La mitosis y reproducción celular involucran las siguientes etapas:
(1) La célula pasa por la interfase, que incluye las fases G1, S y G2, durante las cuales crece y duplica su ADN.
(2) Luego entra en la mitosis, dividida en las fases de profase, metafase, anafase y telofase, donde se dividen el núcleo y el citoplasma.
(3) Existen puntos de control en G1, G2 y la metafase para verificar que la célula esté lista para
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
2
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
3
4. El Ciclo celular
Interfase
Punto de control G1. Si el DNA
S (crecimiento y
está dañado, ocurrirá Replicación del DNA)
apoptosis. Además, la célula G1 Punto de control G2/ M
está obligada a dividirse G2 La Mitosis ocurrirá si
cuando se presentan las G1 G1 (crece y se prepara la replicación del DNA
señales de crecimiento (GFs) en (crecimiento) Para la fue apropiada y si se
el medio y los nutrientes están G2
división) duplicó la masa
disponibles. Es el punto de celular. La apoptosis
M
se
control más importante. is ocurrirá si el DNA está
fa
es se
se
o
e
in fa
Pr
dañado o no ha sido
fas
c
ha
e
ro
ito
te
Anafas
P
c reparado o se ha
lop
eta
La
replicado más de una
Te
M
vez.
M .
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.
4
5. ANIMACIÓN
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6. ANIMACIÓN
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6
7. Regulación en el punto de control G1
CDK CDK presente
no presente E2F se une al DNA.
P
P
Proteína E2F Proteína E2F E2F
RB RB DNA
E2F
E2F no liberada RB fosforilada liberada Proteína del
Ciclo celular
a.
DNA no
Dañado Digestión de
p53
p53 P53 se une al DNA.
DNA
dañado P P P
P DNA DNA
P53 forforilado
Proteína repara apoptosis
DNA
b.
7
8. ANIMACIÓN
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8
9. 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)
9
10. 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
10
11. 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
11
12. 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 G , M o G (puntos de control)
1 2
Se dan tiempo para reparar la mayoría de los daños
12
13. Apoptosis
Apoptosis es la muerte Celular
programada
Involucra una secuencia de eventos
celulares:
Fragmentación del núcleo,
Se forman vesículas rodeadas por Membrana
plasmática
Se fagocitan los fragmentos celulares.
Apoptosis la causa enzimas caspasas.
Mitosis y apoptosis son fuerzas opuestas
Mitosis
aumenta el N° de Células
Apoptosis disminuye el N° de Células 13
15. Apoptosis
Mediada por 2 set (iniciadoras y
ejecutoras) de enzimas Caspasas
Las iniciadoras reciben la señal (interna o
externa) apoptótica activando a las ejecutoras,
las cuales activan a enzimas que digieren a la
célula, programadamente.
Laproteína p53 se activa cuando el ADN
sufre daño
Detiene el ciclo en G1 cuando el DNA sufre
daño
Inicia el intento de reparación del DNA
Si tiene éxito, el ciclo continúa a la mitosis
Si no, se inicia la apoptosis
15
17. Apoptosis
Célula apoptótica
blebs
Fragmento
de DNA
La célula se La cromatina La Membrana Fragmentos
redondea y el se condensa y plasmática forma Celulares Fragmento
núcleo el núcleo se vesículas y se tienen DNA Célular
colapsa fragmenta forman ampollas fragmentado
17
18. ANIMACIÓN
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18
19. 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
19
20. ANIMACIÓN
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21. Número de Cromosomas
ElNúmero diploide(2n) incluye dos sets
de Cromosomas de cada tipo
Los humanos tienen 23 tipos diferentes de
Cromosomas
Cada 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
dosrepresentantes 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)
21
23. 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
23
24. Cromosoma duplicado
Cromátidas hermanas
centrómero
Cinetocoro
Una cromátida
a. 9.850 b.
24
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
26
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
27
28. Mitosis en Animales
centrosoma
tiene centríolos
Cromosomas en
placa metafásica
Célula animal aster 20 µm Cromosoma 20 µm Polos del huso 20µm
9 µm 20µm cromosoma hijo Surco de clivaje 16µm
en Interfase duplicado
cinetocoro
Fragmentos
de membrana centrómero
nuclear El nucléolo
MITOSIS
La cromatina
se condensa
El nucléolo Fibras del huso microtúbulos Fibras polares del huso
desaparece en formación del cinetocoro
Telofase
Profase temprana Profase Fibra polares Profase Metafase Anafase Células hijas se están formando a
Los centrosomas se han duplicado. El nucléolo ha desaparecido y los El nucléolo ha desaparecido y los Centromeros de cromosomas duplicados Cromátidas hermanas se separan y llegan a ser a medida que las membranas nucleares
La cromatina se está condensando cromosomas duplicados son visibles. cromosomas duplicados son visibles. están alineados en la placa metafásica). Cromosomas hijos que se mueven hacia los polos
en cromosomas, y la membrana nuclear Los centrosomas enpiezan a alejarse, Los centrosomas enpiezan a alejarse, cinetocoro spindle del huso. Así, cada polo recibe el mismo N° y los nucleolos reaparecen. Los cromosomas
se está frgamentando. y el huso está en formación. y el huso está en formación. fibras unidas to the Cromátidas hermanas y tipo de Cromosomas que tenía la Célula padre. llegarán a ser indiferenciados.
centrosoma come from opposite polos del huso.
sin centríolos
Célula vegetal
Interfase Fibras polares
25µm 6.2µm 20µm Fibras del 6.2µm
Pared Cromosomas Carecen de 6.2µm Placa celular 6.6µm
celular centríolos y aster huso
28
29. ANIMACIÓN
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29
30. 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
30
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
31
32. 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
32
33. 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.
33
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
35
37. 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.
37
38. 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
38
39. Dos Tipos de Clonación
remover y descartar
Núcleo del ovocito
Ovocito
Implante
remover fusionar ovocito de embrión
núcleo G0 Con en la
Células G0 de un núcleo G0 cultivo madre
Animal a clonar sustituta
Células
a. Clonación Reproductiva madres Un clon ha nacido
remover y embrionarias
descartar ovocito
ovocito núcleo
neurona
remover fusionar
núcleo G0 ovocito sangre
Células somáticas G0 Con núcleo G0 cultivo
Células
Madres músculo
b. Clonación terapéutica embrionarias
39
40. El Ciclo celular y Cáncer
Elcrecimiento 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
40
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
41
42. Características de Células
Cancerosas
Desarrollan metástasis
Eltumor original se fragmenta fácilmente
Nuevos tumores aparecen en otros órganos
Desarrollan angiogénesis
Formación de nuevos vasos sanguíneos
Llevan nutrientes y oxígeno al tumor
42
43. Progresión del Cáncer
Surge una nueva mutación y una Célula (café) tiene la habilidad de
iniciar un tumor.
Tumor primario
Vaso linfático Vaso sanguíneo
Cáncer in situ. El tumor está en su lugar de origen. Una Célula
(púrpura) Muta nuevamente.
Vaso linfático Vaso sanguíneo
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.
43
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
45
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”
46
47. Causas del Cáncer
Herencia Fuentes de
radiación
Factor de
crecimiento
El factor de crecimiento Virus
receptor activa a proteínas Pesticides
proteico señales, una vía y oncogen
estimuladora que se herbicides
extiende al núcleo.
P
a. Influencia que que causan proto-oncogenes
P mutados (llamados oncogenes) y genes
supresores de tumores mutados
Proteína
P señal
activada
Proteina Vía
señal
estimuladora El producto
Fosfato
del gen promueve
b. Efecto del factor de el ciclo celular
crecimiento
Vía El producto del
inhibidora gen inhibe al
ciclo celular
El proto-oncogen codifica
para un factor de
crecimiento, una proteína
receptora o una proteína
Señal, en una vía
estimuladora. Si un proto-
oncogen se transforma en
un oncogen, el resultado
final puede ser una
división celular activada.
c. Vía estimuladora y
Vía inhibidora
El gen supresor tumoral
codifica para una proteína
señal en una vía inhibidora.
Si un gene supresor de
tumor muta, el resultado
final puede ser la
activación de la división
celular. d. Célula cancerígena de la piel
1.100X
1,100X
47
48. ANIMACIÓN
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49. 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
49
50. Fisión binaria de Procariotas
1. La Unión del Cromosoma a un
sitio especial de la Membrana
plasmática Indica que la bacteria
Cromosoma
está comenzando a dividirse. Pared
Celular
Membrana
Plasmática
2. la célula está preparandose para 200 nm
la fisión binaria alargando su pared
celular, su Membrana plasmática y
todo su volumen. citoplasma
3. La replicación del DNA ha
producido dos cromosomas
idénticos. la pared celular y la
membrana plasmática empiezan a
crecer hacia el interior.
200 nm
4. A medida que la célula se alarga,
los cromosomas se separan. El
citoplasma está siendo distribuido
uniformemente.
5. La estrangulación medial de la 200 nm
pared celular y de la membrana
plasmática divide al organismo
original en dos Células hijas.
50
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
52
REGULACION DEL 2º PUNTO DE RESTRICCION (PUNTO G2/M): p53 p53 es un GEN SUPRESOR DE TUMORES que está MUTADO EN LA MAYORÍA DE LOS CÁNCERES HUMANOS (>50%) -p53 tiene un doble papel: 1.-es una molécula sensora del “daño al DNA” y controla la parada del ciclo celularen G2/M si en DNA está mutado. 2.-es un factor de transcripción que induce la expresión de genes de reparación del DNA o de apoptosis (suicidio celular). * Cuando p53 está ausente o inactivo, la acumulación de mutaciones en el DNA (causadas por ej. por luz UV, la radio- y la quimio-terapia) no se traduce en una señal de apoptosis y se producen tumores que, además, suelen ser resistentes a esos tratamientos. Biología, 9th ed,Sylvia Mader El Ciclo celular Slide # Chapter 09
• El crecimiento y la proliferación celular están controlados por 7 clases diferentes de proteínas (ver esquema). • Las células tumorales que producen una versión constitutivamente activa de alguna proteína transductora de señales ( ONCOGEN) pueden proliferar incluso en ausencia de factores de crecimiento. • Las células que carecen de proteínas de reparación o de muerte celular ( GENES SUPRESORES DE TUMORES) proliferan descontroladamente Biología, 9th ed,Sylvia Mader El Ciclo celular Slide # Chapter 09
Mecanismo de la apoptosis: El mecanismo de la apoptosis descansa en la activación de una cascada de enzimas cistein proteasas perteneciente a la familia de las CASPASAS, las cuales desmantelan la célula en forma rápida, controlada y silenciosa (sin causar daños en el entorno que den signos de alarma e induzcan un proceso inflamatorio). El nombre caspasa deriva de su actividad enzimática, la “C” representa al aminoácido cisteína y “ASPASA” se refiere a la acción catalítica de hidrólisis que induce la cisteína sobre el aminoácido ácido aspártico o sus enlaces produciendo la ruptura de la proteína o polipéptido (1,2,8,9). Las caspasas se sintetizan como pro-enzimas o procaspasas, las cuales una vez activadas (hidrólisis del polipéptido inactivador por caspasas o autocatalíticamente) actúan sobre otra caspasa en una reacción secuencial en cadena. Muchas de estas procaspasas presentan un dominio C - terminal hidrofóbico que le permite anclarse en diferentes membranas ya sea citoplasmáticas, mitocondriales, retículo endoplásmico y nuclear donde ejercen su acción de desmantelamiento celular. Se conocen en la actualidad 14 caspasas, de ellas 6 se relacionan con procesos inflamatorios y las restantes con apoptosis, estas últimas se dividen a su vez en caspasas iniciadoras (conocidas a la fecha casapasas 8, 9 y 12) y caspasas ejecutoras (conocidas a la fecha caspasas 2, 3 y 6) (2,4,9,10). Biología, 9th ed,Sylvia Mader El Ciclo celular Slide # Chapter 09
http://www.biooncology.com/pipeline/apoptosis/index.html Animación de genentech que explica la figura de la diapo Biología, 9th ed,Sylvia Mader El Ciclo celular Slide # Chapter 09
La cromatina es el conjunto de ADN, histonas y proteínas no histónicas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y que constituye el cromosoma Biología, 9th ed,Sylvia Mader El Ciclo celular Slide # Chapter 09