Download - Ciclo celular y reproducción. 2013
Gu
st avo Tole d
o C.
© "La ciencia es el gran antídoto contra el veneno de la superstición"
® Material preparado por Gustavo Toledo, Profesor de Biología y Ciencias.
Biología2° Medio
El Ciclo celular y Reproducción Celular
Libro Guía: pp. 150 - 168
Insert figure 9.1 here
1
G1
(crecimiento)
G0
G2
(crecimiento yPreparación finalpara la división)
S(Crecimiento y
Replicación del DNA)
M
Citocinesis
Tel
ofas
eA
naf
ase
Met
afa
se
Pro
fase
t tar
día
Profa
se
Interfase
Punto de control G1. Si el DNA está dañado, ocurrirá apoptosis.Además, la célula está obligada a dividirse cuando se presentan las señales de crecimiento (GFs) en el medio y los nutrientes están disponibles. Es el punto de control más importante.
Punto de control M. Punto de control de ensamblado del huso. La Mitosis no continuará si los Cromosomas no están apropiadamente alineados ni los cinetocoros no están unidos al huso.
Punto de control G2 /MLa Mitosis ocurriráSi la replicación del DNA fue apropiada y si se duplicó la masa celular. La Apoptosis ocurrirá si el AND está dañado o no ha sido reparado o se ha replicado más de una vez.M
G2
G1
Basado en: Sylvia S. Mader
Célula quiescente
2
Nociones Generales
El Ciclo celular Interfase Estado Mitótico Control del Ciclo celular Apoptosis
Mitosis y citocinesis
Mitosis en Células animales
El Ciclo celular y Cáncer
División de la Célula Procariota
3
El Ciclo celular
El ciclo celular es un conjunto ordenado de fases que conducen al crecimiento de la célula y a la división en dos células hijas.
Justo antes de la próxima división:
la célula aumenta de tamaño
El número de organelos se dobla
El DNA es replicado
Los dos principales estados del Ciclo celular:
Interfase
Mitosis
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El Ciclo celular
G1
(crecimiento)
G1 Punto de control G2/ M La Mitosis ocurrirá si la replicación del DNA fue apropiada y si se duplicó la masa celular. La apoptosis ocurrirá si el DNA está dañado o no ha sido reparado o se ha replicado más de una vez..
S (crecimiento y Replicación del DNA)
M
citocinesis
Telo
phas
eA
naf
ase
Met
afas
e
Late
Pro
fase
Profa
se
Interfase
Punto de control M. Punto de control de ensamblado del huso. La Mitosis no continuará si los cromosomas no están apropiadamente alineados ni unidos los cinetocoros al huso.
M
G2
G1
G2
(crece y se preparaPara la
división)
Punto de control G1. Si el DNA está dañado, ocurrirá apoptosis. Además, la célula está obligada a dividirse cuando se presentan las señales de crecimiento (GFs) en el medio y los nutrientes están disponibles. Es el punto de control más importante.
ANIMACIÓN
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ANIMACIÓN
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Regulación en el punto de control G1
a.
PP
ProteínaRB
ProteínaRB
E2FE2F E2F
CDKno presente
E2F no liberadaE2F
liberada
E2F se une al DNA.
DNA
Proteína delCiclo celular
RB fosforilada
CDK presente
b.
P
P
P P
Digestión dep53
DNA noDañado
DNAdañado
P53 forforiladoProteína reparaDNA
apoptosis
P53 se une al DNA.
DNA DNA
p53
ANIMACIÓN
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Interfase
La mayor parte del Ciclo celular se pasa en Interfase
La Célula realiza sus funciones usuales El tiempo que pasa en Interfase varía
según el tipo de Célula Las Células Nerviosas y musculares no
completan el Ciclo celular (permanecen el el estado G0)
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Interfase
Interfase consta de: Fases G1, S y G2 Fase G1 :
Se recupera de división anterior Célula dobla sus organelos La Célula crece Acumula materia prima para la síntesis de DNA (replicación
del DNA) Fase S:
replicación del DNA Son sintetizadas las Proteínas asociadas con el DNA Cada Cromosomas entra a S con sólo una cromátida Cromosomas terminan S con 2 cromátidas idénticas
Fase G2 : Entre la replicación del DNA y el inicio de la mitosis La Célula sintetiza Proteínas necesarias para la división
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Estado M (Mitótico)
Incluye:
Mitosis (cariocinesis)
División Nuclear
Cromosomas hijos se distribuyen en dos núcleos hijos
citocinesis
División Citoplasmática
Se forman dos células hijas genéticamente idénticas
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Control del Ciclo celular
El Ciclo celular está controlado por señales internas y externas
La señal es una molécula que puede estimular o inhibir un evento metabólico. Señales externas
Factores de crecimiento Recibidos en la Membrana plasmática Causa finalización del Ciclo celular
Señales internas Familia de Proteínas llamadas ciclinas aumentan y disminuyen a medida que prosigue el Ciclo
celular Sin ellas el ciclo para en G1, M o G2 (puntos de control) Se dan tiempo para reparar la mayoría de los daños
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Apoptosis
Apoptosis es la muerte Celular programada
Involucra una secuencia de eventos celulares:Fragmentación del núcleo, Se forman vesículas rodeadas por Membrana
plasmáticaSe fagocitan los fragmentos celulares.
Apoptosis la causa enzimas caspasas. Mitosis y apoptosis son fuerzas opuestas
Mitosis aumenta el N° de CélulasApoptosis disminuye el N° de Células
Características de la apoptosis
14
15
Apoptosis
Mediada por 2 set (iniciadoras y ejecutoras) de enzimas CaspasasLas iniciadoras reciben la señal (interna o
externa) apoptótica activando a las ejecutoras, las cuales activan a enzimas que digieren a la célula, programadamente.
La proteína p53 se activa cuando el ADN sufre dañoDetiene el ciclo en G1 cuando el DNA sufre
daño Inicia el intento de reparación del DNA
Si tiene éxito, el ciclo continúa a la mitosisSi no, se inicia la apoptosis
Apoptosis
16
http://www.biooncology.com/images/apoptosis-image-lg.jpg
17
Apoptosis
Célula apoptótica
FragmentoCélular
Fragmentode DNA
La célula se redondea y el núcleo colapsa
La cromatinase condensa yel núcleo se fragmenta
La Membrana plasmática forma vesículas y se forman ampollas
FragmentosCelulares tienen DNAfragmentado
blebs
ANIMACIÓN
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Mitosis: Preparación
DNA tiene hebras muy largas Cromosomas En ellos el DNA está condensado, durante la división DNA está asociado con Proteínas histonas Colectivamente llamadas cromatina en eucariotas
Antes que comience la mitosis: La cromatina se condensa (se embobina) en
cromosomas claramente visibles Cada especie tiene un N°característico de
cromosomas Humanos 46 Maíz 20 Pez dorado 94
ANIMACIÓN
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Número de Cromosomas
El Número diploide(2n) incluye dos sets de Cromosomas de cada tipoLos humanos tienen 23 tipos diferentes de
CromosomasCada tipo está representado dos veces en cada
Célula somática(Diploide)Sólo los espermatozoides y Ovocitos II tienen uno
de cada tipo (haploide)El Número haploide (n) para humanos=23
dos representantes de de cada tipo, hacen un total de 2n=46 en cada núcleo de célula corporal
Un set de 23 proviene de la madre (del Ovocito II) Otro set de 23 proviene del padre (del espermatozoide)
22
Número de cromosomas de algunos eucariotas
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Estructura del Cromosoma
Al final de la Fase S: Cada Cromosoma está internamente duplicado Está compuesto de dos cadenas de DNA idénticas
Cromátidas hermanas (dos copias geneticamente idénticas de un solo cromosoma)
Unidas en un solo punto (llamado centrómero) Durante la mitosis:
Los Centrómeros, que mantienen unidas a las cromátidas hermanas, se rompen simultáneamente
Las Cromátidas hermanas se separan Cada una se convierte en cromosoma hijo Las cromátidas hermanas de cada tipo de cromosoma
se distribuyen a núcleos hijos opuestos
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Cromosoma duplicado
centrómero
Cromátidas hermanas
Una cromátidaa. b.
Cinetocoro
9.850
25
Mitosis en Células animales
26
Mitosis en Células animales
Al lado afuera del núcleo está el centrosoma Este es el centro organizador de los microtúbulos Organiza el huso mitótico
Contiene muchas fibras Cada centrosoma está compuesto de un paquete de
microtúbulos En animales, contiene centríolos en forma de barril
Orientados en ángulo recto uno al otro en el centrosoma Cada uno con 9 tripletes de microtúbulos ordenados en un
cilindro
El centrosoma también fue replicado en la Fase S, de modo que hay dos centrosomas
27
Mitosis en Células animales: Profase
Profase La cromatina se ha condensado
Los Cromosomas se distinguen con el microscopio
Se ven dobles (dos Cromátidas hermanas unidas por el centrómero)
El nucléolo desaparece
La membrana nuclear se desintegra
El huso comienza a tomar forma
Dos centrosomas se mueven alejándose uno del otro
Forman microtúbulos dispuestos en forma de estrella: el aster
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Mitosis en Animales
Célula vegetalInterfase
centrómero
aster
cinetocoro
Fibra polares
CromosomasParedcelular
25µm
centrosoma
sin centríolos
MIT
OS
IS
centrosomatiene centríolos
Célula animalen Interfase
Fragmentosde membrananuclear
La cromatinase condensa
El nucléolodesaparece
Profase tempranaLos centrosomas se han duplicado.La cromatina se está condensando
en cromosomas, y la membrana nuclearse está frgamentando.
ProfaseEl nucléolo ha desaparecido y los
cromosomas duplicados son visibles.Los centrosomas enpiezan a alejarse,
y el huso está en formación.
ProfaseEl nucléolo ha desaparecido y los
cromosomas duplicados son visibles.Los centrosomas enpiezan a alejarse,
y el huso está en formación.
20 µm Cromosomaduplicado
20 µm
Fibras del huso en formación
Polos del huso 9 µm
microtúbulosdel cinetocoro
Surco de clivaje
Fibras delhuso
20µm 16µm
Fibras polares del huso
AnafaseCromátidas hermanas se separan y llegan a ser
Cromosomas hijos que se mueven hacia los polosdel huso. Así, cada polo recibe el mismo N°
y tipo de Cromosomas que tenía la Célula padre.
MetafaseCentromeros de cromosomas duplicadosestán alineados en la placa metafásica).
cinetocoro spindlefibras unidas to the Cromátidas hermanas
come from opposite polos del huso.
Cromosomas enplaca metafásica
6.2µm6.2µm20µm6.2µmFibras polaresCarecen decentríolos y aster
TelofaseCélulas hijas se están formando a
a medida que las membranas nuclearesy los nucleolos reaparecen. Los cromosomas
llegarán a ser indiferenciados.
cromosoma hijo 20µm
El nucléolo
Placa celular 6.6µm
ANIMACIÓN
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Mitosis en Células animales: Prometafase
Prometafase
El centrómero de cada Cromosoma desarrolla dos cinetocoros
Complejo de proteínas especializados
Uno sobre cada Cromátida hermana
El cinetocoro engancha a las Cromátidas hermanas con microtúbulos especializados (fibras del cinetocoro)
Estos conectan a las cromátidas hermanas a los polos opuestos de la célula madre
31
Mitosis en Células animales: Metafase y Anafase
Metafase Cromosomas son arrastrados por las fibras cinetocóricas Son forzados a alinearse a lo largo del plano ecuatorial de
la célula Placa Metafásica Representa el plano a través del cual la célula madre se
dividirá Anafase
El centrómero se disuelve, libera las Cromátidas hermanas y luego estas se separan
Ahora son llamadas cromosomas hijos Son arrastrados a los polos por las fibras cinetocóricas
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Mitosis en Células animales: Telofase
Telofase
El huso desaparece
Ahora hay dos grupos de Cromosomas hijos Dos cromosomas de cada tipo
Los grupos de cromosomas son núcleos hijos incipientes
La membrana nuclear se forma en los dos núcleos hijos incipientes
Los cromosomas se descondensan y se convierte de nuevo en cromatina
El nucléolo reaparece en cada núcleo hijo
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Citocinesis: Células animales
CITOCINESIS=División del citoplasma El citoplasma de la célula madre se distribuye
igualmente en los núcleos hijos Encerrados cada uno en su propia Membrana
plasmática Citocinesis en célula animal :
Un surco de división aparece entre los núcleos hijos Formada por un anillo contráctil de filamentos de
actina Eventualmente parte a la célula madre en dos.
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Citocinesis en Células animales
2 m
2 m
Anillo contráctil
Surco de clivaje
35
Citocinesis: Células vegetales
La Pared celular rígida, por fuera de la membrana plasmática, no permite un surco
Empieza con la formación de la placa celular Muchas vesículas pequeñas, limitadas por membrana Eventualmente se fusiona en una vesícula delgada
que se extiende a través de la célula madre Las membranas de la placa celular se convierten en
Membrana plasmática entre las Células hijas El Contenido de las vesículas llega a ser la lamela media
entre las dos células hijas Las Células más tarde secretan pared celular primaria sobre
los lados opuestos de la lamela media
36
Citocinesis en Células vegetales
© Katherine Esau; 9.8d: © Biophoto Associates/Photo Researchers, Inc.
núcleos
Pared celular
Formación de la placa celular
microtúbulos
Placa celular en formación
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Función de la Mitosis
Permite el crecimiento y reparación. En plantas retiene la capacidad de dividirse
durante la vida de la planta En mamíferos, la mitosis es necesaria para:
Que el Ovocito II fertilizado se convierte en embrión
Que el Embrión se convierte en feto Sanar una herida, reparar un hueso roto, por ej.
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Células madres
Muchos órganos de mamíferos contienen Células madres
Retienen la capacidad de dividirse Células madres de la médula roja ósea se dividen
para producir varios tipos de Células Sanguíneas
Clonación terapéutica para producir tejidos humanos; pueden comenzar tanto con células madres adultas o células madres embrionarias
Células madres embrionarias pueden usarse para clonación reproductiva, la producción de un nuevo individuo
39
Dos Tipos de Clonación
Células G0 de unAnimal a clonar
a. Clonación Reproductiva
removernúcleo G0
remover y descartarNúcleo del ovocito
fusionar ovocitoCon núcleo G0 cultivo
Célulasmadres embrionarias
Implantede embrión
en lamadre
sustituta
Un clon ha nacido
Ovocito
remover núcleo G0
remover ydescartar ovocitonúcleo
neurona
sangre
músculo
Células somáticas G0
b. Clonación terapéutica
fusionar ovocitoCon núcleo G0 cultivo
Células Madresembrionarias
ovocito
40
El Ciclo celular y Cáncer
El crecimiento anormal de Células es llamado un neoplasma Neoplasmas Benignos no son cancerosos
Encapsulados No invaden tejidos vecinos ni se diseminan
Neoplasmas malignos son cancerosos No encapsulados. Rápidamente invaden tejidos vecinos También pueden migrar y establecerse en lugares distantes –
metástasis Resultan de mutación de genes reguladores del ciclo celular
Carcinogénesis – desarrollo de cáncer Tiende a ser gradual Puede tomar años para ser obviamente canceroso
41
Características de Células Cancerosas
Carecen de diferenciación No son especializadas Son immortales (entran al Ciclo Celular repetidamente)
Tiene núcleos anormales Pueden ser alargados Pueden tener N° de cromosomas anormales Copias extras de genes
Forman tumores Mitosis controlada por contacto con células vecinas–
Inhibición por contacto Células cancerosas pierden la inhibición por contacto
42
Características de Células Cancerosas
Desarrollan metástasisEl tumor original se fragmenta fácilmenteNuevos tumores aparecen en otros órganos
Desarrollan angiogénesisFormación de nuevos vasos sanguíneos
Llevan nutrientes y oxígeno al tumor
43
Progresión del Cáncer
Tumor primario
Surge una nueva mutación y una Célula (café) tiene la habilidad de iniciar un tumor.
Cáncer in situ. El tumor está en su lugar de origen. Una Célula (púrpura) Muta nuevamente.
Células cancerosas tienen ahora la habilidad de invadir vasos Linfáticos y sanguíneos y viajan a través del cuerpo.
Nuevos tumores metastásicos se encuentran a alguna distancia del tumor primario.
Vaso linfático Vaso sanguíneo
Vaso linfático Vaso sanguíneo
44
Células cancerosas vs. Células Normales
45
Orígenes del Cáncer: Oncogenes
Mutaciones en DNA reparan mecanismos
Oncogenes
Proto-oncogenes promueven el Ciclo celular de varias maneras
Genes supresores de Tumores inhiben el Ciclo celular de varias maneras. Ej. P53 (ver notas)
Ambos están normalmente regulados y en coordinación con el plan de crecimiento del organismo
Si cualquiera de los dos muta, se puede perder el control y se convierten en oncogen
http://www.cancerquest.org/index.cfm?page=181&lang=spanish
46
Orígenes del Cáncer: Telomerasa
Los Cromosomas normalmente tienen material especial en cada extremo llamados telómeros (partes terminales)
Estos se acortan en cada división celular Cuando los telómeros están muy cortos
la célula no se dividirá más Es como si se acabaran los “boletos” de división
Telomerasa:enzima que ayuda añadir telómeros Mutaciones en el gen de la telomerasa:
Mantiene la adición de nuevos telómeros Permite que las células cancerosas se dividan sin
parar. Es como si adquiriesen “boletos falsificados”
47
Causas del Cáncer
1,100X
Proteínaseñalactivada
Factor decrecimiento
receptorproteico
Proteina señal
Fosfato
b. Efecto del factor decrecimiento
P
P
P
El proto-oncogen codificapara un factor decrecimiento, una proteínareceptora o una proteínaSeñal, en una víaestimuladora. Si un proto-oncogen se transforma enun oncogen, el resultadofinal puede ser unadivisión celular activada.
El gen supresor tumoral codifica para una proteínaseñal en una vía inhibidora.Si un gene supresor detumor muta, el resultadofinal puede ser laactivación de la divisióncelular.
c. Vía estimuladora yVía inhibidora
1.100Xd. Célula cancerígena de la piel
El productodel gen promueveel ciclo celular
Vía estimuladora
Vía inhibidora
El producto delgen inhibe alciclo celular
El factor de crecimientoactiva a proteínasseñales, una víaestimuladora que se extiende al núcleo.
a. Influencia que que causan proto-oncogenesmutados (llamados oncogenes) y genessupresores de tumores mutados
Herencia Fuentes deradiación
Pesticides y
herbicides
Virus
oncogen
ANIMACIÓN
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División celular en Procariotas
El Cromosoma Procariota es un anillo de DNA Se ubica en un área llamada el nucleoide
1000 X la longitud de la Célula
Se replica en dos anillos antes de la división
Los anillos replicados se fijan a la Membrana celular
Fisión Binaria La célula se parte en dos entre los cromosomas
replicados
Produce dos Células hijas idénticas a la célula original – Reproducción Asexual
50
Fisión binaria de Procariotas
5. La estrangulación medial de la pared celular y de la membranaplasmática divide al organismooriginal en dos Células hijas.
1. La Unión del Cromosoma a un sitio especial de la Membrana plasmática Indica que la bacteria está comenzando a dividirse.
2. la célula está preparandose parala fisión binaria alargando su pared celular, su Membrana plasmática ytodo su volumen.
3. La replicación del DNA haproducido dos cromosomasidénticos. la pared celular y lamembrana plasmática empiezan acrecer hacia el interior.
4. A medida que la célula se alarga, los cromosomas se separan. El citoplasma está siendo distribuido uniformemente.
200 nm
200 nm
200 nm
Cromosoma
Pared Celular
MembranaPlasmática
citoplasma
51
Funciones de la división celular
52
Resumen
El Ciclo celular Interfase estado mitótico Control del ciclo celular Apoptosis
Mitosis y citocinesis
Mitosis en Células animales
El Ciclo celular y Cáncer
División de la célula procariota
Gu
st avo Tole d
o C.
© "La ciencia es el gran antídoto contra el veneno de la superstición"
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Biología2° Medio
El Ciclo celular y Reproducción Celular
Libro Guía: pp. 150 - 168
Insert figure 9.1 here
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© "La ciencia es el gran antídoto contra el veneno de la superstición" .
G1
(growth)G0
G2
(growth y finalpreparations for
división)
S(growth y DNA
replicación)
M
citocinesis
Telo
phas
eA
naf
ase
Met
afas
e
Late
Pro
fase
Profase
Interfase
G1 punto de controlCiclo celular main punto de control.Si DNA está dañado, apoptosisocurrirá. Otherwise, la célulais committed a dividirse cuandogrowth señales are presenty nutrients are available.
M punto de controlSpindle assemblypunto de control. Mitosiswill not continue SiCromosomas arenot properly aligned.
G2 punto de controlMitosis punto de control.Mitosis ocurriráSi DNA hasreplicated properly.Apoptosis willoccur Si the DNA isdamaged ycannot be repaired.
.
M
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G1
© SPL/Photo Researchers, Inc.;