Cicle cel·lular: interfase, mitosi i meiosi — guia completa

Cicle cel·lular: interfase, mitosi i meiosi

La interfase és la fase més llarga del cicle cel·lular (aproximadament el 94% del temps) i és l'espai entre dues divisions cel·lulars. Inclou les fases G1, S i G2.

Fase G1

Comença just després de la mitosi i dura fins a la fase S. És un període d'activitat biosintètica intensa, en què la cèl·lula fabrica proteïnes i creix. Hi ha un punt crític anomenat punt R o punt de restricció; si la cèl·lula l'acaba superant, pot continuar el cicle i dividir-se. Algunes cèl·lules molt especialitzades, com les neurones o les cèl·lules musculars, entren en fase G0 i ja no es divideixen.

Fase S

És la fase de duplicació de l'ADN, perquè cada cèl·lula filla tingui la mateixa informació que la mare. També es fabriquen histones i comencen a formar-se els procentríols. Durant aquesta fase la cèl·lula és tetraploide (4n).

Fase G2

Comença després de la duplicació de l'ADN i finalitza quan els cromosomes ja són visibles. La cèl·lula continua fabricant proteïnes, especialment la histona H1 i les necessàries per als microtúbuls del fus mitòtic. Al final de G2, la cèl·lula ja té dos diplosomes immadurs preparats per a la mitosi.

Aquestes tres fases permeten que la cèl·lula estigui completament preparada per a la divisió cel·lular.

Divisió cel·lular (fase M)

La divisió cel·lular, o fase M, és el procés en què una cèl·lula mare dona lloc a dues cèl·lules filles amb la mateixa dotació cromosòmica. Aquesta fase és més curta que la interfase i, en un cicle de 24 hores, dura aproximadament 1–2 hores.

La divisió cel·lular inclou dues parts:

• Mitosi o cariocinesi: divisió del nucli.
• Citocinesi: divisió del citoplasma.

Aquests processos se solapen, ja que la citocinesi comença abans que acabi completament la mitosi.

Regulació del cicle cel·lular

La regulació del cicle cel·lular és essencial perquè la cèl·lula i l'organisme funcionin correctament. Permet adaptar el cicle a les necessitats del cos, detectar i reparar errors genètics i evitar una divisió descontrolada. El cicle segueix un ordre seqüencial i no es pot revertir.

Molècules reguladores

• Ciclines: proteïnes sintetitzades en diferents fases del cicle segons senyals reguladors.
• CDK (quinases dependents de ciclines): proteïnes presents constantment en la cèl·lula.

Les ciclines i les CDK formen un complex que afegeix grups fosfat a altres proteïnes, activant processos específics del cicle cel·lular. Com més complex és l'organisme, més molècules i mecanismes de regulació intervenen.

Punts de control del cicle cel·lular

Els punts de control del cicle cel·lular serveixen perquè els processos es desenvolupin correctament i per evitar que la cèl·lula passi a la següent fase si alguna cosa no està bé. Això és essencial per evitar mutacions.

Els punts de control més importants són:

• G1/S (punt R o punt de restricció): decideix si la cèl·lula pot iniciar la replicació de l'ADN. Comprova la grandària de la cèl·lula, les condicions de l'entorn, els nutrients i la presència de factors de creixement.
• G2/M: permet començar la mitosi només si l'ADN està completament replicat i l'entorn és favorable.
• M (punt de la metafase): assegura que els cromosomes estiguin ben alineats i que el fus acromàtic funcioni abans de separar les cromàtides.
• Postreplicació: comprova que qualsevol dany a l'ADN després de la replicació s'hagi reparat abans de continuar el cicle.

La proteïna p53 és clau en aquests punts de control. Quan hi ha massa p53, la cèl·lula queda en G0 i envellix; si hi manca o no funciona bé, poden aparèixer tumors.

Apoptosi (mort cel·lular programada)

La mort cel·lular programada, o apoptosi, és un procés pel qual la cèl·lula mor de manera controlada quan és necessari. Això manté l'equilibri i la salut dels teixits. Algunes situacions en què es produeix apoptosi són:

• Durant el desenvolupament embrionari, per eliminar estructures temporals.
• Quan les cèl·lules tenen dany genètic greu, com després d'una radiació, evitant així la formació de tumors.
• En cèl·lules envellides que ja no funcionen correctament.

Durant l'apoptosi, la cèl·lula es separa del teixit, l'ADN es fragmenta i els components cel·lulars es divideixen en cossos apoptòtics, envoltats per membrana. Aquests fragments són fagocitats per macròfags o altres cèl·lules, evitant inflamació o dany a l'organisme.

Mitosi: divisió nuclear i fases

La mitosi és la divisió del nucli que genera dues cèl·lules filles amb el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula mare. Això garanteix que totes les cèl·lules somàtiques d'un organisme tinguin la mateixa informació genètica. Les cèl·lules especialitzades són diferents no pel DNA, sinó perquè s'expressen uns gens i uns altres durant el desenvolupament (diferenciació cel·lular).

La mitosi es divideix en quatre etapes. La primera és la profase:

• Els diplosomes (cada un amb un centríol i un procentríol) organitzen els microtúbuls.
• Es formen les fibres de l'àster, que configuren l' àster o centrosfera, i les fibres polars, que separen els àsters cap als pols oposats de la cèl·lula.
• La cromatina es condensa i apareixen els cromosomes (cada un format per dues cromàtides unides pel centròmer).
• Desapareixen els nuclèols i l' embolcall nuclear es fragmenta en vesícules.
• Es forma el cinetocor sobre cada cromàtide, que connecta els cromosomes als microtúbuls, orientant cada cromàtide cap a un pol de la cèl·lula.

Aquesta fase prepara la cèl·lula perquè els cromosomes puguin moure's correctament durant la mitosi.

Metafase

Els microtúbuls cinetocòrics arrosseguen els cromosomes fins al centre de la cèl·lula, formant la placa equatorial. Els cromosomes estan màximament condensats i, en molts casos, les cromàtides adquireixen la forma d'una X. El fus mitòtic s'estén d'un pol a l'altre de la cèl·lula.

Anafase

Comença amb la separació de les cromàtides germanes quan es divideix el centròmer. Cada cromosoma anafàsic està format per una sola cromàtide. Els cromosomes són arrossegats cap als pols gràcies a l'escurçament dels microtúbuls cinetocòrics, adquirint forma de V amb els braços orientats cap al centre. Al centre, el fus s'allarga i es formen microtúbuls interzonals. Finalment, els cromosomes arriben a cada pol i els cinetocors desapareixen.

Telofase

Comença quan els cromosomes han arribat als pols del fus mitòtic i acaba quan es formen els dos nuclis fills amb embolcall nuclear propi. La làmina fibrosa s'adhereix als cromosomes per ajudar a construir el nou embolcall nuclear, que es forma a partir del reticle endoplasmàtic i de les restes de l'embolcall de la cèl·lula mare.

Els cromosomes es descondensen i reapareixen els nuclèols a partir de les regions organitzadores de l'ADN. Els microtúbuls i proteïnes s'acumulen a la interzona, formant estructures importants per a la citocinesi.

Processos associats a la mitosi

Després de duplicar-se l'ADN, no sempre es produeix la mitosi típica; hi ha altres processos associats:

Pleuromitosi

La mitosi passa dins del nucli sense que es descompongui l'embolcall nuclear. Les cromàtides es separen i després el nucli es divideix per estrangulació. Es veu en alguns protozous flagel·lats.

Endomitosi

L'ADN es duplica però no es reparteix en dos nuclis. Pot donar lloc a:

• Poliploïdia: les cromàtides es separen dins del mateix nucli, formant nuclis tetraploides (4n), octaploides (8n), etc. Es troba en alguns protozous ciliats i al fetge de mamífers.
• Politènia: les cromàtides romanen unides, formant cromosomes gegants o politènics, com a les glàndules salivals de larves de dípters.

Amitosi

El nucli es divideix per estrangulació sense separar els cromosomes; no hi ha fases com en la mitosi. Es troba en alguns protozous ciliats.

Citocinesi

La citocinesi és la divisió del citoplasma, que forma dues cèl·lules filles, cadascuna amb un nucli resultant de la mitosi. Comença al final de l'anafase i continua durant la telofase. Durant aquest procés es reparteixen els orgànuls com ribosomes, mitocondris o aparell de Golgi.

Citocinesi en cèl·lules animals

La citocinesi es fa per estrangulació: la membrana s'invagina al centre (pla equatorial). Es forma un anell contràctil amb filaments d'actina i molècules de miosina. L'anell s'estreny, creant un solc que divideix el citoplasma i forma dues cèl·lules filles.

Citocinesi en cèl·lules vegetals

La citocinesi es fa per tabicació, ja que la paret cel·lular impedeix l'estrangulació: al pla equatorial s'acumulen vesícules de l'aparell de Golgi i microtúbuls interzonals, formant el fragmoplast. Les vesícules contenen hemicel·lulosa i pectina, que es fusionen per formar primer la làmina mitjana i després la placa cel·lular primària. La placa creix des del centre fins a dividir la cèl·lula en dues.

La placa té porus que permeten la formació de plasmodesmes, que comuniquen els citoplasmes de les dues cèl·lules. Finalment, s'afegeix cel·lulosa per formar la paret cel·lular definitiva.

Meiosi: divisió reductora per a la reproducció sexual

La meiosi és una divisió cel·lular especial que genera cèl·lules amb la meitat de cromosomes que la cèl·lula mare, important per a la reproducció sexual i la formació de gàmetes. Consta de dues divisions consecutives:

• Meiosi I (reduccional): les cèl·lules filles tenen la meitat de cromosomes que la mare.
• Meiosi II (equacional): les cèl·lules filles mantenen el mateix nombre de cromosomes que després de la I; és similar a la mitosi.

D'una cèl·lula diploide (2n) s'obtenen quatre cèl·lules filles haploides (n), cadascuna amb composició genètica única.

Abans de la primera divisió meiòtica, l'ADN es duplica com a la mitosi (fase S llarga). Abans de la segona divisió meiòtica, no hi ha duplicació de l'ADN, així que només hi ha una duplicació i dues divisions.

Profase I i les seves etapes

La profase I és la fase més llarga i complexa, i es divideix en cinc etapes:

• Leptotè: els cromosomes es condensen i es fan visibles. Cada cromosoma està duplicat, i els homòlegs encara no es distingeixen.
• Zigotè: els cromosomes homòlegs s'aparellen gen a gen mitjançant la sinapsi, formant bivalents o tèrtrades gràcies al complex sinaptonèmic.
• Paquitè: les cromàtides dels bivalents s'encreuen en diversos punts (crossing-over), intercanviant fragments d'ADN i creant recombinació genètica.
• Diplotè: desapareix el complex sinaptonèmic, els cromosomes homòlegs comencen a separar-se però queden units pels punts d'encreuament (quiasmes).
• Diacinesi: els cromosomes es condensen molt, es veuen clarament les cromàtides germanes, desapareixen els nuclèols, l'embolcall nuclear es fragmenta i els microtúbuls del fus comencen a formar-se.

Metafase I

Els bivalents o tèrtrades s'alineen al pla equatorial. Els microtúbuls cinetocòrics es dirigeixen cap al mateix pol per separar els cromosomes homòlegs, no les cromàtides germanes.

Anafase I

Els cromosomes homòlegs es separen i es dirigeixen cap als pols oposats. Cada cromosoma té una cromàtide original i una de recombinada per l'encreuament de la profase I.

Telofase I

En algunes espècies es forma un embolcall nuclear i els cromosomes es descondensen lleugerament. En altres, no hi ha interfase i es passa directament a la meiosi II.

Profase II

L'embolcall nuclear desapareix, els cromosomes es condensen i es forma el fus mitòtic.

Metafase II

Els cromosomes s'alineen a la placa equatorial. Només hi ha un cromosoma de cada tipus per cèl·lula.

Anafase II

Els centròmers es trenquen i les cromàtides germanes es separen i van cap als pols oposats.

Telofase II

Els cromosomes es descondensen, es forma un nou embolcall nuclear i es fa la citocinesi, resultant en 4 cèl·lules filles haploides amb composició genètica diferent de la mare.

Reproducció: asexual i sexual

Reproducció asexual: només un progenitor. No hi ha variabilitat genètica → fills iguals al progenitor. Es fa ràpidament i sense cèl·lules especials. Comuna en microorganismes i plantes; animals poc evolucionats. Les cèl·lules filles es formen per mitosi.

Reproducció sexual: cal dos progenitors (gàmetes haploides). Els gàmetes es fusionen (fecundació) → zigot diploide. Genera variabilitat genètica → fills diferents entre ells i dels pares. Es fa gràcies a la meiosi. Comú en humans i la majoria d'animals i plantes pluricel·lulars.

Avantatges i desavantatges

Avantatges: genera variabilitat genètica, cosa que permet que alguns descendents sobrevisquin si el medi canvia. Els éssers diploides tenen dos al·lels per a cada caràcter, cosa que protegeix l'individu si un gen és defectuós. Els al·lels defectuosos poden eliminar-se de la població si l'individu mor, millorant la salut genètica global.

Desavantatges: en ambients estables, els descendents idèntics als progenitors serien més adaptats; la reproducció sexual tendeix a tenir menys supervivència directa. Requereix dos progenitors, trobada, producció de gàmetes, fecundació i desenvolupament embrionari, cosa que fa el procés més lent i costós.