El ciclo celular

Objetivos

Al final de esta lección, usted debería ser capaz de:

1. Describir la macroestructura del cromosoma.
2. Identificar las fases en interfase.
3. Identificar las fases de la mitosis.
4. Describir el mecanismo de la división celular.
5. Identificar la fase de la mitosis ilustrada en un portaobjetos de microscopio
6. Explicar cómo la citocinesis en plantas y células animales es diferente.
7. Diferenciar entre mitosis y fisión binaria.
8. Explicar cómo se regula el ciclo celular.

Conceptos básicos

Todo el material genético en la célula de un organismo (su genoma)está empaquetado en el cromosoma. El cromosoma es una forma condensada de cromatina.

La cromatina consiste en estructuras similares a cabellos largos y muy enrollados. Estos predominan cuando la célula no se está dividiendo. Cuando la célula se está dividiendo, se condensan y se espesan (cromosoma forma).

Las células reproductivas humanas (espermatozoides y óvulos) se denominan gametos. Tienen 23 cromosomas. Durante la fecundación, los gametos se unen para formar un cigoto con 46 cromosomas. Luego, los cigotos pueden experimentar división celular y, por lo tanto, crecimiento, en un proceso llamado mitosis y citocinesis.

Durante la división celular, el cromosoma se divide en dos hermanos idénticos cromatidas unido a lo largo de sus lados por proteínas llamadas cohesinas. Cada cromátida tiene un centrómero región que consta de secuencias de ADN que permite que las dos cromátidas se adhieran más estrechamente, creando una “cintura”.

Fases del Ciclo Celular

Para que las células se dividan, tiene que ocurrir una serie de eventos. La célula primero pasa por un proceso llamado interfase donde pasa la mayor parte de su tiempo. La interfase consta de las siguientes 3 subfases:

1. Primera fase de brecha (G1): La célula crece, copia orgánulos y crea bloques de construcción celulares que necesitará en pasos posteriores
2. Fase de síntesis (S): Los cromosomas se duplican
3. Segunda fase de brecha (G2): La célula crece un poco más (fabrica proteínas y orgánulos). un solo centrosoma se duplica en dos.

Después de la interfase, la célula pasa a la fase mitótica (M). Aquí es donde la célula se divide en dos células hijas idénticas.

Etapas de la mitosis

Hay cinco etapas de la mitosis.

1. Profase
2. Prometafase
3. metafase
4. Anafase
5. telofase

Mnemotécnico: PP-TAPETE

Antes de entrar en lo que sucede en cada etapa, permítame presentarle el huso mitótico. Esta es una estructura que se necesita para asegurarse de que se produzcan células hijas idénticas. Consiste en un centrosoma y estructuras similares a cuerdas llamadas microtúbulos que están hechos de subunidades de proteínas. Para alargarse, simplemente agregan subunidades de proteína (polimerización) y para acortarse, arrojan subunidades de proteína (despolimerización). El ensamblaje de los microtúbulos comienza en el centrosoma.

Los microtúbulos del huso se adhieren a una región de proteínas asociadas con los centrómeros de cada cromátida, denominada cinetocoro. Los dos cinetocoros de un cromosoma están orientados en direcciones opuestas. Se puede unir más de un microtúbulo al cinetocoro. El número varía entre las especies.

Qué sucede en la profase

• La cromatina se condensa (enrollada con más fuerza) y se vuelve visible al microscopio cuando dos cromátidas hermanas se unen en el centrómero.
• Formas del huso mitótico (centrosomas y microtúbulos)
• Los centrosomas se alejan unos de otros a medida que se polimeriza el huso mitótico.
• Nucléolo desaparece

Qué sucede en la prometafase

• La envoltura nuclear se desintegra
• Los microtúbulos se extienden y entran en el área nuclear.
• Los cromosomas están más condensados.
• Algunos microtúbulos se adhieren a los cinetocoros.
• Los cinetocoros que no están unidos a un cromosoma interactúan entre sí desde lados opuestos.

Qué sucede en la metafase

• Los centrosomas están en los polos opuestos de la célula.
• Los cromosomas se ensamblan en un centro imaginario llamado placa de metafase

Qué sucede en la anafase

• Las proteínas de cohesión se rompen
• Cada cromátida se convierte en un cromosoma.
• Los cromosomas se mueven hacia los polos a medida que los microtúbulos se acortan.
• Los husos no cinetocóricos se alargan y la célula se alarga.

Qué sucede en la telofase y la citocinesis

• Se forman dos llamadas hijas
• Reaparecen la envoltura nuclear y el nucléolo.
• Los cromosomas se vuelven menos condensados.
• Los microtúbulos se despolimerizan

Citocinesis en células animales versus vegetales

La división celular en las células animales se caracteriza por una surco de hendidura que se forma cerca de la antigua placa metafásica. El surco se debe a las proteínas contráctiles actina y miosina que finalmente hacen que las células se pellizquen. En las células vegetales, las vesículas de Golgi se mueven a lo largo de los microtúbulos durante la telofase hacia la placa metafásica donde se fusionan para formar una placa celular. A medida que más vesículas traen materiales como pectina y celulosa a la región de la placa metafásica, se forma una pared celular. Las membranas de Golgi pasan a formar parte de la membrana plasmática.

División celular en procariotas

La división celular en procariotas como las bacterias ocurre a través de un proceso más simple llamado fisión binaria. En este proceso, el cromosoma bacteriano existe como un único cromosoma circular en la región nuclear de la célula. La copia del ADN comienza en un lugar llamado origen de la replicación. A medida que avanza la replicación, las dos copias de los cromosomas se mueven a polos opuestos de la célula. Al mismo tiempo, la célula se alarga, separando aún más las copias cromosómicas. Una vez completada la copia, la membrana se pellizca hacia adentro en el centro para producir dos células hijas idénticas.

Regulación del Ciclo Celular

El ciclo celular está regulado por puntos de control en diferentes etapas de interfase y mitosis. Tres puntos de control principales están ubicados en las fases G1, G2 y M de la interfase. Cada punto de control actúa como una señal de “adelante” para continuar. Quinasas dependientes de ciclina (Cdks) juegan un papel clave en la señalización. Recuerda que las quinasas son enzimas que provocan la fosforilación. Para estar activos, en el ciclo celular, deben estar unidos a una proteína llamada ciclina. Es la presencia de Cdks lo que da el “adelante”.

Hay otros mecanismos, por ejemplo, complejos proteicos. En el punto de control M, un complejo proteico evita que los cromosomas se separen hasta que todos los cromosomas estén correctamente unidos por los microtúbulos en la placa metafásica. Una vez adherido, el complejo desencadena una cadena de eventos moleculares que da como resultado la escisión y separación de las cromátidas.

Algunos factores químicos y físicos también pueden afectar la división celular. Por ejemplo, en condiciones de laboratorio, se observa que algunas células no logran dividirse en ausencia de ciertas factores de crecimiento en medios de cultivo.

Un ejemplo de un factor físico que afecta la división celular es inhibición dependiente de la densidadmediante el cual las células dejan de dividirse después de alcanzar un cierto quórum.

Quizás se pregunte qué sucede en el caso de las células cancerosas que continúan dividiéndose sin control. ¿Qué le está pasando al mecanismo de control del ciclo celular? Es probable que después de que se agoten los factores de crecimiento, las células cancerosas continúen replicándose al descubrir cómo recibir señales de replicación de maneras novedosas. Una forma podría ser haciendo sus propios factores de crecimiento.

Libro de texto: Reece, JB y Campbell, NA (2011). Campbell biología. Boston: Benjamín Cummings/Pearson.