”Ciclo celular, Etapas, Proteínas, Regulación y División Celular “

Henry Barazorda Puga.Ruth Maranura Uscamayta Mariño.

Introducción

El crecimiento y desarrollo de los organismos vivos depende del crecimiento y multiplicación de sus células, cuando una célula se divide la información genética contenida en su ADN debe duplicarse de manera precisa y luego las copias se transmiten a cada célula hija.

Consiste de interfase, mitosis y citocinesis. El lapso de tiempo requerido para completar un ciclo celular es el tiempo de regeneración

CICLO CELULAR

El Ciclo Celular es el conjunto de etapas cíclicas que permiten la división de una célula eucarionte, la cual necesita la duplicación previa de sus organelos y material genético para que de la división resulten dos células hijas con igual cantidad de éstos

Cada tipo celular cumple con sus funciones específicas durante la mayor parte de su vida, creciendo gracias a la asimilación de materiales provenientes de su ambiente y con ellos sintetiza nuevas moléculas por medio de complejos procesos regulados por su material genético

CICLO CELULAR

ETAPAS Y CARACTERÍSTICAS

Etapa G1: Esta etapa de la división celular es la más variable en duración. Las células hijas recientemente originadas presentan una gran actividad metabólica produciéndose un aumento acelerado del tamaño celular.En este período se observa, una gran síntesis de ARNm como así también ARNt y ARNr. Estos ácidos serán utilizados para la síntesis de proteínas estructurales, para la construcción y o aumento de los organoides, como así también la producción de enzimas necesarias para dicha síntesis. Durante este período también se sintetizan las enzimas que serán utilizadas en la etapa siguiente, es decir en la duplicación del ADN, como así también moléculas precursoras de los ácidos nucleicos.

Etapa S: El período S o de síntesis de ADN tiene como característica fundamental la síntesis de nuevo material genético, para que las células hijas tengan la misma dotación.

Etapa G2: En esta fase, ya con el ADN duplicado, la célula ensambla las estructuras necesarias para la separación de las células hijas durante la división celular y la citocinesis (separación del citoplasma).

Etapa M: Durante M, la envoltura nuclear se desintegra, la cromatina se condensa en forma creciente hasta ser visible los cromosomas al microscopio óptico.

La fase G0 (G sub cero) o el cero de G es un período en el ciclo de una célula en donde las células existen en un estado quieto.

La fase G0 es visto como la fase de G1 ampliada donde la célula ni se divide, ni se dispone a dividirse y/o como una etapa distinta quieta que ocurre fuera del ciclo de célula.

G0 a veces es mencionado como un estado de "Post-Mitótico" ya que las células en G0 están en una fase que no se divide fuera del ciclo de célula; algunos tipos de células (como neuronas y células de músculo de corazón) cuando alcanzan la madurez (es decir, cuando están terminalmente diferenciados) se hacen post-mitóticos (entran la fase de G0) pero sigue realizando sus funciones principales para el resto de la vida del organismo.

Las células musculares poli-nucleadas que no sufren Citocinesis a menudo son consideras como células en fase G0.

PROTEÍNAS REGULADORAS DEL CICLO CELULAR

1. Las ciclinas: proteínas que controlan la actividad de sus proteinquinasas dependientes. La concentración de ciclinas varía en forma cíclica, aumentando o disminuyendo durante el transcurso del ciclo celular. En los mamíferos existen 6 ciclinas como mínimo, denominadas A, B, C, D, E y F, pero nosotros las clasificaremos como ciclinas de G1 y ciclinas mitóticas.

2. Las quinasas dependientes de ciclinas (CDK):

A diferencia de la concentración de ciclinas, la concentración de CDK se mantiene durante todo el ciclo celular.

Las CDK se activan sólo cuando se unen a las ciclinas para formar complejos, por lo que requieren un nivel umbral para desencadenar la transición a la fase siguiente del ciclo celular.

PROTEÍNAS REGULADORAS DEL CICLO CELULAR

3. El Complejo Promotor de la Anafase (APC) y otras enzimas proteolíticas.

El APC desencadena los eventos que conducen a la destrucción de las cohesinas, permitiendo a las cromátidas hermanas separarse e iniciando la

degradación de las ciclinas mitóticas.

PROTEÍNAS REGULADORAS DEL CICLO CELULAR

4. p53 .Es una proteína que funciona bloqueando el ciclo celular si el ADN está dañado. Si el daño es severo esta proteína puede causar apoptosis (muerte celular). Los niveles de p53 están incrementados en células dañadas. Esto otorga tiempo para reparar el ADN por bloqueo del ciclo celular. Una mutación de la p53 es la mutación más frecuente que conduce al cáncer. 5.p27 Es una proteína que se une a ciclinas y KdC bloqueando la entrada en fase S. Investigaciones recientes la prognosis del cáncer en el ceno está determinado por los niveles de p27. Reducidos niveles de p27 predicen un mal resultado para los pacientes de cáncer en el seno.

PROTEÍNAS REGULADORAS DEL CICLO CELULAR

REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR

Hay una regulación extracelular y una regulación intracelular.Regulación intracelularEl control interno del ciclo celular está a cargo de proteínas.Resumiendo, el paso ordenado por cada una de las fases del ciclo celular, está altamente regulado por: los complejos cdk-ciclinas, sus inhibidores, entre otras proteínas.

se postularon cuatro puntos en los que se controla a la célula y al medio extracelular, Estos cuatro puntos son: un punto de restricción y tres puntos de control.

a. Punto de restricción

El punto de restricción se encuentra casi al final de G1.. Los responsables intracelulares del paso a través de este punto, son los complejos cdk4 y cdk6 –ciclina D, que “liberan” al factor de transcripción E2F de la proteína Rb (proteína del Retinoblastoma), las cdk tienen que fosforilar al Rb para que libere a E2F.. El E2F estimula la síntesis de: cdk2 y ciclina E (necesarios para el progreso de G1 a S).La p16 inhibe la unión de la cdk y la ciclina, se interpone entre ellos, por lo que son inactivos.

La acción de la p16 tiene que ver con el medio extracelular, pues se sabe que si no existen suficientes señales del exterior (mitógenos, factores de crecimiento, nutrientes, etc.)p16 y p27 tienden a acumularse, por lo que se hacen muy activos. La fosfoproteína p27 es una CIP, y su importancia radica en que no sólo se encarga de suprimir la actividad de los complejos cdk-ciclinas activos en los primeros dos puntos de control, sino que además, ayuda a retirar a la célula del ciclo celular llevándola a G0.

Puntos de control

Primer punto de controlse encuentra justo después del punto de restricción, aún en G1. En general podríamos decir que el primer control se encarga de: revisar las condiciones del medio, buscando factores

externos que induzcan el progreso del ciclo celular, revisar que la célula haya crecido lo suficiente que el material genético esté intacto. La búsqueda de

factores externos es muy importante, pues éstos estimulan la síntesis de proteínas como algunas cdk’s y ciclinas, y sin estas, la continuación y el control del ciclo celular serían imposibles

Participan en este puesto, el complejo cdk2-ciclina E, que como los implicados en el punto de restricción, también se encarga de inactivar a Rb y de favorecer el trabajo de E2F para que estén listas las enzimas necesarias para comenzar la síntesis de ADN en la fase S.Los encargados de la inhibición en este punto de control son un factor de transcripción y una CIP: la p53 y la p21, en ese orden. La p53 es uno de los más conocidos supresores de tumores,

Fase sin punto de control La fase S no tiene como tal un punto de control, sin embargo es indispensable la presencia del complejo cdk2-ciclina A para que la síntesis de ADN se lleve a cabo.

Segundo punto de control

El segundo punto de control se encuentra al final de G2. Los complejos cdk1- ciclina A y ciclina B permiten el paso a través de este punto. En conjunto la actividad de estos dos complejos se denominó Factor Promotor de la Mitosis (MPF).A grandes rasgos, el segundo punto de control se encarga de revisar: 1) que el material genético se haya duplicado completamente, 2) que el material genético no tenga errores y3) que el medio extracelular sea adecuado.Se sabe que una vez activado el complejo cdk-ciclina, éste se encarga de llevar a cabo tareas indispensables durante las primeras subfases de la mitosis. los complejos cdk1-ciclina A y ciclina B, se encargan de inducir el ensamble del huso mitótico y en parte de asegurarse de que los cromosomas se unan a éste. Se encarga además: de iniciar la condensación del material genético ,activando un grupo de proteínas conocidas como condensinas, de desensamblar la envoltura nuclear fosforilando las láminas nucleares, de armar nuevamente el citoesqueleto celular y de la reorganización del aparato de Golgi y el retículo endoplasmático.

Tercer punto de control

Este último punto de control se encuentra en la fase M, entre la metafase y la anafase. Se encarga de revisar que todos los cromosomas se hayan unido al huso mitótico. Si detecta que uno de los cinetocoros no se encuentra unido, manda una señal negativa al sistema de control bloqueando la activación de proteínas implicadas en la separación de las cromátidas hermanas. Específicamente inactiva al conjunto APC- cdc20, lo que inhibe la liberación de la separasa, impidiendo que las cromátides hermanas se separen hasta que la señal desaparezca.

Control extracelular del ciclo celular

La forma y el tamaño de un organismo están definidos por los tres procesos fundamentales que dan forma y tamaño al individuo: el crecimiento celular, la muerte celular y la proliferación celular.

Apoptosis

La forma y el tamaño de un organismo están definidos por los tres procesos fundamentales que dan forma y tamaño al individuo: el crecimiento celular, la muerte celular y la proliferación celular.La apoptosis a diferencia de la necrosis es un proceso ordenado, la célula muere “limpiamente” sin dañar a sus células vecinas con el contenido de su citoplasma

La maquinara intracelular de la apoptosis depende de una familia de proteasas llamadas caspasas que cortan a la proteína blanco en residuos de aspartato. Las caspasas se encuentran en las células en forma inactiva (procaspasas) las cuales son activadas por un corte proteolítico.Las caspasas cortan proteínas clave en la célula como la laminina que al romperse desintegra la membrana nuclear y degradan a la enzima que inactiva a la DNAsa ocasionando la degradación del material genético.

Mitosis y meiosisProcesos de división celular

Actividad celular

Una célula crece mientras realiza sus funciones propias, pero alcanza un tamaño

que no es práctico para funcionar, por lo que se divide para producir 2 células de

tamaño menor.

Mitosis

Proceso “normal” de división celular:Ocurre en todas las células del cuerpo (somáticas y germinales)

Resulta en 2 células hijas genéticamente idénticas

Membrana nuclear

Centriolos

centrómero

Cuando realiza sus funciones normales, la célula no se está dividiendo; está en interfase. Los cromosomas (cromatina) son filamentosos y no aparentes.

Durante la interfase, como preparación para la mitosis que se acerca, los cromosomas se duplican (2n4n), pero el número de cromosomas se mantiene

sin cambio (4c, asumiendo una célula de 4 cromosomas).

Fases de la mitosis

Membrana celular

Cromosomas

Interfase

Mitosis: profase

Durante la profase, ocurren 3 cambios principales: 1.Los cromosomas comienzan a condensarse, haciéndose aparentes (4c).2.La membrana nuclear se desintegra.3.Los centriolos se separan y acomodan microtúbulos para forman el “huso acromático”.

ProfaseInterfase

Mitosis: metafaseInterfase Profase Metafase

Durante la metafase, ocurren 2 cambios principales:

1.Los cromosomas continúan su condensación, y es cuando se observan mejor (4c).

2. Los cromosomas se acomodan en el “ecuador” del huso acromático

Mitosis: anafase

Durante la anafase, ocurren 3 cambios principales:

1.Los cromosomas se separan por el centrómero, de modo que cada mitad se convierte en un cromosoma de célula hija (4n2n, 4c).

2.Los nuevos cromosomasson jalados hacia polos opuestos del huso acromático por los túbulos.

3.La membrana celular comienza a dividirse para separar el citoplasma en 2.

Interfase Profase Metafase Anafase

Durante la telefase (o telofase), ocurren 4 cambios principales: 1.Los cromosomas se descondensan y vuelven a ser filamentosos (4c).

2.El huso acromático desaparece, quedando solo el centriolo.

3.Se vuelve a formar la membrana nuclear.

4.La membrana celular termina su división formando las 2 células hijas; los organelos celulares se duplican.

Interfase Profase Metafase Anafase Telefase

Final de la mitosisInterfase Profase Metafase Anafase Telefase Interfase

2n4n 4n2n 2n

Al completarse la mitosis, quedan 2 células hijas en interfase. Se reinicia la actividad propia de la célula y comienza a crecer.

El número de cromosomas siempre se mantuvo igual (4c).La cantidad de ADN se duplicó temporalmente (2n4n 2n) para que al final

quedara igual que en la célula madre.

MeiosisProceso especial de división

celular:Ocurre solamente en las células

germinales, durante las últimas 2 divisiones que dan lugar a los

gametos (óvulo o espermatozoide).

Después de las 2 divisiones, resulta en 4 células hijas que no son genéticamente idénticas a la

célula madre, ni entre sí.

Fases de la meiosis

La primera división (meiosis I) comienza igual que una mitosis:Durante la interfase, como preparación para la división que se acerca, los cromosomas se duplican (2n4n), pero el número de cromosomas

se mantiene sin cambio (4c). Aquí se ilustran los cromosomas aparentes, pero aún no lo son.

Interfase

Meiosis: leptotenoInterfase

La profase de la primera división (profase I) presenta los mismos cambios que la de la mitosis, pero se subdivide en 5 subfases, que se definen por

el aspecto del los cromosomas.Durante el leptoteno (leptos=delgado, teno=cinta), los cromosomas todavía

están muy delgados (la condensación apenas empieza).

Leptoteno

Profase I

Meiosis: cigotenoInterfase

Leptoteno

Profase I

Cigoteno

Durante el cigoteno (cigoto=unión de 2), los cromosomas homólogos (el paterno y materno de cada par) se aparean en toda su longitud, lo que permitirá que se intercambien algunos segmentos de ADN.La condensación también continúa, por lo que tienden a verse más gruesos.

Meiosis: paquitenoInterfase

Leptoteno

Profase I

Cigoteno

Durante el paquiteno (paqui=grueso), los cromosomas homólogos apareados (tétradas) continúan su condensación, observándose más gruesos que en las subfases anteriores; continúa el intercambio de ADN.

Paquiteno

Meiosis: diplotenoInterfase

Leptoteno

Profase I

Cigoteno Paquiteno

Durante el diploteno (diplo=doble), los cromosomas homólogos apareados comienzan a separarse en las porciones que no se intercambiaron, dando la apariencia de una duplicación de la tétrada.

Diploteno

Meiosis: diacinesisInterfase

Leptoteno

Profase I

Cigoteno Paquiteno Diploteno Diacinesis

Durante la diacinesis (dia=opuesto, cinesis=movimiento), los cromosomas homólogos continúan su separación, y quedan unidos solo en el punto de intercambio de segmentos (sinapsis).Con la diacinesis termina la profase I, de modo que también ocurren los otros eventos descritos en la profase de la mitosis (disolución de la membrana nuclear e inicio de la formación del huso acromático).

Meiosis: metafase IInterfase

Leptoteno

Profase I

Cigoteno Paquiteno Diploteno Diacinesis

Metafase I

La metafase I es idéntica a la de la mitosis: los cromosomas (en este caso apareados) se acomodan en el “ecuador” del huso acromático.

Meiosis: anafase IInterfase Profase I Metafase I

Anafase I

Durante la anafase I, los cromosomas se dividen para ir a polos opuestos del huso. Sin embargo, la división de cromosomas es diferente a la mitótica: en vez de que se separe el centrómero, la división consiste en la separación del par de cromosomas, rompiéndose la sinapsis y reparándose los filamentos de ADN para que queden los cromosomas.

leptoteno DiplotenoMeiosis

Anafase IMitosis

Meiosis: telefase IInterfase Profase I Metafase I

La telefase I es similar a la telefase mitótica: desaparece el huso acromático y la célula se divide. Las 2 células hijas no entran en interfase, sino que continúan directamente a la segunda meiosis (meiosis II), por lo que los cromosomas no se descondensan.

Al terminar la meiosis I, se puede decir que las células hijas son diploides (2n) por el contenido de ADN, pero el número de cromosomas se ha reducido a la mitad (4c2c); cada cromosoma es doble

Anafase I Telefase I

Meiosis: profase II Interfase Profase I Metafase I

Anafase I Telefase I Profase II

La profase II es muy corta: no hubo descondensación cromosómica ni formación de

membrana nuclear.

Solo se vuelve a formar el huso acromático.

Meiosis: metafase IIInterfase Profase I Metafase I

Anafase I Telefase I Profase II

La metafase II también es muy corta; es idéntica a la metafase mitótica: los cromosomas se acomodan en el ecuador del huso acromático.

Metafase II

Meiosis: anafase IIInterfase Profase I Metafase I

Anafase I Telefase I Profase II Metafase II Anafase II

La anafase II es idéntica a la anafase mitótica: los cromosomas se dividen en su centriolo, y los “brazos” (cromosomas sencillos) se van a polos opuestos del huso acromático.

Meiosis: telefase IIInterfase Profase I Metafase I

Anafase I Telefase I Profase II Metafase II Anafase II Telefase II

Con la telefase II se completa la segunda división. Se desintegran los husos acromáticos y se forman membranas nucleares.

Meiosis: telefase IIInterfase Profase I Metafase I

Anafase I Telefase I Profase II Metafase II Anafase II Telefase IIGametos

Las 4 células resultantes de la meiosis II son células terminales especializadas que pierden la capacidad de dividirse. Su función, al ser gametos, será la de unirse a un gameto del sexo opuesto para reestablecer el número diploide (2n) de cromosomas; el cigoto resultante será otra vez capaz de dividirse por mitosis.

Meiosis: células genéticamente diferentes

4 gametos diferentesCélula madre

Ploidía2n

Cromosomas4c

n

2c

Debido a que ocurren 2 divisiones seguidas sin duplicación intermedia del ADN, y a la forma en que se mantiene el cromosoma doble al terminar la meiosis I, el resultado de todo el proceso es el de obtener células con la mitad de los cromosomas.

Además, debido al intercambio de segmentos entre cromosomas homólogos, las 4 células son diferentes entre sí.

Anomalías numéricas y estructurales en la meiosis. Durante la meiosis debe ocurrir la correcta separación de los cromosomas, en caso contrario se pueden presentar diferentes anomalías: La no disyunción cromosómica consiste en la falta de separación de cromosomas homólogos o en cromátides hermanas; se presenta durante la primera o la segunda división meiótica de las células germinales y puede afectar a cromosomas autosómicos y a los cromosomas sexuales. Las células hijas pueden recibir 24 o 22 cromosomas, en lugar de recibir 23 cada una; de esta manera al ocurrir la fecundación con un gameto normal se produce un individuo con 47 cromosomas (trisomía) o con 45 cromosomas (monosomía).

Anomalías numéricas y estructurales en la meiosis.

La traslocación consiste en la ruptura de un fragmento de un cromosoma y la posterior unión del fragmento a otro cromosoma. Se pueden presentar de manera balanceadas, la ruptura y unión entre los cromosoma, que ocurre sin pérdida de material genético esencial y los individuos pueden tener apariencia normal, mientras que en el caso de las no balanceadas, se pierde parte del cromosoma con la aparición de un fenotipo alterado, por ejemplo las ocurridas entre los brazos largos de los cromosomas 14 y 21, una de las causas de síndrome de Down. Las traslocaciones más comunes ocurren entre los cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22.

Significado biológico de la meiosis. A nivel genético. El sobrecruzamiento da lugar a nuevas combinaciones de genes en los cromosomas, es responsable de la recombinación genética. Por otra parte, cada una de las cuatro células finales dispone de un conjunto de n cromátidas que no es idéntico al de las otras. Tanto el sobrecruzamiento como el reparto de las cromátidas dependen del azar y dan lugar a que cada una de las cuatro células resultantes tenga una colección de genes diferentes. Estas colecciones de genes se verán más adelante sometidas a las presiones de la selección natural de tal forma que solamente sobrevivirán las mejores. A nivel genético, la meiosis es una de las fuentes de variabilidad de la información.

A nivel celular

La meiosis da lugar a la reducción cromosómica. Las células diploides se convierten en haploides. A nivel orgánico

Las células haploides resultantes de la meiosis se van a convertir en las células sexuales reproductoras: los gametos o en células asexuales reproductoras: Las esporas. La meiosis es un mecanismo directamente implicado en la formación de gametos y esporas. En muchos organismos los gametos llevan cromosomas sexuales diferentes y son los responsables de la determinación del sexo, en estos casos la meiosis está implicada en los procesos de diferenciación sexual.

MITOSIS MEIOSIS

A nivel genético

Reparto exacto del material genético.Segregación al azar de los cromosomas homólogos y

sobrecruzamiento como fuente de variabilidad genética.

A nivel celular

Como consecuencia de lo anterior se forman células genéticamente iguales.

Produce una reducción del juego decromosomas a la mitad exacta de los

cromosomas homólogos

A nivel orgánico

Se da este tipo de división en losorganismos unicelulares para su

reproducción asexual y en pluricelularespara su desarrollo, crecimiento y la reparación y

regeneración de tejidos y órganos.

Sirve para la formación de las célulasreproductoras sexuales: los gametos, o

las células reproductoras asexuales: las esporas.

Diferencia entre mitosis y meiosis