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ciclo celular, Apuntes de Biología Celular

Asignatura: Biología Celular e Histología, Profesor: Antonio Antonio, Carrera: Biología, Universidad: UAM

Tipo: Apuntes

2013/2014

Subido el 25/10/2014

biologamnl95
biologamnl95 🇪🇸

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CICLO CELULAR
Es la sucesión de eventos que van a llevar a la célula a un proceso de división en dos células hijas. A este
conjunto de fenómenos es lo que denominamos ciclo celular.
El ciclo celular se divide en dos etapas:
Interfase: Si suponemos que el ciclo vital de la célula es de 24 horas, la fase de interfase duraría
23 horas y la mitosis 1 hora.
G1: Pueden durar entre 8 y 10 horas
S: Pueden durar entre 8 y 10 horas
G2: Aproximadamente 3 horas.
Mitosis
Los fenómenos tienen que ocurrir en una secuencia adecuada. No se puede dividir la célula antes de
duplicar el ADN por ejemplo.
Los fenómenos solo tienen que ocurrir una vez, tienen que estar regulados.
Los procesos han de ocurrir de forma correcta.
FASES:
G1: Ocurre inmediatamente después de que la célula se ha dividido. Ocurren fenómenos de
crecimiento hasta alcanzar el tamaño correcto de la célula. Actividad metabólica intensa. Las
células que están en etapa de G1 pueden salir del ciclo celular y salir a una etapa que se
denomina G0, donde no se prepararan para dividirse, sino para diferenciarse. La célula se va
a especializar en una función concreta y esta diferenciación conlleva una serie de cambios
morfológicos y además pone en marcha una serie de mecanismos y una expresión de genes
específica para realizar esa función. Normalmente estas células quedan permanentemente
fuera del ciclo celular pero existen algunas células que si pueden introducirse de nuevo en
ciclo celular (células madre, no tienen una diferenciación muy grande, suelen estar en reposo
y pueden entrar de nuevo en un ciclo de proliferación). Otras células diferenciadas que
pueden introducirse de nuevo en el G1 son los fibroblastos.
S: Síntesis de ADN, la célula va a duplicar el ADN. La célula tiene que regular que los
fenómenos solo ocurran una vez, como por ejemplo la duplicación del ADN. En los orígenes
de replicación se ensambla un complejo prereplicativo (este proceso ocurre en la G1). Una
vez que el ADN se ha replicado, estos orígenes desaparecen de tal forma que nunca podrá
ocurrir este fenómeno de nuevo.
Cada hebra de ADN se va a replicar de forma conservativa, obteniendo así dos hebras de
ADN que denominamos cromátidas hermanas. Estas se encuentran asociadas entre sí. A
medida que se replica el ADN se van asociando a estas hebras de ADN hijas unas proteínas
(coexinas) que mantienen la asociación entre las dos hebras.
Duplicación del centrosoma, se sintetizan dos centriolos nuevos y aumenta la cantidad de
material pericentriolar
G2: La célula comprueba que todos los eventos que han ocurrido lo han hecho de forma
correcta. Se comprueba que el ADN se encuentra en perfectas condiciones. Es una fase de
control. Si todos estos eventos están en orden la célula podrá pasar de la etapa G2 a mitosis.
FENÓMENOS DE REGULACIÓN.
Para regular la sucesión de eventos y que ocurran de forma adecuada van a participar una serie de
complejos proteicos.
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CICLO CELULAR

Es la sucesión de eventos que van a llevar a la célula a un proceso de división en dos células hijas. A este conjunto de fenómenos es lo que denominamos ciclo celular. El ciclo celular se divide en dos etapas:

  • Interfase: Si suponemos que el ciclo vital de la célula es de 24 horas, la fase de interfase duraría 23 horas y la mitosis 1 hora.
    • G1: Pueden durar entre 8 y 10 horas
    • S: Pueden durar entre 8 y 10 horas
    • G2: Aproximadamente 3 horas.
  • (^) Mitosis

Los fenómenos tienen que ocurrir en una secuencia adecuada. No se puede dividir la célula antes de duplicar el ADN por ejemplo. Los fenómenos solo tienen que ocurrir una vez, tienen que estar regulados. Los procesos han de ocurrir de forma correcta.

FASES:

  • (^) G1: Ocurre inmediatamente después de que la célula se ha dividido. Ocurren fenómenos de crecimiento hasta alcanzar el tamaño correcto de la célula. Actividad metabólica intensa. Las células que están en etapa de G1 pueden salir del ciclo celular y salir a una etapa que se denomina G0, donde no se prepararan para dividirse, sino para diferenciarse. La célula se va a especializar en una función concreta y esta diferenciación conlleva una serie de cambios morfológicos y además pone en marcha una serie de mecanismos y una expresión de genes específica para realizar esa función. Normalmente estas células quedan permanentemente fuera del ciclo celular pero existen algunas células que si pueden introducirse de nuevo en ciclo celular (células madre, no tienen una diferenciación muy grande, suelen estar en reposo y pueden entrar de nuevo en un ciclo de proliferación). Otras células diferenciadas que pueden introducirse de nuevo en el G1 son los fibroblastos.
  • S: Síntesis de ADN, la célula va a duplicar el ADN. La célula tiene que regular que los fenómenos solo ocurran una vez, como por ejemplo la duplicación del ADN. En los orígenes de replicación se ensambla un complejo prereplicativo (este proceso ocurre en la G1). Una vez que el ADN se ha replicado, estos orígenes desaparecen de tal forma que nunca podrá ocurrir este fenómeno de nuevo. Cada hebra de ADN se va a replicar de forma conservativa, obteniendo así dos hebras de ADN que denominamos cromátidas hermanas. Estas se encuentran asociadas entre sí. A medida que se replica el ADN se van asociando a estas hebras de ADN hijas unas proteínas (coexinas) que mantienen la asociación entre las dos hebras. Duplicación del centrosoma, se sintetizan dos centriolos nuevos y aumenta la cantidad de material pericentriolar
  • G2: La célula comprueba que todos los eventos que han ocurrido lo han hecho de forma correcta. Se comprueba que el ADN se encuentra en perfectas condiciones. Es una fase de control. Si todos estos eventos están en orden la célula podrá pasar de la etapa G2 a mitosis.

FENÓMENOS DE REGULACIÓN.

Para regular la sucesión de eventos y que ocurran de forma adecuada van a participar una serie de complejos proteicos.

Son complejos formados por proteínas que se denominan CDK que vienen de (kinasas dependientes de ciclina).Se forma entonces una serie de complejos proteicos CDK + CICLINA, este es el que pone en marcha los distintos eventos del ciclo celular. Existen diferentes tipos de estos complejos que se unen a cada fase del ciclo celular. Reciben el nombre de ciclina porque van progresivamente activándose, una se activa y luego decae, mientras tanto otra proteína se activa. Se produce un efecto dominó. Una serie de fenómenos hacen que se activen los siguientes, así progresivamente. Estos fenómenos son irreversibles, no hay vuelta atrás. Si una célula en G1 decide dividirse no podrá volver al principio.

FUNCIONAMIENTO DEL COMPLEJO CDK

La proteín-kinasa, se puede regular positiva y negativamente. Positivamente, para poder funcionar necesita estar asociada a la ciclina y también por la fosforilación de la CDK, todo ello desemboca en su activación. De forma negativa, se puede fosforilar en otras zonas o cuando se le asocia una proteína inhibitoria que se denomina CKI.

TIPOS DE COMPLEJOS.

  • G1 CDK 4’6/ CICLINA D CDK 2 / CICLINA E
  • S CDK 2 / CICLINA A
  • G2 CDK 2 / CICLINA A
  • M CDK 1 / CICLINA B

PROCESO DE REGULACIÓN.

El primer evento que se pone en marcha es el de tomar la decisión de que la célula se va a dividir y esa decisión se toma en el G1 y lo domina el CDK 4’6 /CICLINA D. Después de que la célula ha crecido llega a un punto que se denomina punto de restricción, es un punto que ninguna célula va a sobrepasar al no ser que le llegue una información exterior que le diga que ya se puede dividir, esa información llega por medio de un mensajero químico que se denominan factores de crecimiento o mitógenos. Si la célula no recibe ese estímulo esa célula no se dividirá jamás. Cuando recibe el mesajero se pone en marcha una cascada de trasducción (a través de proteínas G, hormonas esteroideas…) esto supondrá que se sintetice el CDK 4’6 / CICLINA D. El punto de restricción está dominado por una proteína denominada retinoblastoma (actúa como inhibidor de transcripción de algunos genes muy específicos, las ciclinas). Mientras esta proteína está activa, no se producirán ciclinas, lo que conlleva a que la célula no continuará en el proceso de división celular. Para que la célula pueda desactivar el retinoblastoma necesita la llegada de un mensajero químico. El mensajero químico que llega a la célula va a inducir la síntesis de CICLINA- D (forma un complejo con la cdk4/6). Este complejo va a llevar a cabo la fosforilación del retinoblastoma. De esta forma el retinoblastoma se inactiva, dando lugar a la síntesis de CICLINAS- E. Esta ciclina va a producir el cdk2/ ciclina E, de esta forma la célula puede entrar en la etapa S.

Eliminación de las membranas interdigitales. Eventos morfológicos de la apoptosis:

  • Fragmentación del ADN
  • Fragmentación de la lámina nuclear
  • Fragmentación del núcleo
  • Fragmentación del citoesqueleto: la célula pierde su forma y la adhesión con las otras células.
  • Cambios en la asimetría de la membrana: la permeabilidad de la membrana se va a distorsionar (se hace mucho más permeable) y además se pierde la asimetría (la fosfatidil-serina, hemimembrana interna parte de esta fosfatidil-serina queda expuesta hacia el exterior celular) ello constituye un mecanismo de señalización, dando a entender que esa célula está en proceso de apoptosis.
  • Vesiculación de la membrana: Formando los cuerpos apoptóticos (que serán fagocitados por otras células)
  • Fragmentación de la célula
  • Fagocitosis por los macrófagos

CASPASAS. Son ejecutores de los cambios celulares. Son enzimas capaces de degradar gran cantidad de componentes celulares. Ellas mismas degradan estos componentes o bien activan otras enzimas que las degradan. Pueden inducir la activación de la DNAasa

¿Cómo se pone en marcha el fenómeno de apoptosis? Hay dos formas: Un mecanismo que viene desde dentro de la célula generado por la detección de problemas en el funcionamiento normal de la célula (por ejemplo ruptura del ADN), también se puede detectar que la célula está envejecida. De esta forma se pone en marcha una ruta de activación llevada a cabo por la propia célula. También se lleva a cabo una ruta de activación extrínseca (otra célula detecta que una célula en concreto necesita entrar en apoptosis) RUTA DE ACTIVACIÓN INTRÍNSECA: Uno de los actores principales en el fenómeno de apoptosis es la mitocondria. Activación de las caspasas. La mitocondria tiene una proteína que va a ser necesaria para activar las caspasas (las caspasas se encuentran en el citoplasma), en el espacio intermembrana de la mitocondria encontramos el citocromo – C que va a ser liberado hacia el citosol. Para que esto ocurra es necesario que se abra un poro en la membrana externa de la mitocondria, de ello se encargan una familia de proteínas denominadas BCL-2 (BAX, BAK, PUMA). En una situación normal la proteína BCL-2 está activa impidiendo que las BAX, BAK y PUMA abran el poro. Cuando se inicia el proceso de apoptosis la bcl-2 se inactiva. Una vez que el citocromo – c está en el citosol, este interacciona con el APAF-1 formando una estructura que se denomina apoptosoma. El apoptosoma va a activar a una caspasa (concretamente a la caspasa -9). El complejo apoptosoma + caspasa9 va a activar a la procaspasa 3 transformándola en caspasa 3 que es el que lleva a cabo los (eventos morfológicos de la apoptosis) RUTA DE ACTIVACIÓN EXTRÍNSECA: La mitocondria no tiene el papel principal. Se activan las caspasas. Llega un mensajero químico a la superficie celular y en la superficie celular lo va a recibir un receptor de superficie denominado FAS. Este va a poner en marcha la activación de las caspasas (concretamente la caspasa 8) y esta activa directamente a la caspasa 3 Se produce la confluencia de las dos vías Hay otros receptores capaces de activar esta vía (como por ejemplo TNFr).

MITOSIS

FASES:

  • (^) Profase: Es la primera etapa de la mitosis. La célula ya tiene duplicado su ADN y por lo tanto todos los cromosomas que aparecen en el núcleo tienen dos cromátidas unidas mediante cohesinas. El centrosoma también se encuentra duplicado Los demás orgánulos se encuentran distribuidos de forma habitual. Una vez que entra en profase la morfología de la célula va a cambiar:
  1. Se produce la condensación de la cromatina (se produce por la fosforilación de histonas, la H (cdk1/C-B) y H3 (Aurora B)) Hay otro factor que interviene en la condensación de la cromatina, las CONDENSINAS, de esta manera los cromosomas se hacen mucho más visibles.
  2. Los centriolos se van a separar, cada uno migra hacia polos opuestos de la célula. Los microtúbulos se van a hacer mucho más inestables. Esta inestabilidad junto con una reorganización del resto de los componentes del citoesqueleto hace que los orgánulos se dispersen por el citoplasma y que la célula cambie su morfología (la célula se vuelve redondeada)
  • Prometafase:
    1. La envoltura nuclear se desorganiza, y esto viene producida por la desorganización de la lámina nuclear (laminas, que se fosforilan por el complejo CDK1/CLICLINA B). Los cromosomas van a quedar dispersos por el citosol.
    2. Los centriolos ya se encuentran en los polos opuestos de la célula. De ellos saldrán unos microtúbulos muy dinámicos que comenzarán a formar la estructura del huso mitótico. Los microtúbulos que salen son de tres tipos:
    • (^) Microtúbulos del aster: son pequeños y forman una estructura en estrella. Su función es la de situar y mantener asociados estos centrosomas del huso mitótico en la periferia de la célula. Interaccionaran con la membrana plasmática manteniendo esta posición.
  • Microtúbulos cinetocóricos: Son unos microtúbulos que se asocian a los cromosomas. Se unen concretamente al cinetocoro del cromosoma (estructura proteica, posee tres láminas (interna, lúcida y externa), los microtúbulos penetran desde la parte externa hasta la interna)
  • Microtúbulos interpolares: Atraviesan el ecuador de la célula y se solapan con los microtúbulos que vienen del otro centrosoma. Estos microtúbulos están asociados entre sí por proteínas motoras (son de tipo kinesina). Mantener la estructura del huso mitótico para que este no se colapse.
  1. En esta fase se produce la estabilización del huso mitótico y la interacción de él con los cromosomas. A través de esta interacción los cromosomas se irán colocando en el ecuador celular. Se trata de un proceso lento. La interacción del huso con los cromosomas suele ser una interacción inestable (lateral), cuando la interacción es frontal se hace más estable. La interacción de los cromosomas con los microtúbulos no se a la vez. Tras la interacción, el microtúbulo tiende a llevar el cromosoma al polo al que se ha unido (la fuerza motriz que va a llevar los cromosomas hasta los polos opuestos se encuentra en el centrosoma). Cuando el cromosoma llega a uno de polos, estas interacciones pueden deshacerse. Puede ocurrir que el microtúbulo del polo opuesto se una al cinetocoro del otro lado del cromosoma, desplazándolo así hacia el otro polo. Finalmente, el cromosoma se encontrará unido por los microtúbulos de los polos opuestos. La fuerza ejercida por los microtúbulos de ambos polos

Es un tipo especial de división celular, una célula se va a dividir dos veces consecutivas, en la que solo hay un periodo de ADN. Las dos células hijas van a volver a dividirse sin duplicar el ADN, por lo que el resultado final son 4 células con la mitad de cromosomas. La célula que entra en mitosis es diploide, las células finales serán haploides Para que esto ocurra tienen que ocurrir una reducción del número cromosómico. Esta reducción se produce durante la primera división meiótica También se produce un proceso de recombinación, la orientación de los cromosomas es al azar. Fenómeno de sinapsis

  • PROFASE I: Es muy larga
    • Leptotene: Se corta el ADN. Donde se ocasiona la rutura compienza el fenómeno de sinapsis. La reparación entre cromosomas homólogos se repara con su homólogo y queda reparado. Pero en alguna de estas roturas van a ser reparada sde tal modo que el ADN de este cromosoma va a quedar unido con el ADN de su homólogo. Se produce un intercambio recíproco del ADN. Esta estructura recibe el nombre de quiasma.
  • Zigotene:
  • Paquitene: cromosomas homólogos asociados en toda su longitud. Todos los bivalentes tienen el complejo sinaptonémico
  • Diplotene: Se desemsambla el complejo sinaptonémico, pero no se separa en toda su longitud, permanecen unidos mediante los puntos de quiasma. Las cohesinas mantienen unidos a los dos bivalentes unidos por el quiasma. Se condensa la cromatina
  • Diacinesis: La condensación es aún mayor.

1º DIVISIÓN MEIÓTICA

  • PROMETAFASE I
  • METAFASE I: Tenemos que llevar el cromosoma materno hacia un lado y el paterno hacia el opuesto. Cada cromosoma homólogo tiene que estar orientado hacia el lado al que se va a desplazar. Los dos cinetocoros del cromosoma se orientan hacia el mismo lado. Esta distribución de los cinetocoros es imprescindible para la reducción cromosómica y se le denomina orientación sintélica. Cuando todos los cromosomas se encuentran ordenados en la placa ecuatorial, actúa el APCCDC20^ que corta las cohesinas.
  • ANAFASE I: Se produce la reducción del número cromosómico. Cada cromosoma se desplaza hacia un polo, quedando finalmente dos cromosomas en cada polo de la célula
  • TELOFASE I 2º DIVISIÓN MEIÓTICA:
  • PROFASE II
  • METAFASE II: Los cinetocoros se orientan hacia lados opuestos (orientación anfitélica).
  • ANAFASE II: Se separan las cromátidas hermanas.
  • TELOFASE II

Procesos específicos de la meiosis SINAPSIS: Los cromosomas homólogos (materno y paterno) se van a asociar entre ellos, se buscan en el núcleo y se van a asociar íntimamente entre ellos, se asocian en toda su longitud. Esta asociación va a estar mediada por una estructura proteíca que se ensambla entre los cromosomas homólogos (Complejo sinaptonémico). Cada cromosoma va a ensamblar una estructura denominada elemento lateral. A partir de este elemento salen una serie de filamentos transversos que se asocian con su homólogo a modo de cremallera. Esto dará lugar a una estructura denominada elemento central.

RECOMBINACIÓN. INTERCROMOSÓMICA: Segregación al azar de los cromosomas paterno y materno.

INTRACROMOSÓMICA: Se produce dentro de cada pareja de cromosomas. Intercambio de información entre cromosomas homólogos. Es un fenómeno de reparación del ADN que va a ser el responsable de la aparición de los quiasmas. A nivel molecular: La proteína SPO 11 corta el ADN. Estos cortes se van a reparar gracias a la recombinación (la célula busca un fragmento de ADN parecido al original, y lo obtendrá del cromosoma homólogo, nunca de la cromátida hermana). Este fenómeno hace que los cromosomas homólogos se busquen, se unan y se reparen entre ellos. Esta búsqueda ocurre durante las primeras etapas de la profase meíotica. La mayor parte de las veces los cromosomas se van a reparar y lo que va a ocurrir es que los cromosomas homólogos no quedan unidos entre ellos. Pero en otras ocasiones una de las cromátidas se puede unir con la cromátida del cromosoma homólogo, formando así un quiasma. De esta forma intercambian información de forma recíproca (Recombinación recíproca). Tiene que haber al menos un quiasma. Es un proceso de reparación de ADN, a través de este proceso de reparación los cromosomas maternos y paternos se reconocen entre sí. La proteína que repara es la RAD51 forma complejo con DMC (responsable de que la cromátida hermana esté prohibida para reparar. La unión proporcionada por la formación de los quiasmas viene dada por la proteína MLH1. Si los cromosomas homólogos no llegan juntos a la primera división no se reduciría el número de cromosomas. Existe una proteína específica que rompe el ADN (SPO 11). Unos 400 cortes en células de mamífero. Lo repara a través de uno de los varios mecanismos que existen, fenómeno de recombinación homóloga

La estructura formada por los dos cromosomas homólogos unidos entre si se denomina bivalente.

Gametogénesis y fecundación

La gametogénesis es un proceso de diferenciación (después de la meiosis en las células masculinas (espermatogéneis) o durante en los gametos femeninos (oogénesis)) que hace que la célula se convierta en un gameto maduro. El caso final son células latamente diferenciadas que se fusionarán entre sí en la fecundación para dar lugar a una célula diploide que dará lugar a un individuo.

  • Espermatogénesis: ocurre en el testículo y tiene lugar en una serie de tubos seminíferos de tejido epitelial en el interior del testículo. En ellos tiene lugar la meiosis y espermatogénesis masculina. Tienen una organización tubular cuya pared está formada por células implicadas en el proceso. Por un lado tenemos unas células grandes de sostén y nutrición del epitelio denominadas células de sertoli e intercaladas entre ellas tenemos las células germinales que constituyen las células madre de la espermatogénesis y se llaman espermatogonias. Se dividen generando más espermatogonias y algunas de ellas generan células que van a entrar en el proceso de meiosis que de llaman espermatocitos. Cuando éstos terminan la meiosis se generan los productos finales y estas células germinales que ya han terminado la meiosis se llaman espermátidas. Las espermátidas son inicialmente redondeadas haploides. Para poder transformarse en gametos viables necesitan llevar a cabo una serie de transformaciones morfológicas y funcionales. Es un proceso de diferenciación llamado espermiogénesis que es la transformación de las espermátidas en espermatozoides maduros. Esta espermiogénesis involucra una serie de cambios morfológicos y funcionales que se producen en tres aspectos distintos: •Núcleo: la cromatina va a sufrir un proceso especial de compactación. Se compacata de manera mucho más apretada. Esto se produce por que las histonas asociadas van a ser reemplazadas por otras proteínas que llaman protaminas. Éstas producen una compactación mucho mayor de la cromatina. •Aparato de Golgi: forma el acrosoma. Se produce una diferenciación del orgánulo que forma una cisterna que rodea la parte apical del núcleo como una especie de capuchón que es lo que se llama el acrosoma. Este contiene principalmente enzimas digestivas (proteasas) y también hialuronidasas que degrada el ácido hialurónico