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Asignatura: Biología Celular, Profesor: Jesus Lamas, Carrera: Biología, Universidad: USC
Tipo: Ejercicios
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1. Verdadero/falso
Problemas:
2. Si la función básica del ciclo celular consiste en duplicar minuciosamente el ADN de los cromosomas y después distribuir las copias de forma exacta a las células hijas, ¿por qué existen los intervalos entre la fase S y la fase M? Porque durante estos intervalos, las fases G1 y G2, la célula realiza funciones importantes como crecer, es decir, aumentar de tamaño y producir la cantidad necesaria de orgánulos/estructuras para las futuras células hijas; así como ensamblar las estructuras que llevan a cabo la división celular. En la fase G1 se lleva a cabo un crecimiento más general: duplicación de orgánulos, producción de proteínas, etc., y la G2 está más destinada a preparar la célula para la división. 3. ¿Qué determina la duración de la fase S? Una posibilidad es que dependa de la cantidad de ADN que contiene el núcleo. Para comprobarlo, determinamos la duración de la fase S de células en división de un lagarto, una rana y un tritón, cuyas células presentan en cada organismo distinta cantidad de ADN. Como se muestra en la Tabla siguiente, cuanto mayor es el contenido de ADN mayor es la duración de la fase S. Sin embargo, al comparar células haploides y diploides de rana observamos que la duración de la fase S en ambos grupos es la misma. Una búsqueda posterior en la bibliografía muestra que, en las plantas, variedades tetraploides de alubias y avena tienen la misma duración de la fase S que sus primas diploides. Plantee una explicación que haga concordar estos resultados en apariencia contradictorios. ¿Por qué supone que aumenta la duración de la fase S cuando aumenta el contenido de ADN en distintas especies, pero permanece constante cuando aumenta el contenido de ADN en la misma especie?
Organismo Contenido ADN del núcleo
Duración fase S
Lagarto 3,2 15 Rana 15 26 Tritón 45 41 Lo que varía cuando hablamos de una célula haploide o diploide de rana no es la cantidad de ADN, sino la cantidad de cromosomas. Si bien es cierto que cada cromosoma está formado por una molécula de ADN, los organismos diploides o tetraploides contienen el mismo juegos de cromosomas dos y cuatro veces, respectivamente, por lo que cada cromosoma codifica los mismos genes. Por este motivo, es muy probable que cada cromosoma codifique los elementos necesarios para llevar a cabo la replicación de una molécula, por lo que a la célula le llevaría el mismo tiempo replicar un juego de cromosomas que replicar cualquier número de juegos.
4. En muchos experimentos, es necesario disponer de una población de células que realicen el ciclo celular de forma sincronizada. Uno de los primeros métodos, todavía utilizado a menudo para sincronizar células, es el denominado doble bloqueo con timidina. Cuando se añaden concentraciones elevadas de timidina al medio de cultivo, las células en fase S detienen la síntesis del ADN, mientras que otras células no quedan afectadas. El exceso de timidina bloquea la enzima ribonucleótido reductasa, responsable de la conversión de los ribonucleótidos en desoxirribonucleótidos. Cuando esta enzima se halla inhibida, se reduce el suministro de desoxirribonucleótidos y se detiene la síntesis de ADN. Cuando se elimina el exceso de timidina al cambiar el medio de cultivo, el suministro de desoxirribonucleótidos aumenta y la síntesis de ADN continúa normalmente. En una línea celular que tenga un ciclo celular de 22 horas, dividido en una fase M = 0,5 horas, una fase G1 = 10,5 horas, una fase S = 7 horas y una fase G2 = 4 horas, un protocolo de sincronización mediante doble bloqueo con timidina sería: A A las 0 horas (t = 0horas) añadir timidina en exceso. B 18 horas después (t= 18 horas) quitar el exceso de timidina. C Después de 10 horas más (t=28) añadir timidina en exceso D Después de 16 horas más (t=44) quitar el exceso de timidina.
segundo bloqueo por timidina? En ese momento todas las celulas se encontrarán al comienzo de la fase S después de haber completado ya un ciclo. Explique de qué forma los intervalos de adición y eliminación del exceso de timidina sincronizan la población celular. El efecto del exceso de timidina hace que todas las células se detengan en el mismo punto: el comienzo de la fase S. Por este motivo, la eliminación de este exceso hace que todas las células del cultivo comiencen la duplicación de ADN a la vez, para que vayan más o menos sincronizadas aunque lleguen a ese punto un poco dispares.
5. Las células de los vertebrados utilizan varias Cdk diferentes para controlar las distintas transiciones del ciclo celular, sin embargo las levaduras de gemación llevan a cabo esta regulación utilizando una sola Cdk. ¿Cómo lo consiguen? En levaduras, la Cdk1 controla el paso a través de START y de la entrada en mitosis, pero lo hace asociada con otras ciclinas. La transición de G2 a M la lleva a cabo la Cdk1 asociada con ciclinas mitóticas de tipo B; y la transición a través de START es llevada mediante Cdk1 junto con otra clase distinta, denominada ciclinas G. La asociación de Cdk1 con diferentes ciclinas provoca la fosforilación por Cdk1 de distintas proteínas sustrato, dependiendo de lo que se requiera para las fases específicas del ciclo celular. 6. Explica los mecanismos por los que puede ser regulada la actividad de las Cdk La actividad de las Cdk durante el ciclo se regula por cuatro mecanismos moleculares. El primer mecanismo es la asociación con la ciclina (necesaria para desarrollar actividad catalítica de la proteína Cdk), por lo que la formación de complejos Cdk/ciclina está regulado por la síntesis y degradación de las ciclinas. El segundo mecanismo regulador es la fosforilación de un residuo de treonina de la Cdk, cuando el complejo Cdk/ciclina ya está formado, que es necesario para la activación del propio complejo. Esta fosforilación se lleva a cabo mediante la la enzima CAK, asociada a factores de transcripción. El tercer mecanismo solo afecta a Cdk1 y Cdk2, implica la foosforilación inhibidora de residuos de tirosina cerca del extremo N-terminal de Cdk. En el caso de los vertebrados también se fosforila la treonina 14 adyacente. El último mecanismo consiste en la unión de proteínas inhibidoras a las Cdk. La actuación conjunta de todos estos mecanismos es la responsable del control de la progresión del ciclo. 7. Explica cómo se detiene el ciclo celular en las células con daño en el ADN Existen puntos de control del ciclo en respuesta al ADN dañado o incompletamente replicado, activos en las fases G1, S y G2. En la detención del ciclo celular intervienen dos proteínas quinasas, ATR y ATM, que se activan por la presencia de daños en el ADN e inducen la activación de los mecanismos de reparación del ADN y, en algunos casos, la muerte celular. Mientras que ATR se activa por roturas de la hebra sencilla o secuencias de ADN sin replicar, ATM lo hace por roturas de doble hebra. A continuación, ATR y ATM fosforilan y activan las proteínas quinasas Chk1 y Chk2, respectivamente. Estes compuestos fosforilan e inhiben a las proteínas fosfatasa Cdc25, necesarias para la activación de Cdk1 y Cdk2, por lo que se detiene el ciclo celular. 8. En la Figura siguiente, se muestra una célula viva del epitelio pulmonar de un tritón en diferentes etapas de la fase M. Ordene estas imágenes obtenidas con un microscopio óptico en su secuencia correcta e identifique la etapa de la fase M que representa cada una de ellas.
E (profase), D (prometafase), C (metafase), A (anafase), F (telofase), B(citocinesis)
9. Resulta sorprendente que en las divisiones del óvulo de la almeja la concentración de la ciclina B aumenta de manera lenta y regular durante el ciclo celular, mientras que la actividad del complejo Cdk-M aumenta de forma repentina en la mitosis (Figura siguiente). ¿Cómo explica que la actividad de Cdk-M se regule tan bruscamente en presencia de un aumento gradual de la ciclina B?
Esto se debe a que la actividad de Cdk se permite únicamente cuando las células alcanzan una concentración de ciclina concreta, que permite crear el complejo Cdk/ciclina para pasar de la fase G2 a la fase M. Como se observa en la tabla, la actividad de Cdk comienza siempre en el mismo punto de concentración de ciclina, y cuando la ciclina desaparece del todo (degradación provocada por la actividad Cdk) desaparece también la actividad Cdk. Mientras se forman los complejos Cdk/ciclina durante la fase G2, la fosforilación de posiciones críticas de la Cdk que inhiben su actividad. Cuando la célula detecta una cantiddad suficiente de complejos, los activa, y esto es lo que da lugar a ese crecimiento abrupto de actividad Cdk.
10. ¿Cuántos cinetocoros tiene una célula humana en mitosis? 46 cromosomas x 2 cinetocoros= 92 cinetocoros 11. El nocodazol inhibe reversiblemente la polimerización de los microtúbulos, que es esencial para la formación del huso mitótico. Es factible sincronizar una población de células de mamífero, tratando el cultivo con nocodazol durante un intervalo de tiempo y eliminando después el fármaco del medio. En presencia del nocodazol, ¿en qué intervalo del ciclo celular esperaría que se acumularan las células? ¿Cuál cree que es el mecanismo responsable de detener el avance del ciclo celular en presencia del nocodazol?
ensamblaje del huso, ya que ni se formaría un huso mitótico ni los cromosomas llegarían a estar alineados en la placa metafásica.
12. ¿Qué experimento puedes realizar para saber por dónde están creciendo los microtúbulos durante la mitosis? Se podría añadir fluorescencia a las proteínas que presentan una gran afinidad por los microtubulos para localizarlos con el microscopio electrónico de fluorescencia. 13. Si el número haploide de cromosomas en una célula humana es 23 y la cantidad de ADN en los gametos es C. ¿Cuántos cromosomas tiene una célula en: la metafase de la mitosis, profase I de la meiosis, anafase I de la meiosis, profase II de la meiosis, anafase II de la meiosis. ¿Cuánto ADN tiene las células en cada una de esas fases? Metafase mitosis: 2n, 4c Profase I meiosis: 2n, 4c Anafase I meiosis: 2n, 4c Profase II meiosis: n, 2c Anafase II meiosis: n, c
1 Asume que existe sobrecruzamiento. En esas condiciones, ¿recibirías la mitad de cromosomas de cada uno de tus padres? ¿Recibirías 1/4 de los cromosomas de cada uno de tus abuelos? ¿Qué pasaría si no hubiera sobrecruzamiento? Aun con la presencia de sobrecruzamiento, si recibiríamos ½ de cada padre y ¼ de cada abuelo, aunque no los tendríamos de la misma forma que los tenían ellos por la presencia de la recombinación genética. De no existir el sobrecruzamiento, no existiría la recombinación genética ni la variabilidad genética.
15. Relaciona separasa, securina, cohesina y complejo promotor de la anafase. La función de la cohesina comprende la unión de hebras de cromatina, pero a diferencia de las condensinas, une DNA de cromátidas hermanas. En el momento de la separación de cromátidas en anafase, es destruida por la separasa que anteriormente se encontraba inhibida por la securina. En la anafase, el APC/C (Complejo Promotor de Anafase) marca la securina para la degradación. Cuando ésta es destruida, la separina entra en su forma activa degradando la cohesina que mantiene unidas las cromátidas y así permite su separación hacia las células hijas. 16. Después de buscar información sobre el tema, comenta las siguientes afirmaciones: a). El sobrecruzamiento entre homólogos ocurre en cualquier punto del cromosoma. El sobrecruzamiento debe realizarse de forma correcta rompiéndose las cadenas de ADN por las mismas bases en las cromátidas de los cromosomas homólogos; y estos segmentos tienen que unirse con su cromátida homóloga (por una ADN ligasa) para dar lugar a los nuevos cromosomas con recombinaciones. b). Los cromosomas sexuales (X, Y), al ser distintos, no sufren sobrecruzamiento durante la meiosis. Por ser diferentes, el segmetno apareante de los cromosomas sexuales ocupa una posición distal. De existir sobrecruzamiento, el resultado sería unos cromosomas X e Y con anomalías.