S Phase: จะเกิดอะไรขึ้นในช่วงย่อยของวัฏจักรเซลล์นี้?

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าร่างกายของคุณเติบโตได้อย่างไรหรือรักษาอาการบาดเจ็บได้อย่างไร? คำตอบสั้น ๆ คือ การแบ่งเซลล์.

ไม่น่าแปลกใจเลยที่กระบวนการทางชีววิทยาของเซลล์ที่สำคัญนี้มีการควบคุมอย่างเข้มงวด ดังนั้นจึงมีหลายขั้นตอน ขั้นตอนสำคัญประการหนึ่งเหล่านี้คือ S เฟส ของวัฏจักรเซลล์

วัฏจักรเซลล์ – บางครั้งเรียกว่าวงจรการแบ่งเซลล์ – ประกอบด้วยขั้นตอน a เซลล์ยูคาริโอต ต้องทำให้เสร็จเพื่อแบ่งตัวและผลิตเซลล์ใหม่ เมื่อเซลล์แบ่งตัว นักวิทยาศาสตร์เรียกเซลล์ต้นกำเนิดว่า เซลล์แม่ และเซลล์ที่เกิดจากการแยกตัว เซลล์ลูกสาว.

ไมโทซิส และ อินเตอร์เฟส เป็นสองส่วนพื้นฐานที่ประกอบเป็นวัฏจักรของเซลล์ ไมโทซิส (บางครั้งเรียกว่าเฟส M) คือส่วนของวัฏจักรที่เกิดการแบ่งเซลล์จริง อินเตอร์เฟส คือเวลาระหว่างดิวิชั่นที่เซลล์ทำงานเพื่อเตรียมพร้อมในการแบ่งตัว เช่น การเติบโตและการจำลองดีเอ็นเอของเซลล์

เวลาที่ใช้ในการทำให้วัฏจักรเซลล์สมบูรณ์ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และเงื่อนไข ตัวอย่างเช่น เซลล์ของมนุษย์ส่วนใหญ่ต้องใช้เวลา 24 ชั่วโมงเต็มในการแบ่งตัว แต่บางเซลล์มีการหมุนเวียนอย่างรวดเร็วและแบ่งตัวได้เร็วกว่ามาก

นักวิทยาศาสตร์ที่เติบโตเซลล์ที่เรียงตัวในลำไส้ในห้องแล็บบางครั้งเห็นเซลล์เหล่านั้นทำให้วัฏจักรของเซลล์สมบูรณ์ทุก ๆ เก้าถึงสิบชั่วโมง!

ส่วนระหว่างเฟสของวัฏจักรเซลล์นั้นยาวกว่าส่วนของไมโทซิสมาก สิ่งนี้สมเหตุสมผลเพราะเซลล์ใหม่ต้องดูดซับสารอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตและทำซ้ำ DNA และกลไกของเซลล์ที่สำคัญอื่น ๆ ก่อนจึงจะสามารถกลายเป็นเซลล์ต้นกำเนิดและแบ่งผ่านไมโทซิสได้

ส่วนระหว่างเฟสของวัฏจักรเซลล์ประกอบด้วยเฟสย่อยที่เรียกว่า ช่องว่าง 1 (G1 เฟส), การสังเคราะห์ (S เฟส) และ ช่องว่าง2 (G2 เฟส).

วัฏจักรของเซลล์เป็นวงกลม แต่บางเซลล์ออกจากวัฏจักรเซลล์ชั่วคราวหรือถาวรผ่านทาง ช่องว่าง 0 (G0) เฟส. ในขณะที่อยู่ในเฟสย่อยนี้ เซลล์ใช้พลังงานในการทำงานใดๆ ก็ตามที่ประเภทเซลล์ทำตามปกติ แทนที่จะแบ่งหรือเตรียมที่จะแบ่ง

ในช่วงย่อยของ G1 และ G2 เซลล์จะโตขึ้น จำลองออร์แกเนลล์ และพร้อมที่จะแบ่งออกเป็นเซลล์ลูก S เฟส คือ การสังเคราะห์ดีเอ็นเอ เฟส. ในช่วงนี้ของวัฏจักรเซลล์ เซลล์จะทำซ้ำส่วนประกอบทั้งหมดของ DNA

นอกจากนี้ยังก่อให้เกิด forms centrosomeซึ่งเป็นศูนย์จัดระเบียบไมโครทูบูลที่ในที่สุดจะช่วยให้เซลล์ดึงดีเอ็นเอออกจากกันที่จะแบ่งระหว่างเซลล์ลูกสาว

ระยะ S มีความสำคัญเนื่องจากสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงนี้ของวัฏจักรเซลล์และเนื่องจากสิ่งที่เป็นตัวแทน

การเข้าสู่เฟส S (ผ่านช่วงการเปลี่ยนภาพ G1/S) เป็นจุดตรวจสำคัญในวัฏจักรเซลล์ ซึ่งบางครั้งเรียกว่า จุดจำกัด. คุณสามารถคิดว่ามันเป็นจุดที่ไม่ส่งคืนเซลล์ เนื่องจากเป็นโอกาสสุดท้ายที่เซลล์จะหยุด การเพิ่มจำนวนเซลล์หรือการเจริญเติบโตของเซลล์โดยการแบ่งเซลล์ เมื่อเซลล์เข้าสู่เฟส S เซลล์จะถูกลิขิตให้เสร็จสิ้นการแบ่งเซลล์ไม่ว่าอะไรจะเกิดขึ้น

เนื่องจากระยะ S เป็นจุดตรวจสอบหลัก เซลล์จึงต้องควบคุมวัฏจักรเซลล์ส่วนนี้อย่างเข้มงวดโดยใช้ยีนและผลิตภัณฑ์จากยีน เช่น โปรตีน

ในการทำเช่นนี้ เซลล์ต้องอาศัยการรักษาสมดุลระหว่าง ยีนโปร-proliferativeซึ่งกระตุ้นให้เซลล์แบ่งตัวและ ยีนต้านเนื้องอกซึ่งทำงานเพื่อหยุดการเพิ่มจำนวนเซลล์ โปรตีนต้านเนื้องอกที่สำคัญบางชนิด (เข้ารหัสโดยยีนต้านเนื้องอก) ได้แก่ p53, p21, Chk1/2 และ pRb

งานหลักของเฟส S ของวัฏจักรเซลล์คือการทำซ้ำทั้งหมด ส่วนเติมเต็มของ DNA. เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เซลล์จะเปิดใช้งานคอมเพล็กซ์ก่อนการจำลองแบบเพื่อสร้าง ต้นกำเนิดการจำลองแบบ. นี่เป็นเพียงส่วนต่าง ๆ ของ DNA ที่จะเริ่มการจำลองแบบ

ในขณะที่สิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายเช่น protist เซลล์เดียวอาจมีต้นกำเนิดการจำลองแบบเดียวเท่านั้น แต่สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่าก็มีอีกมากมาย ตัวอย่างเช่น เชื้อยีสต์อาจมีต้นกำเนิดการจำลองได้ถึง 400 แหล่ง ในขณะที่เซลล์ของมนุษย์อาจมีต้นกำเนิดการจำลองแบบ 60,000 ตัว

เซลล์ของมนุษย์ต้องการแหล่งกำเนิดการจำลองจำนวนมาก เนื่องจาก DNA ของมนุษย์นั้นยาวมาก นักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่า การจำลองดีเอ็นเอ เครื่องจักรสามารถคัดลอกได้ประมาณ 20 ถึง 100 เบสต่อวินาที ซึ่งหมายความว่าโครโมโซมตัวเดียวจะใช้เวลาประมาณ 2,000 ชั่วโมงในการทำซ้ำโดยใช้แหล่งกำเนิดการจำลองแบบเดียว

ต้องขอบคุณการอัพเกรดเป็น 60,000 ต้นกำเนิดการจำลองแบบ เซลล์ของมนุษย์สามารถเติมเต็มเฟส S ใน ประมาณแปดชั่วโมง.

ที่ไซต์ต้นกำเนิดการจำลองแบบ การจำลองแบบดีเอ็นเออาศัยเอนไซม์ที่เรียกว่า เฮลิเคส. เอนไซม์นี้จะคลายเกลียวดีเอ็นเอที่มีเกลียวสองเส้น คล้ายกับการคลายซิป เมื่อคลายเกลียวแล้ว แต่ละเกลียวทั้งสองเส้นจะกลายเป็นแม่แบบเพื่อสังเคราะห์เกลียวใหม่ซึ่งกำหนดไว้สำหรับเซลล์ลูกสาว

การสร้าง DNA ที่คัดลอกขึ้นมาใหม่อย่างแท้จริงนั้น เรียกร้องให้มีเอ็นไซม์อีกตัวหนึ่ง ดีเอ็นเอโพลีเมอเรส. ฐาน (หรือ นิวคลีโอไทด์) ที่ประกอบด้วยสาย DNA ต้องเป็นไปตาม follow กฎการจับคู่ฐานเสริม. สิ่งนี้ต้องการให้พวกมันจับในลักษณะเฉพาะเสมอ: อะดีนีนกับไทมีนและไซโตซีนกับกัวนีน เมื่อใช้รูปแบบนี้ เอ็นไซม์จะสร้างเกลียวใหม่ที่จับคู่กับแม่แบบได้อย่างลงตัว

เช่นเดียวกับเกลียวดีเอ็นเอดั้งเดิม DNA สังเคราะห์ใหม่นั้นยาวมากและต้องใช้บรรจุภัณฑ์อย่างระมัดระวังเพื่อให้พอดีกับนิวเคลียส การทำเช่นนี้ เซลล์ผลิตโปรตีนที่เรียกว่า histones. histones เหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนหลอดที่ DNA พันรอบ เช่นเดียวกับเกลียวบนแกนหมุน DNA และ histones รวมกันเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่เรียกว่า นิวคลีโอโซม.

แน่นอนว่า จำเป็นอย่างยิ่งที่ DNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่จะต้องเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบกับแม่แบบ โดยสร้างเกลียว DNA แบบสองเกลียวที่เหมือนกันกับของจริง เช่นเดียวกับที่คุณอาจทำเมื่อเขียนเรียงความหรือแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ เซลล์ต้องตรวจสอบงานเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาด

นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะในที่สุด DNA จะเข้ารหัสโปรตีนและที่สำคัญอื่น ๆ ชีวโมเลกุล. แม้แต่นิวคลีโอไทด์ที่ถูกลบหรือเปลี่ยนแปลงเพียงครั้งเดียวก็สามารถสร้างความแตกต่างระหว่างฟังก์ชันได้ ผลิตภัณฑ์ยีน และหนึ่งที่ไม่ได้ผล ความเสียหายของ DNA นี้เป็นสาเหตุหนึ่งของโรคต่างๆ ของมนุษย์

มีจุดตรวจสำคัญสามจุดสำหรับการพิสูจน์อักษร DNA ที่จำลองแบบใหม่ ที่แรกคือจุดตรวจการจำลองแบบที่การจำลองแบบ ส้อม. ส้อมเหล่านี้เป็นเพียงที่ที่ DNA คลายซิปและ DNA polymerase สร้างเส้นใหม่

ขณะเพิ่มเบสใหม่ เอ็นไซม์ยังตรวจสอบการทำงานของมันในขณะที่มันเคลื่อนลงมาตามเกลียว exonuclease แอคทีฟไซต์ ในเอ็นไซม์สามารถแก้ไขนิวคลีโอไทด์ใดๆ ที่เติมเข้าไปในเส้นใยที่มีข้อผิดพลาด ป้องกันไม่ให้เกิดข้อผิดพลาดแบบเรียลไทม์ในระหว่างการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ

ด่านอื่นๆ – เรียกว่า ด่านเอส-เอ็ม และ ด่าน intra-S เฟส – ช่วยให้เซลล์ตรวจสอบ DNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่เพื่อหาข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นระหว่างการจำลองแบบ DNA หากพบข้อผิดพลาด วัฏจักรเซลล์จะหยุดชั่วคราวในขณะที่ kinase เอ็นไซม์เคลื่อนที่ไปที่ไซต์เพื่อซ่อมแซมข้อผิดพลาด

จุดตรวจสอบวัฏจักรของเซลล์มีความสำคัญต่อการผลิตเซลล์ที่แข็งแรงและทำงานได้ ข้อผิดพลาดหรือความเสียหายที่ไม่ได้รับการแก้ไขอาจทำให้เกิดโรคของมนุษย์ รวมทั้งมะเร็ง หากข้อผิดพลาดหรือความเสียหายรุนแรงหรือไม่สามารถซ่อมแซมได้ เซลล์อาจได้รับ อะพอพโทซิสหรือโปรแกรมการตายของเซลล์ โดยพื้นฐานแล้วจะฆ่าเซลล์ก่อนที่จะก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงในร่างกายของคุณ