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Ciclo celular PowerPoint Lectures for Biology, Seventh Edition Neil Campbell and Jane Reece Lectures by Chris Romero Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Las funciones clave de la división celular • La capacidad de los organismos para reproducirse distingue a los seres vivos de materia no viviente • La continuidad de la vida se basa en la reproducción de las células, o división celular Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings • En organismos unicelulares la división de una célula reproduce el organismo entero • Los organismos multicelulares dependen de la división para: – Crecimiento y desarrollo a partir de una célula fertilizada – Reparación • La división celular es una parte integral del ciclo celular, el cual corresponde a la vida de una célula desde su formación hasta su propia división Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-2 100 µm Reproducción 200 µm Crecimiento y desarrollo 20 µm Renovación de tejidos La división celular generalmente resulta en células hijas idénticas • Las células duplican su material genético antes de dividirse, asegurando que cada célula hija reciba una copia exacta del material genético • Una célula duplica su ADN, asignando las dos copias a extremos opuestos de la célula, y sólo entonces se divide en células hijas Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Organización celular del material genético • La dotación de ADN de una célula (su información genética) se denomina genoma • Las moléculas de ADN en una célula se empaquetan en cromosomas Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings • Todas las especies eucariotas tienen un número característico de cromosomas en cada núcleo celular • En humanos las células somáticas (no reproductivas) tienen dos juegos de cromosomas por lo tanto son diploides • Los gametos (células reproductivas: óvulos y espermatozoides) tienen la mitad de los cromosomas de las células somáticas y son haploides • Los cromosomas eucariotas consisten de cromatina, un complejo de ADN y proteínas que se condensan durante la división celular Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-3 25 µm Distribución de cromosomas durante la división celular • En la preparación para la división celular, el ADN se replica y los cromosomas se condensan • Cada cromosoma duplicado tiene dos cromátidas hermanas, que se separan durante la división celular • El centrómero es la "cintura" estrecha del cromosoma duplicado, en donde las dos cromátidas están más estrechamente unidas Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-4 0.5 µm Duplicación de cromosomas (síntesis de ADN) Centrómero Cromátidas hermanas Separación de cromátidas hermanas Centrómeros Cromátidas hermanas • La división celular eucariótica consiste en: – Mitosis, la división del núcleo – Citocinesis, la división del citoplasma – Los gametos son producidos por una variación de división celular llamada meiosis • La meiosis produce células hijas no idénticas que sólo tienen un conjunto de cromosomas, es decir la mitad que la célula madre Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings La fase mitótica alterna con la interfase en el ciclo celular • En 1882 el anatomista alemán Walther Flemming desarrolló colorantes para observar los cromosomas durante mitosis y citocinesis • Para Flemming, la célula simplemente se hizo más grande entre una división celular y el siguiente • Ahora sabemos que muchos eventos críticos ocurren durante ésta etapa de la vida de una célula Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Fases del ciclo celular • El ciclo celular consiste en – Fase mitótica (M) (mitosis y citocinesis) – Interfase (crecimiento celular y copia de los cromosomas en la preparación para la división celular) • La Interfase (cerca del 80-90% ciclo celular) puede ser dividida en subfases: – Fase G1 (“primer intervalo”) – Fase S (“síntesis”) – Fase G2 (“segundo intervalo”) Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings INTERFASE G1 S (Síntesis de ADN) G2 • La Mitosis se divide convencionalmente en cinco fases: – Profase – Prometafase – Metafase – Anafase – Telofase • La Citosinesis tiene lugar a finales de la telofase Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-6ca G2 DE INTERFASE PROFASE PROMETAFASE LE 12-6da METAFASE ANAFASE TELOFASE Y CITOCINESIS El huso mitótico • El huso mitótico es un aparato de microtúbulos que controla el movimiento de los cromosomas durante la mitosis • El ensamblaje de microtúbulos del huso comienza en el centrosoma o centro de organización de microtúbulos • El centrosome se replica formando dos centrosomoas que migran a polos opuestos de la célula • Un aster (una matriz radial de microtúbulos cortos) se extiende desde cada centrosoma Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings • El huso incluye los centrosomas, los microtúbulos del huso, y los ásteres • Algunos microtúbulos del huso se unen a los cinetocoros de los cromosomas y mueven los cromosomas a la placa de la metafase Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-7 Aster Microtúbulos Cromátidas hermanas Cromosomas Centrosoma Placa de la Metafase Cinetocoros Centrosoma 1 µm Microtúbulos superpuestos no pertenecientes al cinetocoro superpuestos Microtúbulos del cinetocoro 0.5 µm • En la anafase, las cromátidas hermanas se separan y se mueven hacia extremos opuestos de la célula • Los microtúbulos se acortan por despolimerización en sus extremos cinetocóricos Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-8b Movimiento del cromosoma Microtúbulo Proteína motora Cromosoma Cinetocoro Subunidades de Tubulina • Los microtúbulos polares se sobrelapan unos sobre otros y empujan unos contra otros elongando la célula • En Telofase, se forman núcleos hijos genéticamente idénticos en los extremos opuestos de la célula Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Citocinesis • En células animales la citocinesis se produce por un proceso conocido como escisión, formando un surco de segmentación • En células vegetales, se forma una placa celular durante la citocinesis Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-9a 100 µm Surco de segmentación Anillo contráctil de microfilamentos Células hijas Escisión de una célula animal LE 12-9b Vesículas formando la placa celular Pared de célula madre 1 µm Placa celular Nueva pared celular Células hija Formación de placa celular en una célula vegetal LE 12-10 Núcleo Nucléolo Condensación de la cromatina Cromosomas Profase. La cromatina se condensa. El nucléolo está empezando a desaparecer. Aunque aún no es visible en la micrografía, el huso mitótico está empezando a formarse. Prometafase. Ahora vemos cromosomas discretos; cada uno consta de dos cromátidas hermanas idénticas. Más tarde, en prometafase, la envoltura nuclear se fragmentará. Placa celular Metafase. El huso está completo, y los cromosomas unidos a los microtúbulos en sus cinetocoros, están todos en la placa de la metafase. Anafase. Las cromátidas de cada cromosoma se han separado, y los cromosomas hijos se están moviendo a los extremos de la célula como sus microtúbulos del cinetocoro se acortan. 10 µm Telofase. Los núcleos hijos se están formando. Mientras tanto, la citocinesis ha comenzado: La placa de la célula, que dividirá el citoplasma en dos, está creciendo hacia el perímetro de la célula madre. El ciclo celular es regulado por un sistema de control molecular • La frecuencia de la división celular varía con el tipo de célula • Estas diferencias del ciclo celular son el resultado de la regulación a nivel molecular Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings El sistema de control del ciclo celular • Los eventos secuenciales del ciclo celular son dirigidos por un sistema de control del ciclo celular, que es similar a un reloj • El reloj tiene puntos de control específicos en los que se detiene el ciclo celular hasta que se recibe luz verde para continuar Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-14 Punto de control G1 Sistema de Control G1 M Punto de control M G2 Punto de control G2 S • Para muchas células el punto de control G1 parece ser el más importante • Si una célula recibe luz verde para continuar en el punto de control G1, usualmente completará las fases S, G2 y M y se dividirán • Si la célula no recibe luz verde, saldrá del ciclo cambiando a un estado de no división denominado fase G0 Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-15 G0 Punto de control G1 G1 Si una célula recibe una señal para seguir en el punto de control G1, la célula continúa en el ciclo celular. G1 Si una célula no recibe una señal de luz verde en el punto de control G1, la célula saldrá del ciclo celular y entrará en G0, un estado de no división. El reloj del ciclo celular: Ciclinas y quinasas dependietnes de ciclina • Dos tipos de proteínas reguladoras están involucradas en el control del ciclo celular: ciclinas y quinasas dependientes de ciclina (“Cdks” por sus siglas en inglés) • La actividad de las ciclinas y las “Cdks” fluctúa durante el ciclo celular Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-16a M G1 S G2 M G1 S G2 M Actividad MPF Ciclina Tiempo Fluctuación de la actividad de MPF y concentración de ciclina durante el ciclo celular LE 12-16b Ciclina degradada La ciclina se degrada Punto de control G2 MPF Cdk Acumulación de Ciclina Cdk Ciclina Mecanismos moleculares que ayudan a regular el ciclo delular Señales de detención y continuación: Señales internas y externas en los puntos de control • Un ejemplo de una señal interna es que cinetocoros no unidos a los microtúbulos del huso envían una señal molecular que retrasa la anafase • Algunas señales externas son factores de crecimiento, proteínas liberadas por ciertas células que estimulan otras células para dividirse • Por ejemplo el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) estimula la división de células de fibroblastos humanos en cultivo Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Escalpelos Placa de petri Sin PDGF Con PDGF Sin PDGF Con PDGF 10 mm • Otro ejemplo de señales externas es la inhibición denso-dependiente, en el que las células detienen su crecimiento • La mayoría de las células animales también exhiben dependencia de anclaje, en el que deben estar unidos a un sustrato para dividirse Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Las células se anclan a la superficie del plato y se dividen (dependencia de anclaje). Cuando las células han formado una capa simple completa, dejan de dividirse (inhibición dependiente de la densidad). Si algunas células se raspan, las células restantes se dividen para llenar el vacío y luego se detienen (inhibición dependiente de la densidad). Células de mamífero normales 25 µm Las células cancerosas no exhiben dependencia de anclaje ni inhibición denso-dependiente 25 µm Células cancerígenas Perdida del control del ciclo celular en células cancerígenas • Las células cancerígenas no responden normalmente a los mecanismos de control del cuerpo • Estas células forman tumores, masas de células anormales dentro de tejidos normales • Si las células anormales permanecen en el sitio original, el tumor se denomina tumor benigno • Los tumores malignos invaden los tejidos circundantes y pueden hacer metástasis, la exportación de células de cáncer a otras partes del cuerpo en los que pueden formar tumores secundarios Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings LE 12-19 Vaso linfático Tumor Vaso sanguíneo Tejido Glandular Célula cancerígena Un tumor crece a partir de una única célula de cáncer. Células cancerígenas Invaden tejidos vecinos Las células se propagan a través de los ganglios y los vasos sanguíneos a otras partes del cuerpo. Tumor metastásico Un pequeño porcentaje de las células cancerosas puede sobrevivir y establecer un nuevo tumor en otra parte del cuerpo.