isär DNA som kommer att delas mellan dotterceller.

S-fasen är viktig på grund av vad som sker under denna del av cellcykeln och också på grund av vad den representerar.

Att komma in i S-fas (passerar genom G1 / S-övergången) är en viktig kontrollpunkt i cellcykeln, ibland kallad begränsningspunkt. Du kan tänka på det som ingen återvändo för cellen eftersom det är det sista tillfället för cellen att stoppa cellproliferationeller celltillväxt via celldelning. När cellen går in i S-fas är den avsedd att slutföra celldelningen, oavsett vad.

Eftersom S-fasen är den viktigaste kontrollpunkten måste cellen reglera denna del av cellcykeln tätt med hjälp av gener och genprodukter, såsom proteiner.

För att göra detta förlitar sig cellen på att hålla en balans mellan pro-proliferativa gener, som uppmanar cellen att dela sig, och tumörundertryckande gener, som arbetar för att stoppa cellproliferation. Några viktiga tumörundertryckande proteiner (kodade av tumörundertryckande gener) inkluderar p53, p21, Chk1 / 2 och pRb.

Huvudarbetet i S-fasen i cellcykeln replikerar hela komplement av DNA. För att göra detta aktiverar cellen förreplikeringskomplex för att göra replikeringens ursprung. Det här är helt enkelt DNA-områden där replikering börjar.

Medan en enkel organism som en encellsprotist bara kan ha ett enda replikationsursprung, har mer komplexa organismer många fler. Till exempel kan en jästorganism ha upp till 400 replikationsursprung medan en mänsklig cell kan ha 60 000 replikationsursprung.

Mänskliga celler kräver detta enorma antal replikationsorigin eftersom mänskligt DNA är så långt. Forskare vet att DNA-replikation maskiner kan bara kopiera cirka 20 till 100 baser per sekund, vilket innebär att en enda kromosom skulle ta cirka 2000 timmar att replikera med ett enda replikationsursprung.

Tack vare uppgraderingen till 60 000 replikeringsorigin kan mänskliga celler istället slutföra S-fas ungefär åtta timmar.

Vid replikeringsorienteringsplatserna är DNA-replikering beroende av ett enzym som kallas helikas. Detta enzym avlindar den dubbelsträngade DNA-spiralen - som att packa upp en blixtlås. När de väl har lindats upp kommer var och en av de två trådarna att bli en mall för att syntetisera nya delar som är avsedda för dottercellerna.

Den faktiska uppbyggnaden av de nya delarna av kopierat DNA kräver ett annat enzym, DNA-polymeras. Baserna (eller nukleotider) som innehåller DNA-strängen måste följa kompletterande regel för basparning. Detta kräver att de alltid binder på ett specifikt sätt: adenin med tymin och cytosin med guanin. Med hjälp av detta mönster bygger enzymet en ny tråd som passar perfekt med mallen.

Precis som den ursprungliga DNA-spiralen är det nyligen syntetiserade DNA väldigt långt och kräver noggrann förpackning för att passa in i kärnan. För att göra detta producerar cellen proteiner som kallas histoner. Dessa histoner fungerar som spolar som DNA slingrar runt, precis som en tråd på en spindel. Tillsammans bildar DNA och histoner komplex som kallas nukleosomer.

Naturligtvis är det viktigt att det nyligen syntetiserade DNA är en perfekt matchning för mallen och producerar en dubbelsträngad DNA-helix identisk med originalet. Precis som du förmodligen gör när du skriver en uppsats eller löser matematiska problem, måste cellen kontrollera sitt arbete för att undvika fel.

Detta är viktigt eftersom DNA så småningom kommer att koda för proteiner och andra viktiga biomolekyler. Även en enstaka raderad eller ändrad nukleotid kan göra skillnad mellan en funktionell genprodukt och en som inte fungerar. Denna DNA-skada är en orsak till många sjukdomar hos människor.

Det finns tre viktiga kontrollpunkter för korrekturläsning av det nyligen replikerade DNA: t. Den första är replikeringskontrollpunkten vid replikeringen gafflar. Dessa gafflar är helt enkelt de ställen där DNA packas upp och DNA-polymeras bygger de nya trådarna.

Samtidigt som nya baser tillsätts kontrollerar enzymet dess arbete när det rör sig ner i strängen. De exonukleas aktiv plats på enzymet kan redigera eventuella nukleotider som läggs till strängen av misstag, vilket förhindrar misstag i realtid under DNA-syntes.

De andra kontrollpunkterna - kallas S-M kontrollpunkt och den intra-S-faskontrollpunkt - möjliggöra för cellen att granska det nyligen syntetiserade DNA för fel som inträffade under DNA-replikering. Om fel hittas pausas cellcykeln medan kinas enzymer mobiliseras till platsen för att reparera felen.

Cellcykelkontroller är avgörande för att producera friska, funktionella celler. Okorrigerade fel eller skador kan orsaka sjukdomar hos människor, inklusive cancer. Om felen eller skadan är allvarlig eller inte kan repareras kan cellen genomgå apoptoseller programmerad celldöd. Detta dödar i huvudsak cellen innan den kan orsaka allvarliga problem i kroppen.