CICLO CELULARCICLO CELULAR

Prof.: Christian Collazos VProf.: Christian Collazos V

CICLO CELULARCICLO CELULAR El ciclo celular es un conjunto ordenado de eventos que culmina con el

crecimiento de la célula y la división en dos células hijas.  Las células que no están en división no se consideran que estén en el ciclo celular. Las etapas son G1-S-G2-M. El estado G1 quiere decir "GAP 1"(Intervalo 1). El estado S representa "Síntesis". Este es el estado cuando ocurre la replicación del ADN. El estado G2 representa "GAP 2"(Intervalo 2). El estado M representa "mitosis", y es cuando ocurre la división nuclear (los cromosomas se separan) y citoplasmática (citocinesis). La Mitosis además se divide en 4 fases, las cuáles se verán posteriormente

La duración del ciclo celular varía mucho de un tipo celular a otro. En una célula cultivada de mamífero con un tiempo estacional de 16 horas las diferentes fases deben tener las siguientes duraciones:

G1= 5horas S = 7horas G2 = 3hora MITOSIS = 1 horas

FASES DEL CICLO CELULARFASES DEL CICLO CELULAR

PERIODO G1PERIODO G1

El período G1, llamado primera fase de crecimiento, se inicia con una célula hija que proviene de la división de la célula madre. La célula aumenta de tamaño, se sintetiza nuevo material citoplásmico, sobre todo proteínas y ARN.

PERIODO SPERIODO S

El período S o de síntesis, en el que tiene lugar la duplicación del ADN. Cuando acaba este período, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio.

PERIODO G2PERIODO G2

El período G2, o segunda fase de crecimiento, en el cual se sigue sintetizando ARN y proteínas; el final de este período queda marcado por la aparición de cambios en la estructura celular ,que se hacen visibles con el microscopio y que nos indican el principio de la Mitosis o división celular. El período de tiempo que transcurre entre dos mitosis, y que comprende los períodos G1, S, y G2, se le denomina Interfase.

REGULACIÓN DEL CICLO REGULACIÓN DEL CICLO CELULARCELULAR

Cómo se controla la división celular ( y de está manera el crecimiento celular) es muy complejo.  Los siguientes términos corresponden a algunos rasgos que son importantes en la regulación y lugares dónde los errores pueden conducir al cáncer.  El cáncer es una enfermedad dónde la regulación del ciclo celular sale mal y el crecimiento normal y comportamiento de la célula se pierden.

REGULACIÓN DEL CICLO REGULACIÓN DEL CICLO CELULARCELULAR

CDC (kinase dependiente de ciclinas, agrega fosfato a una proteína), junto con ciclinas son las mayores llaves de control para el ciclo celular, causando que la célula se mueva de G1 a S o G2 a M. 

FPM (Factor Promotor de la Maduración)  incluye la KdC y ciclinas que desencadenan la progresión del ciclo celular. 

p53 Es una proteína que funciona bloqueando el ciclo celular si el ADN está dañado. Si el daño es severo esta proteína puede causar apoptosis (muerte celular).

Los niveles de p53 están incrementados en células dañadas. Esto otorga tiempo para reparar el ADN por bloqueo del ciclo celular.  

Una mutación de la p53 es la mutación más frecuente que conduce al cáncer. Un caso extremo de esto es el síndrome de Li Fraumeni dónde un defecto genético en la p53 conduce a una alta frecuencia de cáncer en los individuos afectados.

p27 Es una proteína que se une a ciclinas y KdC bloqueando la entrada en fase S.  Investigaciones recientes (Nat. Med.3, 152 (97)) la prognosis del cáncer en el ceno está determinado por los niveles de p27.  Reducidos niveles de p27 predicen un mal resultado para los pacientes de cáncer en el seno. 

MITOSISMITOSIS

El proceso por el cual una célula da origen a otras dos células hijas idénticas a la madre se denomina mitosis. Cuando no son aparentes los fenómenos de la división se dice que la célula esta en un periodo de interfase, en el cual los cromosomas están alargados formando una fina red dentro del nucleoplasma.

Fases de la mitosis

A interphase

B prophase

C metaphase

D anaphase

E telophase

F celulas hijas.

1 centriolo par,

2 nuclear membrana,

3 chromatin

4 nucleolus

5 duplicated chromosoma, 6 minute tubules radiating from centromero region

7 centromero,

8 nuclear membrane fragment,

9 nuclear membrane reforming

FASES DE LA MITOSISFASES DE LA MITOSISPROFASEPROFASE

La detección de los cromosomas como filamentos delgados indica el inicio de la profase.

Después de la duplicación del ADN en la fase S cada cromosoma esta compuesto por dos moléculas de ADN llamadas cromátidas. A medida que avanza la profase las cromátidas se hacen mas cortas y gruesas. Además los centrómeros (o constituciones primarias) se vuelven claramente visibles debido a que se les han asociado unas placas proteicas llamadas cinetocoros. Al principio los cromosomas están distribuidos homogeneamente en el interior del núcleo, pero luego se aproximan a la envoltura nuclear. Este movimiento centrífugo de los cromosomas indica que que se aproxima el momento de la desaparición de la envoltura nuclear.

Otro cambio es la reducción del tamaño del nucleolo

FASES DE LA MITOSISFASES DE LA MITOSISPROFASEPROFASE

En el citoplasma el RE y el complejo de Golgi se fragmentan en vesículas, ademas el citoesqueleto también se desintegra y por tanto la célula pierde su forma original para adoptar una forma esférica.

Uno de los fenómenos a destacar es la formación del huso acromático que es un conjunto de haces de microtubulos (formados por tubulina) que son estructurados por los centrosomas (centríolos).

FASES DE LA MITOSISFASES DE LA MITOSIS PROMETAFASEPROMETAFASE

Es la transicion entre la profase y la metafase. Se trata de un periodo muy corto, durante el cual se desintegra la envoltura nuclear y los cromosomas-algo mas condensados-quedan en aparente desorden. Los centrosomas ya arribaron a los polos de la célula y las fibras del huso desaparecida la envoltura nuclear invaden el área del núcleo llegando así a los cinetocoros ubicados en los centrómeros como vimos anteriormente, estas fibras se denominan “fibras cinetocóricas”. Otras fibras del huso llamadas fibras polares se extienden más halla del plano ecuatorial y sus tramos distales se entrecruzan con sus similares provenientes del polo opuesto.

FASES DE LA MITOSISFASES DE LA MITOSIS METAFASEMETAFASE

En la metafase los cromosomas (que han llegado a su máxima condensación) aparecen ordenados en el plano ecuatorial. Se acomodan modo tal que las dos placas cinetocóricas en cada centrómero quedan mirando a los respectivos centrosomas.

FASES DE LA MITOSISFASES DE LA MITOSIS ANAFASEANAFASE

Durante la anafase se produce la partición de los centrómeros, hecho que ocurre simultáneamente en todos los cromosomas. Las cromátides se separan y comienzan a migra hacia los polos, traccionadas por las fibras cinetocóricas del huso. Los cromosomas suelen adoptar la forma de una V, de brazoz iguales los metacéntricos y desiguales los submetacéntricos y acrocentricos. El centrómero en el ángulo de la V, precede a las partes restantes del cromosoma en su carrera al centrosoma. En este proceso los microtúbulos de las fibras cinetocóricas se acortan progresivamente. En cambio, aumenta la longitud de los microtubulos de las fibras polares, hecho que se da simultanemante con el mutuo distanciamiento de los polos de la célula, que entonces pierde su forma esférica y adquiere una aspecto ovoide.

FASES DE LA MITOSISFASES DE LA MITOSIS TELOFASETELOFASE

La llegada de los cromosomas hijos a los polos con la consiguiente desaparición de la fibras cinetocóricas del huso, señala el inicio de la telofase. La célula se ha alargado un poco más, de modo que las fibras polares exhiben una mayor longitud al ser comparadas con las de la anafase. Los cromosomas comienzan a desenrollarse; se muestran cada vez menos condensados, por lo que este proceso representa en cierta manera una profase inversa.

Al tiempo que los cromosomas se convierten en cromatina, estas son rodeadas por segmentos de RE, los cuales se integran hasta formar las envolturas nucleares definitivas, además inicia la aparición del nucleolo.

FASES DE LA MITOSISFASES DE LA MITOSISCITOCINESISCITOCINESIS

La citocinesis o citodiéresis es la separación física del citoplasma en dos células hijas durante la división celular. Se produce después de la cariocinesis, y al final de la telofase, en la división celular mitótica. Su mecansimo es distinto en la célula animal (por estrangulación) o vegetal (por tabicación).

En células animales la formación de un surco de división implica una expansión de la membrana en esta zona causada por un anillo periférico contráctil de actina asociada a miosina. Este anillo producirá la separación de las dos células hijas por estrangulación del citoplasma.

Las células vegetales tienen un proceso diferente de división que consiste en la acumulación de vesículas procedentes del aparato de Golgi, que contienen elementos de la pared celular, en la zona media de la célula. Las vesículas se fusionan y entran en contacto con las paredes laterales de la célula. De esta forma se origina el tabique o fragmoplasto que hará posible la división celular.

MEIOSISMEIOSIS La meiosis es un proceso de división celular por el que a partir

de una célula madre diploide (2n) se obtienen cuatro células hijas haploides (n)

Durante la meiosis se producen dos divisiones celulares consecutivas conocidas como meiosis I y meiosis II. La primera de las divisiones, que es más compleja que la segunda, es una división reduccional en la cual se pasa de una célula diploide (con 2n cromosomas) a dos células haploides (con n cromosomas) cada una de ellas con 2n cromátidas. La segunda división es mucho más sencilla y similar a una división mitótica, y en ella a partir de las dos células haploides (n) anteriormente formadas se obtienen cuatro células haploides (n) con n cromátidas cada una de ellas

FASES DE LA MEIOSISMEIOSIS REDUCCIONAL

En ella tienen lugar algunos sucesos importantes: a diferencia de la mitosis, no ocurre separación de cromátidas, sino

que cada cromosoma duplicado de cada par homólogo emigra a cada polo del huso.

Durante esta primera división meiótica hay un intercambio de alelos (genes alternos que representan el código para una misma característica) entre las cromátidas de los pares homólogos de los cromosomas duplicados. Este intercambio va a suponer la formación de cromátidas con diferente constitución genética que en la célula madre.

La meiosis 1 al igual que la mitosis también se divide en 4 fase que son:

Profase 1, Metafase 1, Anafase 1 y Telofase 1 con una posterior fase llamada intercinesis. De las 4 fases la mas importante es la profase 1 ya que en ella suceden una serie de sucesos que veremos a continuación

MEIOSIS I - PROFASE 1

La profase I incluye la recombinación del material genético y la disposición al azar de los pares homólogos, produciendo la diversificación de las células  haploides resultantes.  Se divide en

Leptoteno Cigoteno Paquiteno Diploteno Diacinesis

PROFASE IPROFASE ILEPTOTENOLEPTOTENO

Es el estado inicial de la profase I en la meiosis. Los cromosomas se hacen visibles y a menudo se disponen en una configuración en ramillete, con uno o ambos extremos de los cromosomas reunidos en un punto de la membrana nuclear interna. En el leptoteno, los cromosomas estan formados por dos cromátidas hermanas estrechamente ligadas. Es la etapa donde se produce la duplicación de la cadena de ADN.

PROFASE IPROFASE ICIGOTENOCIGOTENO

Los cromosomas homólogos comienzan a acercarse hasta quedar apareados en toda su longitud. Los homólogos quedan finalmente apareados cromómero a cromómero.

La disposición de los cromómeros a lo largo del cromosoma parece estar determinado genéticamente. Tal es así que incluso se utiliza la disposición de estos cromómeros para poder distinguir cada cromosoma durante la profase I meiótica.

Los cromosomas homólogos se reconocen entre sí gracias a que los telómeros de éstos se encuentran anclados en regiones próximas de la membrana nuclear. Además el eje proteico central observado en el leptoteno pasa a jugar un papel importante en el apareamiento de los homólogas al formar los elementos laterales del complejo sinaptonémico, una estructura proteica con forma de escalera formada por dos elementos laterales y uno central que se van cerrando a modo de cremallera y que garantiza el perfecto apareamiento entre homólogos. En el apareamiento entre homólogos también está implicada la secuencia de genes de cada cromosoma, lo cual evita el apareamiento entre cromosomas no homólogos.

Además durante el zigoteno concluye la replicación del ADN (2% restante) que recibe el nombre de zig-ADN.

En esta fase cada pareja de cromosomas se llama bivalente (dos cromosomas homólogos unidos) o tétrada (cromátidas muy espiralizadas unidas por quiasmas o centrómeros).

PROFASE IPROFASE IPAQUITENOPAQUITENO

Una vez que los cromosomas homólogos están perfectamente apareados formando estructuras que se denominan bivalentes se produce el fenómeno de recombinación genética (crossing over), esto es, el intercambio de material genético entre los cromosomas homólogos de cada pareja.

La recombinación genética está mediada por la aparición entre los dos homólogas de una estructura proteica de 90 nm de diámetro llamada nódulo de recombinación. En él se encuentran las enzimas que median en el proceso de recombinación.

Durante esta fase se produce una pequeña síntesis de ADN, que probablemente está relacionada con fenómenos de reparación de ADN ligados al proceso de recombinación.

PROFASE I PROFASE I DIPLOTENODIPLOTENO

Los cromosomas continúan condensándose hasta que se pueden comenzar a observar las dos cromátidas de cada cromosoma, por lo que a los bivalentes del paquiteno los podemos denominar ahora tétradas.

Además en este momento se pueden observar los lugares del cromosoma donde se ha producido la recombinación. Estas estructuras en forma de X reciben el nombre quiasmas.

En este punto la meiosis puede sufrir una pausa, como ocurre en el caso de la formación de los óvulos humanos. Así, la línea germinal de los óvulos humanos sufre esta pausa hacia el séptimo mes del desarrollo embrionario y su proceso de meiosis no continuará hasta alcanzar la madurez sexual. A este estado de latencia se le denomina dictiotena.

PROFASE I DIACINESIS

En esta fase los cromosomas se han contraido aun mas y los quiasmas se han desplazado completamente hacia sus extremos (terminalización).

Esta etapa apenas se distingue del diploteno. Podemos observar los cromosomas algo más condensados y los quiasmas.

El final de la diacinesis y por tanto de la profase I meiótica viene marcado por la rotura de la membrana nuclear.

Durante toda la profase I continuó la síntesis de ARN en el núcleo. Al final de la diacinesis cesa la síntesis de ARN y desaparece el nucleolo

MEIOSIS I - METAFASE 1MEIOSIS I - METAFASE 1 Comienza con la rotura de la

membrana nuclear. Se forma el huso acromático a

partir de los centrosomas que se colocan en los polos de la célula.

Las parejas de cromosomas homólogos se unen al huso en el centro de la célula a través de sus centrómeros.

Los quiasmas son todavía visibles

MEIOSIS I - ANAFASE 1MEIOSIS I - ANAFASE 1 Los cromosomas

homólogos se separan y se mueven hacia polos opuestos guiados por las fibras del huso. Como consecuencia desaparecen los quiasmas.

(Obsérvese que los cromosomas resultantes son cromosomas recombinantes).

MEIOSIS I - TELOFASE 1MEIOSIS I - TELOFASE 1 Se forman dos nuevas

membranas nucleares y se separan las dos nuevas células haploides (n) con 2n cromátidas cada una de ellas.

Esta parte del ciclo meiótico varía de unos organismos a otros, así en algunos no se forma membrana nuclear y se pasa directamente a la segunda división meiótica. En cualquier caso lo que nunca se produce entre la primera y la segunda división meiótica es la síntesis de nuevo ADN.

INTERCINESISINTERCINESIS

En algunos casos puede estar ausente. Es muy corta y no se realiza en ella la síntesis de ADN. El número de cromosomas es haploide(n) y conservan cromátides duplicadas.  

FASES DE LA MEIOSISFASES DE LA MEIOSISMEIOSIS ECUACIONALMEIOSIS ECUACIONAL

La meiosis dos se parece a la mitosis, excepto que no esta precedida por la duplicación de material cromosómico. Puede haber una interfase corta, pero muchas veces de la telofase I se pasa directamente a la profase II, durante la cual las envolturas nucleares se desintegran y comienzan a aparecer nuevas fibras de huso. En la metafase II, los pares de cromátidas se alinean en el plano ecuatorial. En la anafase II las cromátidas se separan, cada segmento es un cromosoma distinto que se comienza a mover a los polos. En la telofase II se forma una envoltura nuclear alrededor de cada conjunto de cromosomas. Ahora hay cuatro núcleos en total, cada uno de los cuales tiene el número haploide de cromosomas. Ocurre entonces la división del citoplasma del mismo modo que después de la mitosis. Se forman las membranas celulares y de esta forma resultan cuatro células con el número de cromosomas reducido a la mitad y con información genética intercambiada.

MEIOSIS II – PROFASE IIMEIOSIS II – PROFASE II

En este momento cada célula contiene un número haploide de cromosomas, cada uno de ellos con dos cromátidas.

La membrana nuclear se rompe y comienza la síntesis del nuevo huso acromático

MEIOSIS II – METAFASE IIMEIOSIS II – METAFASE II

Los cromosomas se disponen en el centro de la célula unidos al huso por su centrómero y con cada una de las cromátidas dirigidas a polos opuestos de la célula, formando un estructura llamada placa ecuatorial.

MEIOSIS II – ANAFASE IIMEIOSIS II – ANAFASE II

Los centrómeros se separan y las cromátidas hermanas son arrastradas hacia polos opuestos por las fibras del huso.

MEIOSIS II – TELOFASE II Se vuelven a formar los

núcleos alrededor de los cromosomas situados en los polos.

En esta fase también desaparece el huso acromático y los cromosomas se descondensan.

Con esto se habrán formado cuatro células haploides con n cromátidas cada una de ellas.

PRODUCTOS DE LA MEIOSIS

ESPERMATOGENESIS ES EL PROCESO DE FORMACIÓN DE GAMENTOS MASCULINOS. La espermatogénesis tiene lugar en el epitelio de los tubos seminíferos. Junto a la membrana

basal se encuentran las espermatogonias, las células germinales masculinas, iniciadoras de la línea celular que dará lugar a los espermatozoides. Las espermatogonias permanecen en reposo desde el nacimiento hasta la pubertad, en que retoman su actividad proliferativa

El epitelio germinal produce diariamente millones de espermatozoides y la población de espermatogonias es reemplazada continuamente. Para cumplir estas dos funciones las espermatogonias se dividen por mitosis y dan lugar a nuevas espermatogonias; de entre ellas, algunas células iniciarán el ciclo espermatogénico.

De la división mitótica de las espermatogonias provienen los espermatocitos primarios, en los que tiene lugar la meiosis. El resultado de esta división será la reducción de la dotación cromosómica normal (44XY, diploide) a la mitad (22X ó 22Y, haploide). En una primera fase de división se forman espermatocitos secundarios, todavía diploides; la segunda fase rinde espermátidas haploides que no se dividen, se transforman en espermatozoides por un proceso de diferenciación llamado espermiogénesis.

La espermiogénesis normal requiere de las células de Sertoli presentes también en los tubos seminíferos y con numerosas funciones, entre ellas la de controlar el ambiente inmediato alrededor de los espermatocitos y sintetizar hormonas y proteínas. Algunos productos químicos afectan indirectamente a la espermatogénesis actuando a través de ellas.

La espermatogénesis es un proceso crítico en la reproducción que requiere mecanismos de protección que aseguren el correcto desarrollo de los gametos en el hombre

NOTA: espermatocitogénesis -  es la fase proliferati-va de espermatogénesis donde las células

germinales primitivas se multiplican por una serie de divisiones mitóticas seguidas por divisiones meioticas que produce el estado haploide.

espermiogénesis -  (espermateliosis) es la fase diferenciativa de espermatogénesis en donde el núcleo y el citoplasma de la célula pasan por unos cambios morfológicos para formar el espermatozoide.

OVOGENESIS ES EL PROCESO DE FORMACIÓN DE GAMETOS FEMENINOS Los óvulos se forman en el interior de los ovarios, a partir de células sexuales no diferenciadas

llamadas ovogonias; el proceso empieza desde el tercer mes del desarrollo fetal e incluye dos etapas: a) Crecimiento de la ovogonia y b) Meiosis DESCRIPCIÓN DE LA OVOGÉNESIS 1) La ovogonia entra en un período de crecimiento que dura aproximadamente 7 días y se transforma en

un ovocito de primer orden 2) El ovocito de primer orden entra a la primera división meiótica originando dos células, una grande

llamada ovocito de segundo orden y una pequeña que denomina primer glóbulo polar 3) Tanto el ovocito de segundo orden como el primer glóbulo polar, entran a la segunda división meiótica

y originan lo siguiente: a) El ovocito de segundo orden forma dos células llamadas: ovotidia u óvulo y segundo glóbulo polar. b) El primer glóbulo polar se divide en dos células llamadas: segundos glóbulos polares. La ovotidia u óvulo es un gameto funcional y es más grande que los glóbulos polares porque en ella se

concentra la mayor parte del material de reserva o vitelo, comúnmente conocido como yema. Este material de reserva es importante para los organismos ovíparos ya que su desarrollo embrionario depende de ello; para el humano no lo es tanto, ya que los nutrientes necesarios para su desarrollo los obtiene directamente de la madre. Los glóbulos polares, a pesar de que tienen la misma información genética que la ovotidia, no funcionan como gametos y son reabsorbidos por el organismo.