Resumén de Biologia Cel. - UBA - Baldoni

Resumen para el Segundo Parcial - Librito 13

  UNIDAD 13

Ciclo celular

La división celular constituye el enlace entre un progenitor y su descendencia. Las etapas a través de las cuales pasa la célula desde una división celular a la siguiente constituyen el ciclo celular. Este ciclo se divide en dos fases: la Fase M (mitótica) y la Interfase. La Fase M consiste en dos procesos secuenciales: la división nuclear (cariocinesis) y la división citoplasmática (citocinesis). La mayor parte del trabajo necesario para la preparación de la división celular se produce durante la fase de crecimiento del ciclo celular que recibe el nombre engañoso de interfase. La síntesis de ADN, periodo Fase S (síntesis) del ciclo celular. El periodo comprendido entre la fase M y el comienzo de la Fase S, se denomina Fase G1, la cual permite el aumento de su volumen. El periodo comprendido entre la Fase S y la Fase M siguiente, se denomina G2, posee su conjunto cromosómico duplicado y realizara la síntesis de elementos requeridos para el desarrollo de la mitosis.

Actividad metabólica durante el ciclo celular

Durante la mitosis, se observa un marcado descenso en la velocidad de síntesis de proteínas y el cese de la síntesis de ARN. Durante G1 la célula duplica su masa, además de la síntesis activa de proteínas y ARN procederá a la duplicación de sus organelas citoplasmáticas. La síntesis de ADN y de sus proteínas asociadas, la replicación del material genético es el principal evento en la fase S, para que esto ocurra la cromatina debe ser laxa. El proceso de replicación es una vía endergónica y anabólica, los requerimientos metabólicos persisten a lo largo de esta etapa. Las histonas son proteínas que se asocian al ADN de eucariontes para formar la cromatina. La síntesis de las histonas ocurre solo en la fase S y por consiguiente también requerirá la síntesis de los ARNm específicos de dichas proteínas. Una vez concluida la duplicación, estos mensajeros son degradados. Por otro lado, si se inhibe la síntesis proteica en las células incluso hacia el final de la fase G2, se impide su entrada en M. Además algunos elementos cruciales de la complicada maquinaria del huso mitótico también sintetizan hacia el final de G2.

Variaciones del ciclo celular

En organismos unicelulares, la velocidad de la división celular suele estar limitada tan solo por la velocidad a la que los nutrientes se pueden absorber del medio y convertirse en materiales celulares. En los animales pluricelulares, la situación es bastante distinta. Usualmente G1 ocupa la mayor proporción de este tiempo y es precisamente la fase más variable. La duración de S esta determinada por el tiempo requerido para la duplicación de todo genoma. La fase G2 es la más corta de la interfase y la mitosis, de menor duración aun, es un breve periodo en el ciclo celular. No existe retorno una vez comenzada la duplicación en S.
Ciclo de células atípicas:
1. Algunos tipos de celulares con especialización estructural extrema; en la cual permaneciendo en un estado semejante a G1, son incapaces de proseguir a la fase S. estos se llama Gº.
2. Ciertos tipos pueden estar estimulados a abandonar Gº y reingresar al ciclo; normalmente no se dividen, pero puede iniciar la síntesis del ADN cuando se enfrentan a un estimulo apropiado.
3. La que pertenecen las células con nivel relativamente alto de actividad mitótica. Ciertos tejidos del cuerpo están sujetos a renovación continua y deben formarse permanentemente nuevas células mediante división celular.

No todas las células se dividen por mitosis. En organismos de reproducción sexual están las somáticas y las germinales. Las células somáticas forman parte de todos los tejidos y poseen el grado de ploidía correspondiente a esa especie. Estas aseguran la conservación del número cromosómico dividiéndose por mitosis. Las células germinales dan origen a las gametas que son las células encargadas de participar en la formación de los nuevos individuos de la especia. Deberán poseer la mitad del número cromosómico de la especie. Para obtener células con estas características a partir de las células germinales deberá realizarse una división celular diferente llamada meiosis.

Control del ciclo celular

1. En células normales

Hay dos sucesos en el ciclo de la célula sobre los cuales se enfocan estos mecanismos de control de la transición: uno es el inicio de la duplicación del ADN (entre G1 y S); y el otro es el inicio de la mitosis (entre G2 y M).

Factores promotores de la transiciones del ciclo celular

La fusión celular se desarrolla en presencia de agente que causan la unión de las membranas plasmáticas generando una celular hibrida llamada hererocarion (contiene dos o mas núcleos dentro de un citoplasma común rodeado por una única membrana plasmática). Cuando una célula en fase S se fusiona con una célula en G1, ambos núcleos en el heterocarion duplican su ADN. El regulador identificado se llama Factor promotor de fase S (FPS). Cuando una célula en fase S se fusiona con una en G2, en núcleo en fase S continua replicándose, pero el núcleo de G2 no se replica. Esto asegura que cada secuencia de ADN se replique solo una vez. El núcleo en fase S del heterocarion entra en mitosis mas rápidamente que lo que lo haría en su citoplasma original, pero el núcleo G2 no entra en mitosis hasta después que el núcleo en fase S haya completado su replicación. Cuando una célula mitótica se fusiona con otra célula en cualquier estadio de la interfase, ocasiona que el núcleo interfásico entre en una seudo-mitosis, caracterizada por la prematura condensación de los cromosomas (CPC). Esto sugiere que en las células en división esta presente un factor promotor de Fase M (FPM). Ambos inductores, FPS y FPM, son de vida media corta.

Regulación de la actividad de FPS y FPM
Son quinasas dependientes de ciclinas (CDKs), las quinasas son enzimas que catalizan la fosforilación de las proteínas. El termino ciclinas se acuño para indicar que la concentración de estas proteínas reguladoras se eleva y desciende siguiendo un patrón predecible conforme avanza el ciclo de la célula. Permitieron la definición de estados en los cromosomas que son esenciales para el inicio de la duplicación cromosómica en la fase S y la separación de cromátides hermanas en la fase M. la transición de G1 a S y de G1 a M son catalizadas por la fosforilación de sustratos claves mediados por CDKs. Este es en su forma activa un complejo compuesto por una subunidad catalítica, la quinasa y una subunidad regulatoria, la ciclina.
El FPS cataliza la transición de G1 a S por el complejo formado por la quinasa CDK2 y un tipo particular de ciclinas. Por parte de FPM, esta formado por la quinasa CDK1 y otro tipo de ciclina.
Las ciclinas juegan un rol esencial en la regulación de la actividad de la quinasa de las CDKs. Cuando la [ciclinas] es baja, la quinasa carece de la subunidad ciclina y como resultado es inactivo. Cuando la [ciclina] alcanza un nivel suficiente, la quinasa se activa y desencadena la entrada de la célula a la fase correspondiente. Las ciclinas son proteínas de expresión periódica y altamente regulada a través del ciclo celular. La actividad de la quinasa de las CDKs es dependiente de la presencia de ciclinas regulatorias en el complejo, la expresión regulada de las ciclinas provee el primer nivel de regulación de la actividad quinasa de las CDKs. Las quinasas cumplen un papel fundamental en las transiciones del ciclo celular, pero además requieren niveles adicionales de regulación que dependen de varios factores.
1* Fosforilación y desfosforilación de las subunidad catalíticas de las CDK
2* Presencia de proteínas inhibidoras capaces de interactuar con las CDKs
3* Proteólisis controlada de las ciclinas.

Control de la replicación

Sobre los orígenes de replicación del ADN se halla permanentemente unido a lo largo de todo el ciclo celular un complejo proteico. Esta conformado por múltiples subunidades y se denomina Complejo de Reconocimiento del origen de Replicación (CRO), determinando la adquisición de dos estadios bien diferenciados: 1) Pre-replicativo (preRC): Que lo capacita para la replicación del ADN, de modo que este proceso pueda ahora ser disparado por el FPS. 2) Post-replicativo (postRC): Que posibilita la transición hacia la fase M e impide la ocurrencia de una nueva replicación del ADN antes de que la célula se divida.
Para el ensamblado del Pre-Replicativo son necesarios dos grupos de proteínas además de CRO. El primer grupo son proteínas de vida media corta que sintetizan en G1 tardío, pero también en G2. Estas proteínas se pegan sobre los orígenes de replicación permitiendo así la unión de la segunda flia de proteínas durante la M tardía. Cuando se forma el complejo Pre-Replicativo dejando únicamente CRO unido al origen de replicación y llevando a los cromosomas al estado Post-Replicativo que se mantiene hasta la metafase. Se ha observado que la quinasa CDK2 solo induce la replicación cuando actúa sobre cromosomas en estrado Pre-Replicativo, mientras que la CDK1 induce eventos mitóticos en cromosomas en estado Post-Replicativo. Una vez alcanzado el estado Pre-Replicativo, la fase S comenzara cuando se active FPS. El complejo FPS dependerá de la presencia de su ciclina reguladora, pero la actividad esta a su vez regulado por un inhibidor. Cuando este se une al complejo FPS lo activa. Por Proteólisis deberá el inhibidor ser removido para que FPS sea activo y pueda promover entonces el inicio de la fase S. la entrada de la célula en mitosis esta regulada mediante la activación de FPM. Para el mismo pueda conformarse, deberán sintetizarse las ciclinas mitóticas, las que se asociaran a su CDK correspondiente. Una vez formado FPM, su activación dependerá de este caso de sucesivas etapas de fosforilación y desfosforilación del complejo, proceso regulado a su vez por otras ciclinas presentes en la célula. La activación de FPM inicia una cascada de fosforilaciones que lleva a la disolución de la membrana nuclear a través de la fosforilación de proteínas de la lámina nuclear y a la condensación de los cromosomas mediante la fosforilación de la histona H1. Se forma el huso y los cromosomas se alinean en la placa metafásica. Una vez que este proceso se completa, el FPM induce su propia desaparición al activar el sistema de destrucción de ciclinas mitóticas.

2. En células con Daño en el ADN

Las células utilizan mecanismos de vigilancia que controlan eventos claves del ciclo celular y permiten la transición solo si estos han sido completados. Se han desarrollado vías que posibilitan la integridad del genoma y frenar la progresión si se detecta algún daño. Estos mecanismos de vigilancia se conocen colectivamente con el nombre de puntos de control. Estos son vías inhibitorias. El daño del ADN o la inhibición de su replicación genera una señal de alarma llamada Respuesta SOS. En la misma, es inducido un grupo de genes que participan en la reparación del ADN o bien bloquean la división celular. Esta respuesta es equivalente a la activación de un punto de control. Detectado el daño se genera una señal que arresta las células en la fase G1, demorando la fase S y/o bloqueando la finalización de la G2.
La proteína p53 (producto de la expresión del gen supresor de tumores) es uno de los mediadores críticos de la respuesta celular. Es una respuesta al daño del ADN se observa una acumulación de p5. Esta proteína se una a secuencia específica del ADN actuando como activador de la transcripción de determinados genes. El aumento de p53 resulta en gran parte por mecanismos post-traduccionales que vuelven estable a la proteína, la cual en condiciones normales es rápidamente degradada. Es decir que se aumenta el nivel de la proteína alterando su vida media por modificaciones post-traduccionales. El aumento de p53 es transitorio y se correlaciona con la presencia del daño en el ADN. Una de las modificaciones post-traduccionales que alteran la función del p53 participa en un critico punto de control en respuesta de agentes de que dañan el ADN. Células expuestas a agentes genotóxicas entran en arresto dependiente de p53 en la fase G1. Esta pausa otorga a la célula la posibilidad de reparar su ADN antes de la replicación y división celular. En ausencia de p53, las células no frenarían en la progresión del ciclo celular. De esta manera, el daño y las mutaciones serian transmitidas a las células hijas. La inducción de p53 inhibiría la progresión del ciclo celular por activación de un gen que codifica para un pequeño inhibidor de quinasa (p21) el cual actuarían básicamente por dos mecanismos distintos:
a) Esta proteína interfiere en la progresión del ciclo celular e impide la entrada en S bloqueando la actividad de la quinasa dependiente de ciclina cdk2. Como consecuencia se acumulan las células en fase G1 tardía. El propósito de este punto de control de G1 es la regulación de la entrada en S e impedir que las células repliquen ADN mutado.
b) La p21 interacciona también con proteínas esenciales para la replicación del ADN tales como el componente PCNA de la ADN pol  de eucariontes.

La exposición de células a dosis relativamente bajas de radiación causa una demora en la división celular debido al arresto de la progresión de G2 a M. La hipótesis que en las células irradiadas la producción y/o activación de FPM seria demorada, ocasionando el bloqueo en la progresión a la fase M. La demora en G2 podría ser ocasionada tanto por reducción en los niveles de la ciclina como por una demora en la activación de FPM. Seria una forma en que el daño del ADN ocasiona arresto de células irradiadas en G2, siendo FPM el efector de dicho arresto.

3. perdida de control del ciclo celular: Cáncer

Es una enfermedad producida por alteraciones genéticas vinculadas con el control celular, resultando en la formación de tumores invasivos. El cáncer es producto de la acumulación de alteraciones genéticas en una célula. Las células normales pueden convertirse en cancerosas a través de la acción de diversas sustancias químicas, radiaciones ionizantes y algunos virus. Estas células cancerosas muestran anomalías cromosómicas numéricas y estructurales, capacidad de dividirse indefinidamente y desorganización del citoesqueleto. Los genes implicados en la cariocinogénesis se dividen en dos grupos: a) genes supresores de tumores y b) Oncogenes. Los a) actúan normalmente poniendo frenos a la proliferación celular y pierden su capacidad protectora cuando se alteran ambas copias del gen, lo cual indica que actúan de una manera recesiva. Por el contrario, los b) codifican proteínas que causan la perdida del control del crecimiento celular y es suficiente la alteración de solo una copia para que se exprese un fenotipo alterado, actúan de manera dominante. Estos representan versiones alteradas de los llamados protooncogenes, los cuales codifican proteínas vinculadas al normal control del ciclo celular. Un gen supresor de tumores que aparece con mayor frecuencia vinculado con el cáncer humano es el de la proteína p53 cuya importancia es en el control del ciclo celular. Otros genes son PAC, vinculado al cáncer de colon, y BRCA 1 y 2, vinculados con el desarrollo del cáncer de mama. Los oncogenes no han sido vinculados con formas hereditarias de cáncer. Algunos codifican para factores de crecimiento o sus receptores. Otros codifican para proteínquinasas citoplasmáticas. O para proteínas que actúan como factores de transcripción.

Funciones de p53: proteína multifuncional que puede transmitir señales de muchos insultos genotóxicos a genes y factores que controlan aspectos del ciclo celular y la muerte celular. Presenta 3 dominios funcionales. Dominio-N-terminal, que presenta la región responsable de la activación de la transcripción. Dominio central, que comprende la región que reconoce específicamente ciertas secuencias de ADN. Dominio-C-terminal, que posee la capacidad de regular la unión secuencia-especifica al ADN.
El p53 induce vías que conducen, o bien son parte de procesos de reparación del ADN. Posee una actividad de exonucleasa 3' 5'. Ha sido implicada como una proteína importante en el desarrollo embrionario, y en la respuesta de células embrionarias a diferente estrés ambientales.

MECANISMO DE REPLICACIÓN DEL ADN

Las funciones de portación de información y auto duplicación son efectuadas por el ADN, quedando en función la catálisis reservada casi exclusivamente a las moléculas proteicas (enzimas) siendo el ARN un intermediario en el flujo de la información desde su almacenamiento (ADN) hasta el producto de su expresión.

Termodinámica de la replicación

La polimerización de nucleótidos de ADN es un proceso endergónico. La formación de cada enlace fosfodiéster del polímero a partir de la hidrólisis del grupo fosfato de un desoxirribonucleótido trifosfato (dNTP) es levemente desfavorable desde el punto de vista termodinámico. La principal responsable es la reacción de hidrólisis del pirofosfato (PPi) a dos moléculas de fosfato inorgánico por la pirofosfatasa. Además existe una importante contribución por parte de la energía liberada por las interacciones débiles (pte de H) generadas entre las bases del nucleótido entrante con la base complementaria (de la cadena molde) y con la base adyacente (de la misma cadena)

Coordinación del ciclo celular

Ciertos factores difusibles no identificados estarían mediando el inicio de la replicación y que otros factores no difusibles impiden el inicio prematuro de un nuevo ciclo de replicación. Por cada ciclo celular debe existir uno y solo un evento replicativo y, una vez ocurrido el mismo, el ciclo celular deberá inevitablemente continuar hasta la división de la célula.

Propiedades universales de la replicación

1* La replicación del ADN es semiconservativa

Se proponía 3 posibles mecanismos de replicación. Conservativo: En el cual la replicación producía una molécula hija de ADN completamente nueva y otra que conservaba las dos células originales. Semiconservativo. En el cual se producían dos moléculas hijas formadas por una cadena original y otra nueva. Disperso. Según el cual ambas cadenas de las dos moléculas producidas estaban compuestas por fragmentos nuevos y fragmentos originales.

2* La replicación tiene un sitio de origen y ocurre en forma bidireccional

Tanto en bacterias como en eucariontes se pudo determinarse que la replicación posee sitio específicos (cortas secuencias de nucleótidos) a partir de los cuales se generan, a ambos lados, las llamadas horquillas de replicación (por su forma de Y) determinando un proceso bidireccional. Estas horquillas se representas los sitios en donde la doble hélice parental rompe sus pts de H permitiendo la entrada del aparato enzimático que iniciara la polimerización de las cadenas hijas utilizando como molde las cadenas parentales.

3* La síntesis del ADN se produce siempre en sentido 5' 3' determinando que una de las cadenas se sintetice en forma discontinua

Las ADN pol son de sentido único, 5' 3', solo una de las hebras hijas será sintetizada en forma continua (cadena adelantada), utilizando como molde la hebra parental 3' 5'. La otra hebra hija (cadena retrasada) debe necesariamente ser sintetizada en forma de pequeños trozos (Okazaki). La hebra adelantada que crece en el mismo sentido que la horquilla, y una hebra retrasada cuyos fragmentos crecen en sentido contrario al desplazamiento de dicha horquilla.

Etapas del proceso de duplicación del ADN y enzimas intervinientes

La replicación del ADN requiere de enzimas ADN pol. La ADN pol II cumple una función muy especializada en algunos de los mecanismos de reparación del ADN. La ADN pol III es la principal enzima de replicación del ADN en bacterias. Es estructuralmente mas compleja que la pol I, la cual cumple con varias funciones durante la replicación, la recombinación y la reparación del ADN (actividad exonucleasa 5' 3'). El proceso de replicación del ADN en bacterias requiere, además numerosas enzimas, que reconozcan el sitio de origen y el comienzo de la apertura de la horquilla de replicación esta a cargo de la llamada proteína iniciadora, la apertura de las cadenas parentales, utilizando la energía de la ATP, esta a cargo de las Helicasas, el súper enrollamiento causado por la acción de la helicasa por delante de las dos horquillas de replicación es aliviado mediante la acción de la Girasa (ADN topoisomerasa II). Las hebras simples del ADN se mantienen en ese estado por acción de las llamadas SSBP o proteínas desestabilizadoras. Los fragmentos necesarios se llaman Primers, son sintetizados por la acción de la enzima primasa (ARN pol); la eliminación de los primers y su reemplazo por ADN es catalizado por la ADN pol I; la formación de los enlaces fosfodiéster que sellan estos fragmentos de ADN es catalizada por la ADN ligasa.

Similitudes y diferencias en la síntesis de ADN entre procariontes y eucariontes

La velocidad del moviendo de la horquilla de replicación en eucariontes es 10 veces mas lenta que en las bacterias. Esta, se ve compensada por la presencia de múltiples sitios de origen en cada cromosoma. Al igual que en bacterias existen 3 diferentes ADN polimerasas (y La replicación del ADN requiere de primers que, en eucariontes, no puede sintetizarse a partir del ultimo nucleótido. Esto conduciría a un acortamiento progresivo de los extremos cromosómicos (telómeros). El problema es solucionarlos mediante la enzima telomerasa, la cual incorpora secuencias teloméricas a los extremos cromosómicos. La telomerasa es una ribonúcleoproteína. En primer lugar prolonga la cadena de ADN parental 5' 3' utilizando como molde su propio ARN interno actuando, por lo tanto, como una transcriptasa inversa. La prolongación sintetizada tiene la propiedad de plegarse sobre si misma mediante la formación de dobles enlaces internos no convencionales, proveyendo así de un extremo 3' a partir del cual se sintetizara una cadena de ADN usando como molde el telómero de la cadena parental. Los telómeros de las células somáticas son más cortos cuanto más viejo es el individuo. Una relación entre envejecimiento y acortamiento de los telómeros. Es interesante agregar que en las líneas de células tumorales se conserva la actividad telomerasa, lo cual podría explicar la ausencia de envejecimiento de las células tumorales.

Reparación del ADN

Una característica compartida por todas las ADN pol es su actividad exonucleasa 3' 5'. Esta característica, permite a estas enzimas, de comprobar que el nucleótido recién adicionado es incorrecto y que existe un deficiente apareamiento de bases, eliminar el nucleótido incorrecto y reemplazarlo por el correcto antes de seguir la polimerización en sentido 5' 3'. Existen muchos mecanismos diferentes con un mismo objetivo: mantener la integridad estructural del ADN. Cuando esta en juego la integridad del genoma, la célula no se fija en gastos y, algunos de sus procesos de reparación son enormemente costosos y cientos de nucleótidos pueden ser reemplazados con el fin de asegurar la reparación de un solo nucleótido alterado. La propia estructura del ADN es la que hace posible la eficiencia de algunos de los mecanismos de reparación: la existencia de dos cadenas complementarias hace posible la eliminación de un fragmento incorrecto y siguiendo las instrucciones de la hebra complementaria no dañada que actúa como molde.

Reparación de apareamientos incorrectos

Consiste en que el sistema sea capaz de distinguir cual es la cadena molde y cual la cadena recién sintetizada. Esta capacidad de distinguir se basa en la existencia de enzimas (Dam metilasa) que se agrega grupos metilos en todas las adeninas que formen parte de la secuencia 5'GATC. La cadena molde esta metilada. Algunos de los componentes de este sistema de reparación se encargan de diferenciar la cadena metilada detectando un apareamiento incorrecto se elimine la base de la cadena nueva. Si dentro de esta distancia es encontrada una base mal apareada sobre la cadena no metilada, un complejo proteico realiza un corte en esa cadena. Este corte requiere la acción combinada de ADN Helicasa, proteínas desestabilizadoras, una exonucleasa que degrada ADN monocatenario, ADN pol III y ADN ligasa.

Reparación por corte de base

Determinan cambios químicos en las bases del ADN. Estas bases incorrectas son reconocidas por un conjunto de enzimas que las eliminan por rotura de enlaces glucósido entre la base y la desoxirribosa generando un sitio apurínico o apirimidínico (sitio AP). Una vez formado este sitio por algunas glucosilasas especificas, debe intervenir una AP endonucleasa, la cual identifica el sitio AP y corta la cadena de ADN que lo contiene. El fragmento que porta el sitio AP es reemplazado por la ADN pol I y el corte remanente es eliminado por la ADN ligasa.

Reparación por corte de nucleótidos

Este proceso implica la acción de una enzima especializada (ABC excinucleasa) que reconoce la alteración, se une a la molécula de ADN en esa región y corta un fragmento completo de la cadena alterada, en cualquier sentido. El hueco es completado por la ADN pol I y sellado por la ADN ligasa.

Reparación directa

Las alteraciones mas frecuentes son los diméros de pirimidina. Cuando sobre la molécula de ADN incide radiación UV, suelen generarse enlaces covalentes entre las bases pirimidínicas adyacentes a la misma cadena. Estos diméros conducen a errores durante el proceso de replicación. El proceso fotorreactivación es el mecanismo de reparación directa que elimina estos diméros de pirimidina a través de la acción de enzimas especializadas que absorben la luz. Para poder utilizar la energía lumínica estas enzimas requieren de la asociación a cofactores FADH2.

Reparación con tendencia al error

Este sistema se denomina Sistema SOS. Requiere de la ADN pol III y de la ADN pol II dado que se induce como parte de la respuesta SOS. Enzimas como la ADN helicasa y ligasa son necesarias, como así también, muchas otras proteínas inducidas por la respuesta SOS.

División celular

En procariontes: se reproducen asexualmente por fisión binaria transversal. Al duplicarse el ADN, las dos copias del cromosoma se encuentran unidad a regiones especializadas de la membrana celular (mesosoma), las cuales se separan gradualmente por el crecimiento e invaginación de la membrana plasmática entre ellas. Si bien en las células procariontes, no ocurre la reproducción sexual, los individuos pueden intercambiar material genético por los mecanismos de transformación, traducción y conjugación.
En eucariontes: la división celular mitótica consta de dos subetapas: la cariocinesis y la citocinesis. La primera abarca la división del material nuclear para la formación de los núcleos hijos y la segunda es la separación del citoplasma para dar origen a las células hijas.
Etapas de la mitosis:
• Profase: comienza cuando culmina G2. la cromatina se condensa gradualmente hasta formar los cromosomas bien definidos. Los cromosomas están constituidos por dos cromátides, contiene centrómero. En los centrómeros se desarrollan la cinetocoro, uno por cada cromátide. Estas son complejas asociaciones proteicas trilaminares en forma de plato. Durante la interfase el centrosoma es el centro de crecimiento de los microtubulos del citoesqueleto. Durante la profase el centrosoma se divide y cada centrosoma hijo comienza a migrar hacia uno de los polos de la célula; a medida que se apartan se organizan entre ellos los microtubulos que formaran el huso acromático cuando se desorganice la membrana nuclear. El nucleolo desaparece debido a la condensación de su cromatina constituyente. Los microtubulos citoplasmáticos se despolimerizan. Esto produce que la célula se torne más esférica y empiece a formar el huso mitótico.
• Prometafase: se inicia con la desorganización de la membrana nuclear en fragmentos. En primer lugar, la fosforilación de cada una de las cadenas polipeptídicas de la lámina nuclear provoca su desensamble y ruptura. Los dos centrómeros hijos constituyen los dos polos del huso. Cada cromosoma posee dos cromátides hermanas, posee dos centrómeros y dos cinetocoros. Estas estructuras atraen y se unen a algunos microtubulos del huso; los denominados microtubulos cinetocoricos. Son fundamentales para la posterior segregación correcta de una cromátide de cada cromosoma a cada núcleo hijo.
• Metafase: los cromosomas alcanzaron su máximo estado de condensación. Los microtubulos cinetocoricos traccionan a los cromosomas hasta alinearlos en el plano ecuatorial. Los cromosomas se encuentran en tensión debido a los cinetocoros apareados y a los microtubulos asociados.
• Anafase: los cinetocoros apareados de cada cromosoma se aparean, las dos cromátidas de cada cromosoma duplicado también se aparean. Cada cromátide que migra constituye ahora un cromosoma. Durante la fase los microtubulos cinetocoricos se acortan a medida que las cromátides se acercan a los polos (anafase A) y los microtubulos polares aumentan su longitud alejando los polos del huso
• Telofase: ocurren los procesos inversos a la profase. Se reorganiza la membrana nuclear en torno a cada grupo de cromosomas hijos. La vesícula de la membrana nuclear se asocian con la superficie de los cromosomas individuales y luego se fusionan entre si, constituyendo de esta forma las nuevas membranas nucleares. Las laminas desfosforiladas se reasocian formando de nuevo la lámina nuclear. Los cromosomas se comienzan a descondensar hasta adoptar el estado laxo propio de la interfase y reaparece el nucleolo al recomenzar la síntesis de ARN. Obteniéndose una célula con dos núcleos con idéntica información genética. El material nuclear ya se ha dividido, ahora debe dividirse el citoplasma para formar las células hijas.

Citocinesis

Es la partición y separación del citoplasma entre las dos células hijas para completar la mitosis. Ocurre el estrangulamiento del citoplasma, debido a la acción de un anillo contráctil en el plano medio de la célula que se va a dividir. Este anillo esta formado por filamentos de actina y miosina. El mecanismo de constricción aparentemente estaría mediado por le deslizamiento de filamentos de actina y miosina. El anillo se ensambla en la anafase temprana y se elimina por completo al culminar la segmentación.

Funciones de la mitosis

En eucariontes unicelulares, constituye un mecanismo de reproducción asexual. Por mitosis las plantas pueden producir rizomas o estolones. Los organismos pluricelulares crecen al dividirse sus células. Este mecanismo de división celular también es indispensable para la cicatrización de los tejidos dañados.

Meiosis y reproducción sexual

La meiosis contrarresta los efectos aditivos de la fecundación

La reproducción sexual es la unión de dos células sexuales o gametas. Cada gameta aporta 23 cromosomas, un complemento llamado haploide o n. Dos juegos son diploide o 2n, donde los cromosomas concurren de a pares denominados pares de homólogos. Cada par son idénticos en forma y tamaño, y llevan los mismos genes, aunque no necesariamente las mismas alternativas (alelos) para cada uno de ellos. Ocurre por única vez en células especializadas o germinales (2n) para dar cuatro células hijas haploides con nuevas combinaciones genéticas. Consiste en dos divisiones nucleares sucesivas, conocidas como Meiosis I y Meiosis II. La I es reduccional ya que separa los miembros de cada par de homólogos entre si, la II es ecuacional ya que separa las cromátides hermanas de cada cromosoma.

Hay diferencias respecto de la etapa del ciclo de vida durante la cual ocurre la meiosis

• Meiosis gamética o terminal: esta relacionada con la formación de gametas (n) dando como resultado una cigota 2n que se desarrolla en un adulto 2n. lo llevan los animales multicelulares.
• Meiosis cigótica o inicial: ocurre después de la fecundación, el individuo es haploide, se da en algas y hongos.
• Meiosis espórica o intermedia: con la unión de gametas (n) genera una cigota 2n que por mitosis desarrolla al esporofito 2n. este sufre meiosis y da esporas (n). se da en plantas superiores.

Etapa de la meiosis

Durante la interfase previa a la división, el ADN se duplica en la etapa S, de modo que al comienzo de la meiosis I cada cromosoma consiste en dos cromátidas idénticas unidad entre si a nivel del centrómero.
• Profase I: consta de 5 etapas en si. Comienza a hacer visibles gradualmente los cromosomas y la envoltura nuclear comienza a disgregarse. Los cromosomas homólogos se aparean específicamente por un proceso llamado sinapsis originando bivalentes o tétradas. Es la que estabiliza el apareamiento para facilitar la recombinación génica. Este complejo es una estructura compuesta por 3 barras paralelas y muchas fibras transversales. En este momento tiene lugar el entrecruzamiento o crossing-over, un mecanismo de recombinación homologa entre ambos cromosomas. Cada fenómeno de entrecruzamiento esta mediado por un gran nódulo de recombinación que incluye proteínas. Estos nódulos marcarían la localización de una maquinaria multienzimatica de recombinación, que permite el cambio de regiones del ADN de las cromátides materna y paterna. Los cromosomas apareados y recombinados empiezan a separarse, pero se mantienen unidos por pts específicos llamadas quiasmas. Los bivalentes se unen a la fibra del huso y comienzan a desplazarse hacia la plaza ecuatorial, desaparecen los nucleolos y se produce la ruptura de la membrana nuclear.
• Metafase I: los pares homólogos se alinean sobre el plano ecuatorial de la célula
• Anafase I: comprende la separación de los cromosomas homólogos y su migración hacia los polos de la célula
• Telofase I: es la etapa de reconstrucción nuclear que se inicia una vez que los cromosomas llegan a los polos. Cada núcleo hijo contiene la mitad de la cantidad de cromosomas del núcleo original. Además pueden contener distinta información genética debido al crossing-over. Luego existe un corto periodo de interfase llamado intercinesis en la cual no hay duplicación del ADN.

• Profase II: los cromosomas vuelven a condensarse, se disgrega la membrana nuclear, desaparece el nucleótido y empiezan a aparecer nuevas fibras del huso
• Metafase II: los cromosomas se ubican en el plano ecuatorial.
• Anafase II: las cromátides hermanas se separan y migran hacia los polos.
• Telofase II: se forma la envoltura nuclear en torno a cada juego de cromosomas, simultáneamente ocurre la citocinesis, dando como resultado 4 células haploides.

Gametogénesis

En la meiosis terminal el proceso de formación de las gametas recibe este nombre.
• Ovogénesis: ocurre en los ovarios. Las células primordiales son las ovogonias (2n), que duplican su ADN y se diferencian originando ovocitos primarios (2n). Este comienza la meiosis I quedando detenida en la profase I en el octavo mes. Los ovocitos sintetizan la cubierta y gránulos corticales, acumulan ribosomas, vitelo, glucógeno, lípidos y el ARNm. Recién se completara la meiosis I a partir de la pubertad bajo la influencia hormonal. En forma cíclica algunos ovocitos I se van a transformar en ovocitos II y los primero corpúsculos polares. El ovocito II se lleva prácticamente todo el citoplasma y el potencial de desarrollo. En la ovulación, el ovocito II es liberado del ovario, y si es fecundado lo estimula para concluir la meiosis.
• Espermatogénesis: ocurre en los testículos. Las células primordiales son los espermatogonias (2n). Durante la pubertad y bajo la influencia hormonal, estas duplican su ADN y se diferencias en espermatocitos I. estos por meiosis I dan células haploides o espermatocitos II, las que producen a su vez, como resultado de la meiosis II, las espermátidas (n), que se transforman en espermatozoides.

Consecuencias de la reproducción sexual: Variabilidad génica

Consecuencia de la distribución al azar entre las células hijas de los distintos cromosomas homólogos de los padres durante la Anafase I.
La otra consecuencia se debe al crossing-over, que ocurre durante la profase I. la recombinación permite entremezclar los alelos maternos y paternos.

La meiosis y las alteraciones cromosómicas estructurales

Inversiones: el cromosoma se rompe en dos sitios y el segmento situado entre los puntos de ruptura se vuelve a fijar dentro del cromosoma en orden inverso.
Traslocaciones: un fragmento de un cromosoma se fija a otro cromosoma.
Supresiones: es la perdida de una región del cromosoma. Provoca grandes consecuencias
Duplicaciones: se repite un fragmento del cromosoma. Provoca graves efectos.