Lección 11 División y Muerte Celular PDF

Leccion 11: Division y muerte celular El ciclo de la célula es el periodo de tiempo que transcurre desde que la célula se forma, por la división de otro, hasta que esta muere o se divide en otras dos células. En el ciclo de la célula se distinguen dos fases:  La fase mitótica o división celu...

Leccion 11: Division y muerte celular El ciclo de la célula es el periodo de tiempo que transcurre desde que la célula se forma, por la división de otro, hasta que esta muere o se divide en otras dos células. En el ciclo de la célula se distinguen dos fases:  La fase mitótica o división celular incluye la mitosis, división del nucleo, y la citoquinesis, división de la célula como tal. La fase mitótica supone, aproximadamente, el 10% del ciclo de la célula.  La interfase supone el 90% restante del ciclo de la célula, y a su vez se divide en: Fase G1 (primera etapa de crecimiento), Fase S (fase en la que se sintetiza ADN) y Fase G2 (segunda etapa de crecimiento). En nuestro organismo el ciclo dura aproximadamente 24 horas, esto no quiere decir que todas las células de nuestro cuerpo se estén dividiendo cada 24 horas. Existe un control del ciclo por medio de proteínas. La fase mitótica o división celular es una parte muy importante del ciclo celular en la que una célula inicial se divide para formar células hijas. Gracias a la división celular se produce el crecimiento de los seres vivos. En los organismos pluricelulares este crecimiento se produce gracias al desarrollo de los tejidos y en los seres unicelulares mediante la reproducción vegetativa (clonación). Los seres pluricelulares reemplazan su dotación celular gracias a la división celular y suele estar asociada con la diferenciación celular. En algunos animales la división celular se detiene en algún momento y las células acaban envejeciendo. Las células senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo. Las células dejan de dividirse porque los telómeros, extremos de los cromosomas sin dotación genética, se vuelven cada vez más cortos en cada división y no pueden proteger a los cromosomas como tal. 103 La interfase es el período comprendido entre mitosis. Es la fase más larga del ciclo celular, ocupando casi el 90% del ciclo, trascurre entre dos mitosis y comprende tres etapas:  Fase G1 (primera etapa de crecimiento). Es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas, y durante este tiempo la célula duplica su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes, como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular.  Fase S (síntesis de ADN). Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unas 10-12 horas y ocupa alrededor de la mitad del tiempo que dura el ciclo celular en una célula de mamífero típica.  Fase G2 (segunda etapa de crecimiento). Es la tercera fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando la cromatina empieza a condensarse al inicio de la mitosis. La muerte celular programada o apoptosis, es una forma de muerte celular que está desencadenada por señales celulares controladas genéticamente. La apoptosis tiene una función muy importante en los organismos, pues hace posible la destrucción de las células dañadas genéticamente, evitando la aparición de enfermedades como el cáncer. En contraste con la necrosis, que es una forma de muerte celular resultante de un daño agudo a los tejidos, la apoptosis, en cambio, es un proceso ordenado que, generalmente, confiere ventajas al conjunto del organismo durante su ciclo normal de vida. La diferenciación de los dedos humanos durante el desarrollo embrionario requiere que las células de las membranas intermedias inicien un proceso apoptótico para que los dedos puedan separarse. 104 1.-La division celular En la división celular, se divide una célula madre en dos células hijas de idéntica información genética excepto en el caso de los gametos masculinos y femeninos, esta información genética está condicionada por los genes, que son secuencias específicas de nucleótidos en la molécula de ADN, que constituye una unidad de información heredable. El genoma es la dotación genética de una célula: En las células procariotas, el genoma, normalmente, es una única molécula de ADN. En las células eucariotas, el genoma está constituido por numerosas moléculas de ADN agrupadas en cromosomas. Cada cromosoma contiene una cadena de ADN que lleva entre cientos y miles de genes y proteínas asociadas (100 millones de nucleótidos en el caso del hombre). La dotación genética de un ser humano está formada por las moléculas de ADN que forman parte de los 46 cromosomas heredados de ambos progenitores y el ADN mitocondrial heredado de la madre. La molécula de ADN forma una doble hélice que se asocia a proteínas de distintos tipos para construir un cromosoma. El termino cromatina se aplica a la combinación de ADN y proteínas que constituyen los cromosomas. Como su nombre indica, los cromosomas son estructuras que se tiñen fácilmente por medio de distintos colores. La replicación de cada molécula de ADN se realiza durante la interfase. Las dos copias idénticas se denominan cromáticas hermanas, que permanecen unidad por proteínas del grupo de las cohesinas durante las primeras fases de la mitosis. Es muy importante que en el proceso de división celular se copien con exactitud las moléculas de ADN. Dado el elevado número de nucleótidos, este es un proceso complejo, que tiene mecánicos de auto-reparación. Aun así, es posible que se generen mutaciones, alteraciones en el genoma de una célula, tanto por posibles fallos en la replicación de ADN como por factores ambientales (radiaciones, tóxicos). El resultado de una mutación no tiene por qué ser necesariamente negativo, de hecho, las mutaciones han contribuido a la evolución de las especies. Las células del cuerpo se denominan células somáticas, tienen dos juegos de cromosomas homólogos, heredados de cada uno de sus progenitores. Son por tanto células diploides. Durante la mitosis, los cromosomas se hacen más compactos y se pueden ver con microscopio óptico. El citoesqueleto ayuda al reparto de cromosomas entre las células hijas, de modo que cada una recibe una de las copias producidas en la interfase. 105 Las células sexuales se denominan gametos o células reproductoras, contienen la mitad de cromosomas que las células somáticas. Son por tanto células haploides. Se obtienen mediante la meiosis, que forma a partir de una célula madre diploide cuatro células hijas haploides, que no son iguales ni entre sí ni a la célula madre. La unión de dos gametos da lugar a un nuevo ser vivo, diferente a sus progenitores. En la meiosis se produce el entrecruzamiento, con intercambio de material genético entre cromosomas homólogos, lo que aumenta la diversidad y supone una importante ganancia para los individuos que se propagan sexualmente frente a los que realizan la propagación vegetativa (clones). La división celular es necesaria para:  El crecimiento de los seres vivos pluricelulares.  La propagación sexual de los seres vivos. La capacidad de los organismos para dividirse diferencia a los seres vivos de los que no lo son.  El mantenimiento del organismo. La fase mitótica o división celular incluye la mitosis, división del nucleo, y la citoquinesis, división de la célula como tal. 106 2.-La mitosis La mitosis es el proceso de la división del nucleo de la célula. Durante la fase de mitosis, los cromosomas adoptan una estructura densa y compacta, visible incluso con microscopia óptica. La exacta replicación del ADN lleva a la formación de dos cromátidas iguales. Cada cromátida consta de dos brazos unidos por un centrómero. Ambas cromátidas permanecen estrechamente unidas por proteínas cohesinas. Cada cromátida está formada por ADN y proteínas. Cuando la célula no está en mitosis, los cromosomas adoptan una configuración fibrosa y dejan de ser visibles. En esta configuración se produce la replicación de ADN. 2.1.-Etapas de la mitosis En la mitosis se distinguen cuatro fases:  Prometafase. Las fibras de cromatina se condensan más formando cromosomas. Desaparecen la cubierta del núcleo (doble membrana). Los microtúbulos penetran en el área correspondiente al nucleo. Comienzan a fijarse los cromosomas a los microtúbulos, por medio de una estructura proteica especializada que recibe el nombre de kinetocoro. Los microtúbulos no unidos a cromosomas interactúan con microtúbulos del centrosoma opuesto. 107  Metafase. La metafase es la etapa más larga de la mitosis. Los centrosomas se encuentran en polos opuestos de la célula. Los cromosomas se sitúan alineados en un plano imaginario equidistante a ambos centrosomas. El kinetocoro de cada cromátida hermana queda unido a un microtúbulo proveniente de los polos opuestos.  Anafase. La anafase es la fase más corta de la mitosis, apenas dura unos minutos. La proteína cohesina, que mantenía unida las cromátidas hermanas, sufre un proceso de degradación enzimática. Se separan las cromátidas hermanas. Los microtúbulos se acortan y cada cromátida se aproxima a uno de los dos centrosomas. La célula se alarga por efecto del alargamiento de los microtúbulos no asociados a cromosomas que conectan los centrómeros entre sí.  Telofase. Los cromosomas comienzan a adoptar configuración no condensada. Se forman nucléolos. Se forma la cubierta del núcleo. 108 3.-Citoquinesis La citoquinesis es la separación física en dos células hijas durante la división celular. Tanto en la mitosis como en la meiosis se produce al final de la telofase. Existen variaciones en este proceso según el tipo de célula eucariota.  En células animales: formación de un anillo de microfilamentos de actina asociados a la proteína miosina. La interacción actina-miosina produce una progresiva contracción.  En células vegetales: se produce una acumulación de vesículas procedentes del aparato de Golgi en el plano medio de la célula. La unión de vesículas forma una placa que dará lugar a la pared celular que ha de dividir la célula en dos. 109 4.-Meiosis Cada célula somática contiene un número par de cromosomas, heredados a partes iguales de los progenitores. Son células diploides, poseen dos juegos de cromosomas. Sin embargo, los gametos contienen la mitad de cromosomas que las células somáticas. Son células haploides, poseen un juego de cromosomas. Los gametos se forman a partir de la meiosis, un tipo de división celular que reduce a la mitad el número de cromosomas de una célula somática. Tanto las células somáticas como los gametos pueden dividirse por mitosis, mientras que solo las células somáticas pueden dividirse por meiosis. El conjunto de cromosomas de una célula somática se puede ordenar por pares de cromosomas homólogos, formando lo que se denomina como el cariotipo. Dos cromosomas homólogos tienen: la misma longitud, el mismo patrón de teñido y la misma posición del centrómero. Los cromosomas homólogos son portadores de genes que controlan los mismos caracteres, excepto los cromosomas sexuales (cada uno de ellos proviene de uno de sus progenitores). Los cromosomas sexuales determinan el sexo. En el hombre, los homólogos son claramente distintos (XY), en forma y tamaño. En la mujer, los homólogos son iguales (XX) se muestra en la imagen. La mayoría de genes presenten en el cromosoma X, no aparecen en el cromosoma Y, sin embargo en el cromosoma Y aparecen genes que no se encuentran en X. 110 4.1.-Etapas de la meiosis Como sucedía en la mitosis, durante la interfase se produce la replicación de ADN. Los cromosomas presentarían la forma no condensada. En el proceso de interfase, una célula diploide realiza la replicación de ADN. (Por comodidad mostraremos lo que ocurre con un par de cromosomas solo). En la meiosis podemos distinguir las siguientes etapas:  Meiosis I, es la primera etapa de la meiosis, se separa en dos células distintas los cromosomas homólogos. En esta etapa los cromosomas se colocan juntos (sinapsis) en el plano ecuatorial (cuatro cromátidas). Se mantiene la cohesión entre cromátidas hermanas a nivel de centrómero durante todo el proceso, por lo que cada célula hija recibe dos copias (ya no idénticas, por efecto del entrecruzamiento) de la mitad de los cromosomas. Siguen siendo células diploides.  Meiosis II, forma el huso mitótico y se colocan los cromosomas en el plano ecuatorial uniéndose a los microtúbulos. En esta etapa las cromátidas hermanas se separan en distintas células. 111 5.-Control de la division celular La frecuencia de división varía según el tipo de célula. Por ejemplo, las células de la piel se dividen con frecuencia, sin embrago las células musculares (desarrolladas) o las neuronas no. La célula regula el ciclo de división celular mediante proteínas, que son en su mayoría son:  Las proteinkinasas son enzimas que regulan que regular la actividad de otras proteínas mediante la fosforilación.  La mayoría de las kinasas están siempre presentes en la célula y solo adoptan una forma activa cuando se unen a ciclinas. Estas proteínas transmiten dos tipos de señales, de parada y reanudación del ciclo. En muchas células, el punto de control principal se da en la fase G1. A falta de la señal que reanuda el ciclo, la célula permanece en estado de no división (G0), la mayoría de células de nuestro cuerpo se encuentran en este estado. La regulación del ciclo de división celular depende de señales internas y externas a la célula, estas señales pueden ser de tipo físico (regulación por densidad-disponibilidad de espacio y por anclaje) o químico (reguladores de crecimiento…). Las células cancerígenas muestran falta de control de la división celular. Las células cancerígenas pueden dividirse de forma aparentemente infinita en condiciones óptimas de cultivo in vitro. Las células no cancerígenas pueden dividirse en condiciones de cultivo in vitro un máximo de entre 20 y 60 veces. Una vez finalizado el proceso de división celular, las células sufren un proceso de apoptosis o muerte programada. La célula se suicida, liquidando todo el contenido celular, sin dejar rastro. 112 5.1.-Proceso de apoptosis o muerte programada celular La muerte celular programada o apoptosis, es una forma de muerte celular que está desencadenada por señales celulares controladas genéticamente. La apoptosis tiene una función muy importante en los organismos, pues hace posible la destrucción de las células dañadas genéticamente, evitando la aparición de enfermedades como el cáncer. Este proceso ocurre de la siguiente manera: 1. Un receptor de membrana recibe una señal exterior, en el caso de los mamíferos estas señales también pueden ser internas a la célula. 2. Se desactiva la proteína Ced-9 activa, la cual se dedica a mantener en estado inactivo a las proteínas Ced-3 y Ced-4. Las proteínas Ced-3 y Ced-4 son proteasas, son enzimas que trocean las proteínas. 3. La activación de Ced-3 desencadena una respuesta en cascada que lleva a la activación de otras proteasas y varias nucleasas, las nucleasas se dedican a trocear las moléculas de ADN. 4. Se inicia la formación de lóbulos en la membrana plasmática y se destruyen orgánulos y moléculas de ADN. 113