CICLO CELULAR ETAPAS CICLO CELULAR INTERFASE: es el período durante el cual la célula crece, replica su ADN y se prepara para la siguiente división DIVISIÓN o FASE M: es el estadio más dramático de la célula, produciéndose a su vez dos sucesos:
CITOCINESIS o división del citoplasma en dos células hijas MITOSIS o división del núcleo: se separan los cromosomas hijos replicados anteriormente y
En los organismos unicelulares la división celular implica una verdadera reproducción ya que por este proceso se producen dos células hijas. En los organismos multicelulares sin embargo derivan de una sola célula: CIGOTO y, la repetida división de ésta y sus descendientes determina el desarrollo y crecimiento del individuo.
La interfase se subdivide en tres períodos : G1, S G2.
FASE G1: (G por gap: intervalo) en esta fase tienen lugar las actividades de la célula: secreción, conducción, endocitosis, etc. Comenzando a partir de la citocinesis de la división anterior, la célula hija resulta pequeña y posee un bajo contenido de ATP resultante del gasto experimentado en el ciclo anterior, por lo que en este período se produce la acumulación del ATP necesario y el incremento de tamaño celular. Es el período que mas variación de tiempo presenta, pudiendo durar días, meses o años. Las células que no se dividen nuevamente (como las nerviosas o del músculo esquelético) pasan toda su vida en este período, que en estos casos se denomina G0, ya que las células se retiran del ciclo celular
FASE S S: fase de síntesis o replicacióndel ADN, comienza cuando la célula adquiere el tamaño suficiente y el ATP necesario. Dado que el ADN lleva la información genética de la célula, antes de la mitosis deben generarse dos moléculas idénticas para ser repartidas entre las dos células hijas
El ADN es una doble hélice que se abre y cada cadena es usada como molde para la producción de una nueva cadena, que queda unida a la original usada como molde. Por esta razón la replicación del ADN se denomina Semiconservativa. Estos ADNs nuevos quedan unidos por el centrómero hasta la mitosis, recibiendo el nombre de CROMÁTIDAS HERMANAS
FASE G 2 Es el tiempo que transcurre entre la duplicación del ADN y el inicio de la mitosis
Dado que el proceso de síntesis de ADN consume una gran cantidad de energía la célula entra nuevamente en un proceso de crecimiento y adquisición de ATP. La energía adquirida durante la fase G2 se utiliza para el proceso de mitosis.
Factores ambientales tales como cambios en la temperatura y el pH, disminución de los niveles de nutrientes llevan a la disminución de la velocidad de división celular. Cuando las células detienen su división generalmente lo hacen en una fase tardía de la G1 denominado el punto R (por restricción).
Existe un "reloj central bioquímico" que instruye a los núcleos acerca de las funciones a cumplir para controlar las fases de la división. El "reloj", formado por un conjunto de proteínas nucleares que interaccionan entre sí, integra los mensajes provenientes de las cascadas estimuladoras e inhibidoras y, si prevalece la cascada estimuladora, pone en marcha el programa de división celular
Los dos " engranajes " moleculares de este reloj son Ciclinas: proteínas sintetizadas continuamente durante la interfase y degradadas súbitamente por enzimas al final de cada mitosis. Durante el ciclo celular su concentración fluctúa. Y, al hacerlo actúan como reguladores de la actividad enzimática de las quinasas quinasas (las CDK) : iniciales del inglés para cyclin - dependent - kinases., que se traducen como quinasas dependientes de ciclinas
La progresión del ciclo depende en gran medida de que se alcancen niveles elevados de ciclinas,a saber en la siguiente secuencia: Ciclina D Ciclina E Ciclina A Ciclina B
Por ejemplo en la G1 temprana las ciclinas del tipo D se unen a la CDK4 o CDK6 y el complejo resultante "libera" el freno que impedía la progresión hacia la G1 tardía y, por lo tanto, el pase a la fase S (el complejo ciclina D- CDK4/6 desarma un potente inhibidor de la progresión del ciclo: el formado por la proteína pRB y los factores de transcripción inactivos).
CDK) activa
(CDK) inactiva
Un instante crucial del ciclo es el que ocurre en el punto R (por restrictivo) de la fase G1 momento en el cual la célula decide si debe o no avanzar en la prosecución del ciclo. La "llave" de este paso es un conmutador molecular que pasa de "apagado" a "encendido" .
Las ciclinas D y E aumentan su nivel A medida que sube el nivel de las ciclinas, las mismas se combinan con quinasas dependientes de ciclinas o CDK(es decir enzimas fosforilantes cuya actividad depende de los niveles de ciclinas). Las quinasas activas (CDK activas) transfieren fosfatos del ATP a la proteína pRB (el "freno" del ciclo celular) Si la pRB no esta fosforilada "secuestra" (es decir permanece unida) a otras proteínas claves para la prosecución del ciclo: los factores de transcripción, en otras palabras, mantiene la llave en "apagado". Cuando el complejo ciclina-quinasa añade suficientes fosfatos a la pRB, la misma libera los factores de transcripción que actuan sobre los genes Los genes estimulados producen proteínas necesarias para que avance el ciclo celular PRB: proteína que bloquea la transcripción de genes necesarios para la proliferación celular. Su nombre deriva de una enfermedad genética: el RetinoBlastoma, donde su ausencia está relacionada con el desarrollo del tumor (hoy se sabe que esta relacionada con diferentes tumores)
El esquema muestra las mĂşltiples interacciones moleculares en el curso del ciclo celular. Mas allĂĄ del punto R se observa los cambios que ocurren para mantener el conmutador en "encendido".
Represión del ciclo Por otra parte, diversas proteínas reprimen el ciclo al actuar como inhibidores . Las proteínas p15 y p16 bloquean la actividad del complejo CDK-ciclina D e impiden que el ciclo progrese de G1 a S. Otro inhibidor de CDK, la proteína p21 actúa a lo largo de todo el ciclo celular La p21 esta bajo el control de la denominada : "proteína supresora de tumores", la hoy famosa p53 , que entre sus múltiples efectos pueden mencionarse:
EFECTOS DE LA P53 Control de la integridad del ADN Terminación correcta de las diferentes fase del ciclo Detención del "crecimiento celular" (duplicación celular) o senescencia Puesta en marcha del suicidio celular o apoptosis, cuando existe daño en el ADN o los sistemas de control se desregulan. Apoptosis: muerte celular programada, suicidio celular. Cuando ello ocurre la célula se encoge y desprende de sus vecinas. En su superficie aparecen burbujas (la célula parece hervir) y la cromatina se condensa formando una o varias manchas cerca de la membrana nuclear. Poco después se fragmenta en numerosos cuerpos apoptósicos que engloban fracciones de las células siendo finalmente fagocitados.
TELÓMEROS Es necesario señalar que existe un mecanismo destinado a "contar" el número de duplicaciones de una población celular, el mismo se encuentra presente en los extremos de los cromosomas en los segmentos denominados telómeros estos telómeros se acortan un poquito cada vez que el cromosoma se replica. Cuando la disminución sobrepasa cierto límite suena una "alarma" que hace que las células entren en la sescencia.(vejez)
CICLO CELULAR EN PROCARIOTA
Escherichia coli división por fisión binaria.
El cromosoma procariota es una sola molécula circular de ADN contenida en una región definida del citoplasma, denominada nucleoide, sin estar separado del mismo por una membrana.
Este cromosoma es el elemento obligatorio del genoma, aunque es frecuente encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos, que si se pierden, la bacteria sigue siendo viable.
El método usual de duplicación de las células procariotas se denomina fisión binaria. La duplicación de la célula va precedida por la replicación del cromosoma bacteriano. Primero se replica y luego pega cada copia a una parte diferente de la membrana celular. Cuando las células que se originan comienzan a separarse, también se separa el cromosoma original del replicado.
Luego de la separación (citocinesis), queda como resultado dos células de idéntica composición genética (excepto por la posibilidad de una mutación espontánea) Una consecuencia de este método asexual de reproducción es que todos los organismos de una colonia son genéticamente iguales. Cuando se trata una enfermedad originada en una infección bacteriana, una droga que mata a una bacteria matará a todos los miembros de ese clon (colonia).
Reproducción parasexual En ocasiones, la célula bacteriana tiene la oportunidad de intercambiar información genética por procesos de recombinación. Estos procesos son la transformación, la transducción la conjugación. En estos procesos no hay formación de ningún tipo de gametos, por lo que no es reproducción sexual.
Transformación Fragmentos de ADN que pertenecían a células lisadas (rotas) se introducen en células normales. El ADN fragmentado recombina con el ADN de la célula receptora, provocando cambios en la información genética de ésta.
Transducción Cuando una célula es atacada por un virus bacteriófago, la bacteria genera nuevas copias del ADN vírico. En la fase de ensamblaje se pueden introducir fragmentos de ADN bacteriano en la cápside del virus. Los nuevos virus ensamblados infectarán nuevas células. Mediante este mecanismo, una célula podrá recibir ADN de otra bacteria e incorporar nueva información.
Conjugación Este proceso se lleva a cabo si la célula presenta el plásmido F, que contiene la información genética para formar pili, puentes que sirven de unión citoplásmica entre dos bacterias. La célula que presenta el plásmido se denomina F+; la célula que no lo contiene se llama F-. La bacteria F+ (donadora de información) se une a una bacteria F(receptora) mediante uno de sus pili. A través de él introduce una hebra del plásmido F, de forma que la bacteria Fse convierte en bacteria F+.
CICLO CELULAR EN EUCARIOTAS
Etapa G1: La letra G se deriva de "gap" que significa intervalo"; en esta etapa se llevan a cabo funciones no reproductivas como: crecimiento celular, producción de lípidos y proteínas, aumento en el número de organelos, los centríolos se separan y empiezan a duplicarse.
Etapa S: Es la etapa de síntesis, caracterizada por la duplicación del DNA, la producción de proteínas asociadas con el DNA y con la estructura de los cromosomas, aparecen los cromosomas los cuales son dobles y fibrilares.
Etapa G2: En esta etapa ocurren los preparativos finales previos a la división nuclear y citoplásmica; los cromosomas se ven dobles y se empiezan a condensar, los centríolos terminan su duplicación y se dirigen hacia polos opuestos, empieza a desaparecer la membrana nuclear
Etapa de mitosis: Esta es la cuarta etapa del ciclo celular y también se conoce con el nombre de cariocinesis. En esta etapa se arma la estructura necesaria para distribuir, de manera equitativa, a los cromosomas entre las células hijas y termina con la formación de dos núcleos hijos idénticos. Durante la mitosis se divide el núcleo celular; la división del citoplasma, para formar dos células hijas, es un evento aparte
CONTROL DEL CICLO CELULAR En la regulación del ciclo celular, proceso muy complejo, intervienen varias proteínas, entre ellas: quinasas, ciclinas, retinoblastoma, p53, p27, etc. Entre las funciones que realizan están las siguientes: Desencadenar la progresión del ciclo celular. Provocar que la célula pase de una fase G1 a la S o de la G2 a la M. Bloquear el ciclo, por ejemplo, la p53 bloquea el ciclo si el DNA está dañado y la p52 bloquea la entrada a la fase S.
En el ciclo celular, existen puntos de restricción que impiden la continuación del ciclo cuando la célula no ha alcanzando el tamaño adecuado, carece de nutrientes, tiene lesiones en el ADN o recibe señales químicas externas. Los puntos de restricción son: Punto de restricción R Es el punto de control más importante y ocurre en la fase G1. En este, la célula comprueba que ha producido la masa necesaria para seguir adelante y comenzar la síntesis de DNA. Así mismo, comprueba la presencia de nutrientes, factores que inducen el crecimiento y la temperatura.
Punto de restricción G2-M Ocurre al final de la fase G2 y es donde la célula debe comprobar que ha duplicado la masa de modo que puede dar lugar a dos células hijas y que ha completado una sola vez la replicación del DNA.
Punto de restricción M Ocurre en la etapa de mitosis y solo permite continuar con la división celular si todos los cromosomas están alineados sobre el huso acromático.
Estos controles de la proliferación celular, son muy importantes para la prevención del cáncer; se activan para detener el ciclo cuando se ha dañado la integridad del genoma y evitar así la aparición de células que puedan convertirse fácilmente en cancerosas. Muchos carcinógenos químicos y radiaciones actúan dañando el DNA o el sistema de microtúbulos necesario para la mitosis.
Sin embargo, también causas internas pueden ocasionar alteraciones en el DNA, como los procesos de reordenamientos genéticos que tienen lugar durante el desarrollo, o los procesos de apoptosis o muerte celular programada, cuando las células tienen un DNA parcialmente degradado por acción de nucleasas que producen cortes en la molécula, o cuando las células están envejeciendo y se acortan los extremos de sus cromosomas (telómeros) provocando su inestabilidad. Estos controles, que coinciden con los puntos de control R y G2-M del ciclo, son críticos para evitar la inestabilidad genética que pueda llevar a la aparición de cáncer. De acuerdo con ello, en las células cancerosas están relajados o incluso faltan totalmente.