Núcleo y división celular. c. División celular: Mitosis y Meiosis.

Transcripción

1 II Núcleo y división celular. c. División celular: Mitosis y Meiosis.

2 Ciclo celular: Crecimiento y división en dos células hijas G1 : S : G2 : M : Adquisición de ATP e incremento de tamaño. Replicación del DNA. Adqusición de ATP e incremento de tamaño pre-división. Mitosis, separación nuclear y citoplásmica (Citocinesis). * Las fases G1, S y G2 son etapas englobadas en la interfase (90% del ciclo).

3 La célula eucariota separa los cromosomas nucleares en dos juegos idénticos. Para ello deben ser alineados y replicados de manera ordenada. + Generalmente seguida por la citokinesis, que divide los núcleos, el citoplasma, los organelos y la célula membranal en dos células hijas. = Mitosis

4 El DNA celular esta marcado con DAPI (blue), las mitocondrias están marcadas con MitoTracker Red CMXRos (rojo) y los microtubulos marcados con verde con Alexa Fluor 488 adjuntos a anticuerpos secundarios.

5 Interfase La célula se dedica a la actividad metabólica y a almacenar energía para la mitosis (las próximas cuatro fases que incluyen la división nuclear). Cromosomas no son claramente visibles en el núcleo, aunque una mancha oscura llamada nucleolo puede ser visible. La célula puede contener un par de centriolos (o la organización de centros de microtúbulos en las plantas), ambos son sitios de organización de microtúbulos.

6 Señales" moleculares en microtubulos dirigen el trafico al interior de la celula giando proteinas de carga que viajan a lo largo de la celuula a traves de proteinas fibrosas llamadas microtubulos. Algunas enzimas modifican los microtubulos añadiendo o removiendo moleculas de sus superficies. Credito: Nicolle Rager Fuller, National Science Foundation

7

8 GTP GTP

9 La duración de todo el ciclo celular (las brechas, la síntesis, la mitosis y la citocinesis) varían dependiendo del organismo. Por ejemplo, en el fríjol común el ciclo completo se lleva a cabo en ~19 horas (con 7 horas dedicadas a fase S, dos fases brecha de 5 horas cada una y mitosis de dos horas. En contraste, las células fibroblastos de ratón en cultivo tienen un ciclo que dura 22 horas, con mitosis de sólo una hora. La fase de síntesis le toma casi 10 horas, mientras que G 1 dura alrededor de 9 horas. G2 dura alrededor de dos horas.

10 Profase Cromatina en el núcleo comienza a condensarse y se hace visible en el microscopio óptico como cromosomas. El nucleolo desaparece. Centríolos empiezan a moverse a los extremos opuestos de la célula y las fibras se extienden desde el centrómero. Algunas fibras cruzan la célula para formar el huso mitótico.

11

12 Prometafase La membrana nuclear se disuelve, marcando el comienzo de prometaphase. Proteínas se enlazan a los centromeros creando el cinetocoro. Microtubulos se unen a cinetocoros y los y los cromosomas comienzan el movimiento.

13 (Lodish, et al., Molecular Cell Biology, 3rd ed.)

14

15

16 Metafase Spindle fibres (Uso mitotico) alinea los cromosomas a lo largo de la mitad del núcleo celular. Esta línea se denomina la placa de metafase. Esta organización ayuda a asegurar que en la próxima fase, cuando los cromosomas se separan, cada nuevo núcleo recibirá una copia de cada cromosoma. Los cromosomas son altamente condensados y el huso mitótico parece (visible como una serie de túbulos verde en las imágenes digitales de células en metafase PtK2 de hígado de ratón). Los dos polos del huso y las fibras del huso son claramente visibles, como son los asters, que migran radialmente fuera de la placa de metafase. El huso mitótico contiene las fibras (microtúbulos) responsables de la translocacion y la separación de los cromosomas.

17 Cada huso está compuesto por un conjunto de microtúbulos ensambladas a partir de moléculas de tubulina disponibles de la red microtubular citoplásmica que son desmontadas para la división celular. Los microtúbulos convergen en cada extremo del eje hasta el punto denominado el polo del huso o centro mitótico. En células animales cada unidad del huso contiene un par de centriolos, los cuales se auto-replican. Están rodeados por un arreglo radial de microtúbulos Aster (estrella). Las células vegetales, en cambio, no contienen centriolos, y su eje mitótico no esta claramente definidos en los polos. Las plantas carecen de la serie radial astral característica de las células animales. Las fibras que comprenden el huso miótico son de dos tipos: Fibras polares se extienden del centro del polo del huso hacia la placa metafasica Fibras del cinetocoro (cromosomales) van del cromosoma individual condensado hacia los polos.

18 Nature Reviews Molecular Cell Biology 9, (January 2008)

19 Anafase Los pares de cromosomas separados en el cinetocoro se mueven a los lados opuestos de la célula. El movimiento resulta de una combinación de movimiento del cinetocoro a lo largo de los microtúbulos del huso que se acortan por la perdida de monómeros de tubulina y de la interacción física de los microtúbulos polares que se alargan. Es un proceso muy rápido que dura solo unos minutos, es la etapa mas corta de la mitosis. La migración de las cromátidas a los polos opuestos del huso miótico ocurre a una tasa de aproximadamente un micrómetro por segundo en la mayoría de las células animales.

20

21 La posición espacial del centrómero con respecto a los brazos del cromosoma es muy clara por microscopia ya que son arrastrados hacia el polo del huso. Morfológicamente los cromosomas pueden ser divididos en tres clases: Cromosomas metacéntricos: tienen el centrómero cerca del centro resultando en dos brazos de longitud equivalente. Presentan forma de V cuando se observan durante la anafase. Cromosoma telocéntrico: tiene el centrómero cerca de un extremo y parece migrar como un solo brazo. Crmosoma acrocéntrico: La mayoría de los cromosomas, con el centrómero localizado a ¾ partes (entre el centro y el extremo de la cromátida) proporciona una estructura en forma de L.

22 Anafase esta caracterizada por dos procesos distintos: Anafase A (o anafase temprana), los microtubulos del cinetocoro se acortan para translocar las cromátidas lejos de la placa metafasica hacia los polos (a) y (b). Anafase B (anafase tardía), separación de los polos del huso provocada por el alargamiento de la red de microtúbulos polares (c a f). La duración de cada uno varia entre organismos.

23 Cuando los cromosomas han migrado completamente al polo, los microtubulos del cinetocoro comienzan a desaparecer y los microtubulos polares continúan elongandose. Esta es el paso entre anafase y telofase temprana Al final de la anafase, cada huso polar (spindle pole) ha adquirido un set equivalente de cromosomas hermanos. Comienza el proceso de citocinesis con la formación de un anillo contráctil de filamentos de actina y myosina-ii posicionado entre la membrana plasmática paralela a la placa metafasica. Posteriormente este anillo convergirá empujando la membrana hacia el centro para dividir la célula.

24

25 Telofase Los cromosomas hijos llegan al polo del huso y son eventualmente redistribuidos en la cromatina. Cromosomas se descondensan en cromatina y son menos definidos. Las redes de microtubulos polimerizados del huso miótico son redistribuidos en los componentes del citoesqueleto. Comienza la síntesis del RNA en el núcleo. Citocinesis que comenzó en anafase tardía continúa en telofase. Las mitocondrias se distribuyen en el citoplasma. Midboy o cuerpo medio contiene remanentes del los microtubulospolares del huso miótico mantiene un puente entre ambas células varias horas después de que finaliza esta fase.

26

27 La membrana nuclear comienza a reformarse alrededor de cada grupo de cromosomas. El nucleolo reaparece. Su membrana es proviene de remanentes de la envoltura nuclear parental y porciones del sistema de endomembrana contenido en cada una de las celulas hijas. Una vez completa la telofase y que la membrana celular (o pared celular) esta formada, el núcleo ha madurada a un estado pre-miótico. El paso final es el inicio de la ruptura de la membrana de ambas células.

28 Cromosomas en rojo (Alexa Fluor 568) Aparato mitotico en verde (Alexa Fluor 488) Filamentos de actina del citoesqueloto en azul (Alexa Fluor 350) A finales de telofase, se forman los nuevos centriolos de manera que cada célula hija contiene un par complementario centriolo.

29 Citocinesis Etapa final de la división celular. Comienza durante la anafase tardía o telofase temprana con la formación de membrana nuclear, de los nucleolos y decondensacion de cromosomas. El citoplasma se divide por anillo de actina y miosina que se contracta, dividiendo el citoplasma y su contenido en dos células hijas. Formando un surco perpendicular al huso miótico (cuerpo medio o midbody). Las mitocondrias se reparten en el citoplasma Uso miótico se distribuye en citoesqueleto. Las platas, debido a la rigidez de la pared, requieren que se sintetice una placa nueva entre las dos células hijas.

30 El anillo contráctil y el surco permanecen paralelos a la placa metafasica y perpendiculares al eje polar del huso. Esta orientación precisa asegura que las cromátidas se separen y sean distribuidas adecuadamente en cada célula hija. En el microscopio, el primer signo visible de la división en las células animales es un plegado hacia adentro, o el surco (furrowing), de la membrana plasmática durante anafase tardía.

31 Generalmente el surco es formado cerca del ecuador de la célula madre, de modo que la célula se divide simétricamente en células de igual tamaño. En algunos casos la célula se divide asimétricamente produciendo hijas de diferente tamaño con proporciones diferentes de componentes celulares. Esto es común durante el desarrollo embrionario y da origen a tejidos especializados.

32 Al final de la citocinesis, el anillo contráctil se disocia, dejando atrás sólo un estrecho puente entre las células hijas (el midbody) lleno de filamentos de actina. al observar por microscopio óptico, el midbody revela una densa matriz de microtúbulos polares restantes del huso mitótico.

33 Algunos de los procesos siguientes son importantes y cualquier error da lugar al cáncer. Cáncer es una enfermedad donde la regulación del ciclo celular va mal y el crecimiento celular anormal. Cdk (cinasa dependiente de ciclina) fosforilisa las proteínas, junto con cliclinas son los switches principales del ciclo celular, provocan que la célula se mueva de G1 a S o de G2 a M. p53 bloquea el ciclo celular si el DNA se encuentra dañado permitiendo su reparación. Si el daño es severo, esta proteína causa apoptosis (muerte celular). Sus niveles son elevados en células dañadas. MPF (Factor de promoción de maduración) incluye el Cdk y ciclina. p27 se enlaza a ciclina y cdk bloqueando la entrada en fase S. Cáncer de mama es determinado por bajos niveles de esta proteína (Nature 1997:3,152)

34 Mutaciones de p53 son la causa mas común del cáncer. El esputo (flemas) de muchos fumadores contiene células con mutaciones en p53 y presenta señales cancerosas. Mutaciones en p53 prevendría que células anormales murieran por apoptosis. Si el mecanismo de eliminación de células anormales es defectuoso, entonces la células continuarían dividiéndose y dañando su DNA. Proceso que lleva al cáncer. La exposición al sol también causa la apoptosis en las células dañadas. Esto produce el conocido pelado y ampollas asociados con quemaduras graves. Durante muchos años, la exposición al sol también provoca cáncer. Es particularmente interesante el hecho de que el humo parece ser la causa una alta frecuencia de mutaciones de p53.

35 En plantas, la citocinesis es diferente En vez de formar un anillo contractil, construyen una placa celular al centro de la célula El aparato de golgi libera vesículas que contiene proteínas de la pared. Estas vesículas se fusionan con tubulos en el plano ecuatorial formando una red de tubulos (tubulo-vesicular network, TVN) que luego se convierte en un hoja que se adhiere a la membrana plasmática existente. En ambos casos, las fibras del huso mitotico desempeñan un papel determinando el lugar donde la célula se divide. En este caso estan orientados perpendicularmente al sitio de desarrollo de la placa. Adicionalmente un arreglo paralelo de microtubulos (phragmoplast) se forma en la región central de la célula para guiar el ensamblaje de la nueva pared.

36

37 E. coli dividiendose por fision binaria En procariotas la citocinesis se da por Fisión binaria

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47