Ciclo Celular y Mitosis

Transcripción

1 Ciclo Celular y Mitosis Capitulo 15

2 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)

3 Division célular - Organismos unicelulares: es la división de todo el organismo - Organismos multicelulares: crecimiento, reparación de tejidos y desarrollo 100 µm 200 µm 20 µm (a) Reproduction (b) Growth and development (c) Tissue renewal Division celular es una parte integral del ciclo celular (ciclo de vida de una célula)

4 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

5 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 3 end Enzimas copian el DNA siguiendo como templete cada una de las cadenas Sugar -phosphate backbone Base pair (joined by hydrogen bonding) Old strands Es semiconservativa porque cada DNA ya copiado tendra una cadena nueva y una cadcena vieja 3 end 5 end New strands Nucleotide about to be added to a new strand 5 end 5 end 3 end

6 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)

7 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

8 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.

9 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.

10 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.

11 Armazón proteico no histónico Armazón proteico no histónico

12 Organización en Dominios y Armazón proteico

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14 Distribución de los cromosomas durante la división celular Cromosoma duplicado 0.5 µm Chromosomes DNA molecules - Cromátida: DNA - Centrómero: región de DNA (debajo de las proteínas llamadas cinetocoros) donde están mas cercanas las dos cromátidas hermanas Chromosome arm Centromere Chromosome duplication (including DNA synthesis) Sister chromatids Separation of sister chromatids Centromere Sister chromatids

15 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) - Células germinales o gametos (espermatozoides y óvulos): con la mitad del número de cromosomas de la célula somática (haploides; 1n) 25 µm

16 Cariotipo 1 A sample of blood 4 is collected and treated with drugs that stimulate cell division. The sample is then subjected to centrifugation. Blood cells Fig Supe r natant Pellet 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. 2 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. Hypotonic solution 5 A pair of sister chromatids Homologues G band 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 Blood cells Stain For a diploid human cell, 2 complete sets of chromosomes from a single cell constitute a karyotype of that cell.

17 Ciclo Celular Ciclo celular o el ciclo de vida de la célula Interfase Fase G1: crecimiento Fase S (síntesis): duplicación de DNA Fase G2: preparación para división Mitosis (M): división del núcleo Citocinesis: división del citoplasma

18 Interfase: preparación para la división Cromosomas (DNA) se replican; copias permanecen unidas y son llamadas cromátidas hermanas Acumula moléculas que inducen la continuación del ciclo celular (hay 46 cromosomas) G 1 S Interphase M G 2 Sintetiza proteínas necesarias para mitosis y citocinesis. (hay 46 cromosomas replicados) Citocinesis Mitosis: divide la célula en 2 núcleos

19 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 Sister chromatids Kinetochore Centromere (a region of DNA beneath kinetochore proteins) (a) Chromosome replication and compaction One chromatid Pair of sister chromatids (b) Schematic drawing of a metaphase chromosome One chromatid

20 Algunos microtubulos se unen a los cromosomas y los mueven durante la mitosis Huso Mitótico (Acromático): aparato de microtubulos que organiza y separa los cromosomas durante la mitosis Huso Mitótico Microtubules 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 Chromosomes Sister chromatids Aster Centrosome Metaphase plate Kineto - chores Overlapping nonkinetochore microtubules Kinetochore microtubules Centrosome 1 µm 0.5 µm

21 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 Microtubule Chromosome movement Motor protein Chromosome Kinetochore Tubulin subunits

22 Cromátidas hermanas se separan debido a que los microtúbulos comienzan a despolimerizarse a nivel del cinetocoro EXPERIMENT Borisy y colaboradores (1987) marcaron microtúbulos con colorante fluosecente amarillo Spindle pole Kinetochore Mark 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 RESULTS CONCLUSION Microtubule Chromosome movement Motor protein Chromosome Kinetochore Tubulin subunits

23 Division de la célula Eucariotica: - Mitosis: division del núcleo 5 fases Profase Prometafase Metafase Anafase Telofase Pro- Metio Ana Telefonearme Citocinesis: división del citoplasma Ocurre durante la última parte de la Telofase Película

24 Mitosis

25 Mitosis (continuación)

26 Citocinesis En animales: citocinesis ocurre por un proceso conocido como hendidura en la que se forma un surco de hendidura Cleavage furrow 100 µm 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 forming Wall of parent cell 1 µm cell plate Cell plate New cell wall Daughter cells Cell plate formation in a plant cell (TEM)

27 Aproximadamente 20 proteínas están involucradas en la citocinesis de diversas células Participan en el anillo contráctil, uso mitótico, separación celular Cleavage furrow Contractile ring Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Central spindle

28 Nucleus Chromatin Nucleolus condensing Chromosomes Cell plate 10 µm 1 Prophase 2 Prometaphase 3 Metaphase 4 Anaphase 5 Telophase Peliculas: Mitosis Division de sea urich

29 Fision Binaria: division en Procariontes (bacterias y eucaria) Origin of replication E. coli cell Two copies of origin Cell wall Plasma membrane Bacterial chromosome Cromosoma se une a la membrana y comienza su replicación Las células hijas se mueven activamente separándose y llevándose su cromosoma Origin Origin

30 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 (a) Bacteria (b) Dinoflagellates (c) Diatoms and yeasts (d) Most eukaryotes Bacterial chromosome Chromosomes unidos a membrana nuclear Microtubules Cruzan la membrana nuclear Intact nuclear envelope Kinetochore Microtubule dentro Del núcleo Intact nuclear envelope Kinetochore microtubule Fragments of nuclear envelope

31 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 la célula puede continuar la división

32 Ciclo celular es controlado por un sistema de control molecular EXPERIMENT - Frecuencia de division varia con el tipo de célula - Se debe a la regulación molecular Experiment 1 Experiment 2 S G 1 M G 1 RESULTS Evidencia de señales citoplasmicas Células cultivadas de mamíferos en diferentes fases del ciclo celular son fusionadas formando una célula con dos núcleos S S When a cell in the S phase was fused with a cell in G 1, the G 1 nucleus immediately entered the S phase DNA was synthesized. M M When a cell in the M phase was fused with a cell in G 1, the G 1 nucleus immediately began mitosis a spindle formed and chromatin condensed, even though the chromosome had not been duplicated.

33 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) Punto de control G2 Punto de control de Metafase G 1 cyclin is degraded after cell enters S phase. cdk Mitotic cyclin Activated G 1 cyclin/cdk complex cdk S G 1 G 2 cdk M cdk Activated mitotic cyclin/cdk complex Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Mitotic cyclin is degraded as cell progresses through mitosis.

34 G1 es un punto crítico Si la célula recibe la señal Si no la recibe sigue S, G 2 y Mitosis entra a G 0 y no se divide G 0 G 1 checkpoint G 1 G 1 (a) Cell receives a go-ahead signal (b) Cell does not receive a go-ahead signal

35 Dos tipos de proteinas reguladoras estan involucradas en el sistema de control del ciclo celular Relative concentration MPF (maturation-promoting factor): ciclina-cdk complejo que dispara que la célula pase de G 2 a Mitosis Ciclinas y Kinasa dependientes de ciclinas (Cdks) Su actividad fluctua durante el ciclo M G 1 S G 2 M G S G 1 2 M MPF activity Cyclin Time Fluctuation of MPF activity and cyclin concentration during the cell cycle

36 Degraded cyclin Cdk Cyclin is degraded G 2 checkpoint Cdk Cyclin accumulation MPF Cyclin (b) Molecular mechanisms that help regulate the cell cycle

37 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 Cultured fibroblasts 10 µm

38 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 Density-dependent inhibition Células Cancerosas pierden inhibición por contacto y dependencia al anclaje y crecen formando tumores (a) Normal mammalian cells 25 µm (b) Cancer cells 25 µm

39 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

40 Lymph vessel Tumor Blood vessel Glandular tissue Cancer cell Metastatic tumor 1 A tumor grows 2 Cancer cells 3 Cancer cells spread 4 from a single invade neighboring tissue. the to other parts of cancer cell. body. Cancer cells may survive and establish a new tumor in another part of the body.

41 Resumen Cytokinesis Mitosis G 1 G 2 S MITOTIC (M) PHASE Prophase Telophase and Cytokinesis Anaphase Metaphase Prometaphase

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