Ciclo celular
El ciclo celular es un ciclo de etapas por las que pasan las células para permitirles dividirse y producir nuevas células. A veces se lo conoce como el » ciclo de división celular » por esa razón.
Las nuevas células nacen a través de la división de su célula «madre», produciendo dos células «hijas» de una sola célula «madre».
Las células hijas comienzan su vida pequeñas, conteniendo solo la mitad del citoplasma de la célula madre y solo una copia del ADN que es el «modelo» o el «código fuente» de la célula para sobrevivir. Para poder dividirse y producir sus propias «células hijas»; las células recién nacidas deben crecer y producir más copias de la maquinaria celular vital, incluido su ADN.
Las dos partes principales del ciclo celular son la mitosis y la interfase.
La mitosis es la fase de la división celular, durante la cual una «célula madre» se divide para crear dos «células hijas».
La parte más larga del ciclo celular se llama «interfase», la fase de crecimiento y replicación del ADN entre las divisiones de células mitóticas.
Tanto la mitosis como la interfase se dividen en subfases más pequeñas que deben ejecutarse para que la división celular, el crecimiento y el desarrollo se desarrollen sin problemas. Aquí nos centraremos en la interfase, ya que las fases de la mitosis se han cubierto en nuestro artículo «Mitosis».
La interfase consta de al menos tres etapas distintas durante las cuales la célula crece, produce nuevos orgánulos, replica su ADN y finalmente se divide.
Solo después de que la célula ha crecido absorbiendo nutrientes y copiado su ADN y otra maquinaria celular esencial, esta «célula hija» puede dividirse, convirtiéndose en «madre» de dos «células hijas» propias.
El siguiente gráfico muestra una representación visual del ciclo celular. La pequeña sección etiquetada con «M» representa la mitosis, mientras que la interfase se muestra subdividida en sus componentes principales: las fases G1 , S y G2 .
Este ciclo celular es utilizado por todas las células eucariotas para producir nuevas células. Las células procariotas, como las bacterias, utilizan un proceso llamado «fisión binaria».
Para algunos eucariotas unicelulares, el ciclo celular es el mismo que el ciclo reproductivo. Sus «células hijas» son organismos independientes que se reproducirán a través de la mitosis.
En otros organismos, el ciclo celular se usa para el crecimiento y desarrollo de un solo organismo, mientras que otros métodos se usan para reproducir el organismo.
Los animales y algunas plantas, por ejemplo, crean nuevos descendientes a través de un proceso de reproducción sexual que implica la creación y combinación de células sexuales especiales.
Pero los animales y las plantas todavía usan el ciclo celular para producir nuevas células dentro de sus tejidos. Esto permite que estos organismos multicelulares crezcan y se curen a lo largo de su vida.
Función del ciclo celular
Debido a que las células se reproducen al dividirse, las nuevas células «hijas» son más pequeñas que sus células madre y pueden heredar el mínimo de maquinaria celular que necesitan para sobrevivir.
Antes de que estas células hijas puedan dividirse para producir aún más células, necesitan crecer y reproducir su maquinaria celular.
La importancia del ciclo celular se puede entender haciendo cálculos simples sobre la división celular. Si las células no crecieran entre divisiones, cada generación de células «hijas» tendría sólo la mitad del tamaño de la generación madre. ¡Esto se volvería insostenible con bastante rapidez!
Para lograr este crecimiento y prepararse para la división celular, las células dividen sus actividades metabólicas en distintas fases de Gap 1, Síntesis, Gap 2 entre las divisiones celulares.
El ciclo completo de división celular se discutirá a continuación.
Fases del ciclo celular
Mitosis
Comencemos este ciclo celular con el «nacimiento».
Durante la mitosis, la célula «madre» pasa por una serie compleja de pasos para garantizar que cada célula «hija» obtenga los materiales que necesita para sobrevivir, incluida una copia de cada cromosoma. Una vez que los materiales se clasifican correctamente, la célula «madre» se divide por la mitad, pellizcando su membrana en dos.
Puede leer más sobre los pasos detallados de la mitosis y cómo una célula madre se asegura de que sus células hijas hereden lo que necesitan para sobrevivir en nuestro artículo sobre Mitosis.
Cada una de las nuevas «hijas» son ahora células que viven de forma independiente. Pero son pequeños y solo tienen una copia de su material genético.
Esto significa que no pueden dividirse para producir sus propias «hijas» de inmediato. Primero, deben pasar por la “interfase”, la fase entre divisiones, que consta de tres fases distintas.
G 1 fase
En la fase G 1, crece la célula hija recién formada. A menudo se dice que la «G» significa «brecha», ya que para un observador externo con un microscopio óptico estas fases son «brechas» relativamente inactivas en la actividad de la célula.
Sin embargo, dado lo que sabemos hoy, podría ser más exacto decir que la «G» significa «crecimiento»; ya que las fases «G» son ráfagas de producción de proteínas y orgánulos, así como un aumento literal en el tamaño de la célula.
Durante la primera fase de «crecimiento» o «brecha», la célula produce muchos materiales esenciales como proteínas y ribosomas. Las células que dependen de orgánulos especializados, como los cloroplastos y las mitocondrias, también producen muchos más de esos orgánulos durante G 1 . El tamaño de la célula puede aumentar a medida que asimila más material de su entorno en su maquinaria de por vida.
Esto permite que la célula aumente su producción de energía y su metabolismo en general, preparándola para …
Fase S
Durante la fase S, la célula replica su ADN. La «S» significa «síntesis», refiriéndose a la síntesis de nuevos cromosomas a partir de materias primas.
Esta es una operación que requiere mucha energía, ya que muchos nucleótidos necesitan sintetizarse. Muchas células eucariotas tienen docenas de cromosomas, enormes masas de ADN, que deben copiarse.
La producción de otras sustancias y orgánulos se ralentiza enormemente durante este tiempo, ya que la célula se concentra en replicar todo su genoma.
Cuando se completa la fase S, la célula tendrá dos conjuntos completos de su material genético. Esto es crucial para la división celular, ya que asegura que ambas células hijas puedan recibir una copia del «plano» que necesitan para sobrevivir y reproducirse.
Sin embargo, replicar su ADN puede dejar la célula un poco agotada. Por eso tiene que pasar por …
Fase G2
Al igual que la primera fase de «brecha» del ciclo celular, la fase G 2 se caracteriza por una gran producción de proteínas.
Durante G 2 , muchas células también verifican para asegurarse de que ambas copias de su ADN estén correctas e intactas. Si se descubre que el ADN de una célula está dañado, puede fallar su » punto de control G 2 / M», llamado así porque este «punto de control» ocurre al final de la fase G 2 , justo entre G 2 y la «fase M» o «Mitosis.»
Este » punto de control G 2 / M» es una medida de seguridad muy importante para organismos multicelulares como los animales. Los cánceres, que pueden provocar la muerte de todo el organismo, pueden ocurrir cuando se reproducen células con ADN dañado. Al verificar si el ADN de una célula se ha dañado inmediatamente antes de la replicación, los animales y algunos otros organismos reducen el riesgo de cáncer.
Curiosamente, algunos organismos pueden omitir G 2 por completo y pasar directamente a la mitosis después de que se sintetiza el ADN durante la fase S. Sin embargo, a la mayoría de los organismos les resulta más seguro utilizar G 2 y su punto de control asociado.
Si se pasa el punto de control G2/M, el ciclo celular comienza de nuevo. La célula se divide mediante mitosis y las nuevas células hijas comienzan el ciclo que las llevará a través de las fases G 1 , S y G 2 para producir nuevas células hijas propias.
A menos que, por supuesto, estén destinados a …
Un camino alternativo: Fase G 0
Después de nacer por mitosis, algunas células no están destinadas a dividirse para producir células hijas.
Las neuronas, por ejemplo, las células nerviosas de los animales, no se dividen. Sus «células madre» son células madre, y las células neuronales «hijas» están programadas para no pasar por el ciclo celular por sí mismas porque el crecimiento neuronal descontrolado y la división celular podrían ser muy peligrosos para el organismo.
Entonces, en lugar de entrar en la fase G 1 después de «nacer», las neuronas entran en una fase que los científicos llaman » fase G 0 «. Este es un estado metabólico destinado únicamente a mantener la célula hija, no a prepararla para la división celular.
Las neuronas y otros tipos de células que no se dividen pueden pasar toda su vida en la fase G 0 , realizando su función para el organismo en general sin siquiera dividirse o reproducirse.
Regulación del ciclo celular
Es muy importante para la supervivencia de las células y los organismos que el ciclo celular esté regulado.
Los organismos deben poder detener la división celular cuando la célula en cuestión está dañada o cuando no hay suficiente comida para apoyar el nuevo crecimiento; también deben poder iniciar la división celular cuando se necesita crecimiento o cicatrización de heridas.
Para lograr esto, las células usan una variedad de «cascadas de señales» químicas donde múltiples eslabones en una cadena crean efectos complejos basados en señales simples.
En estas cascadas reguladoras, una sola proteína puede cambiar la función de muchas otras proteínas; provocando cambios generalizados en el funcionamiento o incluso en la estructura de la célula.
Esto permite que estas proteínas, como las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas, actúen como «puntos de parada». Si las ciclinas o las quinasas dependientes de ciclinas no dan el visto bueno, la célula no puede avanzar a las etapas posteriores del ciclo celular.
A continuación se dan algunos ejemplos de regulación del ciclo celular.
Ejemplos de ciclo celular
Aquí discutiremos ejemplos comunes de cómo las células regulan sus ciclos celulares; utilizando una cascada compleja de moléculas de señal, enzimas que activan proteínas y moléculas que destruyen señales.
p53
p53 es una proteína bien conocida por los científicos por su papel en la detención de la reproducción de las células con daños graves en el ADN.
Cuando el ADN está dañado, p53 trabaja con proteína quinasas dependientes de ciclina y otras proteínas para iniciar funciones de reparación y protección; y también puede evitar que la célula entre en mitosis, asegurando que las células con daño en el ADN no se reproduzcan.
Ciclinas
Las ciclinas son un grupo de proteínas que se producen en diferentes puntos del ciclo celular. Existen ciclinas exclusivas para la mayoría de las fases del ciclo celular: ciclinas G 1 , ciclinas G 1 / S que regulan la transición de G 1 a S, ciclinas S y ciclinas M que regulan el progreso a través de las etapas de la mitosis.
La mayoría de las ciclinas se encuentran en la célula en concentraciones muy bajas durante otras fases del ciclo celular; pero luego aumentan repentinamente cuando son necesarias para dar el visto bueno a la siguiente etapa del ciclo celular. Ciertos tipos de daño en el ADN pueden evitar que estas ciclinas aparezcan para hacer avanzar el ciclo celular, o pueden evitar que activen sus proteínas quinasas dependientes de ciclina.
Algunas otras, como las ciclinas G 1 , permanecen altas como una señal constante de «avance» desde G 1 hasta la mitosis.
Proteínas cinasas dependientes de ciclina
Las ciclinas de la célula finalmente hacen su trabajo al interactuar con las proteínas quinasas dependientes de ciclina, es decir, quinasas que activan ciertas enzimas y proteínas cuando se unen a una ciclina. Esto permite que las ciclinas funcionen como la señal de «avance» para muchos cambios en la actividad celular que ocurren a lo largo del ciclo celular.
Las proteínas quinasas son un conjunto especial de enzimas que «activan» otras enzimas y proteínas al fijarles grupos fosfato. Cuando una enzima u otra proteína es «activada» por una quinasa, su comportamiento cambia hasta que vuelve a su forma inactivada.
El sistema mediante el cual una proteína quinasa puede cambiar las actividades de muchas otras proteínas permite que señales simples, como las ciclinas, produzcan cambios complejos en la actividad celular. Las proteínas quinasas dependientes de señales se utilizan para coordinar muchas actividades celulares complejas.
Factor promotor de la maduración
Un ejemplo de proteína quinasa en funcionamiento es el factor promotor de la maduración o MPF. MPF es una proteína quinasa que es activada por una ciclina M, lo que significa que se activa durante la mitosis.
Cuando se activa MPF, a su vez activa varias proteínas diferentes en la envoltura nuclear de su célula huésped. Los cambios en estas proteínas dan como resultado la desintegración de la envoltura nuclear.
Esto es algo que sería muy peligroso en otros puntos del ciclo celular, pero que es necesario durante la mitosis para que los cromosomas se puedan clasificar y asegurar que cada célula hija reciba una copia de cada cromosoma.
Si no aparecen ciclinas M, el MPF no se activa y la mitosis no puede avanzar. Este es un buen ejemplo de cómo las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas trabajan juntas para coordinar, o detener, el ciclo celular.
Ciclosoma / complejo promotor de la anafase
Ingeniosamente, la proteína quinasa MPF no solo asegura que la envoltura nuclear se rompa durante la mitosis; sino que también asegura que los niveles de MPF caerán después de que se descomponga la envoltura nuclear. Lo hace activando el Complejo / Ciclosoma Promotor de Anafase, o «APC / C» para abreviar.
Como sugiere su nombre, el APC / C promueve el paso a la anafase, y una de las formas en que lo hace es descomponiendo MPF, un mensajero de una fase anterior. Entonces, el MPF en realidad activa las mismas proteínas que lo destruyen.
La destrucción de MPF por los asegura APC / C que las acciones MPF promueve – tales como la desintegración de la envoltura nuclear ; – no ocurren de nuevo hasta que la célula hija tiene más MPF después de pasar a través de G 1 fase, la fase S y G 2 fase .
¡Activando el APC / C, MPF se regula a sí mismo!
Descubre además en nuestro blog todo acerca del síndrome de klinefelter aquí.
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