Informe N°2 (Biología Molecular) 2 PDF

Universidad de Panamá Facultad de Enfermería Primer semestre Estudiantes: Ana Marín (8-1030-1122)...

Universidad de Panamá Facultad de Enfermería Primer semestre Estudiantes: Ana Marín (8-1030-1122) Betzy Jiménez (8-1031-710) Joselis Camarena (8-1029-1974) Lia Pinto (8-1027-576) Sophia Aguilar (8-1034-870) Profesora: Aidamalia Vargas Materia: Biología Molecular y Celular Tema: Control del Ciclo Celular Fecha: 20 de Junio de 2024 Biología Molecular y Celular 1  Índice Introducción.........................................................................................................4 Capítulo 1: Mecanismos del ciclo celular Sección 1.1: Fase G1.........................................................................................5 Sección 1.2: Fase S...........................................................................................5 Sección 1.3: Fase G2........................................................................................6 Sección 1.4: Fase M..........................................................................................6 Capítulo2: Regulación del ciclo celular Sección 2.1: Ciclinas y CDKs............................................................................7 Subsección 2.1.1: Ciclina D/CDK4/6.................................................................7 Subsección 2.1.2: Ciclina E/CDK2....................................................................8 Subseccion 2.1.3: Ciclina A/CDK2…………………………………………………8 Subseccion 2.1.4: Ciclina B/CDK1…………………………………………….…..8 Capítulo 3: Puntos de control del ciclo celular Sección 3.1: Punto de control G1/S.................................................................9 Sección 3.2: Punto de control G2/M.................................................................9 Sección 3.3: Punto de control de la metafase..................................................9 Capítulo 4: Inhibidores del ciclo celular Sección 4.1: p21……………………………………………................................10 Sección 4.2: p27.............................................................................................10 Sección 4.3: p57……………………………………………………………………10 Biología Molecular y Celular 2 Capítulo 5: Importancia biológica del control del ciclo celular Sección 5.1: Implicaciones en el cáncer.........................................................11 Sección 5.2: Mutaciones en oncogenes y genes supresores de tumores......11 Sección 5.3: Terapias dirigidas……………………………………………………11 Sección 5.4: Aplicaciones en biotecnología……………………………………..11 Capitulo 6: Avances recientes en la investigación del ciclo celular Sección 6.1: Descubrimientos en la biología del ciclo celular ……………….12 Sección 6.2: Nuevas terapias contra el cáncer…………………………………12 Conclusiones................................................................................................13 Referencias bibliográficas……………………………………………………...14 Anexos ………………………………………………………………………….…15 Biología Molecular y Celular 3  Introducción El control del ciclo celular es crucial para asegurar que las células se dividan de manera correcta y en el momento adecuado. Este proceso regula la progresión a través de diferentes etapas del ciclo, como la fase G1, la fase S donde se replica el ADN, la fase G2 y la fase M donde ocurre la división celular. El ciclo celular está estrictamente controlado por una serie de proteínas y factores de crecimiento que garantizan que las células se dividan de forma ordenada y evitan la proliferación descontrolada que puede llevar a enfermedades como el cáncer. Biología Molecular y Celular 4  Capítulo1: Mecanismos del ciclo celular Sección 1.1: Fase G1 La fase G1 es una fase de crecimiento celular donde la célula aumenta su tamaño y sintetiza ARN y proteínas necesarias para la replicación del ADN. Esta fase es crucial para preparar a la célula para la síntesis de ADN en la fase S. La duración de la fase G1 varía según el tipo celular y las condiciones del entorno. Durante esta fase, la célula se prepara para la replicación del ADN que ocurrirá en la fase S. Las actividades clave en esta fase incluyen: 1. Síntesis de ARN y proteínas: La célula aumenta la producción de ARN y proteínas necesarias para la síntesis de ADN y la progresión a la fase S. 2. Crecimiento celular: La célula incrementa su tamaño mediante la síntesis de nuevos componentes celulares, incluidos lípidos y carbohidratos. 3. Preparación para la replicación del ADN: La célula acumula nucleótidos y otros precursores necesarios para la replicación del ADN. Sección 1.2: Fase S En la fase S, la célula duplica su ADN, resultando en dos cromátidas hermanas por cada cromosoma. Este proceso es altamente regulado para asegurar que la replicación sea precisa. Las proteínas clave en esta fase incluyen las ADN polimerasas y las proteínas de unión al ADN de cadena simple. Los eventos principales durante esta fase son: 1. Replicación del ADN: Cada molécula de ADN se replica para formar dos cromátidas hermanas, unidas por el centrómero. La replicación del ADN es altamente regulada y precisa para evitar mutaciones. 2. Síntesis de histonas: Las histonas son proteínas esenciales para el empaquetamiento del ADN. Durante la replicación, se sintetizan nuevas histonas para envolver el ADN recién replicado. 3. Formación de complejos de replicación: Los complejos de replicación, que incluyen proteínas como la ADN polimerasa y las proteínas de unión al ADN de cadena simple, aseguran que la replicación se realice correctamente. Biología Molecular y Celular 5  Sección 1.3: Fase G2 Durante la fase G2, la célula continúa creciendo y se prepara para la mitosis. Se sintetizan proteínas necesarias para la mitosis, como las tubulinas, y se verifica la integridad del ADN. Esta fase asegura que la célula esté lista para dividirse, minimizando los errores durante la mitosis. Los eventos clave incluyen: 1. Reparación del ADN: La célula revisa y repara cualquier error en el ADN replicado para asegurar la integridad genética. 2. Síntesis de proteínas necesarias para la mitosis: Se producen proteínas como las tubulinas, que son componentes esenciales del huso mitótico. 3. Crecimiento celular: La célula continúa creciendo y duplicando sus orgánulos para que cada célula hija tenga suficientes componentes celulares. El punto de control G2/M verifica que todo el ADN haya sido replicado correctamente y que no haya daños importantes antes de permitir que la célula entre en la mitosis. Sección 1.4: Fase M La fase M incluye la mitosis y la citocinesis. La mitosis se divide en varias subfases: 1. Profase: Los cromosomas se condensan y los centrosomas se mueven hacia los polos opuestos. 2. Prometafase: La envoltura nuclear se desintegra y los microtúbulos se unen a los cinetocoros. 3. Metafase: Los cromosomas se alinean en la placa metafásica. 4. Anafase: Las cromátidas hermanas se separan y son arrastradas hacia los polos opuestos. 5. Telofase: Los cromosomas llegan a los polos y se descondensan. 6. Citocinesis: El citoplasma se divide, formando dos células hijas. Biología Molecular y Celular 6  Capítulo2: Regulación del ciclo celular Sección 2.1: Ciclinas y CDKs Las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas (CDKs) regulan el ciclo celular. Las ciclinas se unen a las CDKs, activándolas para fosforilar proteínas diana, promoviendo la progresión del ciclo celular. Diferentes combinaciones de ciclinas y CDKs están activas en distintas fases del ciclo celular: Subsección 2.1.1: Ciclina D/CDK4/6: Activa en la fase G1. El complejo ciclina D/CDK4/6 es crucial para la progresión de la fase G1, la primera fase del ciclo celular. Este complejo tiene varias funciones clave: 1. Estimulación del crecimiento celular: La ciclina D, en asociación con CDK4 o CDK6, fosforila y desactiva el retinoblastoma (Rb), una proteína que inhibe la progresión del ciclo celular. Cuando Rb está fosforilada, libera factores de transcripción que permiten la expresión de genes necesarios para la progresión a la fase S. 2. Respuesta a señales extracelulares: La síntesis de ciclina D es regulada por señales externas como factores de crecimiento y mitógenos. Esto permite que las células respondan a su entorno y entren en el ciclo celular cuando las condiciones son favorables. 3. Control del punto de restricción: Este complejo es esencial para que la célula pase el punto de restricción (R) al final de G1, donde la célula se compromete a dividirse independientemente de señales extracelulares adicionales Biología Molecular y Celular 7 Subsección 2.1.2: Ciclina E/CDK2: Activa en la transición de G1 a S. El complejo ciclina E/CDK2 regula la transición de la fase G1 a la fase S, donde se produce la replicación del ADN: 1. Preparación para la replicación del ADN: La ciclina E se acumula al final de la fase G1 y se asocia con CDK2. Este complejo fosforila proteínas específicas que preparan la célula para la replicación del ADN. 2. Fosforilación de Rb: Además de la ciclina D/CDK4/6, el complejo ciclina E/CDK2 continúa fosforilando Rb, asegurando que se mantenga inactiva y permitiendo la progresión a la fase S. 3. Iniciación de la replicación: Fosforila otras proteínas que son necesarias para la formación de los complejos de pre-replicación en los orígenes de replicación, iniciando así la duplicación del ADN. Subsección 2.1.3: Ciclina A/CDK2: Activa durante la fase S. La ciclina A/CDK2 desempeña un papel fundamental durante la fase S del ciclo celular: 1. Control de la replicación del ADN: La ciclina A se une a CDK2 para formar un complejo que asegura que el ADN se replique una sola vez por ciclo celular. Esto es crucial para mantener la integridad genética. 2. Prevención de re-replicación: El complejo ciclina A/CDK2 fosforila y desactiva proteínas que, si permanecieran activas, podrían iniciar una segunda ronda de replicación del ADN durante el mismo ciclo celular, lo que llevaría a aneuploidía y otras aberraciones genéticas. Subsección 2.1.4: Ciclina B/CDK1: Activa en la transición de G2 a M. El complejo ciclina B/CDK1 es esencial para la entrada en la mitosis (fase M): 1. Iniciación de la mitosis: La ciclina B se acumula durante la fase G2 y se une a CDK1. Este complejo fosforila diversas proteínas que inician los procesos de la mitosis, como la condensación de los cromosomas y la formación del huso mitótico. 2. Regulación de eventos mitóticos: El complejo ciclina B/CDK1 activa una serie de eventos mitóticos, incluyendo la ruptura de la envoltura nuclear y la alineación de los cromosomas en la placa metafásica. 3. Punto de control G2/M: Este complejo asegura que la célula no entre en mitosis hasta que todo el ADN haya sido replicado y reparado, evitando así la división de células con daños en el ADN. Biología Molecular y Celular 8  Capítulo3: Puntos de control del ciclo celular Los puntos de control son mecanismos de vigilancia que aseguran que los procesos celulares se completen correctamente antes de que la célula avance a la siguiente fase: Sección 3.1: Punto de control G1/S: Verifica el tamaño celular y la integridad del ADN. Sección 3.2: Punto de control G2/M: Verifica la replicación completa del ADN y la integridad del mismo. Sección 3.3: Punto de control de la metafase: Asegura la correcta adhesión de los microtúbulos a los cinetocoros antes de la anafase. Biología Molecular y Celular 9  Capítulo 4: Inhibidores del ciclo celular Los inhibidores de las CDKs (CKIs) regulan negativamente las CDKs, deteniendo la progresión del ciclo celular. Ejemplos de CKIs incluyen: Sección 4.1: p21: Inhibe todas las CDKs. Sección 4.2: p27: Inhibe CDK2/Ciclina E y CDK2/Ciclina A. Sección 4.3: p57: Regula la proliferación celular en varios tejidos. Biología Molecular y Celular 10  Capítulo 5: Importancia biológica del control del ciclo celular Sección 5.1: Implicaciones en el cáncer El cáncer es una enfermedad caracterizada por la proliferación celular descontrolada. La mayoría de los cánceres resultan de mutaciones en proteínas reguladoras del ciclo celular, como el gen TP53 que codifica la proteína p53. Sección 5.2: Mutaciones en oncogenes y genes supresores de tumores Las mutaciones en oncogenes y genes supresores de tumores son comunes en el cáncer. Los oncogenes promueven la proliferación celular, mientras que los genes supresores de tumores actúan como frenos del ciclo celular. Sección 5.3: Terapias dirigidas Las terapias dirigidas contra el cáncer incluyen inhibidores de CDK, como el palbociclib, que bloquean la actividad de CDK4/6. Otros enfoques incluyen la restauración de la función de p53 y la inhibición de vías de señalización alteradas. Sección5.4: Aplicaciones en biotecnología En biotecnología, la manipulación del ciclo celular es crucial para la ingeniería de células y tejidos. La capacidad de controlar la proliferación celular permite la creación de cultivos celulares para la producción de proteínas terapéuticas y la regeneración de tejidos. Biología Molecular y Celular 11  Capítulo 6: Avances recientes en la investigación del ciclo celular Sección 6.1: Descubrimientos en la biología del ciclo celular Los avances recientes incluyen el descubrimiento de nuevos reguladores y mecanismos de señalización del ciclo celular, como la ubiquitinación y la degradación de proteínas. Sección 6.2: Nuevas terapias contra el cáncer La investigación ha llevado al desarrollo de nuevas terapias contra el cáncer, como los inhibidores de CDK, que explotan las vulnerabilidades del ciclo celular en las células tumorales. Biología Molecular y Celular 12  Conclusiones El control del ciclo celular es fundamental para mantener la integridad genética y evitar la proliferación descontrolada de células. A través de complejas redes de señalización y regulación, las células pueden coordinar su división de manera precisa, asegurando la correcta replicación del ADN y la distribución equitativa de los cromosomas en las células hijas. El entendimiento de estos mecanismos de control es crucial para el desarrollo de terapias contra enfermedades como el cáncer, donde la regulación del ciclo celular se ve alterada. Biología Molecular y Celular 13  Referencias Bibliográficas Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2014). La Célula: Una Introducción a la Biología Celular (6ª ed.). Editorial Médica Panamericana. Consultado el 16 de julio de 2024 Carolina, A. (2021). Biología: Control del ciclo celular. CIMA, Universidad de Talca. Consultado el 16 de julio de 2024. https://cima.utalca.cl/cima/html/recursos/biologia/Ana%20Carolina_Biologi%CC%8 1a_Control%20del%20ciclo%20celular.pdf Ciclo celular. Autor: Equipo editorial, Etecé. De: Argentina. Consultado el 16 de julio de 2024. https://concepto.de/ciclo-celular/ Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano. (s.f.). Ciclo celular. National Institutes of Health. Consultado el 16 de julio de 2024. https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Ciclo-celular Megías, M. (s.f.). Regulación del ciclo celular. Universidad de Vigo. Consultado el 16 de julio de 2024.https://mmegias.webs.uvigo.es/5-celulas/ampliaciones/8- regulacion.php Biología Molecular y Celular 14  Anexos Imagen 1 Puntos de Control del Ciclo Celular. Labater. https://search.app.goo.gl/fSahtVy Biología Molecular y Celular 15 Imagen 2 La Célula. Regulación del Ciclo Celular. Atlas de histología vegetal y animal. (2023) https://search.app.goo.gl/PzmuSYr Biología Molecular y Celular 16