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Dra. Natalia Corbalan
Unidad Nº1: División Celular.
Unidad Nº 1: Introducción – División Celular
Tipos celulares básicos. Cromosomas: los cromosomas víricos y bacterianos:
organización. Los cromosomas en organismos eucariontes: estructura química:
hetero y eucromatina, estructura externa e interna.
Reproducción celular en células procariontes y eucariontes. El ciclo celular.
Mitosis. Complejo sinaptonémico. Consecuencias genéticas del ciclo celular.
Variaciones en el proceso de división celular. Control de la división
celular. Meiosis: etapas e importancia en los organismos de reproducción sexual.
Formación de células reproductivas en plantas y animales.
La célula es la unidad estructural y funcional básica de los seres vivos. Sin embargo, a
pesar de compartir una serie de características esenciales en cuanto a estructura y
función, no todas las células presentan el mismo nivel de complejidad, pudiéndose
distinguir, tal como señaló Chatton en 1925, dos modelos diferentes de organización
celular: células procariotas y células eucariotas
A pesar de las diferencias entre procariotas y
eucariotas, existen numerosos puntos en común
entre la división celular de ambos tipos de células,
las que deben pasar por cuatro etapas:
1. Crecimiento
2. Debe ocurrir la duplicación del ADN.
3. Debe separarse el ADN "original" de su "réplica"
4. Deben separarse las dos células "hijas" con lo que
finaliza la división celular.
PROCARIOTAS
ORGANIZACIÓN DEL ADN EUCARIONTE
El material genético de la célula
eucariota está organizado en
una
estructura
compleja
compuesta de ADN y proteínas
localizada en un compartimento
especializado, el núcleo. Esta
estructura
se
ha
denominado cromatina (de la
palabra griega "khroma", que
significa coloreado, y "soma",
que significa cuerpo).
A pesar de este enorme grado
de compactación, el ADN debe
ser accesible muy rápidamente
para permitir su interacción con
las maquinarias proteicas que
regulan las funciones de la
cromatina para la:
replicación,
reparación y
Recombinación
La cromatina se presenta en dos formas en el núcleo en interfase
(que no está en división) : Eucromatina y Heterocromatina y
fueron originalmente llamadas así por su diferente respuesta a la
tinción.
Ciclo celular
La célula puede encontrarse en dos estados claramente diferenciados
1-El estado de no división o interfase. La célula realiza sus funciones
específicas y, si está destinada a avanzar a la división celular, comienza
por realizar la duplicación de su ADN.
2-El estado de división, llamado fase M.
CICLO CELULAR
Ciclo celular
PROFASE
• Los cromosomas se enrollan más y pueden ser vistos al
microscopio Cada cromosoma se compone de dos
cromátides unidas entre si por un centrómero
• La membrana nuclear comienza a desaparecer
• Los centriolos se desplazan.
• Se forma el huso acromático
Griffiths
CONSECUENCIAS DE LA MITOSIS
Es un proceso de DIVISIÓN CONSERVATIVO, ya que el material
genético se mantiene de una generación celular a la siguiente. La mayor
parte de la expresión génica se detiene durante la mitosis, pero hay
mecanismos que funcionan durante esta fase, para "recordar" los genes
que estaban activos en mitosis y transmitirlos a las células hijas.
ERRORES EN LA MITOSIS
Aunque los errores en la mitosis son muy poco frecuentes, este proceso
puede fallar, especialmente durante las primeras divisiones celulares en
el cigoto . Los errores mitóticos pueden ser especialmente peligrosos
para el organismo, porque el descendiente futuro de la célula madre
defectuosa mantendrá la misma anomalía.
Ej. Un cromosoma puede no separarse durante la anafase. Este fenómeno se
denomina "no-disyunción (trisomías, monosomías: son causas común de cancer)
Meiosis
La palabra meiosis deriva del término griego meio (“μείον”),
menos. Fue acuñado en el año 1887 por el biólogo belga Edouard
Van Beneden, aunque existe un estudio anterior realizado por el
zoólogo alemán Oscar Hertwig en 1876 que demostró la reducción
cromosómica en los gametos del erizo de mar.
La meiosis no se produce en cualquier tipo de células, sino
sólo en unas determinadas de la línea germinal. En humanos
tine lugar en las gónadas y en las plantas en las anteras y los
avarios
PRODUCTO MEIOTICO: gametos
Los pasos preparatorios que conducen a la MEIOSIS son
idénticos en patrón y nombre a la interfase del
ciclo MITÓTICO de la célula. La interfase se divide en tres
fases:
Fase G1: caracterizada por el aumento de
tamaño de la célula debido a la fabricación
acelerada de orgánulos, proteínas y otras
materias celulares.
Fase S : se replica el material genético, es
decir, el ADN se replica dando origen a
dos cadenas nuevas, unidas por el
centrómero. Los cromosomas, que hasta
el momento tenían una sola cromátida,
ahora tienen dos. Se replica el 98% del
ADN, el 2% restante queda sin replicar.
Fase G2: la célula continúa aumentando
su biomasa.
MEISOSIS
MEIOSIS
Los procesos esenciales de
la meiosis consisten en:
• Reducción del número de
cromosomas
• Segregación al azar de los
cromosomas
• Recombinación genética
por
intercambio
de
segmentos cromosómicos
No son cromosomos
identicos pero si
codifican para los
mismos caracteres,
pueden tener alelos
distintos de un gen .
Parejas de cromosomas homólogos, es
decir, aquellos que poseen idéntica
secuencia de genes alelos que se
relacionan con la determinación de los
mismos caracteres fenotípicos
los cromosomas
están formados por
dos cromátidas her
manas
estrechamente
ligadas.
EL COMPLEJO SINAPTONÉMICO
Es una estructura protéica encargada de llevar a
cabo el emparejamiento de los cromosomas
homólogos con el fin de que se produzca la
recombinación genética. Está formado por
una estructura tripartita con dos paralelas
laterales a la región del cromosoma y una central,
de esta forma se tiende a compararlo con una
cremallera que se va cerrando a medida que los
cromosomas quedan emparejados
La meiosis tiene dos mecanismos independientes
para aumentar la variabilidad genética
RECOMBINACION/
CROSSING OVER
SEGRAGACIÓN AL AZAR
DE LAS CROMÁTIDAS
A
B
C
D
E
F
Regulación del ciclo celular
Los procesos que ocurren
durante el ciclo celular llevan
un
orden
y
supervisión
estrictos.
Señales provenientes del medio
y algunos controladores dentro
de la célula, se encargan de
dirigir el progreso de ésta a
través de las distintas fases del
ciclo
celular.
Entonces
hablamos de que hay una:
regulación extracelular
una regulación intracelular
Regulación intracelular
Está a cargo de proteínas, cuyas acciones podrían resumirse en series de
activaciones e inhibiciones de otras proteínas, que son indispensables
durante las fases del ciclo. Los principales efectores de esta regulación,
son dos:
1) las proteínas que permiten el progreso del ciclo
los complejos cdk-ciclina
2) las proteínas que las inhiben
dos pequeñas familias de proteínas, las CIP y las INK4.
1) los complejos cdk-ciclina
Están compuestos
por 2 tipos de
proteínas
las
CDK
(cinasa
dependiente de ciclina)
CICLINAS (que pasan por un
ciclo de síntesis y degradación)
Se conocen seis cdk pero sólo se ha
caracterizado la función de cuatro de
ellas (cdk 1, 2, 4 y 6)
FUNCION
conocen 4 tipos
(ciclinas A, B, D y E).
La cdk fosforila aminoácidos específicos de algunas
proteínas, pero sólo si esta unida a una ciclina. Se
conocen 6 distintas combinaciones de cdk-ciclina que
actúan en tiempos específicos durante el ciclo
2) Se sabe que las células sintetizan proteínas inhibidoras de los
complejos cdk-ciclinas, que colaboran al control del ciclo celular
las proteínas INK4
CIP (proteínas inhibidoras de cdk’s).
inhiben sólo los complejos
cdk4-ciclina D y cdk6-ciclina D
inhiben a todos los complejos que
tengan cdk 1, 2, 4 y 6,
Las proteínas INK4 y CIP, llamadas en
conjuntos inhibidores de cdk (CKI)
Resumiendo, el paso ordenado por cada una de las fases del
ciclo celular, está altamente regulado por: los complejos
cdk-ciclinas, sus inhibidores, entre otras proteínas.
Se postularon cuatro puntos en los se controla a la célula
y al medio extracelular para dar lugar o restringir las
acciones propias de cada una de las fases del ciclo.
Un punto de restricción y tres puntos de control.
Punto de restricción
Se encuentra casi al final de
G1 se conoce así puesto que
si la célula lo pasa se
encuentra “comprometida”
irreversiblemente a entrar
al
ciclo
celular,
independientemente de lo
que suceda en el exterior.
Está
principalmente
controlado por el medio y
depende de su capacidad de
inducción. También depende
de factores intracelulares,
los complejos cdk4 y cdk6 –
ciclina y por el inhibidor p16
(INK4)
Puntos de control
En
los
puntos
de
control
se
revisan
distintas
características
del
medio y de la célula
misma,
la
célula
debe estar sana y el
medio debe ser lo
suficientemente
bueno para que se
continué
el
ciclo
celular. Pero además de
ello, los controladores
implicados en estos
puntos
tienen
la
capacidad de “llamar” a
otros a reparar, por
ejemplo si el material
genético está dañado o
a terminar distintos
procesos.
Primer punto de control
Se encuentra justo después del
punto de restricción.
En general podríamos decir que
el primer control se encarga de:
1) revisar las condiciones
del medio, buscando factores
externos
que
induzcan
el
progreso del ciclo celular,
2) revisar que la célula haya
crecido lo suficiente y
3) que el material genético
esté intacto
Segundo punto de control
Se encuentra al final de G2. Los
complejos cdk1- ciclina A y ciclina
B permiten el paso a través de
este punto. En conjunto la
actividad de estos dos complejos
se denominó Factor Promotor
de la Mitosis (MPF).
A grandes rasgos, el segundo
punto de control se encarga de
revisar:
1)que el material genético se
haya
duplicado
completamente
2) que el material genético no
tenga errores
3)que el medio extracelular
sea adecuado.
Tercer punto de control
Se encuentra en la fase M,
entre la metafase y la
anafase. Se encarga de
revisar
que
todos
los
cromosomas se hayan unido
al huso mitótico. Si detecta
que uno de los cinetocoros no
se encuentra unido, manda
una señal negativa al sistema
de control bloqueando la
activación
de
proteínas
implicadas en la separación
de las cromátidas hermanas.
Control extracelular del ciclo celular
A través de la señalización
mediante factores solubles de
naturaleza proteica denominados
mitógenos.
Actúan uniéndose a
receptores
de
membrana
transmite señales extracelulares al
núcleo activando la maquinaria del
ciclo celular
La mayoría de los mitógenos controlan la tasa de
división celular actuando en la fase G1; liberan el
control negativo del ciclo celular permitiendo la
entrada a la fase S.
En resumen:
• El ciclo celular es un conjunto de procesos ordenados, que
lleva a cabo la célula cuando se le ha instruido el dividirse; está
dividido en interfase y mitosis.
• El control del ciclo celular se presenta a dos niveles,
intracelular y extracelular.
• El control intracelular está a cargo de mediadores proteicos
que ejercen un control negativo y positivo sobre el ciclo celular
(cdk-ciclinas y CKI).
• Existen un punto de restricción y tres puntos de control los
cuales son supervisadas por distintas combinaciones de cdksciclinas.
• La entrada al ciclo celular no es una decisión que la célula
toma individualmente; se requiere de las señales adecuadas
(mitógenos) ya sea del medio extracelular o de otras células.
VARIACIONES DEL CICLO CELULAR
Lo habitual es que después de un período S de síntesis se
produzca una mitosis o cariocinesis seguida de una citocinesis.
Sin embargo, en ocasiones en algunos tipos de células animales
o vegetales de forma natural o bien mediante tratamientos con
determinados compuestos, es posible obtener variaciones en el
ciclo de división.
VARIACIONES EN EL CICLO DE DIVISIÓN CELULAR
Variaciones en la
Replicación y reparto
del material
hereditario
Endorreduplicación: Varios períodos S sucesivos sin entrar en mitosis.
Cuadruplocromosomas. Politenia (cromosomas gigantes de Drosophila
melanogaster).
Haplocromosomas: Dos mitosis sucesivas sin período S entre ambas.
Endomitosis: No desaparece la membrana nuclear, mitosis dentro del
núcleo. Aparecen células poliploides.
Variaciones que
afectan a los
estadíos mitóticos
Variaciones en la anafase: inhibición de la formación del huso
acromático. Con colchicina (c-mitosis) mediante anoxia (a-mitosis). Se
duplica el número de cromosomas y aparece una célula poliploide.
No reorganización del nucleolo: por mutaciones en la ARN
Polimerasa I
Cariocinesis sin Citocinesis: La cafeína inhibe la citocinesis, aparecen
células binucleadas (con dos núcleos)
Variaciones que
afectan a la
citocinesis en
relación con la
cariocinesis
Citocinesis sin Cariocinesis: el bromuro de etidio provoca que las
células se paren en profase y se reparta el citoplasma (citocinesis)
sin haberse repartido el material del núcleo.
Citocinesis en células anucleadas: en algunos organismos en
determinados momentos se observa que células sin núcleo reparten su
citoplasma.
Teoría cromosómica de la herencia
La
TEORÍA
COMOSÓMICA
DE
LA
HERENCIA (1902): La idea de que las
“hipoteticas”
entidades
invisibles
denominadas genes forman parte de
estructuras
visibles
denominadas
cromosomas,
se
atribuye
a
un
estudiante de doctorado norteamericano
Walter Sutton y al biologo alemán Boveri
Obseravaron que el comportamiento de los
caracteres estudiados por Mendel durante la
producción de los gametos del guisante mostraba
un PARALELISMO EXCATO con la conducta de los
cromosomas en la meiosis
1-Los genes vienen en parejas, al
igual que los cromosomas
2-Los alelos de un gen se
distribuyen igualitariamente en los
gametos, al igual que los miembros
de
un
par
de
cromosomas
homólogos
3-Genes distintos actúan de forma
independiente, como ocurre con los
diferentes pares de cromosomas
Conclusión: La similitud del comportamiento indicaba que
los genes se encontraban en los cromosomas