Ciclo Celular: Fases, Regulación y Replicación del ADN

El Núcleo Interfásico

El núcleo generalmente tiene forma redondeada, aunque a veces puede ser alargada. En la mayoría de los casos, se encuentra en el centro de la célula, aunque a veces se desplaza hacia los lados o a la periferia, como en las células animales. Su tamaño es menor respecto al citoplasma y al retículo endoplasmático (RE) liso y rugoso, pero mayor a las vacuolas, peroxisomas y lisosomas. Contiene material genético y, dentro del núcleo, se encuentra el nucleoplasma.

Dependiendo del aumento con el que se observe, la membrana nuclear puede verse como una línea (con mayor aumento se vería que tiene conexión con el RE rugoso) o como una estructura de dos capas (con menor aumento): una interna, en conexión con el nucleoplasma, y una externa, en conexión con el citosol. Entre ambas láminas hay un espacio de aproximadamente 200 Å, y cada una tiene una constitución química similar a la membrana plasmática.

Composición del Nucleoplasma

En el núcleo hay nucleoplasma, compuesto por plasma donde se encuentran disueltas enzimas, proteínas ácidas y básicas, iones de ambos tipos, agua y ácidos nucleicos.

Formas del Material Genético

En el núcleo, el material genético se presenta en varias formas. Si una célula está en periodo de mitosis o meiosis, se pueden observar cromosomas. En el periodo de interfase, el material genético está en forma de cromatina, la cual está compuesta por ADN y proteínas ácidas y básicas.

Estructura del ADN

El ADN se enrolla alrededor de las proteínas básicas (histonas) y ácidas. Se empaquetan 8 unidades de histonas con el ADN. Después, esta fibra se enrolla y se superenrolla hasta formar el cuerpo más denso llamado cromosoma.

El ADN fue descubierto mediante técnicas especializadas por Watson y Crick. Se compone de cuatro bases nitrogenadas: Adenina (A) que se une a Timina (T), y Citosina (C) que se une a Guanina (G). La duplicación o replicación es el proceso mediante el cual se fabrica una molécula de ADN. Es un proceso complejo y relativamente rápido que ocurre en el periodo interfásico, cuando el material genético está desenrollado. La enzima ADN polimerasa une las unidades que forman cada una de las bandas del ADN. Primero, las cadenas se separan por la enzima helicasa, que rompe los enlaces de hidrógeno que mantienen la doble hélice del ADN. Cuando se separan, son protegidas por las proteínas de unión a cadena simple, que evitan el ataque de las nucleasas de la célula (que reabsorben el ADN). Al separarlas, cada cadena sirve como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. Luego, se da la lectura de las bases.

Transcripción

La transcripción es el proceso por el cual se traspasa la información del ADN al ARNm (ARN mensajero), el cual puede trasladarse hasta el citoplasma para la síntesis de proteínas.

Para transcribir, se tiene que desenrollar el ADN, separar las unidades mediante procesos enzimáticos y, después, utilizar una ARN sintetasa para hacer una copia del ARNm.

Generalmente, se copian los trozos del ADN que tienen el código para sintetizar una determinada proteína. La lectura del ADN se realiza desde el extremo 5' a 3' y se inicia a través de un promotor (que genera la copia y secuencia del ARNm) hasta el término, marcado por el último codón del triplete de bases.

El ADN solo copia la información que le sirve. Se inicia en el gen promotor, que indica el lugar donde se debe copiar la información. Antes de salir del núcleo, el ARNm se revisa para detectar posibles errores.

Ciclo Celular

El ciclo celular es el periodo de vida que tiene una célula desde que nace, crece, se diferencia y ejerce una función durante el resto de su vida. En su fase adulta, la célula puede dividirse. En 1839, Schleiden y Schwann propusieron la teoría celular, que establece que todos los organismos vivos están formados por células y productos celulares. En todas las células se llevan a cabo los procesos vitales (metabolismo), que incluyen el anabolismo (síntesis) y el catabolismo (degradación).

Toda célula proviene de una preexistente.

Fases del Ciclo Celular

• Interfase
  • G1: Célula diferenciada, con mucha síntesis de ribosomas (proteínas) y gran cantidad de energía. Es la etapa más variable en todos los tipos de células.
  • G0: Estado de reposo o latencia. Células que no se van a dividir, como las neuronas (porque están muy ocupadas) o las células musculares (porque pasan mucho tiempo sin reproducirse).
  • S: Periodo más largo. Síntesis de ADN, replicación del ADN y su chequeo mientras se duplica. Actúa la ADN polimerasa. Uso de centrosomas. La ciclina G1 activa la quinasa cdk2, que inicia fosforilaciones en proteínas intermediarias que activan la reproducción del ADN.
  • G2: El ADN ya está duplicado. Se revisa el ADN y se terminan los últimos detalles de maduración, crecimiento, diferenciación y chequeo del ADN para entrar en división. Actúan mecanismos de seguridad para controlar antes de que la célula se divida los componentes citoplasmáticos.

Cuando la ciclina G1 alcanza una concentración determinada, se activa la cdk2, indispensable para la replicación. Luego, la concentración baja y se separan la ciclina y la cdk2, por lo que solo hay un periodo de replicación.

Sistema de Control del Ciclo Celular

El sistema de control del ciclo celular es un dispositivo bioquímico compuesto por sustancias reguladoras interactivas, como las ciclinas y las quinasas. Estas inducen y coordinan los procesos básicos del ciclo.

Factores de Retraso

Los factores de retraso inhiben el ciclo en determinados puntos. Se puede detener el avance del ciclo o evitar el inicio de un proceso si no ha terminado el anterior.

Quinasas Dependientes de Ciclinas (cdk)

Las quinasas dependientes de ciclinas (cdk), mediante la fosforilación de determinadas proteínas, desencadenan procesos subordinados.

Regulación de la Fase de Mitosis

La fase mitótica es similar a la fase S en cuanto a su mecanismo de desencadenamiento. La ciclina se une a la cdk2 y se forma un factor promotor de la mitosis (FPM). La cdk2 fosforila diversas proteínas asociadas a la actina y a la formación de microtúbulos del citoesqueleto y los centriolos.

Proteína P53

La proteína P53 opera solo hasta G2. Comprueba si hay daños en el ADN. Si el daño es peligroso, detiene su duplicación.

Proteína Rb

La proteína Rb bloquea algunos genes como factor supresor de tumores. Muchos de los cánceres se producen por la acumulación de alteraciones en ciertos genes normales que codifican proteínas comprometidas con el control de la reproducción celular.

Mitosis

La mitosis es la división nuclear y/o del material genético previamente duplicado.

Profase

Se caracteriza porque la membrana nuclear empieza a desaparecer. Los centriolos, que fueron duplicados, comienzan a separarse y cada uno queda en un extremo opuesto. El material genético se condensa y forma cromosomas.

Prometafase

Se ven los cromosomas condensados, formados cada uno por cromátidas unidas por el centrómero. A su vez, el centrómero tiene dos subunidades hacia lados opuestos, los cinetocoros. La membrana nuclear desaparece. Los cromosomas ocupan todo el espacio central.

Metafase

Se caracteriza por la ubicación de los cromosomas en la zona media o ecuador. Aparece el aparato mitótico completo, formado por las fibras del huso que atraviesan a través del cinetocoro, rodeados por las fibras del áster.

Anafase

Cada uno de los cromosomas es separado desde su zona media o del cinetocoro. En la zona media queda un espacio en blanco que separa las futuras dos células hijas.

Telofase

El material genético se condensa y forma cromosomas.

Prometafase