ciclo celular edgar tapia

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CICLO CELULAR

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Page 1: ciclo celular EDGAR TAPIA

CICLO CELULAR

Page 2: ciclo celular EDGAR TAPIA

Definición de Ciclo Celular

Es un conjunto ordenado de eventos que culmina con el crecimiento de la célula y

su división en dos células hijas

El período comprendido entre laformación de la célula por división de sucélula madre y el tiempo cuando ellamisma se divide, dando origen a doscelulas hijas

Ciclo Celular-UAM-I

Page 3: ciclo celular EDGAR TAPIA

• El ciclo de la célula es el proceso

universal por el cual las células se forman

y reproducen, y que es la base del

crecimiento y desarrollo

• Asimismo, se considera al tiempo

requerido para completar un ciclo celular

como: “tiempo de regeneración”.

Page 4: ciclo celular EDGAR TAPIA

Etapas Generales del Ciclo

INTERFASE: Crecimiento

Durante la interfase la célula duplica:

•Su ADN

•Todos los componentes celulares

DIVISIÓN: Se producen dos células hijas.

•Segregación del material genético

•División del citoplasma

Ciclo Celular-UAM-I

Page 5: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Durante la interfase la célula debe duplicar además de su ADN

todos los componentes celulares y su masa. Es el período durante

el cual la célula crece y se prepara para la siguiente división.

• Cuando la célula no está en división se encuentra en INTERFASE,

y no se observa ninguna estructura al microscopio óptico, sin

embargo, el núcleo interfásico está trabajando intensamente.

• Período de división o FASE M: es el estadio más dramático de la

célula, produciéndose a su vez dos sucesos:

• División del núcleo: se separan los cromosomas hijos replicados

anteriormente y

• División del citoplasma en dos células hijas.

• Debe separarse el ADN "original" de su "réplica" (para ello se

empaqueta en forma de unidades discretas o cromosomas)

• Deben separarse las dos células "hijas" con lo que finaliza la

división celular.

Page 6: ciclo celular EDGAR TAPIA

Duplicación-ADN (Fase S)

Detección de la síntesis deADN, midiendo su contenido.(Evaluación con citometría deflujo)

0 200 400 600 800 1000

G1

s G2

2C 4Ccé

lula

s

Durante un intervalo especifico en lainterfase la célula duplica su ADN

Ciclo Celular-UAM-I

Observación de la síntesis de ADN midiendo incorporación

de Timidina tritiada

Page 7: ciclo celular EDGAR TAPIA

• La observación de que las células duplican su

ADN durante un cierto intervalo de la interfase,

llevó a dividir el ciclo en diferentes etapas, que

fueron definidas por Howard y Pelc en 1953.

Cuantificación de la síntesis de ADN,

primeramente con timidina tritiada (izquierda).

Actualmente con citometría de flujo, este tipo de

estudios se realizan en el Laboratorio en la UAM

(derecha)

Page 8: ciclo celular EDGAR TAPIA

Períodos Generales y Fases del Ciclo Celular

Ciclo Celular-UAM-I

Page 9: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Los Períodos Generales son la Interfase y la

División.

• A su vez la interfase se subdivide en: G1, S y G2.

• El estado G1 quiere decir "GAP 1“(Intervalo 1).

• El estado S representa "Synthesis".

• El estado G2 representa "GAP 2“(Intervalo 2).

• La duración (general) de cada fase y las

características de cada una de ellas se describirán a

continuación

Page 10: ciclo celular EDGAR TAPIA

Duración - Ciclo Celular Típico

Alrededor de 24 horas.

G1: 12 horas

S: 7 horas

G2: 4 horas

M: 1 hora

Ciclo Celular-UAM-I

Page 11: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Se menciona como ejemplo la duración

“típica” del ciclo celular.

• Anotar que cada tipo celular tiene una

duración de ciclo particular

Page 12: ciclo celular EDGAR TAPIA

Células cíclicas

Células no

cíclicas (Go)Células cíclicas

Ciclo Celular-UAM-I

Page 13: ciclo celular EDGAR TAPIA

Células no cíclicas

1. Las que son capaces deentrar al ciclo nuevamentepor medio de un estímuloadecuado y

Linfocito

Neurona

Se encuentran en Go y son de dos tipos:

2. Las células diferenciadasterminalmente, que yanunca se dividirán.

Ciclo Celular-UAM-I

Page 14: ciclo celular EDGAR TAPIA

Etapas de la Interfase

GO: Etapa Quiescente (Fuera de Ciclo)

G1: corresponde a "GAP 1“ (Intervalo 1).

S: representa "Synthesis“ de ADN

G2: representa "GAP 2“ (Intervalo 2).

Ciclo Celular-UAM-I

Page 15: ciclo celular EDGAR TAPIA

División celular (M)

En general "mitosis“ (células somáticas)

“meiosis” en células germinales.

En esta fase ocurre la división nuclear(los cromosomas se separan) y se da la división citoplasmática (citocinesis)

Ciclo Celular-UAM-I

Page 16: ciclo celular EDGAR TAPIA

Características de las

diferentes etapas de la

Interfase

Ciclo Celular-UAM-I

Page 17: ciclo celular EDGAR TAPIA

Fase Go“quiescente o durmiente”

Es fisiológicamente distinta a una faseG1 prolongada.

Los perfiles de síntesis de RNA yproteínas son diferentes.

La cromatina en las células Go tiene unmayor grado de condensación.

Los extractos de células en Go inhibenla síntesis de DNA.

Ciclo Celular-UAM-I

Page 18: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Las células en G1 son más sensibles

a inhibidores de síntesis de DNA que

las células en G0 estimuladas a

dividirse.

Page 19: ciclo celular EDGAR TAPIA

Inicia a partir de la citocinesis de la divisiónanterior.

Acumulación del ATP e incremento del tamañocelular.

Gran actividad metabólica: Síntesis de diversasproteínas.

Actividades celulares de: secreción, conducción,endocitosis

Etapa G1

Ciclo Celular-UAM-I

Page 20: ciclo celular EDGAR TAPIA

• La célula hija es 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 (alrededor

de 30%). La gran mayoría de los

diferentes tipos de proteínas y ARN son

sintetizados continuamente durante toda

la interfase.

Page 21: ciclo celular EDGAR TAPIA

G1- CaracterísticasEs el período que más variación de

tiempo presenta

En esta etapa la célula decide

continuar el ciclo o detenerse en la

etapa G0.FASE M

FASE Go

FASE G1

FASE G2

FASE S

TIEMPO

*

*

Ciclo Celular-UAM-I

Page 22: ciclo celular EDGAR TAPIA

M

G1

S

G2

Puntos de Regulación

Durante la interfase haydos puntos de regulaciónesenciales: uno duranteG1, antes de la entrada ala fase S y el otro en G2,previo al inicio de la faseM.

En la etapa de división seencuentra el punto M

Ciclo Celular-UAM-I

ALTO

ALTO

ALTO

Page 23: ciclo celular EDGAR TAPIA

• La progresión o desarrollo del ciclo celular

está estrictamente regulado para

asegurar que el paso (la transición de una

fase a otra) sólo se realice si los eventos

de la etapa previa han concluido. El

sistema de control está regulado por

“frenos” que pueden detener el ciclo en

puntos de control específicos.

Page 24: ciclo celular EDGAR TAPIA

Los Elementos Claves en la Regulación del Ciclo Celular

Ciclinas

Cinasas dependientes de

ciclinas (Cdk)

Ciclo Celular-UAM-IFuente imagen: Alberts y col

Page 25: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Los elementos claves de la regulación del

ciclo son las ciclinas y las cinasas

dependientes de ciclinas (Cdk, por sus

siglas en inglés).

• Se forma el complejo activo al unirse una

ciclina con una cinasa

Page 26: ciclo celular EDGAR TAPIA

Complejos cinasa-ciclina

CDK Ciclina

Substrato

(proteína blanco)

Se une al

substrato

CDK + Ciclina

COMPLEJO ACTIVO

Modificación química

(fosforilación) Ciclo Celular-UAM-I

Substrato

(proteína blanco)

Se une al

substrato

Page 27: ciclo celular EDGAR TAPIA

• La unión CDK + Ciclina forman el

complejo activo que se une a una proteína

blanco (sustrato) y la modifican

químicamente (fosforilación) esto hace

que la proteína modificada tenga actividad

diferente

Page 28: ciclo celular EDGAR TAPIA

Regulación G1 en levaduras

Inicio

Nutrientes

Tamaño Celular

Imagen modificada de: Cooper, 2000Ciclo Celular-UAM-I

Page 29: ciclo celular EDGAR TAPIA

• En las levaduras para el paso del punto de

regulación G1 son elementos importantes

la presencia de nutrientes y el tamaño

adecuado.

Page 30: ciclo celular EDGAR TAPIA

Regulación en Células Animales

M

G1

S

G2

Punto de regulación

Factores de crecimiento

Go

Ciclo Celular-UAM-I

Page 31: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Para el paso del punto de regulación G1

en las células animales los factores de

crecimiento son fundamentales

Page 32: ciclo celular EDGAR TAPIA

Ciclinas regulación en G1 - S

G1-Cdk ciclina D

G1/S-Cdk ciclina E

Se combinan con cinasas-dependientes

de ciclinas (Cdk)

Cdk2-ciclina DG1

Cdk4-ciclina D

Cdk6-ciclina D

G0

Cdk2-ciclina E

Punto de

regulación

Ciclo Celular-UAM-I

Incremento

S

Page 33: ciclo celular EDGAR TAPIA

• En la regulación en G1 se consideran

esenciales las ciclinas D y en el paso

G1/S la ciclina E las cuales aumentan su

nivel y son consideradas “Ciclinas de

regulación G1”.

• Las ciclinas se unen o combinan con

cinasas -dependientes de ciclinas (Cdk) y

forman complejos: Cdk2, Cdk4 y Cdk6 con

la ciclina D. Cdk2 se une a ciclina E.

Page 34: ciclo celular EDGAR TAPIA

Inducción de Ciclinas (tipo D) por

factores de crecimiento

Factores de

crecimiento

Punto de regulación

Síntesis de

ciclinas tipo D

Ras, Raf, ERK

Unión Cdk4, 6

con CycD

Ciclo Celular-UAM-I

M

G1

S

G2

Page 35: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Los factores de crecimiento regulan la

progresión del ciclo celular al inducir la

síntesis de ciclinas tipo D.

• Se logra la progresión “pasando” el punto

de restricción G1 ya que los factores de la

vía de señalización de de los factores de

crecimiento Ras/Raf/ERK inducen la

síntesis de ciclinas tipo D

Page 36: ciclo celular EDGAR TAPIA

Regulación G1-S

Rb - E2F

Inhibición de la transcripción

Transcripción de genes-fase S

pRb sin fosforilar unida a E2F

Fosforilación de pRb “libera” a

E2F

Rb

E2F

RNAE2F

E2F

E2FRb

Rb

Cdk 4,6/ciclina D

Imagen modificada de: Cooper, 2000 Ciclo Celular-UAM-I

Page 37: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Si la pRB no esta fosforilada "secuestra" (es decir,

permanece unida) a otras proteínas claves para la

continuación del ciclo: los factores de transcripción,

entre ellas la familia de factores activadores de la

expresión génica (E2F) que controlan la expresión

(transcripción) de genes esenciales para la síntesis de

DNA; así, mantiene la el mecanismo en "apagado".

Cuando el complejo ciclina-cinasa añade suficientes

fosfatos a la pRB, la misma libera los factores de

transcripción que actúan sobre los genes. Así, los genes

estimulados producen proteínas necesarias para que

avance el ciclo celular.

Page 38: ciclo celular EDGAR TAPIA

Inducción de p21 por daño al ADN

El daño al ADN incrementa p53

Se activa la transcripción del gene que codifica para un

inhibidor de Cdk (p21)

Inhibición del

ciclo celular

Inhibición de la

síntesis de ADN

Detención en G1

p21

p21 mRNA

p53

Incremento en p53

Daño en el DNA

Cdk´s PCNA

Ciclo Celular-UAM-IImagen modificada de: Cooper, 2000

Page 39: ciclo celular EDGAR TAPIA

• De inicio el daño al ADN induce incremento intracelular de p53, este

a su vez activa la trascripción de genes para p21.

• La proteína p21 actúa a lo largo de todo el ciclo celular, esta

proteína es controlada por la "proteína supresora de tumores", la

importante p53. La proteína p53 es considerada como el principal

“vigilante”, es esencial en la detección de daño al ADN y

consecuente detención del ciclo celular.

• La proteína p21 inhibe la progresión del ciclo al unirse al complejo

CDK / Ciclina y también puede inhibir directamente la síntesis de

ADN, interactuando con PCNA (que es una subunidad de la DNA

polimerasa d)

Page 40: ciclo celular EDGAR TAPIA

Resumen del Punto de Regulación G1

G1: En este punto la célula comprueba:

•Tamaño-masa

•Integridad ADN

•Requiere de factores de crecimiento

Es el controlprincipal de la proliferación

M

G1

S

G2

Punto G1

Go

Ciclo Celular-UAM-I

Page 41: ciclo celular EDGAR TAPIA

Fase de síntesis o replicación del ADN

FASE S

Ciclo Celular-UAM-I

Page 42: ciclo celular EDGAR TAPIA

La síntesis del ADN, se efectúa en estaetapa específica del ciclo.

La duplicación inicia en diferentes puntossimultáneamente.

Diversos factores se relacionan con el iniciode la síntesis.

Los nuevos “ADNs” quedan unidos por elcentrómero hasta la mitosis, recibiendo elnombre de CROMÁTIDAS HERMANAS.

S: fase de síntesis o replicación del ADN

Ciclo Celular-UAM-I

Page 43: ciclo celular EDGAR TAPIA

• El ADN es una doble hélice que se abre ycada cadena es usada como molde para laproducción de una nueva cadena, quequeda unida a la original usada comomolde.

• Por esta razón la replicación del ADN sedenomina Semiconservativa.

Page 45: ciclo celular EDGAR TAPIA

La molécula de ADN esta activa y

Durante el ciclo deben generarse dos moléculas idénticas para ser repartidas entre

las dos células hijas.

La molécula de ADN en la interfase

ADN en la interfase

Cromatina

Ciclo Celular-UAM-I

Page 46: ciclo celular EDGAR TAPIA

•El ADN lleva la informacióngenética de la célula. Lamolécula de ADN está asociada aproteínas denominadas histonas y otrasproteínas no histonas conformando unaestructura filamentosa denominadacromatina.

Page 47: ciclo celular EDGAR TAPIA

INTERFASE Cromatina

La molécula de ADN está asociada aproteínas denominadas histonas y otrasproteínas no histonas en una estructurafilamentosa.

Ciclo Celular-UAM-I

Page 48: ciclo celular EDGAR TAPIA

Fase de síntesis del ADN(síntesis de proteínas)

Simultáneamente se realiza síntesis deproteínas

Activa síntesis de proteínas histonas

Síntesis de:

•Enzimas que elaboran desoxirribonucleótidos

•Enzimas para la duplicación del ADN

Nucleosomas

ADN de doble hélice

Ciclo Celular-UAM-I

Page 49: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Se menciona que si bien el evento principal

durante la fase S es la síntesis de ADN, también

durante esta fase se efectúa simultáneamente

una activa síntesis de proteínas esenciales.

• Activa síntesis de proteínas histonas que

conforman los nucleosomas

• Síntesis de enzimas que elaboran

desoxirribonucleótidos y de las enzimas

necesarias para la duplicación del ADN.

Page 50: ciclo celular EDGAR TAPIA

FASE G2, PREPARACIÓN PARA LA DIVISIÓN

Ciclo Celular-UAM-I

Page 51: ciclo celular EDGAR TAPIA

•Continúa el proceso de adquisición deATP.

•Activa síntesis de proteínas, dentro deellas destacan las necesarias para elproceso de mitosis.

•Reparación G2 (Reparación del ADN pos-replicativa).

•Transcurre entre el final de la duplicación del ADN y el inicio de la mitosis.

Etapa G2

Ciclo Celular-UAM-I

Page 52: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Dado que el proceso de síntesis de ADN

consume una gran cantidad de energía la

célula entra nuevamente en un proceso de

adquisición de ATP.

Page 53: ciclo celular EDGAR TAPIA

Fase G2-Preparación División

Preparación para lacondensación decromosomas y ladivisión celular.

•FFosforilación delas histonas.

•Se incrementa lasíntesis de tubulina

Condensación cromatina

Cromosoma en metafase

Microtúbulos del huso mitótico

formados por tubulina

Ciclo Celular-UAM-IImagen de: Cooper y col., 2000

Page 54: ciclo celular EDGAR TAPIA

CON daño-duplicación incompleta

Inactivo

MPF- Inactivo

Detención en G2

Proteínas –

punto de regulación

Fosforila e inhibe Cdc25

Regulación G2: Detección de DNA con daño o no duplicado

SIN daño-Duplicación completa

Proteínas -regulación

Activo

MPF- Inactivo MPF- Activo

Progresión a M

ACTIVAN cinasa Chk1

Ciclo Celular-UAM-IImagen modificada de: Cooper, 2000

Page 55: ciclo celular EDGAR TAPIA

• En la fase G2 un complejo de proteínas

de regulación (o reguladoras)

reconocen al ADN dañado o no

duplicado y activan a la proteína cinasa

Chk1, la cual fosforila e inhibe a la

proteína fosfatasa Cdc25. La inhibición

de la Cdc25 previene la des-

fosforilación y la activación de Cdc2

Page 56: ciclo celular EDGAR TAPIA

Resumen del Punto de Regulación G2

En este punto la célula comprueba:

•Que ha duplicado su masa

• Que ha completado la duplicación del ADN y sólo lo ha efectuado una vez

•Que no existe daño en el ADN (algún daño es reparado)

División celular

Ciclo Celular-UAM-I

Page 57: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Se mencionan los puntos principales del

punto de regulación G2.

Page 58: ciclo celular EDGAR TAPIA

Ciclinas regulación S - M

Se combinan con cinasas-dependientes

de ciclinas (Cdk)

S

S-Cdk ciclina AM-Cdk ciclina B

SE INCREMENTAN

Cdk1-ciclina B

Cdk2-ciclina A

Ciclo Celular-UAM-I

Punto de

regulación

Punto de

regulación

Page 59: ciclo celular EDGAR TAPIA

Principales Ciclinas y CDK en vertebrados

Complejo

Ciclina - CDK Ciclina CDK

G1-Cdk Ciclina D* Cdk4, Cdk6

G1/S-Cdk Ciclina E Cdk2

S-Cdk Ciclina A Cdk2

M-Cdk Ciclina B Cdk1**

Ciclo Celular-UAM-I

* Hay 3 tipos de ciclinas D en mamíferos (D1, D2 y D3)

** El nombre original de Cdk1 fue Cdc2

Fuente cuadro: Alberts y col.

Page 60: ciclo celular EDGAR TAPIA

Estructura del Factor promotor de la

maduración (mitosis) “MPF”

MPF

Cdc2

Ciclina B

Ciclo Celular-UAM-IImagen de: Cooper y col., 2000

(Cdk1)

Page 61: ciclo celular EDGAR TAPIA

• El factor promotor de la mitosis es un

dímero, conformado por la ciclina B y la

proteína cinasa Cdc2.

• La subunidad CINASA se denomina Cdc2

por el gen de la levadura en el que se

describió. Actualmente se le conoce como

Cdk1

Page 62: ciclo celular EDGAR TAPIA

Actividades del Factor promotor de la

maduración (mitosis) “MPF”

Condensación –

cromatina

Disgregación –

envoltura nuclear

Fragmentación –

Golgi y Retículo

Formación –

Huso Mitótico

Ciclo Celular-UAM-IImagen de: Cooper y col., 2000

Page 63: ciclo celular EDGAR TAPIA

• Para la Condensación de la cromatina se da

fosforilación de la condensina y de la histona H1.

• En la Disgregación de la envoltura nuclear ocurre la

fosforilación de las laminas nucleares.

• A la fragmentación de Golgi y Retículo Endoplásmico

rugoso se asocia la fosforilación de GM130

• En la formación del Huso Mitótico es importante el

cambio en la estabilidad de los microtúbulos.

• Fuente: Cooper ch14f25

Page 64: ciclo celular EDGAR TAPIA

Regulación División

Fuente imagen: Alberts y col

Se activa-maquinaria de la mitosis

Progresión de metafase a anafase

Ciclo Celular-UAM-I

Page 65: ciclo celular EDGAR TAPIA

Esquema Resumen Regulación

Ciclo Celular-UAM-I

Page 66: ciclo celular EDGAR TAPIA

Representación Ciclo

Ciclo Celular-UAM-I

Mitosis (la célula

se divide)

Inicio del

ciclo celular

La célula

duplica su ADN

La célula se

prepara para

dividirse

La célula crece y

fabrica nuevas

proteínas

Detiene

el ciclo

Punto de regulación la

célula decide si continúa

el ciclo