Mecanismos Fundamentales de la Biología Celular: Ciclo, Expresión y División

El Ciclo Celular: Fases y Regulación

El ciclo celular es una secuencia ordenada de eventos que conducen al crecimiento de la célula y la división en dos células hijas. Comprende varias fases:

Fase G0: Reposo Celular

Hacia el final de la fase G1, una célula puede entrar en una fase de reposo o no división y salir del ciclo celular. Esto ocurre cuando, por ejemplo, la célula recibe una señal para diferenciarse, o cuando los recursos son insuficientes para crecer y dividirse.

Fase G1: Crecimiento y Preparación

La célula entra en esta fase inmediatamente después de haberse completado la división celular (o mitosis) previa. Durante la fase G1, la célula aumenta su tamaño y se prepara para copiar su ADN. Si el ADN está libre de daños y existen suficientes recursos para la división celular, las señales de crecimiento estimularán a la célula para que proceda a la fase S, o de síntesis de ADN.

Fase S: Síntesis de ADN

En ella, la célula sintetiza una copia de todo su ADN y lo duplica.

Fase G2: Preparación para la División

El material genético se condensa y se prepara para la división celular.

Expresión Génica: Transcripción y Traducción

Transcripción: Del ADN al ARNm

La transcripción es el proceso mediante el cual una parte del mensaje genético se copia desde su forma original, el ADN, al ARNm. La transcripción tiene lugar en el núcleo celular. El ARN mensajero (ARNm) formado sale al citoplasma a través de los poros de la envoltura nuclear. Dicho ARNm es complementario, en su secuencia de bases, del fragmento de ADN que se ha transcrito, el cual se corresponde con la secuencia que codifica para una proteína determinada, la que la célula necesite en ese momento, y no debe haber errores en la secuencia de ribonucleótidos.

1. Se abre la doble hélice del ADN.
2. Los nucleótidos complementarios se sitúan enfrente de una de las dos cadenas (cadena molde).
3. Solamente se copia una de las dos cadenas de ADN.
4. Se obtiene una cadena de ARN con una secuencia de bases complementaria a la del ADN.
5. El ARNm recién formado saldrá del núcleo celular.

Traducción: Síntesis de Proteínas

La traducción es el proceso de síntesis de proteínas a partir de la información contenida en el ARNm formado en la transcripción. El conjunto de mecanismos que dan lugar a las nuevas proteínas tiene lugar en el interior de los ribosomas. Es fundamental que no se produzcan errores en la incorporación de los aminoácidos de la proteína en crecimiento, ya que cada proteína se caracteriza por su secuencia de aminoácidos, que es la que le confiere su funcionalidad. Para que la traducción se realice se necesitan los siguientes elementos:

• Una molécula de ARNm, que procede de la transcripción de un fragmento de ADN concreto.
• Ribosomas, que son los orgánulos capaces de «leer» el ARNm. Pueden estar libres en el citoplasma o unidos a las membranas del retículo endoplásmico.
• ARN de transferencia (ARNt), que son moléculas de ARN que llevan los aminoácidos hasta los ribosomas. Cada aminoácido es transportado por un determinado tipo de ARNt.
• Aminoácidos libres en el citoplasma.

División Celular y Replicación del ADN

Mitosis: Conservación Genética

La mitosis es un proceso gracias al cual se conserva exactamente la información genética de la célula madre. Está ligado a la reproducción asexual. Tiene lugar cuando es preciso reponer tejidos, si estos se han deteriorado, o formar otros nuevos, cuando hay crecimiento, así como originar células idénticas a las ya existentes. Es un proceso conservador. Cualquier cambio en la información genética tendría graves consecuencias. Un ejemplo de problemas que tienen lugar durante la mitosis es el cáncer, una grave enfermedad en la que las células de los tejidos afectados crecen de forma desordenada y perjudicial.

Meiosis: Variabilidad Genética

La meiosis, por el contrario, está ligada a la reproducción sexual, y permite obtener células hijas con modificaciones respecto a la información genética de los progenitores, que se combina y enriquece.

Replicación del ADN: Duplicación Precisa

Cuando una célula se divide, las dos células hijas deben recibir el mismo material genético. Para que esto sea posible es imprescindible que, previamente, el ADN forme copias de sí mismo, es decir, que se replique o duplique. Este mecanismo se llama replicación o autoduplicación y es una capacidad exclusiva del ADN. Consiste en obtener dos moléculas hijas tomando como molde la molécula inicial. El proceso tiene lugar en el núcleo celular. La replicación debe ser precisa. De lo contrario, las células hijas que recibieran moléculas de ADN distintas contendrían diferente información genética. Las nuevas moléculas están formadas por una de las cadenas de nucleótidos del ADN original y otra de nueva creación, complementaria de la anterior, por lo que son idénticas. De ahí que se diga que la replicación es semiconservativa.

1. La doble hélice del ADN se abre y las cadenas que la forman se separan.
2. Se van uniendo nucleótidos libres cuyas bases son complementarias de las bases de la hebra original.
3. Los nucleótidos incorporados se unen entre sí.
4. Se obtienen dos moléculas idénticas al ADN original.