Ciclo celular - MITOSIS - PDF
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Este documento resume el ciclo celular, incluyendo sus etapas, funciones y el papel de la mitosis. Examina la interfaz y las fases G1, S y G2, ofreciendo una descripción general de los procesos implicados. También discute la fase M. El documento enfatiza los pasos previos a la mitosis. Es un documento educativo útil para estudiantes de secundaria.
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Ciclo celular El ciclo celular El ciclo celular (también llamado ciclo de división celular) es una secuencia de sucesos que conducen primeramente al crecimiento de la célula y posteriormente a la división en células hijas. El ciclo celular se inicia en el ins...
Ciclo celular El ciclo celular El ciclo celular (tambiĂ©n llamado ciclo de divisiĂłn celular) es una secuencia de sucesos que conducen primeramente al crecimiento de la cĂ©lula y posteriormente a la divisiĂłn en cĂ©lulas hijas. El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva cĂ©lula, descendiente de otra que se ha dividido, y termina en el momento en que dicha cĂ©lula, por divisiĂłn subsiguiente, origina nuevas cĂ©lulas hijas. El ciclo celular es la base para la reproducciĂłn de los organismos. Su funciĂłn no es solamente originar nuevas cĂ©lulas sino asegurar que el proceso se realice en forma debida y con la regulaciĂłn adecuada (con controles internos para evitar la posible creaciĂłn de cĂ©lulas con mĂşltiples errores). La creaciĂłn de nuevas cĂ©lulas permite al organismo mantenerse en un constante equilibrio, previniendo asĂ aquellos desĂłrdenes que puedan perjudicar su salud (enfermedades congĂ©nitas, cáncer, etc.). Los controles internos en la cĂ©lula son ejecutados por proteĂnas que no permiten que se presenten situaciones desastrosas (enfermedades) para un ser vivo. Las cĂ©lulas que no entrarán en divisiĂłn no se consideran que estĂ©n en el ciclo celular. En rigor, el ciclo celular (la secuencia de sucesos) comprende dos periodos bien nĂtidos: la interface (etapas G1 , S y G2) y la divisiĂłn celular (etapa M). Esta ultima tiene lugar por mitosis o meiosis. Antes de que una cĂ©lula eucariĂłtica pueda comenzar la mitosis y dividirse efectivamente, debe: -Replicar su ADN, de forma de duplicar el nĂşmero de sus cromosomas. -Sintetizar proteĂnas asociadas al ADN -Producir una reserva adecuada de orgánulos para las dos cĂ©lulas hijas -Ensamblar las estructuras necesarias para que se lleven a cabo la mitosis y la citocinesis. Fases del ciclo celular 1. Interface G1 (Senescencia.) S. G2. 2. Mitosis Profase. Metafase. Anafase. Telofase. Cariocinesis Citocinesis. DuplicaciĂłn del ADN INTERFACE: La cĂ©lula realiza la duplicaciĂłn de su ADN cromosĂłmico, se presenta la sĂntesis de la mayor cantidad de histonas y otras proteĂnas asociadas al ADN de los cromosomas, producciĂłn de una reserva adecuada de orgánulos para las dos cĂ©lulas hijas y ensamblar las estructuras necesarias para que se lleven a cabo la mitosis y la citocinesis. La interface, es por excelencia la etapa predecesora a una mitosis (o diferenciaciĂłn) la cual ocupa la mayorĂa del ciclo celular (95%) y está compuesta por tres etapas o fases. FASE G1 El estado o etapa G1, del inglĂ©s Growth o Gap1 (Intervalo 1), es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular. Tiene una duraciĂłn de entre 6 y 12 horas. La cĂ©lula incrementa el material enzimático, sus orgánulos se replican, asĂ como otras molĂ©culas y estructuras citoplasmáticas tambiĂ©n aumentan en nĂşmero; en consecuencia, la cĂ©lula aumenta en tamaño. Las cĂ©lulas hijas, deben aumentar de tamaño y tambiĂ©n en nĂşmero para mantener las caracterĂsticas de su tipo celular. Se sintetizan asĂ ribosomas y microtĂşbulos a partir de las proteĂnas y otras molĂ©culas que la conforman. Las estructuras endomembranosas como el aparato de Golgi, los lisosomas, las vacuolas y las vesĂculas se derivan del retĂculo endoplásmico, el cual se renueva y aumenta en tamaño por la sĂntesis de proteĂnas y lĂpidos. Mitocondrias y cloroplastos previamente existentes se replica. FASE S El estado o etapa S (del inglĂ©s Synthesis) representa "SĂntesis". Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicaciĂłn o sĂntesis del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idĂ©nticas. Con la duplicaciĂłn del ADN, el nĂşcleo contiene el doble de proteĂnas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duraciĂłn de unos 6-8 horas. FASE G2 El estado o etapa G2 del inglĂ©s Growth o Gap2 (Intervalo 2), es el tiempo que transcurre entre la fase S y el inicio de la mitosis (la cĂ©lula se prepara para mitosis). Tiene una duraciĂłn entre 3 y 4 horas. Termina cuando la cromatina empieza a condensarse al inicio de la mitosis. La fase S del ciclo celular da paso a la fase G2, la cual termina con la entrada en la fase M o mitosis. En la fase G2 se acumulan progresivamente aquellas molĂ©culas cuyas actividades serán necesarias durante la fase M. Tradicionalmente se ha considerado como un estado de tránsito entre las fases S y M. Durante esta etapa, sin embargo, se comprueba si ha habido errores durante la replicaciĂłn del ADN y si se ha producido su duplicaciĂłn completa. Si Ă©stos defectos son detectados la cĂ©lula no entrará en fase M y el ciclo celular se detendrá hasta que los daños sean reparados o el ADN sea completamente copiado. Se puede entender que estos mecanismos son crĂticos para la cĂ©lula puesto que los errores no detectados pasarán irremediablemente a las cĂ©lulas hijas. Durante la fase G2 la cĂ©lulas tambiĂ©n aumentarán en tamaño y los centrosomas, duplicados durante la fase S, se dirigirán a lugares opuestos de la cĂ©lula para formar posteriormente el huso mitĂłtico. FASE M El estado o etapa M representa “la fase M”, e incluye la mitosis o reparto de material genĂ©tico nuclear (donde se divide la cromatina duplicada de modo tal que cada cĂ©lula hija obtenga una copia del material genĂ©tico o sea un cromosoma de cada tipo) y la citocinesis (divisiĂłn del citoplasma). Si el ciclo completo durara 24 horas, la fase M durarĂa alrededor de media hora (30 minutos). La fase M o mitosis supone la divisiĂłn de una cĂ©lula en dos cĂ©lulas hijas. Conlleva una serie de procesos encaminados a repartir los componentes celulares sintetizados durante las fases anteriores del ciclo celular, destacando el ADN duplicado en la fase S, entre las dos cĂ©lulas hijas resultantes de una forma generalmente equitativa. La fase M se divide en varias etapas: profase, metafase, anafase, telofase y citocinesis. Algunos autores incluyen a la citocinesis en la telofase. Las tres primeras están relacionadas con las modificaciones que se producen en el ADN: compactaciĂłn, formaciĂłn y movimiento de los cromosomas y descondensaciĂłn. La citocinesis es el proceso de divisiĂłn del citoplasma en dos partes por estrangulamiento celular, lo que provoca la fusiĂłn y fisiĂłn de la membrana plasmática, dando como resultado dos cĂ©lulas independientes. Aunque la mayorĂa de los procesos se basan en cambios en la cromatina, hay que tener en cuenta que los orgánulos y demás componentes celulares tambiĂ©n sufren procesos de desorganizaciĂłn, respecto a sus formas normales en las fase G1, S y G2, y su posterior reparto entre las cĂ©lulas hijas. Profase La profase comienza con la condensaciĂłn del DNA, de manera que llegan a ser visibles las cromátidas de forma aislada, y con la desapariciĂłn del nuclĂ©olo. La condensaciĂłn parece estar favorecida por la fosforilaciĂłn de las histonas que componen la cromatina. En el citoplasma tambiĂ©n se producen acontecimientos. Hay una desorganizaciĂłn parcial de los filamentos del citoesqueleto, lo que hace que las cĂ©lulas adquieran una forma redondeada al entrar en mitosis. Hacia el final de la fase S la cĂ©lula duplica su centrosoma, cuyos descendientes inicialmente permanecen juntos. Cuando se inicia la profase los centrosomas viajan a polos opuestos dentro de la cĂ©lula, conducidos por proteĂnas motoras y microtĂşbulos. Entonces ambos centrosomas polimerizan y organizan un sistema de microtĂşbulos con una alta inestabilidad dinámica, alternancia entre crecimiento y decrecimiento, que posteriormente formarán el denominado huso mitĂłtico. Los orgánulos, como el retĂculo endoplasmático y el aparato de Golgi, se fragmentan y disminuye enormemente el tráfico vesicular. La envuelta nuclear todavĂa no se ha roto. PROMETAFASE Algunos autores distinguen una fase denominada prometafase en la que se empieza a desorganizar la envuelta nuclear, la cual se fragmenta en pequeñas vesĂculas, desencadenado por la fosforilaciĂłn de las proteĂnas que constituyen la lámina nuclear. Entonces los microtĂşbulos pueden penetrar entre las cromátidas. Las cromátidas, que al principio presentan una cromatina poco empaquetada se convierten rápidamente en cromosomas tĂpicos por compactaciĂłn progresiva. Los extremos de los microtĂşbulos forman uniones con lugares concretos de los cromosomas llamados cinetocoros, localizados en los centrĂłmeros. Cada cromosoma tiene dos cinetocoros. Los microtĂşbulos que contactan con los cinetocoros se denominan cinetocĂłricos. Como los cinetocoros están orientados en lugares opuestos, los dos centrosomas envĂan microtĂşbulos que contactan con un mismo cromosoma. El nĂşmero de microtĂşbulos que contacta con un cinetocoro es variable y en humanos suele ser de 20 a 40, mientras que en las levaduras es uno solo. Otros microtĂşbulos, partiendo de centrosomas opuestos, no interaccionan con la cromatina sino que lo hacen entre sĂ. Contactan con sus extremos más y llegan a estabilizarse, deteniĂ©ndose la inestabilidad dinámica. Estos microtĂşbulos se denominan polares. Metafase Al final de la profase (o prometafase) las cromátidas hermanas están unidas entre sĂ y tambiĂ©n a los microtĂşbulos cinetocĂłricos del huso mitĂłtico. Las dos cromátidas hermanas unidas forman los cromosomas, que son desplazados hacia el centro del huso mitĂłtico, equidistante a los dos centrosomas, formándose la denominada placa ecuatorial. Esto define a la metafase. Los desplazamientos son consecuencia del acortamiento y alargamiento de los microtĂşbulos, asĂ como de la acciĂłn de las proteĂnas motoras. Durante este periodo los cromosomas se mueven para ocupar su posiciĂłn en la placa ecuatorial y a veces se desplazan temporalmente fuera de Ă©sta. Ello es indicio del tira y afloja que mantienen los microtĂşbulos de cada centrosoma. Anafase La anafase comienza con la rotura de las conexiones entre cromátidas hermanas a nivel del centrĂłmero gracias a la participaciĂłn de proteasas, de manera que cada cromátida irá hacia uno de los centrosomas. La velocidad del desplazamiento es normalmente de 1 µm por minuto. Existen dos etapas: la anafase A, en la cual los microtĂşbulos cinetocĂłricos se acortan por despolimerizaciĂłn, tanto en el extremo menos como en el más; mientras que en la anafase B los propios centrosomas se separan entre sĂ, empujados por los microtĂşbulos polares, favoreciendo aĂşn más la separaciĂłn de las cromátidas. Esta separaciĂłn de los centrosomas va acompañada por una elongaciĂłn de los microtĂşbulos polares, aportando la fuerza las proteĂnas motoras, que hace que se deslicen unos microtĂşbulos polares sobre los otros. TambiĂ©n parece que otras proteĂnas motoras se asocian a los microtĂşbulos que salen desde los centrosomas en direcciĂłn opuesta a las cromátidas y contactan con el cortex celular, tirando de los centrosomas. Son los microtĂşbulos del áster. Telofase Durante esta fase se organiza de nuevo la envuelta nuclear alrededor de cada conjunto de cromátidas que han migrado hacia cada uno de los centrosomas formando los dos nĂşcleos hijos (cariocinesis). Esto se produce por defosforilaciĂłn de las proteĂnas que constituyen la lámina nuclear. TambiĂ©n se forman los poros nucleares y la cromátidas comienzan a descondensarse. Los microtĂşbulos se han liberado previamente de los cinetocoros. Cariocinesis Proceso de reproducciĂłn de una cĂ©lula que consiste, fundamentalmente, en la divisiĂłn longitudinal de los cromosomas y en la divisiĂłn del nĂşcleo y del citoplasma; como resultado se constituyen dos cĂ©lulas hijas con el mismo nĂşmero de cromosomas y la misma informaciĂłn genĂ©tica que la cĂ©lula madre. Citocinesis La citocinesis comienza durante la anafase y finaliza con la formaciĂłn de las dos cĂ©lulas hijas. El primer indicio del arranque de la citocinesis es la formaciĂłn de un surco en la superficie celular llamado surco de escisiĂłn, que es perpendicular al huso mitĂłtico y se sitĂşa en una posiciĂłn ecuatorial. Este surco se forma por la acciĂłn de los filamentos de actina y por la miosina. El desplazamiento de unos sobre otros, como ocurre durante la contracciĂłn muscular, produce un fenĂłmeno de estrangulamiento. Este anillo es transitorio y se forma sĂłlo durante la citocinesis para despuĂ©s desaparecer. Para completar la citocinesis han de eliminarse los restos del huso mitĂłtico atrapados durante el estrangulamiento, desorganizarse el propio anillo y romperse y sellarse las membranas plasmáticas. Recientemente se ha visto que en las cĂ©lulas animales, al igual que en las vegetales, el tráfico vesicular participa en la finalizaciĂłn de la citocinesis: se necesita más membrana y molĂ©culas que lleven a cabo la rotura y sellado de la membrana plasmática, de forma parecida a lo que ocurre con las vesĂculas del tráfico vesicular. FINAL El final de la mitosis da cabida a un nuevo ciclo en G 1 o puede que la cĂ©lula entre en fase G0 que corresponde a un estado de reposo especial caracterĂstico de algunas cĂ©lulas, en el cual puede permanecer por dĂas, meses y a veces años. Las cĂ©lulas que se encuentran en el ciclo celular se denominan proliferantes y las que se encuentran en fase G0 se llaman cĂ©lulas quiescentes. AquĂ es importante recordar que todas las cĂ©lulas se originan Ăşnicamente de otra existente con anterioridad. Como todo proceso orgánico, el ciclo celular está sujeto a regulaciĂłn. Ésta es realizada en sitios especĂficos llamados puntos de control o de chequeo, que pueden frenar o disparar diversos procesos que le permitan a la cĂ©lula proseguir con su ciclo normal de replicaciĂłn del material genĂ©tico, crecimiento y divisiĂłn. El ciclo celular está finamente regulado. Esta regulaciĂłn ocurre en distintos momentos y puede involucrar la interacciĂłn de diversos factores, entre ellos, la falta de nutrientes y los cambios en temperatura o pH pueden hacer que las cĂ©lulas detengan su crecimiento y su divisiĂłn. En los organismos multicelulares, además, el contacto con cĂ©lulas contiguas puede tener el mismo efecto. El sistema de control del ciclo celular está basado en dos proteĂnas clave, las ciclinas y las proteĂnas quinasas dependientes de ciclinas (cdk), que responden a esta integraciĂłn de señales. En el desarrollo y mantenimiento de la estructura de los organismos pluricelulares, no sĂłlo se requiere de la divisiĂłn celular, que aumenta el nĂşmero de cĂ©lulas somáticas, sino tambiĂ©n del proceso de apoptosis. La apoptosis es un proceso de muerte celular programada. En los vertebrados, por apoptosis se regula el nĂşmero de neuronas durante el desarrollo del sistema nervioso, se eliminan linfocitos que no realizan correctamente su funciĂłn y se “moldean” las formas de un Ăłrgano en desarrollo, eliminando cĂ©lulas especĂficas, entre otros sucesos. Ciertas veces, una cĂ©lula escapa a los controles normales de divisiĂłn y muerte celular. Cuando una cĂ©lula comienza a proliferar de modo descontrolado se inicia el cáncer y este crecimiento desmedido puede dar lugar a la formaciĂłn de una masa de cĂ©lulas denominada tumor. CĂ©lulas de un sarcoma fibroblástico en divisiĂłn. MicrografĂa electrĂłnica de barrido (SEM) coloreada. SciencePhoto. Cariocinesis En biologĂa, la mitosis es un proceso que ocurre en el nĂşcleo de las cĂ©lulas eucariotas y que precede inmediatamente a la divisiĂłn celular, consistente en el reparto equitativo del material hereditario (ADN) caracterĂstico. Este tipo de divisiĂłn ocurre en las cĂ©lulas somáticas y normalmente concluye con la formaciĂłn de dos nĂşcleos separados (cariocinesis), seguido de la separaciĂłn del citoplasma (citocinesis), para formar dos cĂ©lulas hijas. La mitosis completa, que produce cĂ©lulas genĂ©ticamente idĂ©nticas, es el fundamento del crecimiento, de la reparaciĂłn tisular y de la reproducciĂłn asexual. Hay cĂ©lulas que poseen un nĂşmero completo de cromosomas y otras que solo tienen la mitad. Las cĂ©lulas que tienen el total cromosomas se denominan diploides (2n), mientras que las otras son haploides (n). En el caso del ser humano las cĂ©lulas diploides poseen 46 cromosomas, los que se agrupan de a pares, es decir que en las cĂ©lulas humanas diploides hay 23 pares de cromosomas, a cada uno de los cromosomas que forman un par se los denomina homĂłlogos. Las cĂ©lulas diploides se pueden dividen por mitosis dando origen a dos cĂ©lulas idĂ©nticas diploides, o bien lo pueden hacer por meiosis, originando cuatro cĂ©lulas diferentes haploides. Las cĂ©lulas haploides humanas poseen solo 23 cromosomas, que no forman pares, es decir que hay un cromosoma de cada uno de los pares. Todas las cĂ©lulas de nuestro cuerpo son diploides, a excepciĂłn de los gametos (Ăłvulos y espermatozoides) que son haploides.