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Tema 9. Ciclo Celular. Mitosis.
1. Ciclo Celular.
1.1. Información Genética.
La información genética se haya contenida en el ADN (ácido desoxirribonucleico) que son los ácidos nucléicos que se encuentran contenidos en el núcleo, y esta molécula de ADN tiene como función principal el almacenamiento a largo plazo de información. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes.
Desde el punto de vista químico, el ADN es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre sí, como si fuera un largo tren formado por vagones. En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser:
- adenina→A,
- timina→T,
- citosina→C,
- guanina→G)
y un grupo fosfato que actúa como enganche de cada vagón con el siguiente.
El ADN forma los genes, los genes forman los cromosomas y el grupo de los 23 pares de cromosomas constituyen lo que es el genoma, que es la información genética que posee cada individuo y que toda la población de seres humanos tienen en común dicho genoma, refiriéndonos a la presencia de 23 pares de cromosomas, ya que gracias al proceso de recopilación genética cada individuo es diferente.
En cuanto a la diversidad de células que se encuentran en el organismo, como: redondas (células sanguíneas), cilíndricas (células gástricas), estrelladas (células nerviosas), todas estas células poseen una misma información genética.
1.2. Compartimiento Nuclear.
Estudio de los cromosomas derivados de células en división, específicamente metafase que se rompen mecánicamente, luego se fijan, se colocan en un portaobjeto y se tiñen. Posteriormente se fotografían y se clasifican según su morfología. Este estudio se utiliza para conocer anomalías cromosómicas, como cuando se diagnostica una monosomia, trisomia o deleccion del brazo de un cromosoma. Por ejemplo: la trisomía 21 (hay 3 cromosomas en vez de dos) es una anomalía muy frecuente de encontrar en la práctica clínica, en donde la persona tiene malformaciones a nivel cardiaco, mental, renal, e incluso en su fenotipo (características visibles de un individuo).
1.4. Fases y puntos de Control del Ciclo Celular.
El ciclo celular se divide en dos etapas principales: interfase y mitosis.
El ciclo celular es una secuencia de acontecimientos autorregulada que
controla el crecimiento y la división de las células.
Para las poblaciones celulares renovables y las poblaciones celulares proliferantes, incluidas las células embrionarias y las células en los cultivos de tejidos, el objetivo del ciclo celular consiste en producir dos células hijas, cada una con cromosomas idénticos a los de la célula progenitora. El ciclo celular tiene dos fases principales: la interfase (donde ocurre el crecimiento continuo de la célula) y la fase M (mitosis) , caracterizada por la división del genoma. Otras tres fases:
- Fase G1 (gap 1).
- Fase S (desíntesis).
- Fase G2 (gap 1).
Estas fases subdividen adicionalmente la interfase.
Durante la fase G1 , la célula capta sustancias nutritivas y sintetiza el ARN y las proteínas necesarias para la síntesis del ADN y la duplicación de los cromosomas. Dos puntos de control verifican la progresión de la célula a través de esta fase:
- El punto de restricción --> que es sensible al volumen celular, al estado de los procesos fisiológicos de la célula y a sus interacciones con la matriz extracelular, y
- El punto de control del daño del ADN en G1 --> que verifica la integridad del ADN de duplicación reciente. Por ejemplo, si el ADN tiene un daño irreparable, el punto de control del daño del ADN en G1 detecta la concentración elevada de la proteína supresora de tumores p53 y no permite que la célula entre la fase S. A continuación, lo más probable es que la célula sufra una muerte celular programada (apoptosis). El punto de restricción (o “punto de no retorno”) es el punto de control más importante del ciclo celular. En este punto de control, la célula autoevalúa su propio potencial replicativo antes de decidirse a entrar en la fase S y en la ronda siguiente de división, o retirarse y abandonar el ciclo celular. Una célula que abandona el ciclo G1 para comenzar la diferenciación “terminal” entra en la fase G0 , llamada así por estar fuera del ciclo. Por consiguiente, la fase G1 puede durar sólo unas pocas horas (en promedio, 9 a 12 horas) en una célula de división rápido o puede durar todo una vida en una célula que no se divide.
En la fase S se duplica el ADN.
El inicio de la síntesis del ADN marca el comienzo de la fase S , que suele durar entre 7,30 y 10 horas. Durante la fase S, el ADN de la célula se duplica y se forman nuevas cromátides que se tornarán obvias en la profase o la metafase de la división mitótica. La duplicación de los cromosomas se inicia en muchos sitios diferentes, llamados replicones , a lo largo del ADN cromosómico. Cada replicón tiene un tiempo asignado de manera específica para su duplicación durante la fase S. El punto de control del daño del ADN en S verifica la calidad del ADN en proceso de duplicación durante esta fase.
En la fase G2 la célula se prepara para su división.
Durante esta fase, la célula examina su ADN duplicado en preparación para la mitosis. Éste es un período de crecimiento celular y de reorganización de los orgánulos citoplasmáticos antes de que entren en el ciclo mitótico. La fase G2 puede ser tan corta como 1 hora en las células que se dividen con rapidez o de una duración casi indefinida en algunas células poliploides o en células detenidas en G2 por períodos prolongados, como los oocitos primarios. Dos puntos de control verifican la calidad del ADN: el punto de control del daño de ADN en G2 y el punto de control del ADN no duplicado. Este último impide la progresión celular hacia la fase M antes de que se complete la síntesis del ADN.
La mitosis ocurre en la fase M.
La mitosis casi siempre incluye la cariocinesis (división del núcleo) y la citocinesis (división de la célula) y dura alrededor de 1 hora. La mitosis ocurre en varias etapas. Con la separación de dos células hijas idénticas, finaliza la fase M. En la fase M, hay dos puntos de control:
- Punto de control del armado del huso mitótico --> que impide la entrada prematura en la anafase.
- Punto de control de la segregación de los cromosomas --> que impide el proceso de la citocinesis hasta que todos los cromosomas se hayan separado correctamente. NOTA La catástrofe mitótica causada por el funcionamiento defectuoso de los puntos de control del ciclo celular puede conducir a la muerte celular o al desarrollo de células tumorales.
La población de células madre de reserva puede activarse y reingresar en el
ciclo celular.
Las llamadas células madre de reserva pueden considerarse células en G 0 que pueden ser inducidas a reingresar en el ciclo celular en respuesta al daño de poblaciones celulares dentro de los tejidos del organismo. La activación de estas células puede ocurrir en la curación normal de las heridas o durante la regeneración de un órgano, como el hígado, después de la extracción de una gran parte de él.
1.5. Regulación del Ciclo Celular
- División celular.
La división celular es un proceso decisivo por el que aumenta la cantidad de células, permite la renovación de las poblaciones celulares y logra la reparación de las heridas.
Existen dos tipos de división celular: mitosis , de las células somáticas, y meiosis , el proceso de división de las células gonadales.
1.6. Mitosis.
La mitosis es un proceso rígidamente ordenado por el cual se reparten dos juegos idénticos de moléculas de ADN (originados mediante el proceso de replicación) en dos núcleos recién formados. Por la citocinesis posterior se crean dos células nuevas. El ADN y las proteínas específicas correspondientes aparecen como cromosomas en números característicos de la especie.
También se puede decir que la mitosis es un proceso de segregación cromosómica y de división nuclear, seguido por división citoplasmática, que produce dos células hijas con la misma cantidad de cromosomas y contenido de ADN que la célula progenitora.
El término mitosis se utiliza para describir la distribución equilibrada de los cromosomas duplicados y de sus genes en dos grupos idénticos. El proceso de división celular suele incluir la división tanto del núcleo (cariocinesis) como del citoplasma (citocinesis). El proceso de la citocinesis distribuye los orgánulos no nucleares en las dos células hijas. Antes de entrar en la mitosis, las células duplican su ADN. Esta fase del ciclo celular se llama fase S o de síntesis. AL comienzo de esta fase, la cantidad de cromosomas es 2n y el contenido de ADN es 2d ; al final, la cantidad de cromosomas permanece 2n y el contenido de ADN se duplica a 4d.
La mitosis sigue a la fase S del ciclo celular y esta subdividida en cuatro fases, las cuales son: Profase, Metafase, Anafase y Telofase.
a. Profase.
Comienza cuando los cromosomas duplicados se condensan y se tornan visibles. Conforme los cromosomas siguen condensándose, cada uno de los cuatro cromosomas derivados de cada par de homólogos aparece formado por dos cromátides. Las cromátides hermanas se mantienen unidas por el anillo de proteínas llamadas cohesinas y por el centrómero. En la ultima parte de la profase (a veces identificada como una fase separada que recibe el nombre de prometafase), la envoltura nuclear comienza a desintegrarse en vesículas de transporte pequeñas que parecen componentes del retículo endoplasmático liso (REL). El nucléolo, que en algunas células todavía puede estar presente, también desaparece por completo en la prometafase.
Además, un complejo proteico muy especializado, llamado cinetocoro , aparece en cada cromátide frente al centrómero. Los complejos de proteínas que forman los cinetocoros en la región centromérica de la cromátide están unidos a secuencias de ADN repetitivas específicas (el denominado
separarse y son arrastradas hacia los polos apuestos de la célula por los motores moleculares (dineínas) que se deslizan a lo largo de los microtúbulos cinetocóricos hacia el MTOC.
d. Telofase.
Esta fase está marcada por la reconstitución de una envoltura nuclear alrededor de los cromosomas en cada polo. Los cromosomas se desenrollan y se tornan inconspicuos excepto en las regiones que permanecen condensados en el núcleo de interfase. Los nucleólos reaparecen y el citoplasma se divide (citocinesis) para formar dos células hijas. La citocinesis comienza con la formación de un surco de la membrana plasmática equidistante de ambos polos del huso mitótico. La separación a la altura del suco de escisión está dada por un anillo contráctil formado por un fascículo muy fino de filamentos de actina ubicado alrededor del perímetro ecuatorial de la célula. En el anillo las moléculas de miosina II se congregan en filamentos pequeños que interaccionan con los filamentos de actina, lo que causa la ontraccion del anillo. Conforme este anillo se estrecha la celula se estrnagula hasta quedar separada en dos células hijas. Dado que los cromosomas de las células hijas contienen copias idénticas del ADN duplicado, las células hijas con genéticamente idénticas y contienen el mismo tipo y la misma cantidad de cromosomas. Las células hijas son de 2d en cuanto al contenido de ADN y 2n en lo que se refiere a la cantidad de cromosomas.
