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DIVISION Y CICLO CELULAR.
8.1.1 DIVISIÓN EN LAS CÉLULAS PROCARIOTAS
En todos los organismos los genes consisten en el ADN de uno o más
cromosomas .la reproducción de las células usualmente comprende la
duplicación del cromosoma o cromosomas y la distribución del conjunto
completo de material genético a las células hijas; estas son genéticamente
idénticas a la célula madre.
Las bacterias y protistas, como los ameboides y paramecios, son
unicelulares.la división celular en estos organismos produce dos nuevos
individuos. Se trata de una reproducción asexual, en la que un progenitor
genera descendientes idénticos.
Las plantas y los animales son multicelulares.la división celular en organismos
multicelulares es parte de un proceso de desarrollo que dura toda la vida. El
crecimiento ocurre a medida que el organismo multicelular se convierte en su
forma adulta y también ocurre durante la renovación y reparación.
La división celular permite que los organismos unicelulares se reproduzcan y es
necesaria para el crecimiento y reparación de organismos multicelulares.
El cromosoma procariótico.
Las procariotas (bacterias y arqueas unicelulares) carecen de núcleo y otros
organelos membranosos presentes en células eucarióticas. si tienen un
cromosoma, que se compone de ADN relacionado con proteínas.los
procariota poseen un solo cromosoma que contiene algunas proteínas .los
cromosomas eucarióticos tienen muchas más proteínas que los procarióticos.
En microfotografías electrónicas, el cromosoma bacteriano se observa como
una región electro densa de forma irregular, el nucleoide, no delimitado por
membrana. Al estirarse, el cromosoma se observa como un asa circular unida a
la cara interna de la membrana plasmática. Su longitud es casi equivalente a
10000 veces la de la célula, lo cual es la razón de que necesite estar enrollado
dentro de la célula.
El cromosoma procariótico es principalmente un asa de adn enrollada
apretadamente en la región llamada nucleoide.
Fisión binaria.
Los procariotas se reproducen de manera asexual por fisión binaria. El proceso
se llama fisión binaria porque la división (fisión) genera dos (binarias) células
hijas idénticas a la célula madre de origen. Antes de ocurrir la división, el ADN
se replica de modo que existan dos cromosomas unidos a la cara interna de la
membrana plasmática después de la replicación, los dos cromosomas se
separan gracias a un alargamiento de la célula. cuando la célula alcanza casi
el doble de su longitud original, la membrana plasmática crece hacia dentro y
se forma la nueva pared celular, que divide a la célula en dos porciones casi
iguales.
Figura (9.1).
Fisión binaria
En las fotografías es posible observar una bacteria que se divide para
convertirse en dos. El diagrama ilustra la duplicación y distribución de los
cromosomas. El primero se replica el ADN y, conforme se alarga la membrana
plasmática, se separa los dos cromosomas. Después de la fisión, cada bacteria
posee su propio cromosoma.
En escherichia coli, bacteria presente en el intestino humano, el tiempo de
generación (el necesario para la división de una célula) es cercano a 20
minutos en condiciones favorables. Luego de casi siete horas, ¡una sola célula
puede dar origen a más de un millón de células! sin embargo, muchas
bacterias poseen tiempo de generación de una a tres horas, y algunas incluso
requieren más de 24 horas.
La reproducción asexual en procariotas ocurre por fisión binaria. El ADN se
replica y los dos cromosomas resultantes se separan al alargarse de la célula.
DIVISIÓN DE LAS CÉLULAS EUCARIÓTICAS.
Entre divisiones nucleares los cromosomas son indiferenciables y se
denominan colectivamente cromatina. Cada especie eucariótica posee un
número característico de cromosomas .este se denomina numero diploide, la
mitad de ese número, numero haploide.
En eucariotas la división celular incluye las divisiones nuclear (cariocinesis) y
citoplasmática (citonesis).la mitosis es un tipo de división nuclear en que
permanece constante el numero de cromosomas porque cada cromosoma se
duplica y da origen a dos cromosomas hijos.
La mitosis incluye cinco fases, que se describen en relación con las células
animales en párrafos siguientes.
Profase: se distinguen los cromosomas duplicados, está en desaparición el
núcleo, se fragmenta y se forma el hueso mitótico entre los cromosomas .los
ásteres se irradian desde los centriolos en los centrosomas.
Prometafase: los cinetocoros de croamátidas hermanas se unen a los micro
túbulos del cinetocoro que se extienden desde polos opuestos.los cromosomas
se mueven en forma oscilatoria hasta que se alinean en la placa de la
metafase.
Metafase: el huso está formado totalmente y los cromosomas duplicados se
han alineado en la placa de la metafase. El huso consiste en las fibras polares
que se sobreponen en la placa de la metafase y los micro túbulos cinetocóricos
unidos a los cromosomas.
Anafase: los cromosomas hijos se mueven hacia los polos opuestos .los micro
túbulos polares se deslizan hasta traslaparse y los cinetocoros se
desensamblan. Se inicia la citonesis por segmentación.
Telofase: se forman de nuevo las envolturas nucleares, se inicia la conversión
de los cromosomas en cromatina, reaparecen los nucléolos y desparece el
huso.
Las células vegetales carecen de centriolos y, por lo tanto, de ásteres. Pese a
ello, se forma el huso mitótico y ocurren las mismas cinco fases de la mitosis.
La citocinesis en células vegetales incluye la formación de una placa celular, a
partir de la cual se forman la membrana plasmática y pared celular. En células
animales un proceso de segmentación divide el citoplasma.
Figura. (9.2)
Cromosomas duplicados
Un cromosoma duplicado contiene dos cromatidas hermanas cada una copia
de los mismos genes.
a) Fotografía de un cromosoma muy enrollado y compactado, característico de
un núcleo que esta apunto de dividirse.
b) Diagrama de un cromosoma compactado.se, muestra sombreado una
cromatida.las cromatidas están unidas en la región llamada centriomero.
8.1.2ETAPAS DEL CICLO CELULAR
Las células existentes se dividen a través de una serie ordenada de pasos
denominados ciclo celular; en el la célula aumenta su tamaño, el número de
componentes intracelulares (proteínas y organelos), duplica su material
genético y finalmente se divide.
Se denomina ciclo celular al conjunto ordenado de acontecimientos que
conducen al crecimiento de una célula y a su división en dos células hijas. este
conjunto de procesos se divide claramente en dos etapas: la Interfase, que
incluye todo el periodo en que la célula no está dividiéndose, y la división
celular. Normalmente, y a pesar de que se suele prestar más atención a la
división, la Interfase es, con mucho, el periodo más largo de los dos.
El ciclo celular se divide en dos fases
1) Interfase, que consta de:
• Fase de síntesis (s): en esta
etapa la célula duplica su
material genético para pasarle
una copia completa del
genoma a cada una de sus
células hijas.
• Fase g1 y g2 (intervalo):
entre la fase s y m de cada
ciclo hay dos fases
denominadas intervalo en las
cuales la célula esta muy
activa metabólicamente, lo
cual le permite incrementar su
tamaño (aumentando el
número de proteínas y
organelos), de lo contrario las células se harían más pequeñas con cada
división.
2) fase mitosis (m): en esta fase se reparte a las células hijas el material
genético duplicado, a través de la segregación de los cromosomas. la fase m,
para su estudio se divide en:
Profase: en esta etapa los cromosomas (constituidos de dos cromátidas
hermanas) se condensan en el núcleo, mientras en el citoplasma se comienza
a ensamblar el huso mitótico entre los centrosomas.
Metafase: comienza con el rompimiento de la membrana nuclear, de esta
manera los cromosomas se pueden unir al huso mitótico (mediante los
cinetocoros). Una vez unidos los cromosomas estos se alinean en el ecuador
de la célula.
Anafase: se produce la separación de las cromátidas hermanas, las cuales dan
lugar a dos cromosomas hijos, los cuales migran hacia polos opuestos de la
célula.
Telofase: aquí ambos juegos de cromosomas llegan a los polos de la célula y
adoptan una estructura menos densa, posteriormente se forma nuevamente la
envoltura nuclear. Al finalizar esta fase, la división del citoplasma y sus
contenidos comienza con la formación de un anillo contráctil.
Citocinesis: finalmente se divide la célula mediante el anillo contráctil de actina
y miosina, produciendo dos células hijas cada una con un juego completo de
cromosomas. Cuando ya no se requieren más células, estas entran en un
estado denominado g0, en el cual abandonan el ciclo celular y entran en un
periodo de latencia, lo cual no significa que entren en reposo ya que estas
células presentan un metabolismo activo, pues si estas células reciben el
estímulo adecuado abandonan el estado g0 y entran al g1. Algunas
poblaciones celulares altamente especializadas como las fibras musculares o
neuronas al entrar en estado g0 abandonan indefinidamente el ciclo celular.
8.1.3 CONTROL DEL CICLO CELULAR
El conjunto de procesos que ocurren durante el ciclo celular llevan un orden y
supervisión estrictos.
Señales provenientes del medio y algunos controladores dentro de la célula, se
encargan de dirigir el progreso de ésta a través de las distintas fases del ciclo
celular. Entonces hablamos de que hay una regulación extracelular y una
regulación intracelular.
Regulación intracelular
El control del ciclo celular se presenta a dos niveles, intracelular y extracelular.
El control intracelular está a cargo de mediadores proteicos que ejercen un
control negativo y positivo sobre el ciclo celular (cdk-ciclinas y cki).
Existen un punto de restricción y tres puntos de control los cuales son
supervisadas por distintas combinaciones de cdks-ciclinas.
La entrada al ciclo celular no es una decisión que la célula toma
individualmente; se requiere de las señales adecuadas (mitógenos) ya sea del
medio extracelular o de otras células.
Cuando una célula no es necesaria o es una posible amenaza ésta puede morir
por apoptosis ya sea por señales intracelulares o extracelulares.
El control interno del ciclo celular está a cargo de proteínas, cuyas acciones
podrían resumirse en series de activaciones e inhibiciones de otras proteínas,
que son indispensables durante las fases del ciclo. Los principales efectores de
esta regulación, son dos: las proteínas que permiten el progreso del ciclo, 1) los
complejos cdk-ciclina y las proteínas que las inhiben, 2) dos pequeñas familias
de proteínas, las cip y las ink4.
El paso ordenado por cada una de las fases del ciclo celular, está altamente
regulado por: los complejos cdk-ciclinas y sus inhibidores, entre otras
proteínas. Además, para el control del ciclo celular, se postularon cuatro puntos
en los se controla a la célula y al medio extracelular para dar lugar o restringir
las acciones propias de cada una de las fases del ciclo. Estos cuatro puntos
son: un punto de restricción y tres puntos de control.
Puntos de control
Los puntos de control son, por
así decirlo, pequeños retenes
donde se revisan distintas
características del medio y de la
célula misma, la célula debe
estar sana y el medio debe ser lo
suficientemente bueno para que
se continué el ciclo celular. Pero
además de ello, los
controladores implicados en
estos puntos tienen la capacidad
de “llamar” a otros a reparar,
cuando por ejemplo el material
genético está dañado, o a
terminar distintos procesos.
Control extracelular del ciclo
celular
la forma y el tamaño de un organismo están definidos por los tres procesos
fundamentales que dan forma y tamaño al individuo: el crecimiento celular, la
muerte celular y la proliferación celular; esta última es el resultado del ciclo
celular que como se vio en secciones anteriores, está regulado por mediadores
intracelulares (ciclinas-cdk); cabe señalar que la entrada al ciclo celular no es
un proceso autónomo de la célula, se requiere de la activación de estas vías
(ciclinas-cdk); a través de la señalización mediante factores solubles de
naturaleza proteica denominados mitógenos. De esta manera las células en
organismos multicelulares proliferan solo cuando se requieren más células.
La mayoría de los mitógenos controlan la tasa de división celular actuando en
la fase g1; liberan el control negativo del ciclo celular permitiendo la entrada a
la fase s. actúan uniéndose a receptores de membrana con actividad de
tirosina-cinasas los cuales activan a la proteína g monomérica ras cambiándola
de su estado unido a gdp por gtp; esta activación desencadena una cascada de
fosforilaciones a través de las proteínas mapk (cinasas activadas por
mitógenos). A su vez estas proteínas mapk transmiten el estimulo a diversas
moléculas efectoras (cinasas de proteínas o factores de trascripción). Esta
cascada de fosforilaciones ocasiona la trascripción de genes tempranos (entre
los que destacan los que codifican a las ciclinas de g1), algunos de estos
genes a su vez activan la trascripción de otros genes denominados genes
tardíos. De esta manera la vía de señalización ras- mapk transmite señales
extracelulares al núcleo activando la maquinaria del ciclo celular.
Muchos tipos celulares como los fibroblastos o las células epiteliales, requieren
de adhesión a sustratos de la matriz extracelular (fibronectina o laminina), para
crecer y proliferar en adición de las señales y medio adecuados. Este
requerimiento se debe a que la unión de moléculas de matriz extracelular a
integrinas (moléculas receptoras de matriz en la membrana celular, las cuales
están unidas al cito esqueleto) activa otras vías de señalización requeridas
para entrar al ciclo celular, mediadas por la activación de otras cinasas (fak,
cinasa de adhesión focal). es necesario señalar que las células de mamífero no
se dividen infinitamente, muchas células se dividen un número limitado de
veces antes de diferenciarse en células altamente especializadas. Por ejemplo
fibroblastos humanos en medio de cultivo estándar se dividen entre 25 y 50
veces, hacia el final la proliferación se disminuye su velocidad y finalmente se
detiene a este fenómeno se le ha denominado senescencia replicativa.
8.1.5 REPRODUCCIÓN ASEXUAL MITOSIS Y CITOCINESIS
Es la división celular que consiste en que a partir de una célula se obtienen 2
células hijas, genéticamente idénticas a la madre. Se produce en cualquier
célula eucarionte, ya sea diploide o haploide y como mantiene invariable el
número de cromosomas, las células hijas resultarán diploides, si la madre era
diploide o alploide. La división del citoplasma se llama citocinesis, y la división
del núcleo, cariocinesis. Algunas células no realizan mitosis y permanecen en
un estado interfásico, pero otras la realizan frecuentemente (células
embrionarias, células de zonas de crecimiento, células de tejidos sujetos a
desgaste.).
Función: crecimiento y desarrollo del organismo multicelular, y la regeneración
de tejidos expuestos a destrucción de células. En unicelulares, cumple la
función de reproducción asexual.
Cada mitosis está precedida por una Interfase, donde se produce la duplicación
del material genético. Actúa como un mecanismo que asegura que cada célula
hija reciba la misma información genética.
Interfase
La célula está ocupada en la actividad metabólica preparándose para la mitosis
(las próximas cuatro fases que conducen e incluyen la división nuclear). los
cromosomas no se disciernen claramente en el núcleo, aunque una mancha
oscura llamada nucléolo, puede ser visible. la célula puede contener un par de
centriolos (o centros de organización de micro túbulos en los vegetales) los
cuales son sitios de organización para los micros
túbulos.
Profase
la cromatina en el núcleo comienza a condensarse y se vuelve visible en
el microscopio óptico como cromosomas. El nucléolo desaparece. Los
centriolos comienzan a moverse a polos opuestos de la célula y fibras
se extienden desde los centrómeros. Algunas fibras cruzan la célula
para formar el huso mitótico.
Prometafase
La membrana nuclear se disuelve, marcando el comienzo de la Prometafase.
Las proteínas de adhieren a los centrómeros creando los cinetocoros. Los
micros túbulos se adhieren a los cinetocoros y los cromosomas comienzan a
moverse.
Metafase
Fibras del huso alinean los cromosomas a lo largo del medio del núcleo
celular. Esta línea es referida como, el plato de la metafase. esta organización
ayuda a asegurar que en la próxima fase, cuando los cromosomas se separan,
cada nuevo núcleo recibirá una copia de cada cromosoma.
Anafase
Los pares de cromosomas se separan en los cinetocoros y se mueven a lados
opuestos de la célula. El movimiento es el resultado de una combinación de:
el movimiento del cinetocoro a lo largo de los micro túbulos del huso y la
interacción física de los micros túbulos polares.
Telofase
Los cromatidos llegan a los polos opuestos de la célula, y nuevas membranas
se forman alrededor de los núcleos hijos. Los cromosomas se dispersan y ya
no son visibles bajo el microscopio óptico. Las fibras del huso se dispersan, y
la citocinesis o la partición de la célula pueden comenzar también durante esta
etapa.
Citocinesis:
La división del citoplasma se produce junto con la telofase. Se produce un
surco en la membrana plasmática, producido por un anillo de mocrofilamentos
unidos a ella. Las 2 células hijas se separan, distribuyéndose el hialoplasma y
los organelos de un modo equitativo.
Cuando no ocurre citocinesis luego de la cariocinesis, los dos núcleos quedan
en el mismo citoplasma y resulta una célula binucleada.
División en células vegetales:
No hay centriolos ni ásteres pero se organiza el huso acromático.
Citocinesis: el citoplasma se divide mediante un tabique, que se forma por la
agrupación de microtóbulos y vesículas. Las vesículas crecen, se ordenan y se
funden entre sí originando la placa celular. Finalmente se arman las paredes
celulares a partir de celulosa, hemicelulosa y pectina.
Citocinesis en células vegetales y animales
La citocinesis o segmentación citoplasmática usualmente acompañada de la
mitosis. Hacia el final de esta cada nueva célula en formación ha recibido una
parte de los organelos citoplasmáticos duplicados durante la Interfase. la
división del citoplasma se inicia en la anafase y continúa en la telofase, si bien
no se completa hasta el inicio de la Interfase siguiente.
Citocinesis en células vegetales
La citocinesis en células vegetales ocurre por un proceso distinto al que se
observa en células animales. La pared celular rígida que rodea a las células
vegetales no permite la citocinesis o segmentación. en lugar de ello, el aparato
de golgi, que es un organelo membranoso de las células, produce los sacos
membranosos llamados vesículas, que se mueven a lo largo de los micro
túbulos hasta el punto medio entre los dos núcleos hijos. Esas vesículas se
funcionan y forman una placa celular. Sus membranas completan la membrana
plasmática de ambas células. Además, liberan moléculas que activan la
formación de la pared de las células vegetales, que se fortalece con la adición
de fibrillas de celulosa.
Citocinesis en células animales
En las células animales, hacia el final de la anafase se inicia la formación de un
surco de segmentación, que es una depresión de la membrana entre los dos
núcleos hijos. El surco se profundiza cuando una banda de filamentos de
actina, llamada anillo contráctil, forma lentamente una constricción entre las
dos células hijas. La acción de dicho anillo puede compararse con un cordón
que se amarra de manera cada vez mas apretada en la porción media de un
globo. Al apretarlo, el globo se contrae en dicha porción.
Durante la telofase se observa un puente angosto entre las células, después de
lo cual el anillo contráctil continua separando el citoplasma hasta que se formen
dos células hijas independientes.
La citocinesis en células animales se logra mediante el proceso de
segmentación.
8.1.6 REPRODUCCIÓN SEXUAL: MEIOSIS Y GAMETOGÉNESIS.
La meiosis es un tipo de división celular de la cual se generan las células
sexuales (haploides) que intervienen en la reproducción sexual de las
diferentes especies.
Fases de la meiosis
Interface: la célula duplica su ADN; produce proteínas y todos los materiales
necesarios para el proceso. al final de la interface se observa al centriolo
moviéndose hacia cada uno de los polos para formar el huso acromático, la
cromatina se observa en forma de gránulos.
proface I: los cromosomas se hacen visibles y se alinean cada uno con su
homólogo; cada cromosoma está formado de dos cromátidas unidos por el
centrómero, ocurre la unión intima de cromosomas homólogos (sinopsis)
donde las cromátidas intercambian genes y fragmentos de su estructura en el
proceso de entrecruzamiento.
Metafase I: los cromosomas se alinean en el centro formando la placa
ecuatorial; los pares de homólogos se colocan uno frente al otro.
Anafase I: los cromosomas homólogos se separan, un miembro de cada par se
orienta hacia cada polo hasta llegar al extremo, cada cromosoma esta formado
aun por dos cromátidas.
Telofase I: una vez situado los cromosomas en los extremos, el citoplasma se
estrangula en su parte media y queda dividido en dos células hijas, cada una
contiene la mitad del número cromosómico.
Profase II: se inicia la segunda división celular; cada célula que resulta de la
telofase i hace visible sus dos cromosomas, compuestos de dos cromátides
cada uno, se forma nuevamente el huso acromático y desaparece la membrana
nuclear.
Metafase II; se forma la placa ecuatorial cuando cada cromosoma se desplaza
hacia el centro, con sus dos cromátides unida al centrómero.
Anafase II: cada cromosoma rompe el centrómero que mantenía unidas las
cromátides, cada cromátide libre se convierte en cromosoma y emigra hacia al
polo respectivo.
Telofase II: una vez llegado los cromosomas a los polos respectivos, el huso
acromático desaparece, se forma la membrana nuclear en cada célula nueva,
el citoplasma se divide en dos partes iguales para dar origen a dos células hijas
con número haploide de cromosomas.
Gametogénesis
El proceso de formación de células sexuales se denomina gametogénesis
(génesis=origen y gameto = célula sexual) y comprende la espermatogénesis
que es el origen del espermatozoide y la ovogénesis, el origen del ovulo.
Espermatogénesis
La producción de4 espermatozoides se inicia en el testículo, en donde se
encuentran varios cientos de tubos llamados seminíferos, en cuyas paredes se
encuentran las espermatogónias, las cuales inician el proceso. las
espermatogónias son células diploides y se dividen por mitosis para dar origen
a células diploides que al crecer se transformaran en espermatocítos primarios,
que se dividen por meiosis y originan dos espermatocítos secundarios, que ya
son células haploides. en la primera división meiótica ocurre el
entrecruzamiento de cromosomas, durante la segunda división, cada
espermatocíto secundario se divide a su vez en dos espermatozoides,
formando así cuatro gametos. la célula que constituirá al gameto, pierde la
mayor parte citoplasma, quedando solo el núcleo celular, el cual contiene el
material genético en forma de gránulos o hilos de cromatina, el núcleo se ovala,
se forma un segmento intermedio y un filamento o cola quedando así
constituido el espermatozoide maduro, una vez que los espermatozoides son
producidos en el interior de los tubos seminíferos ,pasan al epidídimo, en
donde completan su maduración y se almacenan durante un periodo corto
mientras se espera ocurra la eyaculación, los espermatozoides expulsados en
la eyaculación oscilan entre los cien y cuatrocientos millones, los
espermatozoides que no han salido del cuerpo mediante la eyaculación se
desintegran y son reabsorbidos por el organismo, que reutiliza sus
componentes.
Ovogénesis
La ovogénesis es un proceso similar al de la espermatogénesis, solo que
presenta algunas variantes .las ovogónias son células germinales inmaduras
que dan origen a los óvulos, estas células se encuentran en los ovarios,
envueltas dentro de la estructura de el folículo de graff. las ovogónias inician
su desarrollo en los ovarios de las niñas, convirtiéndose en ovocítos de primer
orden, una vez llegado a esta etapa, el desarrollo se suspende y continua una
vez iniciada la pubertad, durante esta etapa se inicia la madures sexual, la
hormona folículo estimulante (hfe) producida por la hipófisis, estimula el ovario
que cada mes, hace que un folículo reanude el desarrollo de una célula
sexual(ovulo).la maduración de los óvulos ocurre de manera alternada y cíclica
,durante un ciclo el ovario derecho madura un ovulo y al siguiente ciclo lo hace
el izquierdo. Hay casos excepcionales en los que un solo ovario libera mas de
un solo ovulo, o en otras ocasiones los dos ovarios maduran de manera
simultánea y liberan un ovulo cada uno, que al ser fecundado dan origen a los
nacimiento múltiples.
8.2ESTADO DIFERENCIADO
La diferenciación celular es el proceso por el que, tras procesos proliferativos,
las células sufren modificaciones citológicas dando lugar a una forma y una
función determinada durante el desarrollo embrionario o la vida de un
organismo pluricelular, especializándose en un tipo celular. Cualquier célula
que presente capacidad de diferenciación es lo que se denomina célula madre
.éstas pueden clasificarse según su capacidad de diferenciación en toti
potentes, pluripotentes, multipotentes y unipotentes. en los mamíferos, sólo el
cigoto y las células embrionarias jóvenes son toti potentes, mientras que en las
plantas y hongos, muchas células son toti potentes.
Como cualquier proceso celular, la diferenciación celular se debe a reacciones
bioquímicas que tienen lugar en el interior de la célula, y está promovida por
complejas cascadas de señalización. Cabe destacar la importancia de las
sustancias denominadas morfógenos. Éstos son sustancias, normalmente
proteínas que aparecen en un gradiente de concentración en la célula o en el
medio que la rodea, de forma que controla el destino durante la diferenciación.
Estos morfógenos serán clave en la señalización que lleve a la expresión de
unos u otros genes. La diferenciación celular, al igual que otros tantos procesos
celulares, están controlados por mecanismos de regulación génica como
control genómico, control transcripcional, control posttranscripcional, control
traduccional y control posttraduccional.
8.2.1 DIFERENCIACION CELULAR
La diferenciación celular es el proceso por el que las células adquieren una
forma y una función determinada durante el desarrollo embrionario o la vida de
un organismo pluricelular, especializándose en un tipo celular. La morfología de
las células cambia notablemente durante la diferenciación, pero el material
genético o genoma, permanece inalterable
La transformación morfológica y fisiológica de las células meristemáticas en
tejidos adultos o diferenciados constituye el proceso de diferenciación celular.
Ésta, y la consecuente especialización de la célula traen consigo la división de
trabajo, formando células con funciones específicas. La diferenciación se
produce por la activación diferencial de algunos genes y la represión de otros.
En la inmensa mayoría de los organismos pluricelulares, todas las células no
son idénticas. Por ejemplo, las células que forman la piel en el ser humano son
diferentes de las células que componen los órganos internos. Sin embargo,
todos los diferentes tipos celulares derivan de una sola célula inicial o cigoto,
procedente de la fecundación de un óvulo por un espermatozoide, gracias a la
diferenciación celular. La diferenciación es un mecanismo mediante el cual una
célula no especializada sufre modificaciones citológicas, dando lugar a los
numerosos tipos celulares que forman el cuerpo como los miocitos (células
musculares), los hepatocitos (células del hígado) o incluso las neuronas
(células del sistema nervioso).
Durante la diferenciación, ciertos genes son expresados mientras que otros son
reprimidos. Este proceso es intrínsecamente regulado gracias a distintos
mecanismos de regulación de la expresión génica de las células. Así, la célula
diferenciada expresará ciertos genes y adquirirá determinadas funciones.
La diferenciación puede afectar a los cambios de numerosos aspectos de la
fisiología de la célula como el tamaño, la forma, la polaridad, la actividad
metabólica, la sensibilidad a ciertas señales y la expresión de genes. Todos
estos aspectos pueden ser modificados durante la diferenciación. en cito
patología, el nivel de diferenciación celular es utilizado como una medida de la
progresión de un cáncer.
Hasta la década de 1950, se planteaban dos posibles hipótesis que podrían
explicar la diferenciación celular en los organismos pluricelulares. Una de ellas,
es que a partir del embrión, los distintos tipos celulares perdían genes, regiones
de su genoma, de forma que en el individuo adulto los distintos tipos celulares
presentaran distinto genoma. La otra, defendía que manteniendo todos los
tipos celulares el mismo genoma, existía una expresión diferencial de los
distintos genes según el tipo celular.
A finales de los 50, Frederick Stewart cultivó células individuales de zanahoria
en un medio con nutrientes y varias hormonas de crecimiento. el resultado es
que algunas de ellas dieron lugar a zanahorias adultas completas. de esta
forma se descartaba la hipótesis de la pérdida de material genético según el
tipo celular.
Cualquier célula que presente capacidad de diferenciación es lo que se
denomina célula madre (stem cell). Éstas pueden clasificarse según su
capacidad de diferenciación en toti potentes, pluripotentes, multipotentes y
unipotentes. En los mamíferos, sólo el cigoto y las células embrionarias jóvenes
son totipotentes, mientras que en las plantas y hongos, muchas células son
totipotentes. Los últimos avances científicos están consiguiendo inducir células
animales diferenciadas a ser totipotentes.
8.2.2ESPECIALIZACION CELULAR
La especialización, independientemente de que puede reconocerse por las
manifestaciones fisiológicas, o de comportamiento macroscópico, tiene una
representación bioquímica o molecular, que en muchos casos se conoce con
cierto detalle.
En un organismo pluricelular el número de células aumenta por división celular.
Cada célula se divide para dar dos células hijas. Ambas células hijas pueden
dividirse de nuevo pero, a menudo, una de ellas se especializa para hacer un
trabajo particular.
La especialización celular supone que:
La célula hace un trabajo concreto.
La célela desarrolla una forma característica.
Se producen cambios en el citoplasma de la célula. Estos cambios se
relacionan con la diferente actividad de los distintos orgánulos.
Los cambios de forma y los que se producen en el interior de una célula
especializada, la hacen adecuada para desempeñar una determinada función.
La especialización celular suele ir acompañada de la pérdida de la capacidad
para volverse a dividir. Sin embargo, de las dos células hijas obtenidas en la
reproducción celular, una mantiene su capacidad de división. Así, el organismo
puede continuar creciendo.
Los organismos pluricelulares, que desde los más sencillos, cuentan con
ventajas que les fue dando la evolución, al agregarse células y sufrir el proceso
llamado diferenciación. por medio de éste, durante las divisiones sucesivas de
el huevo, la célula de la que provienen todas las células de un animal o planta,
se producen cambios que vienen programados en el DNA, que dan lugar a
cambios en la forma, el comportamiento y la bioquímica de los distintos tipos
celulares. Pero estos cambios no se efectúan por simple azar; dan lugar a
ventajas de la asociación de distintos tipos de células y la reunión de
verdaderas especialistas en determinadas funciones produce un organismo con
capacidades enormemente mayores. Esto lo apreciamos mejor si pensamos en
el grado máximo de especialización que ha logrado el ser humano frente a los
demás organismos vivos.
Ejemplos de células especializadas
Células protectoras: son las que presentan mayor especialización.
suelen ser cubiertas externas. Protegen controlando las sustancias que
entran y salen.
Células secretoras: producen sustancias útiles para el organismo. su
estructura va unida a las glándulas (tiroides).
Células de unión y sostén: aíslan o refuerzan estructuras.
Células transmisoras: transmiten la información de manera constante.
son el sistema nervioso sensitivo y motor.
Células contráctiles: constituyen las fibras del sistema muscular por lo
que tienen como propiedad la excitabilidad a partir de la corriente
nerviosa, lo que va a producir la contracción o relajación. Constituirán la
fibra relacionada con el movimiento voluntario.
Tejidos.
Tejido epitelial: está constituido por células de revestimiento y glándulas
que pueden ser de tres tipos: endocrinas, exocrinas y mixtas.
Tejido conectivo: su función principal consiste mantener unidas las
diferentes partes del cuerpo (fibras). Tipos:
Tejido conjuntivo: sus funciones son el soporte y la protección de
órganos, la difusión de vasos sanguíneos y nervios.
Tejido conectivo reticular: las células se denominan reticulocitos y
constituyen la trama fundamental en el bazo, hígado y médula ósea.
Tejido conectivo laxo: funciona como un pegamento entre órganos y
tejidos. es capaz de acumular agua y extenderse y aplastarse
elásticamente.
Tejido conectivo denso: predominan las fibras colágenas. La
consistencia es líquida, formando los tendones y los ligamentos.
Tejido conectivo adiposo: su principal característica es la presencia de
adipocitos que son células cuyo citoplasma esta ocupado por una gota
de grasa. Presenta el resto de elementos de células u tejidos. Constituye
la capa subcutánea, actúa como un aislante y protector de determinadas
vísceras y órganos, como por ejemplo los riñones; presenta una función
energética.
Tejido carilaginoso: sus células se llaman condrocitos (forman
cartílagos). se encuentran envueltos en una cápsula que se encuentra
situada en una sustancia o matriz formada por fibras colágenas y
elásticas. Los cartílagos no están recorridos ni por vasos ni por nervios.
Presentan una envoltura pericondrio que es la que permite el paso de
los nervios y el sistema circulatorio difundiendo las sustancias nutritivas
a través de la matriz. Tipos:
Tejido elástico: es consistente y elástico. Presenta fibras colágenas y
elásticas. Se encuentra en el oído externo y en la epiglotis.
Tejido hialino: presenta pocas fibras colágenas y las que tiene son
finitas. se encuentra en la nariz y en la tráquea.
Tejido fibroso: presenta muchas fibras de colágeno y se encuentra en
los círculos intervertebrales.
Tejido óseo: es el tejido conectivo con mayor dureza. La dureza se debe
a que las sustancias intercelulares esta formada por sales minerales
(fundamentalmente calcio), también tiene una sustancia denominada
osteína parecida al colágeno. En un corte transversal podemos observar
que un hueso está formado por un sistema de anillos concéntricos. Cada
uno de estos sistemas constituye el sistema o conducto de “havers”.
Estos sistemas están interconectados entre sí; entre los anillos hay
espacios huecos denominados lagunas óseas que presentan osteocitos.
Las lagunas se comunican entre sí a través de los conductos calcófonos.
Los huesos están recorridos por nervios y vasos sanguíneos que
penetran a través del periosteo.
Renovación celular:
Es cuando las células mueren y se renuevan por medio de las células madres.
Es importante destacar que nuestro organismo funciona a base de renovación
de células y que en todos nuestros tejidos las células mueren y se renuevan.
Por otra parte, es importante mencionar que cuando un órgano deja de tener
esa habilidad de renovar sus células, ese órgano empieza a morir.
Senescencia o envejecimiento celular:
Otro factor que influye en la división celular es el número de veces que una
célula se ha dividido anteriormente. Las células tomadas de un tejido
embrionario y puestas en cultivo se dividen alrededor de 50 veces. Luego
entran en g0, fase de la cual nunca salen. Cuanta mayor edad tiene el
organismo de donde se toman las células, menor será el número de veces que
las células se dividen en cultivo. A este fenómeno se le denomina senescencia
o envejecimiento celular. Esta restricción en el numero de divisiones se
correlaciona con el acortamiento progresivo de los extremos de los
cromosomas, los telomeros, a lo largo d los sucesivos ciclos celulares. Esto no
ocurre en ciertos tipos celulares, como en las células germinales o en lagunas
células de la sangre. En estas células se encuentra activa una enzima llamada
telomerasa, que agrega continuamente DNA a los extremos de los
cromosomas evitando su acortamiento. Esta enzima también se encuentra
activa en células cancerosas.
Apoptosis o muerte celular:
En la formación de un individuo, la muerte celular o apoptosis es tan importante
como la división celular. en los vertebrados, por apoptosis se regula el número
de neuronas durante el desarrollo del sistema nervioso, se eliminan linfocitos
que no realizan correctamente su función y se moldean las formas de un
órgano en desarrollo, eliminando células especificas. Por ejemplo, las células
de la cola de los renacuajos, se eliminan por este proceso durante la
metamorfosis. en los embriones humanos, las células que forman las
membranas interdigitales se eliminan por apoptosis en cierto momento del
desarrollo.
La mayoría de las células fabrican las proteínas que forman parte de una
maquinaria para su propia destrucción. Esta maquinaria letal está compuesta
por enzimas capaces de degradar proteínas (proteasas) y su activación
produce, directa o indirectamente, cambios celulares característicos. Las
células que entran en apoptosis se encogen y se separan de sus vecinas;
luego las membranas se ondulan y se forman burbujas en su superficie; la
cromatina se condensan y los cromosomas se fragmentan; por último las
células se dividen en numerosas vesículas, los cuerpos apoptosicos, que serán
engullidos por células vecinas.
Las enzimas involucradas en el proceso de apoptosis normalmente
permanecen inactivas en las células, respondiendo a mecanismos de control
estrictos. Los mecanismos de control son los responsables de activar la
maquinaria letal en momentos particulares de la vida de la célula, respondiendo
a señales externas o internas. Cualquier alteración en estos mecanismos de
control puede tener consecuencias nefastas para el organismo, creando
estados patológicos producidos tanto por la pérdida de células normales como
por la supervivencia de células que deberían entrar en apoptosis.
Cuando una célula muere por daño o envenenamiento, proceso denominado
necrosis, normalmente se hincha y explota, derramando su contenido en el
entorno. Como consecuencia, se produce una inflamación que recluta glóbulos
blancos y que puede lesionar el tejido normal que la circunda. La apoptosis a
diferencia de la necrosis, es un tipo de muerte activa, que requiere gasto de
energía por parte de la célula y es un proceso ordenado en el que no se
desarrolla un proceso inflamatorio.
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