Download El ciclo vital de las células

Clase 19. División celular. Ciclo
celular
1.
2.
3.
4.
5.
6.
División celular
Mitosis
Meiosis
Control del ciclo celular
Muerte celular programada
Cáncer: Proliferación celular
descontrolada
1. División celular
Todas las células proceden de la división de otras
células
La formación de los óvulos y de los
espermatozoides se lleva a cabo mediante un
mecanismo llamado MEIOSIS. El resto de las
células se producen por otro proceso diferente
llamado MITOSIS.
El ciclo vital de las células
La dinámica de una célula se comprende mejor si
se examina el curso de su vida.
Casi todas las células de un organismo pluricelular
se dividen durante toda la vida pero a ritmos
diferentes dependiendo del tipo celular.
Cada uno de nosotros producimos muchos
millones de células cada segundo sólo para
sobrevivir.
Una célula diploide da lugar a dos células hijas
diploides dividiéndose por un proceso llamado
MITOSIS
Una célula diploide da lugar a cuatro células
hijas haploides dividiéndose por un proceso
llamado MEIOSIS
Una célula se reproduce llevando a cabo
una secuencia ordenada y regulada de
procesos conocido por CICLO CELULAR.
Cualquiera de los dos fenómenos inicia
un programa de replicación celular que
está codificado en el ADN.
Primero se replica el ADN y se duplica el
tamaño celular (tienen que duplicarse
todos los orgánulos y el citoesqueleto)
luego se produce la división celular, cuyo
resultado es la aparición de células hijas.
El ciclo se subdivide en cuatro fases.
La división del núcleo (mitosis) y la
escisión de la célula en dos (citocinesis)
forman la fase M.
Entre dos fases M se pasa por una etapa
llamada interfase que comprende las tres
fases siguientes del ciclo celular.
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1
Al principio de la mitosis:
2. MITOSIS
1. Las mitocondrias se duplican y los grandes
orgánulos (RE y A.Golgi) se fragmentan para
distribuirse en las células hijas.
2. Los centrosomas se duplican. Cada par de
centrosomas se separan hacia polos opuestos
formando los dos polos del huso mitótico.
3. A partir de los centrómeros crecen los
microtúbulos, alguno de los cuales interactúan
con microtúbulos procedentes del otro polo
constituyendo los microtúbulos polares del
huso
En la mitosis los cromosomas duplicados se
reparten de manera equitativa entre las
células hijas.
Aunque los acontecimientos de la mitosis
transcurren de manera continua, por
convención se los divide en cuatro
subetapas que representan las fases de
los movimientos cromosómicos.
PROFASE
METAFASE
3
PROFASE
METAFASE : Prometafase
Metafase
ANAFASE
TELOFASE.
CITOCINESIS
Profase
Comienza a formarse el
huso mitótico.
Prometafase
Metafase
La célula duplica su
centrosoma. Los
centrosomas hijos se
separan en polos opuestos
moviéndose sobre los
microtúbulos (gastan ATP).
Cada centrosoma organiza
sus microtúbulos formándose
el huso mitótico.
ANAFASE
TELOFASE.
CITOCINESIS.
PROFASE
METAFASE : Prometafase
Metafase
ANAFASE
TELOFASE.
CITOCINESIS
Prometafase: los
cromosomas se unen
al huso mitótico
PROFASE
METAFASE : Prometafase
Metafase
ANAFASE
TELOFASE.
CITOCINESIS
Metafase: los cromosomas
se alinean en el ecuador
del huso mitótico
• Comienza con la
desorganización de la
envoltura nuclear
(fosforilación y
desensamblaje de
filamentos intermedios de la
membrana nuclear).
• Los microtúbulo del huso se
unen a los cromosomas
mediante complejos de
proteínas situados sobre los
cromosomas
(CINETOCOROS)
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2
PROFASE
METAFASE : Prometafase
Metafase
ANAFASE
TELOFASE.
CITOCINESIS
Anafase: Se segregan los
cromosomas hijos
PROFASE
METAFASE : Prometafase
Metafase
ANAFASE
TELOFASE.
CITOCINESIS
Telofase: Se recompone la
envoltura nuclear.
Las conexiones entre las cromátidas
hermanas son rotas por enzimas
hidrolíticas. Se dirigen a polos opuestos
PROFASE
METAFASE : Prometafase
Metafase
ANAFASE
TELOFASE.
CITOCINESIS
Citocinesis
Se forma un surco perpendicular
al eje mayor de huso mitótico.
Las membranas, citoesqueleto,
orgñanulos y proteínas solubles
son distribuídos entre las dos
células hijas, equitativamente o
no.
3. Meiosis
De una célula diploide
se forman 4
haploides.
Tipo de división que
se produce en los
organismos con
reproducción sexual.
Un anillo contráctil (actina y
miosina) procedente del córtex
divide a la célula en dos.
En la división
meiótica II la célula
se divide sin replicar
su DNA.
Los cromosomas homólogos replicados materno y paterno se
aparean uno al lado del otro antes de alinearse en el huso.
Se producen dos divisiones celulares en lugar de una.
La primera profase meiótica puede durar años.
Los cromosomas homólogos están
íntimamente unidos a lo largo mediante
proteínas que forman complejo
sinaptonémico
Cuando la
separación entre
cromátidas no se
realiza correctamente
se pueden formar
gametos anómalos
diploides que son los
responsables de las
trisomías (Down...)
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4. Control del ciclo celular
La INTERFASE comprende las
fases:
G1 (gap = intervalo),
S (síntesis de DNA y otras
macromoléculas) y
G2: la célula se prepara para la
fase mitótica (M) .
Los puestos de control del ciclo celular son
sensibles a las señales provenientes del medio
extracelular (matriz extracelular, señales de
otras células, etc…).
Las células que no se dividen
abandonan el ciclo normal y
entran en el estado latente G0.
El avance a lo largo del ciclo es controlado por puestos de control
estratégicos que comprueban el estado de la célula.
Cuando se cumplen ciertas condiciones, la célula progresa hacia el
siguiente puesto de control.
El sistema de control del ciclo celular trabaja de forma muy parecida a como
lo hace el sistema de control de una lavadora automática.
La lavadora funciona siguiendo una
serie de pasos: entrada de agua,
mezcla del agua con el jabón,
lavado de la ropa, aclarado,
centrifugado… Un regulador
central desencadena cada uno de
los procesos siguiendo una
secuencia determinada.
En ciertos puntos críticos del ciclo, el controlador se regula a sí mismo por
retroalimentación de los procesos que se están iniciando. En el caso de la
lavadora, por ejemplo, los sensores controlan los niveles de agua y envían
señales de retorno al controlador para impedir que el siguiente proceso
empiece antes de que el proceso anterior haya finalizado. Sin una
retroalimentación como ésta, la interrupción o el retraso de alguno de los
procesos podrían resultar desastrosos.
Dos puntos de control del
ciclo celular. T
Tanto la retroalimentación de los
procesos intracelulares del ciclo
celular como las señales
procedentes del entorno de la
célula determinan si el sistema
de control superará
determinados puntos de control.
Dos importantes puntos de
control son G1, donde el
sistema de control determina si
la célula continúa hacia la fase
S, y el otro en G2, donde el
sistema de control determina si
la célula continúa hacia la
mitosis.
El sistema de control del ciclo celular está
basado en proteínas quinasas y fosfatasas
activadas cíclicamente.
PROTEÍN KINASAS DEPENDIENTES DE CICLINAS,
Cdk.
4
Al complejo Cdk-ciclina se le conoce
como MPF (factor promotor de la fase
M).
Las ciclinas son
unas proteínas
cuyas
concentraciones
bajan y suben
cíclicamente.
5
La ciclina es una proteína reguladora que se
une a la kinasa para activarla.
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El MPF fosforilando proteínas clave
consigue condensar cromosomas,
deshacer la envoltura nuclear (por
desensamblaje de filamentos intermedios),
fosforila proteínas asociadas a
microtúbulos para que formen los husos
mitóticos.
La subida y caída de la concentración de ciclina
durante la mitosis es el resultado de la rápida
destrucción de la ciclina por el sistema
proteolítico dependiente de ubiquitina.
Activación del
MPF. El complejo
ciclina-Cdk no
presenta actividad
enzimática cuando
se forma
Finalmente el MPF es
6
activado por una
fosfatasa que elimina
los grupos fosfatos
inactivadores.
Varias moléculas de ubiquitina se unen
covalentemente a cada una de las moléculas de
ciclinas, marcando la ciclina para su degradación en
proteosomas.
El proceso de ubiquitinación es activado por la propia
activación de la Cdk.
La activación del MPF se
produce de manera explosiva
Una vez activada,
la MPF quinasa fosforila más
fosfatasa activadora, la cual
puede, su vez, activar más
MPF.
Posteriormente, la Cdk
es fosforilada en
lugares necesarios
para su actividad y en
otros lugares decisivos
que regulan su
actividad. El MPF
permanece inactivo
Distintos complejos ciclina-Cdk
desencadenan diferentes pasos del
ciclo celular
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Existen muchas variedades de ciclinas y
muchas variedades de Cdk
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Aquí tenemos dos
complejos ciclina-Cdk
que actúan en etapas
distintas del ciclo
celular
5
La regulación de la
actividad de las
Cdk se realiza
mediante la
degradación del las
ciclinas.
El ciclo celular puede ser detenido en G1
por proteínas inhibidoras de las Cdk
9
Ejemplo de cómo una señal intracelular
regula el ciclo a través de las ciclinas
10
Cuando el DNA está
dañado, la proteína
p53 aumenta y se
activa. La p53 activa
estimula la
transcripción del gen
que codifica la proteína
p21 que se une al
complejo Cdk-ciclina
de la fase S y la
inactiva, de modo que
el ciclo celular se
detiene en fase G1.
Decisiones de control en el punto
G1
La célula puede decidir
completar otro ciclo
celular, descansar
transitoriamente hasta
que las condiciones
sean favorables o
retirarse del ciclo celular
definitivamente y entrar
en G0.
Las mutaciones en el gen p53 que permiten que se dividan las células con el DNA
dañado participan de forma importante en el desarrollo de muchos cánceres
humanos
La proliferación, la supervivencia y
la muerte celular están reguladas
por señales procedentes de otras
células, y por programas
intrínsecos para cada célula en
particular.
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Ejemplo de cómo una señal extracelular
regula el ciclo a través de las ciclinas
Las señales extracelulares actúan superando los
La
proteína Retinoblastoma (Rb),
mecanismos intracelulares de freno que tienden
abundante
encrecimiento
los núcleos
celulares
de losla
a restringir el
celular
y bloquean
vertebrados,
se
une
a
determinadas
progresión a través del ciclo celular.
proteínas reguladoras de genes,
impidiendo que estimulen la transcripción
de los genes necesarios para que se
produzca proliferación celular.
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Señales extracelulares como los factores de
crecimiento, conducen a la activación de los
complejos Cdk-ciclinas de G1. Estos complejos
desencadenan cascadas de señalización intracelular
que llevan a la fosforilación de la proteína Rb que
cambia su forma y libera a las proteínas reguladoras
de genes que estaban unidas a ellas, las cuales ahora
pueden activar a los genes necesarios para que se
produzca la proliferación celular.
Modelo simplificado sobre cómo estimulan la
proliferación celular los factores de crecimiento.
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5. Muerte celular programada.
Si a las células se les priva de las señales
procedentes de otras células (factores de
supervivencia) las células activan un
programa intracelular de suicidio y mueren
por un proceso denominado muerte
celular programada.
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La acción de genes que controlan la
muerte celular programada en
nemátodo.
La muerte celular programada
requiere de la acción de los genes
ced-3 y ced-4 y es inhibida por el
gen ced-9. Si este gen está activo
en una célula, la célula no puede
entrar en apoptosis. Parece que en
células que no mueren la proteína
ced-9 previene que la proteína ced4 active la síntesis de la proteína
ced-3. La proteína ced-3 es un
apoenzima que, cuando es
activada, da lugar a una caspasa,
un tipo de proteasa relacionada con
la apoptosis. En mamíferos los
genes Bcl-2 son similares al ced-9.
Como en nemátodos, en mamíferos
un homólogo de ced-3 codifica una
caspasa, que comienza una
cascada proteolítica que lleva a la
muerte celular.
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En la formación de una mano (pata de
ratón en este caso) la apoptosis sirve para
que se formen los dedos.
Durante el desarrollo del sistema nervioso
más de la mitad de las células formadas
sufren apoptosis.
¿Esto no es un despilfarro? ¿para qué sirve
esta muerte?
El organismo, por lo general, mantiene un tamaño
constante mediante la regulación tanto de la
velocidad de muerte como de la velocidad de
nacimiento de sus células.
Para evitar la apoptosis las células
necesitan señales procedentes de
otras células.
En el caso del sistema nervioso la muerte
iguala el número de células nerviosas a los
requerimientos de sus dianas.
La apoptosis es una muerte limpia. No se
ven afectadas las células vecinas. El
citoesqueleto se colapsa, la envoltura
nuclear se rompe y el ADN se fragmenta.
La superficie celular se altera,
presentando propiedades que provocan
que la célula moribunda sea fagocitada
por otras células.
La muerte celular programada está bajo control
génico. Requiere de la síntesis de ARN y de
proteínas .
La muerte celular programada está mediada
por una cascada proteolítica
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6. Cáncer: Proliferación celular
descontrolada
Una vez activada, cada
molécula de caspasa
puede romper muchas
moléculas de
proenzima, activándolas
y éstas, a su vez,
pueden activar todavía
más moléculas de
caspasas
produciéndose una
cascada explosiva de
síntesis de proteasas.
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Mcb1301n.mov
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