CICLO CELULAR Y MITOSIS

• Definición: Mecanismo celular por el cual una célula progenitora da origen a dos células hijas idénticas. Ha permitido crear desde células únicas, hasta tejidos multicelulares.

• Este proceso es importante para el funcionamiento normal de nuestros tejidos: Hay veces que el mecanismo falla, y puede producir cáncer. Esto se debe a una interrupción del proceso de la mitosis (en etapas iniciales del cáncer), y que luego permite la división de las células de manera anormal, lo que termina en un tumor (masa de células).

• Características:- Es efectivo para generar muchas copias de células en poco tiempo. Ej: Desarrollo embrionario - Los ritmos de la mitosis dependen de la especia, del tejido (tipo de célula), y del tiempo embrionario.

• Tiempos de regeneración:- Las células somáticas del humano tardan 24 horas- Las células del intestino dos veces al día- Los hepatocitos pueden tardar hasta un año en dividirse- Las neuronas NO se dividen- Embrión de una mosca cada 8 minutos

* La división celular ocurre en casi todas las células. En las neuronas no sigue ocurriendo, pero en algún momento ocurrió (desde una célula progenitora).

Ciclo celular: Conjunto ordenado de sucesos que conducen al crecimiento de la célula y la división en dos células hijas. Posee dos fases principales: Fase M e Interfase o fase I.

Los peces nacen con vitelo. Al inicio, el embrión de un pez son dos células con vitelo, pero luego esta célula se va dividiendo.

Se observa que las dos células son de mucho mayor tamaño que las que surgen. Esto se debe a que al inicio del desarrollo embrionario la célula se segmenta, cambiando su organización, pero sin crecimiento. (no cambia el volumen total)

El embrión humano:- No posee vitelo inicial, pues la nutrición se la entrega la

madre. - Es translucido- Posee elementos que rodean a la célula- Va de 1 célula, luego 2, 4, 8, 16, 32, etc.

*Para observar el material genético de una célula en un microscopio se pueden marcar las histonas.

Si el ciclo celular durara 24 horas:+ Interfase: 23 hrs

- G1 —> 10 hrs- S —> 9 hrs- G2 —> 4 hrs.

+ Fase M: 1 hrs.

Interfase: Fase en que la célula cumple su función fisiológica. Ocupa el 90% de la vida de una molécula. Se puede dividir en 3 estadíos:

• Fase G1 (GAP/GROWTH) —> Etapa caracterizada por el crecimiento. La célula duplica su tamaño, aumenta su numero de organelos y de cantidad de enzimas. En esta etapa hay 23 pares de cromosomas simples. (2n2c) (46 cromátidas en total)

• Fase S (síntesis) —> En ella ocurre la duplicación del ADN y proteínas asociadas. Esto quiere decir que se sintetiza otra cromátida en cada cromosoma. Es decir, habrán 23 pares de cromosomas dobles. (2n4c) (92 cromátidas en total).

• Fase G2 —> Acá hay un poco de crecimiento. Principalmente se sintetizan las proteínas necesarias para la formación del huso mitótico (ARNm).

¿Como reconocemos si está en mitosis o en interfase? En las células donde hay mitosis, el material genético se encuentra en cromosomas (ADN condensado y compactado). En cambio, en la interfase, el ADN está laxo y no forma cromosomas visibles.* Existen células que están en ‘’eterna’’ interfase. Estas células reciben el nombre de quiascentes, y

pasan a un estado llamado g0. Ejemplo: Neuronas

Control del ciclo celular: Surgen dos postulados, pero ahora se sabe cual es el más correcto:- CORRECTO: Las células poseen un reloj interno que hace que los procesos ocurran. Estas etapas no

están relacionadas entre sí, sino que, son procesos independientes. Es por eso que si ocurre un error en una fase, y éste no fue detectado por su punto de control, la mutación sigue corriendo, hasta que sea detectada.

- INCORRECTO: El que ocurra uno, permite que ocurra el otro.

Puntos de Control: 1. Al final de la fase G1, llamado punto de

control inicio:¿Es la célula lo bastante grande, aprox, el doble de su tamaño? (crecimiento celular)¿Es favorable el entorno para seguir con la fase S? (entorno de la célula)

2. A la entrada de la fase M¿Está todo el ADN replicado? (maquinaria de al realización del ADN)¿Es favorable el entorno? (ambiente)¿Es bastante grande? (crecimiento celular)

3. Durante la mitosis en metafase.¿Están todos los cromosomas alineados en el huso? (maquinaria de la mitosis)

Si no se cumplen los requisitos en el punto de control, se puede recurrir a APOPTOSIS si son errores no corregibles.

Evidencia  del  Ciclo  Celular

• Estudio  en  Levaduras  Saccharomyces  cerevisiae:  (unicelulares) -­‐  La  regulación  del  ciclo  celular  está  dado  por  dos  proteínas,  la  ciclina,  que  se  una  a    otra  proteína,  la  CdK,  (ciclina  dependiente  de  quinasa),  la  cual  actúa  solamente  cuando  está  unida  a  la  ciclina.  -­‐  Forman  un  complejo,  que  regula  el  ciclo  celular.-­‐  Este  complejo  fosforila  a  otras  proteínas.   -­‐  La  CdK  es  la  mismo  en  todas  las  especies  que  existen  ya  que  se  han  conservado  en  la  evolución.  -­‐  Un  complejo  que  actúa  en  la  división  celular,  promueve  la  entrada  a  mitosis,  llamado  Factor  Promotor  de  la  Mitosis  (FPM). *Si  tengo  una  Levadura  con  la  CdK  dañada,  puedo  meter  una  humana  y  restaurar  el  ciclo  celular  normal  y  viceversa.  

¿Cómo  actúa  el  complejo? -­‐  Las  ciclinas  son  proteínas  que  ciclan,  armándose  y  desarmándose  conforme  avance  el  ciclo.-­‐  Cuando  la  célula  se  va  a  dividir  (pasando  por  G2  a  M),  la  CdK  se  unirá  a  la  ciclina  M  (mitóNca),  formando  el  FPM,  actuando  a  diferentes  niveles  celulares  dando  el  visto  bueno  para  que  la  célula  se  divida.  -­‐  Previamente  hay  un  punto  de  control,  donde  la  ciclina  actúa,  acumulándose,  uniéndose  al  complejo,  y  permiNendo  la  división. -­‐  Al  dividirse  hay  otro  control  para  que  las  células  no  se  dividan  de  nuevo,  acá  esta  ciclina  M  se  degrada.  -­‐   Esta   CdK   no   fosforilada   se   une   a   otra   ciclina   en  G1,   y   pasa   el   punto   de   control   y   entra   en   la   siguiente   fase.   Se  fosforila  y  se  rompe  la  ciclina.   -­‐   Cuando   la   CdK   se  una   a  una   ciclina   específica   en  G1,   lo   que   le   permite   es   la  marca  del  ADN  para  que  entre   en  replicación.  El  ADN  pasa  por  todos  los  puntos  de  control,  pero  el  ADN  está  adentro  del  núcleo  y  cuando  el  ya  no  hay  control,  el  ADN  se  expone  para  la  división. -­‐  Cuando  actúa  la  ciclina  M,  le  da  otra  señal  al  DNA  en  la  metafase,  pero  este  complejo  cae    en  anafase,  ya  que  la  acNvidad  de  este  complejo  ya  no  es  importante  por  lo  que  se  degradan  las  proteínas  permiNendo  la    liberación  del  ADN  y  la  caída  en  la  ciclina  M,  parando  la  división  celular.*  Resumen:  dos  puntos  de  control,  uno  en  G1  donde  se  le  avisa  al  ADN  que  se  Dene  que  replicar  y  otro  en  Metafase,  donde  se  le  indica  que  pare  su  replicación.  

-­‐  Existen  factores  de  crecimiento  y  factores  del  entorno  (proteínas)  que  regulan  (inhiben  o  desinhiben)  las  CdK  para  que  actúe  y  se  una  a  específicas  ciclinas  y  permita  realizar  la  función  requerida.-­‐  Lo  que  pasa  en  la  fosforilación  es  que  la  CdK  al  fosforilarse  cambia  de  conformación  y  permite  la  unión  de  la  ciclinaFosforilación=  AcNvidad                UbiquiNnización=  degradación  de  proteínas  

GRAFICO  DE  CICLINAS Ciclina  B  —>  Mitosis  (única  importante),  empieza  a  acumularse  en  fase  S    

Ciclina  E  —>  Síntesis    

Ciclina  A  —>  G2    

Ciclina  D  —>  importante  en  todas  las  etapas  

-­‐  Esta  acumulación  de  CB  permite  a  la  célula  entrar  en  división.  

*Una  célula  quiescente  no  Dene  la  CB  acDvada.*Estos  procesos  están  regulados  entre  ciclinas,  no  por  sólo  una  ciclina  va  a  ocurrir  replicación  por  ejemplo.*400  Ciclinas  en  levaduras*  (por  esto  el  cáncer  es  diRcil  de  controlar)  

Control  del  ciclo  celular:  Células  somá@cas  vs  Cigoto  

-­‐  Cuando  se  une  el  complejo  cdc2-­‐ciclina  B,  (FPM)  se  acNva  un  antagonismo  de  una  proteína  llamada  Wee:    

CDK  +  Ciclina  —>  CDKciclina  inacNvo  —>  viene  una  quinasa  acNvador  y  una  proteína  llamada  Wee  

—>  Cada  una  le  agrega  un  fosfato,  uno  acNvador  y  otro  inhibidor  —>  se  quita  el  fosfato  inhibidor  (por  una  fosfatasa)  formando  el  complejo  acNvo.

-­‐  Sucede  que  la  Cdk-­‐ciclina  está  habitualmente  inhibida  por  fosforilación  mediante  la  proteína  Wee,  pero,  a  finales  de  G2,  se  acQva  una  fosfatasa  que  elimina  el  fosfato  inhibidor  y  permite  el  aumento  de  su  acQvidad.  Cdk-­‐M  inhibe  a  Wee  y  acQva  la  fosfatasa,  lo  que  produce  una  retroalimentación  posiQva  que  permite  la  acumulación  de  Cdk-­‐M. *Si  uno  se  Qene  una  mutación  en  wee,  podría  haber  tumor  

 

 Funciones  del  complejo  FPM,  fosforilando  proteínas  que  actúan  en:  

1.-­‐  Destruye   la   lámina  nuclear:   las  proteínas  de  malla   interna  que   lo  envuelve   y   permita   que   se   mantenga   compacto,   se   destruyen.Se  fosforila  la  lámina  nuclear.  

2.-­‐  Condensa  los  cromosomas,  fosforila  las  condensinas.    

3.-­‐  Permite  la  alineación  en  el  plano  ecuatorial.  

4.-­‐   Separa   las   cromáNdas,   fosforilando   las   cohesinas:   actúa   sobre  complejo  APC  (complejo  promotor  de  anafase),  que  manNene  unido  el   ADN.   Degrada   cohesinas,   permiNendo   la   segregación   de   las  cromáNdas  hermanas.

Diferencias  entre  una  célula  somá@ca  y  una  célula  embrionaria    

-­‐  La  fase  G1  y  G2  no  están  presentes  en  la  célula  embrionaria  (cigoto),  lo  que  hace  que  no  haya  crecimiento.-­‐  Las  células  embrionarias  pasan  muy  rápido  desde  la  fase  S  a  M,  NO  DUPLICANDO  SU  MASA.  -­‐  Hay  menos  control  sobre  la  replicación  y  en  mucho  menos  Nempo.  Esto  se  permite  debido  al  ovocito  que  entrega  la  madre,  que  viene  con  muchos  factores  y  nutrientes  necesarios  para  lograr  esta  acNvidad.  *  Huevo  de  salamandra:  1  millón  de  células  en  3  o  4  horas.

Fase  M:  Se  divide  en  6  estadios.  *células  que  entran  en  meiosis  son  células  de  un  ciclo  normal  celular  detenidas  en  G2  no  en  Profase  

Mitosis:  Cariocinesis,  división  del  núcleo  

Estrangulamiento  de  dos  células  hijas:  Citocinesis,  división  de  la  célula  

Cariocinesis  +  Citocinesis  =  Fase  M  

 

Profase  —>  La  envoltura  nuclear  comienza  a  desaparecer,  el  huso  mitoNco  empieza  a  formarse  (a  parNr  de  microtubulos  hechos  de  tubulina).  Los  centrosomas  (que  vienen  del  centriolo)  se  duplican  y   migran   a   los   polos,   formando   un   esbozo   de   huso.   El  citoesqueleto  se  rearregla  a  fin  de  generar  el  huso  mitóNco.    

-­‐  El  ADN  se  condensa  

Prometafase  —>  La  envoltura  nuclear  ya  desapareció.  Vemos  los  centrosomas  ya  en  cada  polo,  proyectando  el  huso  mitoNco  en  el  ecuador.    Se  forma  el  cinetocoro  (complejo  de  union  entre  la  tubulina  y  el  centrosoma).Los  cromosomas  comienzan  a  alinearse  en  el  ecuador.  (20  min)

 Hay  3  Npos  de  microtubulos +  Astrales  —>  Sin  cromosoma  hacia  el  polo +  Polares  —>  Sin  cromosomas  hacia  el  ecuador+  Microtubulos  cinetocóricos  —>  Unido  a  los  cromosomas  

 Metafase  —>  Los  cromosomas  se  alinean  en  la  placa  ecuatorial  y  se  unen  a  los  microtubulos  de  ambos  polos.  Otras  moléculas  actúan   sobre   la  Ciclina  B,  ubiquiNnizándola,   inacNvándola,   y   como  consecuencia,  desaparecen   las  proteínas  que  manNenen  unidos  a  los  cromosomas  (cohesinas). -­‐  Con  esto  más  la  tensión  ejercida  por  los  microtubulos,  las  cromáNdas  se  empiezan  a  retraer  a  los  polos  opuestos.  

Anafase   —>   Antes   de   anafase,   Deja   de   actuar   el   complejo  promotor  de  la  mitosis  (se  ubiquinisa  la  CB,  es  decir,  se  degrada  la  ciclina),  lo  que  hace  que  ya  no  se  una  el  cromosoma,  y  estos  migren  a  cada  polo.  Una  cromáNca  de  cada  cromosoma  a  cada  lado. -­‐  Las  cromáNdas  se  dirigen  a  cada  polo  de  la  célula  gracias  a  que  los  centrómeros  fueron  divididos  previamente.

  Telofase  —>   Los   cromosomas   se   reorganizan   en   ambos   polos,  luego  desaparecen  como  cromosomas  y  vuelven  a  ser  ADN  laxo.   -­‐  Reordenamiento  de  organelos.

***Citocinesis   —>Es   la   división   del   citoplasma,   se   reforma   el  nucléolo   y   la   cairota.   El   estrangulamiento   de   la   membrana   se  debe   a   un   anillo   contrácNl   de   acNna   que   genera   un   surco   de  segmentación  y  que  hace  que  el  citoplasma  se  divida.

Citoesqueleto -­‐  La  mitosis  la  regulan  las  ciclinas,  los  puntos  de  control  y  el  citoesqueleto  (microtubulos,  túbulos  de  acNna).*Cáncer:  se  irradia  células  para  que  no  se  dividan,  inhibiendo  los  microtubulos,  afectando  a  todo  Npo  de  células,  como  el  cabello,  que  es  abundante  en  tubulina,  por  eso  se  cae.*  Cuando  una  célula  va  a  entrar  en  un  estado  de  quiescencia,  la  célula  entra  en  G0.*  Las  neuronas  que  se  dividen  en  la  embriogénesis  pueden  entrar  en  G0.*Blástula  media:  se  empieza  a  silenciar  los  genes  comandantes  de  la  madre  y  empiezan  a  expresarse  los  del  cigoto  mismo.