Ciclo Celular - preuniversitario popular fragmentos comunes

PREUNIVERSITARIO POPULAR FRAGMENTOS COMUNES.
Ciencias - Biología.
CICLO CELULAR.
Hemos estudiado el interior de los componentes
celulares, su organización en organelos, las
diferentes funciones y formas de vida de las células,
hemos visto como son capaces de producir energía
desde moléculas complejas y producir moléculas
complejas con gasto de energía.
En esta última guía de la célula correspondiente al
módulo común, comentaremos de qué manera la
célula puede reproducirse y bajo qué condiciones lo
hace.
millonésima de metro? La respuesta a esa pregunta
se fundamenta en una serie de proteínas
pertenecientes a la familia de las histonas. Estas
proteínas solo están presentes en las células
eucariotas.
Las histonas son unas proteínas con un carácter
básico que son capaces de unirse al DNA y formar
complejos de compactación llamados nucleosomas.
Las proteínas integrantes de la familia de las
histonas son las proteínas H1, H2A, H2B, H3 y H4.
En el núcleo de eritrocitos de aves es posible
encontrar la histona H5.
EL DNA Y SUS DIFERENTES ESTADOS EN EL
NÚCLEO CELULAR.
Recordemos que el DNA o ADN es una
biomolécula que se encuentra en todas las células en
diferentes estados y compartimentos. Las células
procariotas poseen un DNA circular pequeño en el
citoplasma y las eucariotas poseen DNA lineal en el
núcleo y DNA circular en las mitocondrias.
El DNA es la molécula que almacena las
instrucciones para el desarrollo y funcionamiento
total de un individuo. Es quien controla la
apariencia, fisiología e incluso las enfermedades
que el mismo pudiese tener (relacionadas con la
molécula).
Es ahora donde comentaremos el comportamiento
de esta molécula dentro del ciclo celular. La
organización que tiene y la perfección con la que
esta maquinaria logra copiarse perfectamente a la
célula hija.
Recordemos que las letras que componen las
palabras dentro de este “mensaje genético” son los
nucleótidos, que en un orden específico forman
diferentes palabras conocidas como genes.
¿Cómo la célula eucarionte puede guardar una
molécula de dos metros de largo en un
compartimento cuyo diámetro es inferior a una
El nucleosoma es un complejo octamérico de
histonas formadas por dos unidades de H2A, H2B,
H3 y H4. El DNA es capaz de unirse a este
octámero de proteínas y enrollarse 1,7 (aprox. 2)
vueltas.
Dichas vueltas son reforzadas por la presencia de la
histona H1 o “linker”, la cual permite la unión a otra
H1 de un nucleosoma adjunto.
El DNA unido a histonas recibe el nombre de
cromatina, la cual puede estar en un estado laxo (el
collar de perlas, la estructura más laxa de la
cromatina) o en un estado compacto.
Los nucleosomas co-adjuntos representarían las
“perlas del collar.”
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CIENCIAS – BIOLOGÍA.
La cantidad de DNA que posee una célula se
identifica con la letra c, siendo la condición normal
de cualquier célula diploide 2c.
El DNA presente en cloroplastos y mitocondrias, así
como en bacterias es mucho más corto que el de las
células eucariontes, estando organizado en un solo
cromosoma circular (a diferencia de los eucariontes,
que es lineal).
LOS CROMOSOMAS.
Existen tres tipos diferentes de cromatina según su
grado de actividad transcripcional (expresión de
genes):
Eucromatina
(activa;
<2%),
Heterocromatina constitutiva (rol estructural;
98%) y Heterocromatina facultativa (activada
solo en casos especiales).
Si la célula comienza su ingreso al ciclo celular, su
material genético debe compactarse para poder ser
ordenado y repartido correctamente. Para ello es
necesario que el DNA se condense hasta llegar a
una estructura conocida como cromosoma.
Los cromosomas (<cromo> color, <soma> cuerpo:
Cuerpo coloreado) son la estructura de máxima
condensación del DNA. Solamente es posible
observarlos en metafase.
Su condición en la célula depende si coexisten en
copias únicas de diferentes cromosomas (haploidía;
n), en pares de dichas copias (diploidía; 2n) o en
otras condiciones propias de los organismos
vegetales (poliploidías). En los animales la
condición normal (somática) de una célula es la
diploidía (pares).
La condición somática de un humano es 2n=46.
Eso quiere decir que los humanos tenemos 46
cromosomas, organizados en 23 pares (diploidía).
La carga genética normal de una célula diploide
es 2n/2c
La condición especial que poseen los gametos
humanos es n=23. Eso quiere decir que tienen 23
cromosomas singulares.
Es útil conocer la estructura de cada cromosoma,
para comprender mejor su distribución en el ciclo
celular. Los cromosomas que se observan en los
ciclos celulares corresponden a cromosomas
duplicados (debido a que antes de poder verlos, el
DNA de toda la célula se replica para ser repartido
equitativamente).
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CIENCIAS – BIOLOGÍA.
Las partes estructurales
corresponden a:
de
un
cromosoma
 Cromátidas hermanas: Son los brazos del
cromosoma. Se llaman hermanas porque su
DNA es copiado. Componen la mayoría del
cromosoma.
 Centrómero: Región de heterocromatina
constitutiva central del cromosoma.
 Cinetocoro: Disco proteico unido al
centrómero del cromosoma. Es importante
para la unión del huso mitótico.
 Satélites: Son regiones periféricas de las
cromátidas.
 Telómeros: Son las regiones finales del
DNA de cada cromátida. Se van desgastando
con cada replicación. Eso causa en gran
medida el envejecimiento. Para ello existen
unas enzimas llamadas telomerasas, que
elongan estos segmentos en cada
replicación.
EL CARIOTIPO HUMANO.
Se mencionó que los humanos poseen 46
cromosomas, organizados en 23 pares. De ellos, 44
cromosomas (22 pares) constituyen los autosomas.
Los dos restantes corresponden a los cromosomas
sexuales X e Y, que pueden variar su condición para
formar distintos sexos: XX para mujer y XY para
hombre.
El cariotipo humano corresponde a una imagen que
permite observar los 23 pares cromosómicos que
posee una persona. Esto es muy útil para poder
diagnosticar
enfermedades
genéticas
tempranamente.
Ejemplo de cariotipo.
También es importante destacar que existen
diferentes tipos de cromosomas, dependiendo de la
ubicación del centrómero. De esa manera, podemos
observar los siguientes:
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CIENCIAS – BIOLOGÍA.
EL CICLO CELULAR MITÓTICO.
La mitosis (<mitos> hebra, <osis>
proceso: proceso con filamentos) se
define como la división del núcleo
celular para repartirse en dos copias
celulares
idénticas.
El
contexto
fisiológico donde ocurre la mitosis es
conocido como el ciclo celular mitótico,
en el cual la célula se prepara
bioquímicamente para replicarse.
El ciclo celular mitótico está conformado
por las siguientes etapas:
 Gap 1 (G1): Consiste en una etapa
de larga duración durante la cual
la célula comienza a producir más
ATP, proteínas, enzimas y RNAs
para la futura célula hija. También
en esta etapa ocurre la replicación
de los organelos y comienza a
cambiar la organización de los
microtúbulos.
 S (Synthesis, Síntesis): En esta etapa ocurre
la replicación del DNA. Esta etapa es crucial
puesto que si ocurren fallas no detectadas en
el proceso la célula hija dará origen a un
cáncer. La condición del material genético
pasa de 2n/2c a 2n/4c.
 Gap 2 (G2): La célula vuelve a crecer y
termina los preparativos para la replicación
celular.
 Mitosis (M): Ocurre la replicación del
núcleo.
 Citocinesis (citokinesis, citodiéresis): Luego
de la replicación del núcleo, el citoplasma se
divide y se forman dos células hijas.
Las etapas G1, S y G2 conforman el periodo
conocido como INTERFASE.
La interfase es un ciclo que puede durar bastante
tiempo, siendo la mitosis la etapa más corta de todo
el ciclo celular.
MITOSIS.
La mitosis es la división del núcleo celular. Este
proceso es sumamente prolijo, logrando repartir el
material genético entre dos núcleos conservando la
integridad del mismo. Sin embargo este proceso no
está exento de errores, los cuales serán estudiados
más adelante.
Este proceso está dividido en cuatro etapas:
 Profase: La cromatina comienza a
condensarse. La membrana nuclear (o
carioteca) comienza a desaparecer. El huso
mitótico (microtúbulos especializados para
la mitosis) comienza a formarse desde los
centriolos. Al final de esta etapa aparecen
los cromosomas.
 Metafase: La membrana nuclear ya ha
desaparecido y los cromosomas se
encuentran visibles. Las fibras del huso
mitótico se unen a cada cinetocoro de un
cromosoma duplicado. Los cromosomas se
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ordenan en el ecuador de la célula,
alineados.
 Anafase: El huso mitótico se acorta,
haciendo que las cromátidas hermanas se
separen y queden ubicadas en polos
celulares opuestos. El citoplasma comienza
su división.
 Telofase: La membrana nuclear vuelve a
formarse en torno a cada grupo de
cromosomas. A su vez, estos comienzan a
descondensarse.
Otros organismos se replican por un proceso
llamado amitosis (proceso sin filamentos).
Este proceso es característico de organismos poco
complejos, como procariotas y eucariotas
inferiores.
En este tipo de división no participa el huso
mitótico (los filamentos), por lo cual en núcleo o
nucleoide se replica y luego se reparte la
información por distintos medios:
 Bipartición: Es el método más utilizado por
procariotas
y
algunos
eucariotas
unicelulares. El material genético se replica
y se reparte entre las dos células, ya sea con
ayuda de los mesosomas (procariotas) o por
constricción nuclear (que originará dos
núcleos a partir de uno.
 Gemación: A partir de una célula se
originan una o muchas células con su propio
núcleo. Es característica de levaduras.
Si bien la citocinesis comienza tempranamente
durante la mitosis, concluye después de que los dos
núcleos están perfectamente formados.
La citocinesis es diferente en animales y en
vegetales. En los primeros ocurre por constricción y
en los vegetales el aparato de Golgi sintetiza una
nueva pared celular que separa las dos células.
El significado biológico y la importancia de la
mitosis son:
 Genera dos células
genéticamente.
nuevas,
idénticas
 Conserva la diploidía (la condición final de
ambas células es 2n/2c).
 La mitosis es primordial en el proceso de
crecimiento y desarrollo de metazoos y
plantas, reparación de tejidos, recambio
celular normal (piel, mucosas, etc.).
 Fallas en este proceso pueden generar
cáncer.
EL ORIGEN DEL CÁNCER Y CONTROL DEL CICLO
CELULAR.
El cáncer es una patología tisular originada por una
falla en el ciclo celular mitótico.
Si bien el cáncer puede tener múltiples agentes
etiológicos (factores que causan la enfermedad),
existen algunos predominantes: la activación de los
protooncogenes y mutación en los genes supresores
de tumores.
¿Qué son los protooncogenes? Proto significa
“antes” y Onco se relaciona con cáncer, por lo tanto
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los protooncogenes son genes que al sufrir ciertas
modificaciones se transforman en oncogenes; genes
responsables del cáncer.
Debemos explicar bien este punto para que se
denote el concepto que no son dichos genes los que
causan cáncer, sino la falla en esos genes conlleva a
que la célula “pierda” la capacidad de detectarlo.
Adentrándonos en la temática, los protooncogenes
codifican unas proteínas conocidas comúnmente
como los “supresoras de tumores”. El exponente
más alto y conocido de estos guardianes es la
proteína P53, conocida como el “guardián del
genoma”. Pese a que no es tópico del módulo
común, cuando un gen sufre una modificación, la
proteína que codifica dicho gen también se
modifica, alterando su función.
Con lo anterior células del tumor podrían migrar por
el torrente sanguíneo e invadir otros órganos,
proceso llamado metástasis.
Todo lo anterior descrito resalta la importancia de
no exponer los tejidos a químicos peligrosos, como
el benceno (presente en los cigarrillos), radiación
UV excesiva y radiación ionizante.
EL CICLO CELULAR MEIÓTICO.
La meiosis es un proceso que solamente
experimentan las células de la línea germinal
(productoras de gametos; células sexuales). Es muy
similar a la mitosis en cuanto a sus etapas, sin
embargo tiene grandes diferencias.
El punto de restricción R, en la etapa G1 de la
interfase es uno de los muchos puntos de restricción
que posee el ciclo celular. Un punto de restricción
es un momento del ciclo donde las proteínas a cargo
de P53 revisan el estado del material genético,
buscando fallas. Si se detectan errores, inducen un
mecanismo de reparación y luego continúa el ciclo.
Si la falla que se detecta no logra ser reparada, P53
induce a la célula a entrar en un proceso llamado
apoptosis (muerte celular programada), con lo cual
la célula es eliminada sin causar daño tisular.
Si el gen supresor de tumores (gen codificante de
P53) sufre una mutación, la P53 fabricada por la
célula no funcionará. Al ser la cabeza de las
proteínas supresoras de tumores, todas las que se
encuentran bajo su efecto tampoco funcionaran.
Ahora, si la célula sufriese una mutación grave en el
DNA y posee una P53 afuncional, ese error no será
detectado y la célula entrará en mitosis. Una vez
que finalice la mitosis, la célula originada no tendrá
las mismas funciones que antes, se transformará en
un ente aislado del control tisular y comenzará a
realizar ciclos celulares muy acelerados en
comparación con las células normales.
Esa masa celular sin control podría comenzar a
llevar a cabo un proceso característico de los
cánceres malignos llamado angiogenesis, en el cual
el tumor maligno estimula a los vasos sanguíneos
cercanos a fabricar ramas para irrigarlo.
Los productos de la meiosis son cuatro células
haploides (n/c), con una carga genética diferente a
su célula de origen y entre ellas.
Las etapas de la meiosis están repartidas en dos
grandes procesos: La meiosis I y la meiosis II.
Comenzaremos describiendo la primera de éstas:
MEIOSIS I: La importancia de la meiosis I radica en
la generación de variabilidad en las células en
formación. Es en este punto donde los cromosomas
dejan de ser homólogos.
Antes de entrar a la meiosis I la célula progenitora
(gonio) presenta una interfase idéntica a la presente
en la mitosis.
Las etapas del proceso son:
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1. Profase I: Es la etapa más compleja de toda la
meiosis. Está dividida en cinco subetapas:
a. Leptoleno: La membrana nuclear comienza
a desaparecer. Los cromosomas comienzan a
condensarse y comienza el ensamblaje del
complejo sinaptonémico (soporte de las
tétradas).
b. Zigoteno: Se forman las tétradas (o
bivalentes), consistentes en la unión del
cromosoma paterno y materno de cada par
cromosómico, a través del complejo
sinaptonémico.
genética n/2c. Pese a que ya se encuentra presente
la haploidía necesaria para los gametos (n + n = 2n)
la cantidad de DNA que hay es demasiada (2c + 2c
= 4c), por lo que debe realizarse otra división para
terminar el proceso.
Antes que comience la meiosis II, existe un periodo
llamado intercinesis, en el cual la célula se prepara
para una nueva división SIN REPLICAR SU
DNA.
MEIOSIS II: La meiosis II es muy similar a una
mitosis. Consta de las siguientes etapas:
c. Paquiteno: Ocurre el crossing-over
(entrecruzamiento).
Los
cromosomas
homólogos intercambian segmentos entre
ellos. Luego de esta etapa ya no existe un
cromosoma paterno y materno, sino que solo
son un cromosoma con cuatro cromátidas. A
partir de ahora la célula se considera
haploide.
1. Profase II: La membrana nuclear desaparece y
los cromosomas duplicados comienzan a
condensarse. El huso meiótico vuelve a
reorganizarse.
d. Diploteno: Los cromosomas ya son
observables. Los lugares donde hubo
recombinación permanecen unidos con unas
marcas en forma de X llamadas quiasmas.
3. Anafase II: Las cromátidas de cada cromosoma
son separadas hacia polos opuestos de la célula.
e. Diacinesis:
La
membrana
nuclear
desaparece y los cromosomas ya están
condensados.
2. Metafase I: Las tétradas se organizan en el
ecuador de la célula gracias al huso meiótico
(idéntico al huso mitótico). Es aquí donde ocurre
otro evento de variabilidad genética: La
permutación cromosómica. En este evento las
tétradas son ordenadas aleatoriamente, de manera
que durante la anafase, la distribución de las
cromátidas paternas y maternas será al azar.
2. Metafase II: Los cromosomas duplicados se
organizan en la línea ecuatorial de la célula gracias
al huso meiótico.
4. Telofase II: Se reorganiza la membrana nuclear
en torno a cada grupo de cromosomas.
Ocurrida otra citocinesis, la meiosis está completa:
Se han formado cuatro células con una carga
genética n/c. Su juego cromosómico lleva uno de
cada tipo (no hay pares). De esa manera, cuando se
unan los gametos se restituirá la diploidía (n/c + n/c
= 2n/2c).
La meiosis es muy importante evolutivamente como
el proceso desarrollado para generar variabilidad
intraespecie. Este proceso asegura que ninguna
descendencia será igual a sus progenitores,
pudiendo adquirir nuevas características.
3. Anafase I: Las tétradas son separadas hacia polos
opuestos de la célula. En cada polo celular se
encontrará un grupo de 23 cromosomas replicados.
4. Telofase I: Los núcleos se reorganizan en torno a
este grupo de cromosomas.
Ocurrida la citocinesis propia del proceso, la
meiosis I concluye con dos células con carga
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La importancia biológica de la meiosis es:
 Generación de variabilidad intraespecie (crossing-over y la permutación cromosómica).
 Ocurre solo en células de la línea germinal.
 Generación de gametos haploides, capaces de conservar el número cromosómico de la especie.
 Alta efectividad de producción (se generan cuatro células a partir de una).
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