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Ciclo Celular
y
Mitosis
Capitulo 15
Dr. Monterrubio
Reproducción
-Una de las
características que
distingue a los
organismos vivos de
las cosas
inanimadas
- La continuidad de
la vida esta basada
en la reproducción
de las células (la
division celular)
Dr. Monterrubio
Division célular
- Organismos unicelulares: es la división de todo el organismo
- Organismos multicelulares: crecimiento, reparación de
tejidos y desarrollo
100 µm
(a) Reproduction
20 µm
200 µm
(b) Growth and
development
(c) Tissue renewal
Division celular es una parte integral del ciclo celular
(ciclo de vida de una célula)
Dr. Monterrubio
Asexual: división celular (mitosis)
resulta en células hijas con idéntico
Reproducción genoma (DNA)
Sexual: tipo especial de división
(meiosis) produce células distintas
(gametos: espermatozoides y óvulos)
Genoma = todo el DNA de la célula
En Procariotas = Una sola molécula de DNA
En Eucariotas = varias moléculas de DNA
Dr. Monterrubio
Antes de dividirse, la célula duplica su material
genético asegurando que cada célula hija reciba
una copia exacta del DNA
La division de DNA es semiconservativa
5  end
Enzimas copian el
DNA siguiendo como
templete cada una de
las cadenas
3  end
Sugar -phosphate
backbone
Base pair (joined by
hydrogen bonding)
Old strands
Nucleotide
about to be
added to a
new strand
Es semiconservativa
porque cada DNA ya
copiado tendra una
cadena nueva y una
cadcena vieja
5  end
New
strands
5  end
3  end
5  end
Dr. Monterrubio
3  end
Ya duplicado, el DNA puede condensarse en
cromosomas, cuando la celula se divide
Cromosoma eucariotico esta hecho de cromatina:
complejo de DNA y proteinas (histonas)
Dr. Monterrubio
El DNA eucariótico siempre está asociado con
proteínas, que constituyen más de la mitad del
peso del cromosoma.
La mayoría de estas proteínas
son histonas, moléculas
relativamente pequeñas con
carga positiva
Nucleosoma
Dr. Monterrubio
nucleosomas
La molécula de DNA
se envuelve
alrededor de núcleos
formados por ocho
moléculas de
histonas, para
formar
nucleosomas, las
unidades de
empaquetamiento
básico del DNA de
los eucariotas.
Dr. Monterrubio
Estructura de un
nucleosoma.
El DNA negativamente cargado se enrolla dos veces
alrededor de un centro de proteínas cargadas
positivamente. Una molécula de histona Hl (también
cargada positivamente) se une a la superficie externa
del nucleosoma.
Dr. Monterrubio
Los nucleosomas se empaquetan unos sobre otros
formando una estructura más condensada -la fibra de 30
nanómetros- que se encuentra tanto en la cromatina en la
etapa de interfase como en los cromosomas que entran en
mitosis.
Dr. Monterrubio
Armazón proteico
no histónico
Armazón proteico
no histónico
Dr. Monterrubio
Organización en Dominios y Armazón proteico
Dr. Monterrubio
Dr. Monterrubio
Distribución de los cromosomas durante la división
celular
Cromosoma
duplicado
0.5 µm
- Cromátida: DNA
DNA molecules
Chromosome arm
Chromosome
duplication
(including DNA
Centromere synthesis)
- Centrómero:
región de DNA
(debajo de las
proteínas llamadas
cinetocoros) donde
están mas cercanas
las dos cromátidas
hermanas
Dr. Monterrubio
Chromosomes
Sister
chromatids
Separation of
sister chromatids
Centromere
Sister chromatids
DNA se empaca en cromosomas
- Cada especie
eucariota tiene un
número característico
de cromosomas en
cada célula
- Células somáticas (no
reproductivas):2 copias
de cada cromosoma
(diploides; 2n)
25 µm
- Células germinales o gametos (espermatozoides y óvulos):
con la mitad del número de cromosomas de la célula
somática (haploides; 1n)
Dr. Monterrubio
Cariotipo
1
4
A sample of blood
is collected and
treated with drugs
that stimulate cell
division. The sample
is then subjected to
centrifugation.
Fig. 15.1
Supe r natant
Blood cells
2
The slide is viewed
by a light microscope
equipped with a
camera; the sample is
seen on a computer
screen. The
chromosomes can be
photographed and
arranged electronically
on the screen.
Pellet
A pair of sister
chromatids
5
The supernatant is
discarded, and the cell
pellet is suspended in a
hypotonic solution.
This causes the cells to
swell and the
chromosomes to
spread out from each
other.
G band
Hypotonic
solution
Homologues
3 The sample is
subjected to
centrifugation a
second time to
concentrate the
cells. The cells
are suspended in
a fixative, stained,
and placed on a
slide.
Fix
Stain
For a diploid human cell, 2 complete sets of chromosomes from a
single cell constitute a karyotype of that cell.
Blood cells
Dr. Monterrubio
Ciclo Celular
Ciclo celular o el ciclo de vida de la célula
Fase G1: crecimiento
Interfase Fase S (síntesis):
duplicación de DNA
Fase G2: preparación para
división
Mitosis (M): división del núcleo
Citocinesis: división del citoplasma
Dr. Monterrubio
Interfase: preparación para la división
Cromosomas (DNA) se replican;
copias permanecen unidas y son
llamadas cromátidas hermanas
S
Acumula moléculas
que inducen la
continuación del
ciclo celular (hay 46
cromosomas)
Interphase
G1
M
G2
Sintetiza proteínas
necesarias para
mitosis y
citocinesis. (hay 46
cromosomas
replicados)
Dr. Monterrubio
Citocinesis
Mitosis: divide la célula en 2 núcleos
En preparación para la división celular
Interfase: periodo S
- DNA se replica (duplicacion semiconcervativa)
- Cada cromatida es una copia identica de DNA
- Se mantienen unidas por el centromero y es el lugar
dponde se une el cinetocoro
Kinetochore
Centromere
(a region of
DNA
beneath
kinetochore
proteins)
Sister
chromatids
One
One
chromatid chromatid
Pair of sister chromatids
(a) Chromosome replication
and compaction
Dr. Monterrubio
(b) Schematic drawing of a
metaphase chromosome
Huso Mitótico (Acromático): aparato de microtubulos que
organiza y separa los cromosomas durante la mitosis
Centrosoma: con 2 centriolos
Microtubulos: hechos de la proteina tubulina
Asters: arreglo radial de pequenos microtubulos
Los centrosomas se replican y cada centrosoma migra a los
extremos de la célula con microtubulos creciendo entre ambos
Huso
Mitótico
Aster
Centrosome
Sister
Microtubules
chromatids
Chromosomes
Metaphase
plate
Kineto
-
chores
Overlapping
Centrosome
1 µm
nonkinetochore
Kinetochore
microtubules
microtubules
0.5 µm
Algunos microtubulos se unen a los cromosomas y los mueven
Dr. Monterrubio
durante la mitosis
Profase: microtúbulos se ensamblan empezando en el
centrosoma que es el centro organizador de microtúbulos
Prometafase: algunos microtúbulos se unen a cinetocoro
(proteínas) de los cromosomas y empiezan a moverlos
Metafase: Los cromosomas son
alineados en la placa metafásica
(punto medio del huso)
Anafase: cromátidas hermanas
se separan debido a que los
microtúbulos comienzan a
despolimerizarse a nivel del
cinetocoro
Telofase: se forman células
hijas con núcleos
genéticamente idénticos
Dr. Monterrubio
Chromosome
movement
Kinetochore
Tubulin
Motor
Microtubule
protein
Chromosome
subunits
Cromátidas hermanas se separan debido a que los
microtúbulos comienzan a despolimerizarse a nivel
EXPERIMENT
del cinetocoro
Kinetochore
Borisy y colaboradores
(1987) marcaron
microtúbulos con colorante
fluosecente amarillo
Con un rayo laser
apagaron el colorante
(fotobleaching) en una
región específica del huso
Los segmentos que se
acortaban fueron los
microtúbulos cercanos al
cinetocoro Dr. Monterrubio
Spindle
pole
Mark
RESULTS
CONCLUSION
Chromosome
movement
Microtubule
Motor
protein
Chromosome
Kinetochore
Tubulin
subunits
Division de la célula Eucariotica:
- Mitosis: division del núcleo
5 fases
Profase
Prometafase
Metafase
Anafase
Telofase
ProMetio
Ana
Telefonearme
Citocinesis: división del citoplasma
Ocurre durante la última parte de la Telofase
Dr. Monterrubio
Película
Mitosis
Dr. Monterrubio
Mitosis (continuación)
Dr. Monterrubio
Citocinesis
En animales: citocinesis ocurre
por un proceso conocido como
hendidura en la que se forma
un surco de hendidura
100 µm
Cleavage furrow
Contractile ring of
microfilaments
Daughter cells
Cleavage of an animal cell (SEM)
En plantas: se forma una
placa celular donde vesiculas
del Golgi se colocan entre los
dos núcleos y comienzan a
sintetizar pared celular
Vesicles
Wall of
forming
parent cell
cell plate
1 µm
Cell plate
New cell wall
Daughter cells
Cell plate formation in a plant cell (TEM)
Dr. Monterrubio
Aproximadamente 20 proteínas están involucradas en la
citocinesis de diversas células
Participan en el anillo contráctil, uso mitótico, separación celular
Contractile ring
Cleavage furrow
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Central spindle
Dr. Monterrubio
Nucleus
Nucleolus
1 Prophase
Chromatin
condensing
10 µm
Chromosomes
2 Prometaphase
Cell plate
3 Metaphase
4 Anaphase
Peliculas:
Mitosis
Division de sea urich
Dr. Monterrubio
5 Telophase
Fision Binaria:
Origin of
replication
division en
E. coli cell
Procariontes
Two copies
of origin
(bacterias y eucaria)
Cromosoma se
une a la membrana
y comienza su
replicación
Las células hijas
se mueven
activamente
separándose y
llevándose su
cromosoma
Dr. Monterrubio
Origin
Cell wall
Plasma
membrane
Bacterial
chromosome
Origin
La evolución de
la mitosis
Mitosis probablemente
evolucionó de la fisión
binaria ya que los
procariontes
aparecieron antes que
los eucariontes
Algunos protistas
tienen tipos de
divisiones celulares
intermedios de entre
fisión binaria y
mitosis
Dr. Monterrubio
Bacterial
chromosome
(a) Bacteria
Chromosomes
unidos a membrana
nuclear
Microtubules
Cruzan la membrana
nuclear
Intact nuclear
envelope
(b) Dinoflagellates
Kinetochore
Microtubule dentro
Del núcleo
Intact nuclear
envelope
(c) Diatoms and yeasts
Kinetochore
microtubule
Fragments of
nuclear envelope
(d) Most eukaryotes
Decisión de Dividirse
Depende de:
1. Factores Externos
• Condiciones medioambientales (factores de
crecimiento)
• Señales moleculares (Inhibición por contacto)
2. Factores internos
• Moléculas que controlan el Ciclo Celular
(cinetocoro envía señales de que
cromosoma esta unido)
• Puntos de control (Checkpoints). Ciclinas y
kinasas dependientes de ciclinas
actúan como sensores y determinan si
Dr. Monterrubio
la célula puede continuar la división
Ciclo celular es controlado por un sistema de
EXPERIMENT
control molecular
Experiment 1
- Frecuencia de
division varia con el
tipo de célula
- Se debe a la
regulación molecular
Evidencia de señales
citoplasmicas
Células cultivadas de
mamíferos en diferentes
fases del ciclo celular
son fusionadas
formando una célula
con dos núcleos
Dr. Monterrubio
S
Experiment 2
G1
M
G1
RESULTS
S
S
When a cell in the
S phase was fused
with a cell in G1, the G1
nucleus immediately
entered the S
phase—DNA was
synthesized.
M
M
When a cell in the
M phase was fused with
a cell in G1, the G1
nucleus immediately
began mitosis—a
spindle formed and
chromatin condensed,
even though the
chromosome had not
been duplicated.
Sistema de control del Ciclo Celular
El sistema de control funciona como un reloj
El sistema tiene puntos de control donde la célula se detiene
hasta que recibe la señal adecuada
3 puntos de control críticos
Punto de control G1 (punto de restricción)
G cyclin is degraded
Punto de control G2
after cell enters S phase.
Punto de control de Metafase
1
cdk
Activated G1
cyclin/cdk
complex
Mitotic cyclin
cdk
S
G2
G1
M
cdk
Dr. Monterrubio
cdk
Activated
mitotic
cyclin/cdk
complex
Mitotic cyclin is degraded as cell
progresses through mitosis.
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G1 es un punto crítico
Si la célula recibe la señal
Si no la recibe
sigue S, G2 y Mitosis
entra a G0 y no se divide
G0
G1 checkpoint
G1
G1
(a) Cell receives a go-ahead
signal
(b) Cell does not receive a
go-ahead signal
Dr. Monterrubio
Dos tipos de proteinas reguladoras estan involucradas
en el sistema de control del ciclo celular
Ciclinas y Kinasa dependientes de ciclinas (Cdks)
Su actividad fluctua durante el ciclo
M
G
1
S
G
2
M
G
1
S
G
2
M
Relative concentration
MPF activity
Cyclin
Time
Fluctuation of MPF activity and cyclin concentration during the cell cycle
MPF (maturation-promoting factor): ciclina-Cdk complejo
que dispara que la célula pase de G2 a Mitosis
Dr. Monterrubio
Cyclin accumulation
Cdk
Degraded
cyclin
G2
Cdk
checkpoint
Cyclin is
degraded
MPF
Cyclin
Dr. Monterrubio
(b) Molecular mechanisms that help regulate the cell cycle
Señales Externas:
Factores de crecimiento liberados por otras células
Ej. Factor de crecimiento derivado de plaquetas
(PDGF) estimula la división de fibroblastos humanos
Scalpels
Petri plate
With PDGF
cells proliferate
Without PDGF
cells fail to divide
Dr. Monterrubio
Cultured fibroblasts
10 µm
Externas:
-Inhibición por contacto: células detienen su división cuando
ya no tienen espacio para seguir multiplicándose
- dependencia al anclaje: deben estar unidas al substrato para
seguir reproduciéndose
Anchorage dependence
Density-dependent inhibition
Células Cancerosas
pierden inhibición por
contacto y dependencia al
anclaje y crecen formando
tumores
Density-dependent inhibition
25 µm
25 µm
(a) Normal mammalian cells
(b) Cancer cells
Dr. Monterrubio
Perdida de control del ciclo celular por células
cancerosas
Células cancerosas:
- No responden a mecanismos de control del cuerpo
- No necesitan factores de crecimiento para crecer y
dividirse
-Fabrican sus propios factores de crecimiento
-Activan las respuestas sin usar factores de crecimiento
-Tienen un sistema de control del ciclo celular
- Por un proceso de transformación son convertidas a
partir de células normales
- Forman tumores: masas de células anormales dentro
de otros tejidos
-Tumores malignos invaden tejidos circundantes y
pueden hacer metastasis exportando células
canceroras a otras partes del cuerpo originando
tumores secundarios
Dr. Monterrubio
Lymph
vessel
Tumor
Blood
vessel
Cancer
cell
Glandular
tissue
Metastatic
tumor
1 A tumor grows
from a single
cancer cell.
2 Cancer cells
invade neighboring tissue.
3 Cancer cells spread
to other parts of
the body.
Dr. Monterrubio
4 Cancer cells may
survive and
establish a new
tumor in another
part of the body.
Resumen
G1
S
Cytokinesis
Mitosis
G2
MITOTIC (M) PHASE
Prophase
Telophase and
Cytokinesis
Prometaphase
Anaphase
Metaphase
Dr. Monterrubio
Dr. Monterrubio