S-fase: Hvad sker der i denne underfase af cellecyklussen?

Har du nogensinde spekuleret på, hvordan din krop vokser, eller hvordan den heler en skade? Det korte svar er celledeling.

Det er sandsynligvis ingen overraskelse, at denne vitale cellebiologiproces er meget reguleret - og derfor inkluderer mange trin. Et af disse vigtige trin er S-fasen og i cellecyklussen.
Hvad er cellecyklussen?

Cellecyklussen - nogle gange kaldet celleinddelingscyklussen - omfatter trinnene a eukaryotisk celle skal være færdig for at opdele og producere nye celler. Når en celle deler sig, kalder forskere den originale celle forældecelle
og cellerne produceret af opdelingen datterceller
.

Mitose
og interfase
er de to grundlæggende dele, der udgør cellecyklussen. Mitose (undertiden kaldet M-fase) er den del af den cyklus, hvor den faktiske celledeling opstår. Interfase er tiden mellem opdelingen, hvor cellen gør arbejdet for at blive klar til at opdele, såsom at vokse og gentage dets DNA.

Tiden det tager at afslutte cellecyklussen afhænger af celletypen og betingelserne . F.eks. Kræver de fleste humane celler hele 24 timer at dele sig, men nogle celler cykler hurtigt og deler sig meget hurtigere.

Forskere, der dyrker cellerne, der linjer tarmen i laboratoriet, ser nogle gange disse celler være komplette cellecyklussen hver ni til ti time!
Ser på interfase

Interfasedelen af cellecyklussen er meget længere end mitosedelen. Dette giver mening, fordi en ny celle skal absorbere de næringsstoffer, den har brug for for at vokse og replikere sit DNA og andre vigtige cellemaskiner, før den kan blive en stamcelle og opdele via mitose.

Delfasen af cellecyklussen inkluderer underfaser kaldet Gap 1 (G1-fase), Syntese (S-fase) og Gap 2 (G2-fase).

Cellecyklussen er en cirkel, men nogle celler forlader cellecyklussen midlertidigt eller permanent via Gap 0 (G0) fase. Mens cellen i denne delfase bruger sin energi på at udføre de opgaver, som celletypen normalt udfører, snarere end at dele eller forberede sig til at opdele.

Under G1- og G2-underfaserne vokser cellen større, gentages dens organeller og gør sig klar til at opdele i datterceller. S-fase
er DNA-syntese og -fasen. I løbet af denne del af cellecyklussen gengiver cellen hele DNA-komplementet.

Det danner også centrosomet
, som er det mikrotubulorganiserende center, som til sidst vil hjælpe cellen med at trække sig fra hinanden det DNA, der vil blive delt mellem datterceller.
Indtastning af S-fase

S-fasen er vigtig på grund af hvad der finder sted i denne del af cellecyklussen og også på grund af, hvad den repræsenterer.

Indtastning af S-fase (passering gennem G1 /S-overgangen) er et vigtigt kontrolpunkt i cellecyklussen, nogle gange kaldet restriktionspunktet
. Du kan tænke på det som pointet for ikke at vende tilbage til cellen, da det er den sidste mulighed for cellen at stoppe celleproliferation
eller cellevækst via celledeling. Når cellen er gået i S-fasen, er den bestemt til fuldstændig celledeling, uanset hvad.

Da S-fasen er det vigtigste kontrolpunkt, skal cellen stramt regulere denne del af cellecyklussen ved hjælp af gener og genprodukter , såsom proteiner.

For at gøre dette, er cellen afhængig af at holde en balance mellem pro-proliferative gener
, som opfordrer cellen til at dele sig, og tumorundertrykkende gener
, der arbejder for at stoppe celleproliferation. Nogle vigtige tumorundertrykkende proteiner (kodet af tumorundertrykkende gener) inkluderer p53, p21, Chk1 /2 og pRb. hele komplementet af DNA. For at gøre dette aktiverer cellen præ-replikationskomplekser for at fremstille replikationsoprindelse
. Dette er simpelthen områder af DNA'et, hvor replikation vil begynde.

Mens en simpel organisme som en enkeltcellet protist muligvis kun har en enkelt replikationsoprindelse, har mere komplekse organismer mange flere. For eksempel kan en gærorganisme have op til 400 replikationsoprindelse, mens en menneskelig celle kan have 60.000 replikationsoprindelser.

Humane celler kræver dette enorme antal replikationsoprindelser, fordi humant DNA er så lang. Forskere ved, at DNA-replikeringsmaskineriet kun kan kopiere ca. 20 til 100 baser pr. Sekund, hvilket betyder, at et enkelt kromosom vil kræve cirka 2.000 timer at replikere ved hjælp af en enkelt replikationsoprindelse.

Takket være opgraderingen til 60.000 replikationsoriginer , kan humane celler i stedet afslutte S-fasen i cirka otte timer.
DNA-syntese under S-fase

På replikationsstedsstederne er DNA-replikation afhængig af et enzym kaldet helikase
. Dette enzym afbryder den dobbeltstrengede DNA-helix - som den slags at pakke en lynlås op. Når hver af de to tråde er afviklet, bliver en skabelon til syntese af nye strenge bestemt til dattercellerne.

Den egentlige opbygning af de nye strenge med kopieret DNA kræver et andet enzym, DNA-polymerase
. Baserne (eller nukleotiderne), der omfatter DNA-strengen, skal følge den komplementære baseparringsregel. Dette kræver, at de altid binder på en bestemt måde: adenin med thymin og cytosin med guanin. Ved hjælp af dette mønster bygger enzymet en ny streng, der passer perfekt sammen med skabelonen.

Ligesom den originale DNA-helix er det nyligt syntetiserede DNA meget lang og kræver omhyggelig emballage for at passe ind i kernen. For at gøre dette producerer cellen proteiner kaldet histoner
. Disse histoner fungerer som spoler, som DNA'et svøber rundt, ligesom tråd på en spindel. Sammen danner DNA og histoner komplekser kaldet nukleosomer
.
DNA-korrekturlæsning i S-fase

Selvfølgelig er det vigtigt, at det nyligt syntetiserede DNA er et perfekt match til skabelonen, producerer en dobbeltstrenget DNA-helix identisk med originalen. Ligesom du sandsynligvis gør, når du skriver et essay eller løser matematikproblemer, skal cellen kontrollere sit arbejde for at undgå fejl.

Dette er vigtigt, fordi DNA'et til sidst vil kode for proteiner og andre vigtige biomolekyler. Selv et enkelt slettet eller ændret nukleotid kan gøre forskellen mellem et funktionelt genprodukt
og et, der ikke fungerer. Denne DNA-skade er en af årsagerne til mange menneskelige sygdomme.

Der er tre vigtige kontrolpunkter til korrekturlæsning af det nyligt replikerede DNA. Den første er replikeringskontrolstedet ved replikation gaflerne
. Disse gafler er simpelthen de steder, hvor DNA fjernes og DNA-polymerasen bygger de nye tråde.

Mens der tilføjes nye baser, kontrollerer enzymet også sit arbejde, når det bevæger sig ned ad strengen. Det eksonukleaseaktive sted
på enzymet kan redigere eventuelle nukleotider, der er føjet til strengen ved en fejl, og forhindre fejl i realtid under DNA-syntese.

De andre kontrolpunkter - kaldet SM checkpoint
og intra-S-fase checkpoint
- aktiver cellen til at gennemgå det nyligt syntetiserede DNA for fejl, der opstod under DNA-replikation. Hvis der findes fejl, stopper cellecyklussen, mens kinase og enzymer mobiliseres til stedet for at reparere fejlene.
Korrekturlæsning Fejlsikker