Genetica N°3 CICLO CELULAR MITOSIS

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Prof. María de las Mercedes PEIRETTI Página 1

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FUNCIONES CLAVES DE LA DIVISIÓN CELULAR

La capacidad de los organismos para perpetuar su propia especie es la característica que mejor distingue a los seres vivos de la materia no viva. Esta capacidad única de procrear, como todas las demás funciones biológicas, tiene una base celular. Rudolf Virchow, un físico alemán, lo expresó de la siguiente forma en 1855: “Donde existe una célula, debe haber existido una célula preexistente, de la misma forma que un animal surge a partir de otro animal y una planta solo a partir de otra planta” y resumió este concepto con el axioma en latín “omnis celllula e cellula”, que significa “toda célula se produce a partir de una célula”. La continuidad de la vida se basa en la reproducción de las células, o división celular.-

La división celular desempeña varios papeles importantes en la vida de un organismo. Cuando un organismo unicelular, como una ameba, se divide y forma su descendencia por duplicado, la división de una célula reproduce al organismo completo.-

Las divisiones celulares a gran escala pueden producir la progenie a partir de algunos multicelulares, como las plantas que crecen a partir de las cortezas. La división celular también permite a los organismos que se reproducen de forma sexual desarrollarse a partir de una solo célula, el óvulo fertilizado o cigoto.-

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Después de que un organismo crece completamente la división celular continúa funcionando en procesos de renovación y reparación, sustituyendo las células que mueren por uso y desgaste o por accidentes. Por ejemplo, las células en división de médula ósea elaboran continuamente nuevos glóbulos rojos.-

El proceso de división celular es una parte integral del ciclo celular que es la vida de una célula desde el momento en que se forma por primera vez a partir de una célula progenitora hasta su propia división en dos células. Transmitir un material genético idéntico a las células hijas es una función crucial de la división celular.-

DIVISIÓN CELULAR PRODUCE CÉLULAS HIJAS IDÉNTICAS

La reproducción de una estructura tan compleja como una célula no puede tener lugar por una mera partición por la mitad, una célula no es como una burbuja de jabón que simplemente se agranda y se divide en dos. Las divisiones conllevan la distribución de material genético idéntico en dos células hijas. Lo que es más notable acerca de la división celular es la fidelidad con la que el ADN pasa de una generación de células a las siguientes. Una célula en división duplica su ADN, las dos copias se trasladan a los extremos opuestos de la célula y sólo entonces se divide en células hijas.-

Organización celular del material genético

La dotación de ADN de una célula, su información genética, se denomina genoma. Aunque con frecuencia un genoma procarionte es una larga molécula de ADN, los genomas eucariontes generalmente se componen de numerosas moléculas de ADN. La longitud general del ADN en una célula eucarionte es enorme. Una célula humana típica, por ejemplo, tiene alrededor de 2 m. de ADN, una longitud alrededor de 250.000 veces mayor que el diámetro de una célula. Pese a ello, antes de que la célula pueda dividirse, todo este ADN debe ser copiado y luego las dos copias deben separarse de forma que cada célula hija tenga un genoma completo.-

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La replicación y la distribución de tanto ADN es manejable debido a que las moléculas de ADN están empaquetadas en cromosomas, llamados así debido a que captan ciertos colorantes utilizados en microscopía (del griego khróoma, color, y soma, cuerpo).-

Cada especie eucarionte tiene un número característico de cromosomas en cada núcleo celular. Por ejemplo, el núcleo de las células somáticas humanas (todas las células del cuerpo con excepción de las células reproductoras) contiene 46 cromosomas que constituyen dos juegos de 23, un juego de cada progenitor. En los seres humanos, las células reproductoras o gametos -espermatozoides y óvulos- tienen la mitad de los cromosomas que las células somáticas, es decir, un juego de 23 cromosomas.-

Los cromosomas eucariontes están constituidos por cromatina, un complejo de ADN y moléculas de proteínas asociadas. Cada cromosoma contiene una molécula de ADN lineal muy larga, que transporta entre varios cientos y miles de genes, que son las unidades que especifican los rasgos hereditarios de un organismo. Las proteínas asociadas mantienen la estructura del cromosoma y ayudan a controlar la actividad de los genes.-

Distribución de los cromosomas durante la división celular

Cuando una célula no está en proceso de división, e incluso cuando duplica su ADN al prepararse para la división celular, cada cromosoma se encuentra en forma de una fibra de cromatina larga y delgada. Después de la duplicación del ADN los cromosomas se condensan, cada fibra de cromatina se enrolla y se pliega densamente, lo que hace que los cromosomas sean mucho más cortos y gruesos que pueden verse con un microscopio óptico.-

Cada cromosoma duplicado tiene dos cromátides hermanas. Las dos cromátides, cada una con una molécula de ADN idéntica, están inicialmente unidas por proteínas adhesivas a lo largo de toda

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su longitud. En su forma condensada, el cromosoma duplicado tiene una “cintura” angosta en una región especializada llamada centrómero, donde las dos cromátides están unidas más cercanamente. Más adelante en el proceso de división celular, las dos cromátides hermanas de cada cromosoma duplicado se separan y se muevan hacia los dos núcleos nuevos, uno en cada extremo de la célula. Una vez que las cromátides hermanas se separan, se consideran cromosomas individuales. Por lo tanto, cada núcleo nuevo recibe un grupo de cromosomas idénticos al grupo original en la célula progenitora. La mitosis, o división del núcleo, por lo general, va seguida de inmediato de la citocinesis, la división del citoplasma. Donde una vez había una célula, ahora hay dos, siendo cada una el equivalente genético de la célula progenitora.-

Vos heredas 46 cromosomas, 23 de cada progenitor. Estos se combinaron en el núcleo de una célula cuando un espermatozoide de tu padre se unió con un óvulo de tu madre y formó un óvulo fertilizado o cigoto. La mitosis y la citocinesis produjeron los 200 billones de células somáticas que ahora constituyen su cuerpo, y el mismo proceso continúa para generar células nuevas para reemplazar las muertas y las dañadas. Por otra parte, vos producís gemetos -óvulos o espermatozoides- mediante una variación de la división celular denominada meiosis, que produce células hijas no idénticas que tienen solo un juego de cromosomas, por tanto, la mitad de los cromosomas que la célula progenitora. La meiosis tiene lugar en las gónadas (ovarios y testículos). En cada generación de seres humanos, la meiosis reduce el número de cromosomas de 46 (dos juegos de cromosomas) a 23 (un juego). En la fecundación se fusionan dos gametos entre sí y se restablece el número de cromosomas en 46, y la mitosis conserva ese número en cada núcleo de célula somática del nuevo individuo.-

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MITOSIS E INTERFASE

En 1882, un anatomista alemán llamado Walther Fleming, desarrolló tinciones que le permitieron observar, por primera vez, el comportamiento de los cromosomas durante la mitosis y la citocinesis (Fleming acuñó los términos mitosis y cromatia). Durante el período entre una división celular

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y la siguiente, a Fleming le pareció que la célula simplemente estaba creciendo de tamaño. Pero ahora sabemos que muchos sucesos críticos tienen lugar durante esta etapa de la vida de una célula.-

Fases del ciclo celular

La mitosis es solo una parte del ciclo celular.-

La fase mitótica (M), que incluye tanto la mitosis como la citocinesis es, por lo general, la parte más corta del ciclo celular. La división celular mitótica se alterna con una etapa mucho más larga llamada interfase, que con frecuencia abarca cerca del 90 % del ciclo celular. Durante la interfase la célula crece y copia sus cromosomas en preparación para la división celular. La interfase puede dividirse en subfases: la fase G1 (“primer intervalo”), la fase S (“síntesis”) y la fase G2 (“segundo intervalo”). Durante las tres subfases, la célula crece y produce proteínas y orgánulos citoplasmáticos como la mitocondria y el retículo endoplasmático. Los cromosomas se duplican solo durante la fase S. Por tanto, una célula crece (G1), continúa creciendo a medida que copia sus cromosomas (S), crece más a medida que completa la preparación para la división celular (G2) y se divide (M). Las células hijas luego pueden repetir el ciclo.-

Una célula humana típica puede dividirse en 24 horas. De este tiempo, la fase M ocuparía menos de una hora mientras que la fase S ocuparía alrededor de 10-12 horas, o aproximadamente la mitad del ciclo. El resto del tiempo se dividirá entre las fases G1 y G2. La fase G2, generalmente dura entre cuatro y seis horas y la fase G1 entre cinco y seis horas. La fase G1 es la más variable en duración en distintos tipos de células.-

Las películas de células vivas en división revelan la dinámica de la mitosis como una secuencia continua de cambios. Con fines descriptivos, la mitosis se divide en cinco etapas profase, metafase, anafase y telofase. Superponiéndose con las últimas etapas de la mitosis, la citocinesis completa la fase mitótica.-

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G1 de la interfase

Una envoltura nuclear rodea al núcleo El núcleo contiene uno o más nucléolos Se forman dos centrosomas por duplicación de un solo centrosoma En las células animales, cada centrosoma presenta dos centriolos Los cromosomas, duplicados durante la fase S, no pueden verse individualmente debido a

que aún no se han condensado

Profase

Las fibras de cromatina se enrollan más y se condensan en cromosomas separados observables con un microscopio óptico

Nucléolos desaparecen Cada cromosoma duplicado aparece como dos cromátides hermanas idénticas unidas El huso mitótico comienza a formarse. Está compuesto por los centrosomas y los

microtúbulos que se extienden desde ellos. Las disposiciones radiales de los

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microtúbulos más cortos que extienden desde los centrosomas se denominan ásteres (“estrellas”)

Los centrosomas se alejan unos de otros aparentemente impulsados por el alargamiento de los microtúbulos entre ellos.

Prometa fase

La envoltura nuclear se fragmenta Ahora los microtúbulos del huso pueden invadir el área nuclear e interactuar con los

cromosomas que se han condensado aun más Los microtúbulos se extienden desde cada centrosoma hacia el centro de la célula Cada una de las dos cromátides de un centrosoma ahora tiene un cinetocoro, una

estructura proteica especializada ubicada en el centrómero. Algunos microtúbulos se unen a los cinetocoros y se convierten en “microtúbulos del

cinetocoro”. Estos microtúbulos del cinetocoro sacuden los cromosomas hacia delante y hacia atrás.

Los microtúbulos no pertenecientes al cinetocoro interactúan con los del polo opuesto del huso.

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Metafase

La metafase es la etapa más larga de la mitosis; dura alrededor de 20 minutos. Los centrosomas se encuentran ahora en extremos opuestos de la célula. Los cromosomas se congregan sobre la placa metafásica, un plano imaginario

equidistante entre los dos polos del huso. Los centrómeros de los cromosomas se ubican sobre la placa metafásica.

Anafase

o Es la etapa más corta de la mitosis, ya que dura sólo unos pocos minutos. o Comienza cuando las dos cromátides de cada par súbitamente se separan. De este

modo, cada cromátide se convierte en un cromosoma completo. o Los dos cromosomas liberados comienzan a moverse hacia los extremos opuestos de la

célula, a medida que sus microtúbulos del cinetocoro se acortan. Debido a que estos

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microtúbulos se unen en la región del centrómero, los cromosomas se muevan desde el centrómero a 1 µm/min.

o La célula se alarga a medida que los microtúbulos no pertenecientes al cinetocoro se alargan.

o Al final de la anafase, los dos extremos de la célula tiene conjuntos equivalentes y completos de cromosomas.

Telofase

Dos núcleos hijos comienzan a formarse en la célula. Las envolturas nucleares surgen de los fragmentos de la envoltura nuclear de la célula

progenitora y otras porciones del sistema de endomembranas- Los cromosomas se vuelven menos condensados. La mitosis, la división del núcleo en dos núcleos genéticamente idénticos,

ahora está completa.

Citocinesis

La división del citoplasma está bastante avanzada al final de la telofase; por lo que las dos células hijas aparecen poco después del final de la mitosis.

En las células animales, la citocinesis implica la formación de un surco de segmentación que por pinzamiento divide a la célula en dos.

Muchos de los acontecimientos de la mitosis dependen del huso mitótico. Esta estructura está constituida por fibras compuestas por microtúbulos y proteínas asociadas. Mientras se ensambla los otros microtúbulos del citoesqueleto se desensamblan parcialmente, proporcionando material utilizado para formar el huso. Los microtúbulos del huso se alargan por la incorporación de más subunidades de proteína tubulina.-

El ensamblaje de los microtúbulos del huso comienza en el centrosoma, un orgánulo sin membrana que funciona a lo largo de todo el ciclo celular para organizar los microtúbulos celulares. También se llama centro organizador de microtúbulos. En las células animales, un par de centriolos se localiza en el centro del centrosoma, pero éstos no son esenciales para la división celular. Los centrosomas de la mayoría de las plantas carecen de centriolos, y si los centriolos de una célula animal se destruyen con un micro rayo láser, se sigue formando un huso durante la mitosis.-

Citocinesis en detalle

En las células animales, la citocinesis se produce mediante un proceso conocido como segmentación. El primer signo de segmentación es la aparición de un surco de segmentación, una hendidura profunda en la superficie celular cerca de la antigua placa metafásica.-

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Sobre el lado citoplasmático del surco se encuentra u anillo contráctil de microfilamentos de actina asociado con moléculas de la proteína miosina. Los microfilamentos de acitna interactúan con las moléculas de miosina para hacer que el anillo se contraiga. La contracción del anillo de microfilamentos de la célula en división es como si se tirase de unos cordeles. El surco de segmentación se profundiza hasta que la célula progenitora se divide en dos por pinzamiento y se producen dos células complementarias separadas, cada una con su propio núcleo y parte del citosol y de los orgánulas de la célula progenitora.-

La citocinesis de las células vegetales que tienen paredes celulares, es bastante diferente. No hay ningún surco de segmentación. En su lugar, durante la telofase, las vesículas derivadas del aparato de Golgi se mueven a lo largo de los microtúbulos hasta la mitad de la célula, donde se combinan para producir una placa celular.-

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Los materiales de la pared celular transportados en las vesículas se congregan en la placa celular a medida que crece. La placa celular se agranda hasta que sus membranas circundantes se fusionan con la membrana plasmática a lo largo de todo el perímetro de la célula. Como resultado se obtienen dos células hijas, cada una con su propias membrana plasmática. Mientras tanto, se forma una nueva pared celular entre las células hijas, que surge a partir de los contenidos de la placa celular.-

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Fisión binaria

Las procariontes (bacterias) se reproducen por un tipo de división celular denominada fisión binaria, que significa literalmente “división por la mitad”. La mayoría de los genes bacterianos son transportados en un único cromosoma bacteriano que se compone de una molécula circular de ADN y proteínas asociadas. Aunque las bacterias son más pequeñas y más sencillas que las células eucariontes, el problema de replicar sus genomas en forma ordenada y distribuir las copias equitativamente a dos células hijas sigue siendo formidable. El cromosoma de la bacteria Escherichia coli, por ejemplo, cuando está completamente estirado es cerca de 500 veces más largo que la longitud de la célula. Un cromosoma tan largo debe estar enrollado y plegado dentro de la célula.-

En E. coli, el proceso de división celular comienza cuando el ADN del cromosoma bacteriano comienza a replicarse en un sitio específico en el cromosoma conocido como el origen de replicación, que produce dos orígenes. A medida que el cromosoma continúa replicándose, un origen se mueve rápidamente hacia el extremo opuesto de la célula.-

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Mientras que el cromosoma se está replicando, la célula se estira. Cuando la replicación se completa y la bacteria ha alcanzado alrededor del doble de su tamaño su membrana plasmática crece hacia dentro, dividiendo la célula progenitora de E. coli en dos células hijas. Cada célula hereda un genoma completo.-

Utilizando las técnicas de la tecnología moderna del ADN para marcar los orígenes de la replicación con moléculas que fluorescen de color verde en el microscopio de fluorescencia, unos investigadores observaron el movimiento de los cromosomas bacterianos directamente. Este movimiento evoca los movimientos hacia los polos de las regiones del centrómero de cromosomas eucariontes durante la anafase de la mitosis, pero las bacterias no tienen husos mitóticos visibles o incluso microtúbulos. En la mayoría de las especies bacterianas estudiadas, los dos orígenes de replicación terminan en extremos opuestos de la célula o en alguna otra ubicación muy específica, posiblemente, anclada allí por una o más proteínas. Este proceso aún no se comprende por completo.-

SISTEMA DE CONTROL MOLECULAR DEL CICLO CELULAR

El tiempo y la velocidad de la división celular en diferentes partes de una planta o un animal son cruciales para el crecimiento normal, el desarrollo y el mantenimiento. La frecuencia de la división celular varía con el tipo de célula. Por ejemplo, las células de la piel humana se dividen con frecuencia a lo largo de la vida, mientras que las células del hígado mantienen la capacidad de dividirse pero la conservan hasta que surge una necesidad apropiada, por ejemplo, reparar una herida. Algunas de las células más especializadas, como las células nerviosas y las células musculares completamente formadas, no se dividen en absoluto en un ser humano adulto. Estas diferencias del ciclo celular son resultado de la regulación a nivel molecular.-

Señales citoplasmáticas

Una hipótesis razonable podría ser que cada suceso del ciclo desencadene el siguiente. Esta hipótesis no es correcta.-

A principios de 1970, varios experimentos sugirieron una hipótesis alternativa: que el ciclo celular es dirigido por señales moleculares específicas presentes en el citoplasma. Algunas de las primeras evidencias sobre esta hipótesis provinieron de experimentos con células de mamíferos cultivadas. En estos experimentos, dos células en diferentes fases del ciclo celular se fusionaron para formar una sola célula con dos núcleos. Si una de las células originales se encontraba en la fase S y la otra estaba en la etapa G1, el núcleo G1, entraba de inmediato en la fase S, como si fuera estimulado por compuestos químicos presentes en el citoplasma de la primera célula. Si una célula que sufre mitosis se fusiona con otra célula en cualquier etapa de su ciclo celular, incluso G1, el segundo núcleo entra inmediatamente en mitosis, con condensación de la cromatina y formación del huso mitótico.-

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Sistema de control del ciclo celular

Diferentes experimentos revelaron que los acontecimientos secuenciales del ciclo celular son dirigidos por un sistema de control del ciclo celular distintivo, un conjunto de moléculas que funcionan de forma cíclica en la célula que desencadena y coordina los sucesos clave en el ciclo celular. El sistema de control del ciclo celular se ha comparado con el dispositivo de control de una lavadora automática.-

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Igual que el dispositivo de tiempo de la lavadora, el sistema de control del ciclo celular actúa por sí solo, impulsado por un reloj interno. Los controles en el ciclo son tanto internos como externos.-

Un punto de control en el ciclo celular es un punto de verificación crítico en el que las señales de terminación y continuación pueden regular el ciclo. Las células animales tienen señales de detención internas que frenan el ciclo celular en puntos de control hasta que son sobrepasadas por señales de continuación. Muchas señales registradas en los puntos de control provienen de mecanismos de supervisión dentro de la célula; las señales informan sobre si los procesos celulares importantes realizados hasta ese punto han terminado correctamente y si el ciclo celular debe o no continuar. Los puntos de control también registran señales del exterior de la célula. Hay tres puntos de control importantes en las fases G1, G2 y M.-

En el caso de muchas células, el punto de control G1, denominado “punto de restricción” en las células animales, parece ser el más importante. Si una célula recibe una señal de continuación en el punto de control G1, por lo general, terminará las fases S, G2 y M y se dividirá. De manera alternativa, si no recibe una señal de continuación es ese punto, abandonará el ciclo, para cambiar a un estado de no división denominada fase G0.-

La mayoría de las células del cuerpo humano se encuentran en la fase G0. La células hepáticas, y otras células, son “llamadas de regreso” desde la fase G0, al ciclo celular por indicios internos, como los factores de reconocimiento liberados durante las lesiones.-

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Ciclinas y cinasas

Las fluctuaciones rítmicas de la concentración y la actividad de las moléculas que controlan el ciclo celular definen el ritmo de los acontecimientos secuenciales del ciclo celular. Estas moléculas reguladoras son proteínas de dos tipos principales: cinasas y ciclinas. Las proteincinasas son enzimas que activan o inactivan otras proteínas al fosforilarlas. Algunas proteincinasas dan las señales de continuación en los puntos de control G1 y G2.-

Las cinasas que dirigen el ciclo celular están presentes en una concentración constante en la célula en crecimiento, pero gran parte del tiempo se encuentran en forma inactiva. Para ser activas, estas cinasas deben estar unidas a una ciclina, una proteína que debe su nombre a su concentración cíclicamente fluctuante en la célula. Debido a este requerimiento estas cinasas se llaman cinasas dependientes de ciclinas o Cdk. La actividad de una Cdk aumenta o disminuye con los cambios en la concentración de su ciclina correspondiente.-

La actividad fluctuante del primer complejo ciclina-Cdk, que fue descubierto, de llamó MPF. Las iniciales MPF significan “factor promotor de la maduración”, pero podemos pensar en MPF como “factor promotor de la fase M” debido a que desencadena el paso de la célula más allá del punto de control G2, a la fase M.-

Cuando las ciclinas que se acumularon durante G2 se asocian con las moléculas Cdk, el complejo MPF resultante inicia la mitosis y fosforila una variedad de proteínas. El MPF actúa directamente como una cinasa e indirectamente, al activar otras cinasas. Por ejemplo, el MPF provoca la fosforilación de diversas proteínas de la lámina nuclear que promueve la fragmentación de la envoltura nuclear durante la pre metafase de la mitosis. El MPF también contribuye a funciones

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moleculares necesarias para la condensación de cromosomas y la formación del huso durante la profase.-

Durante la anafase, el MPF, ayuda a inhibirse a sí mismo al iniciar un proceso que conduce a la destrucción de su propia ciclina. La parte del MPF que no es la ciclina, la Cdk, persiste en la célula en forma inactiva hasta que se asocia con nuevas moléculas de ciclina sintetizadas durante las fases S y G2, de la siguiente ronda del ciclo.-

Investigaciones reciente sugieren la participación de al menos tres proteínas Cdk y varias ciclinas diferentes en este punto de control. Las actividades fluctuantes de diferentes complejos de cilcinas parecen controlar todas las etapas del ciclo celular.-

Señales internas y externas, en los puntos de control

Los investigadores científicos se encuentran en la etapa inicial de resolver las vías de señalización que conectan las cinas dependientes de ciclina a otras moléculas acontecimientos dentro y fuera de la célula.-

Un ejemplo de una señal interna tiene lugar en el punto de control de la fase M. La anafase, la separación de la cromátides hermanas, no comienza hasta que todos los cromosomas están debidamente adheridos al huso de la placa metafásica. Los cinetocoros que aún no están unidos a los microtúbulos del huso envían una señal molecular que determina que las cromátides hermanas permanezcan juntas, lo que retrasa la anafase. Sólo cuando los cinetocoros de todos cromosomas están unidos al huso las cromátides hermanas se separarán. Este mecanismo asegura que las células hijas no terminan con menos cromosomas o más.-

Al cultivar células animales, los investigadores fueron capaces de identificar muchos factores externos, tanto químicos como físicos, que pueden influir en la división celular. Por ejemplo, las células no se dividen si no se agrega un nutriente esencial al medio de cultivo. La mayoría de los tipos de células de los mamíferos se dividen en cultivo sólo si el medio de cultivo incluye factores de crecimiento específicos. Un factor de crecimiento es una proteína liberada por ciertas células que estimula a otras células a dividirse.-

Uno de estos factores de crecimiento es el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), que se sintetizan en las células sanguíneas llamadas plaquetas. El experimento muestra que el PDGF es necesario para la división de fibroblastos en cultivo. Los fibroblastos, un tipo de célula de tejido conectivo, tienen receptores para PDGF en sus membranas plasmáticas. La unión de moléculas de PDGF a sus receptores desencadena una vía de transducción de señales que permite a las células pasar el punto de control G1 y dividirse. El PDGF estimula la división del fibroblasto en el cuerpo animal, cuando se produce una lesión. La proliferación de fibroblastos resultante ayuda a curar la herida. Los investigadores han descubierto 50 factores de crecimiento diferentes que pueden desencadenar la división celular. Puede actuar uno sólo o varios combinados según el tipo de célula y el tipo de tejido.-

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El efecto de un factor físico externo sobre la división celular se ve claramente en la inhibición dependiente de la densidad, un fenómeno por el cual las células aglomeradas dejan de dividirse. Las células cultivadas normalmente se dividen hasta que forman una sola capa de células sobre la superficie interna del recipiente de cultivo en cuyo punto, las células dejan de dividirse. Si se extraen algunas células, las que bordean al espacio abierto comienzan a dividirse nuevamente y continúan haciéndolo hasta que el espacio vacío se llena. En un principio se pensó que el contacto físico de una célula con las células circundantes provocaba la señal para detener la división. Actualmente se sabe que la cantidad de factores de crecimiento necesarios y de nutrientes disponibles para cada célula son más importantes cuando una población celular alcanza una cierta densidad.-

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La mayor parte de las células animales también muestran dependencia de anclaje. Para dividirse deben unirse a un sustrato, como el interior de una placa de cultivo o la matriz extracelular del tejido. Parece que le anclaje es señalizado en el sistema de control del ciclo celular a través de vías que involucran proteínas de membrana plasmática y elementos del citoesqueleto unidos a él. Las células cancerosas no muestran ni inhibición dependiente de la densidad ni dependencia de anclaje.-

Pérdida de los controles en células cancerosas

Las células cancerosas no responden normalmente a los mecanismos de control corporal. Se dividen de forma excesiva e invaden otros tejidos. Si no se controlan pueden matar al organismo.-

Una hipótesis lógica para explicar este comportamiento es que las células cancerosas no requieren de factores de crecimiento normales para crecer y dividirse. Pueden elaborar por sí mismas factores de crecimiento propios, o tener una anormalidad en la vía de señalización que transmite la señal del factor de crecimiento al sistema de control del ciclo celular, incluso en ausencia de ese factor. Otra posibilidad es un sistema de control del ciclo celular anormal.-

Existen otras diferencias importantes entre las células normales y las células cancerosas que reflejan trastornos del ciclo celular. Si dejan de dividirse las células cancerosas lo hacen en puntos aleatorios del ciclo en lugar de hacerlo en los puntos de control normales. En cultivo las células

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cancerosas pueden seguir dividiéndose de manera indefinida si se les suministra nutrientes de forma continua, se dice que son “inmortales”. Un ejemplo, impresionante es una línea celular que se ha estado reproduciendo desde 1951. Las células de esta línea celular se denominan células HeLa porque su fuente original fue un tumor extirpado de una mujer llamada Henrietta Lacks. Casi todas las células de mamíferos normales que crecen en cultivos se dividen solo alrededor de 20 a 50 veces antes de dejar de dividirse, envejecer y morir. Este estado se llama senescencia o envejecimiento celular del cual nunca salen. Se ha demostrado que cuanto mayor es la edad del organismo, menor es el número de veces que las células se dividen en cultivo. La restricción en el número de divisiones se ha correlacionado con el acortamiento progresivo que ocurre en los extremos de los cromosomas, los telómeros, a lo largo de sucesivos ciclos celulares. Esto no ocurre en todos los tipos de celulares. Las células germinales y algunas células de la sangre cuentan con una enzima activa, la telomerasa, que continuamente agrega ADN a los extremos de los cromosomas, con lo que se evita su acortamiento.-

Esta enzima se expresa en pocas células normales pero está activa en alrededor del 90% de las células cancerosas, lo cual le permite reproducirse sin límites. Cuando la telomerasa se inhibe experimentalmente en células cancerosas, se limita el crecimiento celular.-

El comportamiento anormal de las células cancerosas puede ser catastrófico cuando tienen lugar en el cuerpo. El problema comienza cuando una sola célula de un tejido sufre una transformación, el proceso que convierte una célula normal en una célula cancerosa. El sistema inmune del cuerpo, normalmente reconoce a una célula transformada como extraña y la destruye. Si la célula evita su destrucción, puede proliferar y formar un tumor, una masa de células anormales dentro de un tejido que, de otra manera, sería normal. Si las células anormales permanecen en el sitito original, la masa se llama tumor benigno. La mayoría de los tumores benignos no ocasionan problemas graves y pueden extirparse por completo mediante cirugía. Un tumor maligno se vuelve suficientemente invasivo como para alterar las funciones de uno o más órganos. Se dice que un individuo con un tumor maligno tiene cáncer.-

Las células de tumores malignos son anormales en muchas formas aparte de su proliferación excesiva. A veces, tienen números inusuales de cromosomas, en ocasiones, su metabolismo se desactiva y cesan de funcionar de forma constructiva. También, debido a los cambios anormales en las superficies celulares, pierden o destruyen sus uniones con células vecinas y con la matriz extracelular y pueden emigrar a tejidos circundantes. Las células cancerosas también pueden secretar moléculas de señalización que ocasionan que los vasos sanguíneos crezcan hacia el tumor. Puede suceder que unas pocas células tumorales se separen del tumor original, entren en los vasos sanguíneos y en los vasos linfáticos y viajen a otras partes del cuerpo. Allí pueden proliferar y formar un nuevo tumor. Esta diseminación de las células cancerosas se denomina metástasis.-

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Un tumor que está localizado puede tratarse con radiación de alta energía, que aparentemente, daña el ADN de las células cancerosas mucho más que el de las células normales, debido a que las células cancerosas han perdido la capacidad de reparar ese daño. Para tratar tumores metastásicos se utiliza quimioterapia, en la cual se suministran fármacos tóxicos para las células en división activa a través del sistema circulatorio. Como cabría esperar, los fármacos quimioterápicos interfieren con pasos específicos del ciclo celular. Por ejemplo, el taxol paraliza el huso mitótico y evita la despolimerización del microtúbulo, lo que evita que las células en división activa pasen de la metafase. Los efectos colaterales de la quimioterapia se deben a los efectos de los fármacos sobre las células normales. Por ejemplo, la caída del cabello se debe a los efectos sobre las células del folículo piloso y la susceptibilidad a las infecciones a los efectos sobre las células del sistema inmunitario.-

Pese a que las causas del cáncer son diversas, la transformación celular siempre implica la alteración de genes que, de alguna forma, influyen en el sistema de control del ciclo celular.-

La célula la unidad básica de estructura y función de la vida, aún posee suficientes secretos como para entretener a los investigadores por mucho tiempo.-

MUERTE CELULAR: APAPTOSIS VERSUS NECROSIS

Para que un organismo pluricelular se desarrolle y se mantenga con eficiencia no ´solo es esencial la división celular, sino también un proceso de muerte celular programada genéticamente, llamada apoptosis. La división y la muerte celular ocurre de un modo coordinado y juntos modelan la forma de un organismo. En los vertebrados, la apoptosis controla el número de neuronas durante el desarrollo del sistema nervioso, elimina linfocitos defectuosos y da forma a los órganos en desarrollo. Por ejemplo, las células que forman las células de la cola de los renacuajos se eliminan por apoptosis durante la metamorfosis. En los embriones humanos, las células que forman las membranas interdigitales se eliminan también por apoptosis durante el desarrollo embrionario. Muchas de las células infectadas por virus o con mutaciones aberrantes en el ADN también son eliminadas por apoptosis, lo cual constituye un mecanismo de defensa del organismo.-

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La mayoría de las células fabrican las proteínas que causarán su propia destrucción. Esta maquinaria letal está compuesta por una familia de enzimas, las caspasas, que degradan proteínas de la lámina nuclear y del citoesqueleto, entre otras, y provocan la muerte de la célula. Las caspasas son controladas a su vez por otras proteínas que activan o suprimen su actividad, control que a su vez está modulado por factores extracelulares. Algunos factores, como el factor de crecimiento nervios, son antiapoptóticos, es decir, suprimen la activación de las caspasas y así protegen a las neuronas de la muerte celular. Las células que entran en apoptosis se encogen y se separan de sus vecinas, sus membranas se ondulan y se forman burbujas en su superficie. La cromatina se condensa y los cromosomas se fragmentan; por último, las células se dividen en vesículas, los llamados cuerpos apoptóticos, que son engullidos por células fagocíticas.-

Las células también pueden morir a través de un proceso no controlado llamado necrosis. En este caso, la célula se hincha y explota, y derrama su contenido en el entorno. En los vertebrados, esto 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 proceso ordenado en el que no se desarrolla un proceso inflamatorio. Es un tipo de muerte activa que requiere gasto de energía por parte de la célula.-

BIBLIOGRAFÍA y WEB GRAFÍA

CURTIS, BARNES, SCHANEK, MASSARINI; CURTIS BIOLOGÍA; Editorial Médica Panamericana; Buenos Aires; Argentina; Séptima Edición; 2008; Sección 2; Capítulo 7; páginas 127 a 137.

CAMPBELL, REECE; BIOLOGÍA; Editorial Médica Panamericana; Buenos Aires; Argentina; Séptima Edición; 2008; Unidad 2: Capítulo 12; páginas 218 a 232.-

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Genetica N°3 CICLO CELULAR MITOSIS

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