Sesión 06. Ciclo Celular

Transcripción

1 Sesión 06 Ciclo Celular

2 Células de la piel y sol. Las quemaduras por el Sol no sólo son dolorosas, sino que en ocasiones provocan cáncer de piel. En los últimos años, la incidencia de cáncer y tumores en Costa Rica ha aumentado considerablemente, de acuerdo con informes del Ministerio de Salud, el primer lugar lo ocupa el cáncer de piel, seguido por el de mama y el de cérvix (marzo 2014).

3 Células inmortales de Henrietta Henrietta Lacks murió de cancer a los 31 años 65 años más tarde, sus células aún viven en muchos laboratorios alrededor del mundo Células HeLa ê La mayoría de células humanas que crecen en laboratorios mueren en pocas semanas

4 Células inmortales de Henrietta Fue una mujer afroamericana, donadora involuntaria de células de su tumor canceroso, las que fueron cultivadas por George Otto Gey y se originó una línea celular inmortal Con esas células se han realizado más de 70,000 experimentos en todo el mundo y hay muchas patentes $ en Amazon

5 Reproducción celular El ciclo celular es la secuencia de actividades que ocurren de una división celular a la siguiente: Algunas actividades implican el crecimiento (aumento de tamaño) de la célula. Algunas actividades implican la duplicación de material genético y la división celular (reproducción).

6 Reproducción celular La reproducción a partir de un solo progenitor y sin la intervención de gametos se denomina reproducción asexual. Algunos organismos se reproducen asexualmente.

7 La división celular en los eucariotas permite la reproducción asexual a) En los microorganismos unicelulares, como el protista Paramecium, la división celular produce dos organismos idénticos entre sí y al progenitor e independientes.

8 La división celular en los eucariotas permite la reproducción asexual La levadura, un hongo unicelular, se reproduce mediante división celular.

9 La división celular en los eucariotas permite la reproducción asexual. La Hydra, un pariente de agua dulce de la anémona marina, se reproduce haciendo crecer en un costado una réplica en miniatura de sí misma (una yema). Cuando se desarrolla por completo, la yema se separa de su progenitora para vivir de forma independiente.

10 El ciclo celular procariótico Ciclo celular procariótico: 1. Periodo de crecimiento relativamente largo. Se duplica el ADN y se producen dos cromosomas idénticos. Los cromosomas se unen a la membrana plasmática. 2. La célula aumenta de tamaño, separando a los cromosomas

11 El ciclo celular procariótico Ciclo celular procariótico: 3. La membrana plasmática crece hacia adentro entre los dos sitios de fijación del ADN. 4. Se completa la fusión de la membrana plasmática a lo largo del ecuador de la célula, se completa la división de la célula (fisión binaria o partir en dos )

12 El ciclo celular procariótico Ciclo celular procariótico: 5. Las dos células hijas son genéticamente idénticas. En condiciones ideales la bacteria intestinal común Escherichia coli puede completar un ciclo celular en aproximadamente 20 minutos.

13 El ciclo celular procariótico El ciclo celular procariótico consta de crecimiento y duplicación de DNA, seguido por la fisión binaria. b) Fisión binaria en las células procarióticas.

14 El ciclo celular procariótico El ciclo celular procariótico consta de crecimiento y duplicación de DNA, seguido por la fisión binaria. b) Fisión binaria en las células procarióticas.

15 La célula progenitora se divide en dos células hijas.

16 El ciclo celular eucariótico El ciclo celular eucariótico es un poco más complejo que el ciclo celular procariótico.

17 El ciclo celular eucariótico La progresión del ciclo celular de los organismos multicelulares es variable: Las células podrían salir del ciclo celular y jamás volverse a dividir. Las células podrían entrar o continuar a través del ciclo celular y dividirse en respuesta a las hormonas de crecimiento.

18 El ciclo celular eucariótico El ciclo celular eucariótico se divide en dos fases: La interfase La célula toma nutrimentos de su ambiente, crece y duplica sus cromosomas. La división celular Distribuye una copia de cada cromosoma y, por lo regular, cerca de la mitad del citoplasma (junto con mitocondrias, ribosomas y otros organelos) a cada una de las dos células hijas.

19 Ciclo celular eucariótico El ciclo celular eucariótico abarca la interfase y la división celular mitótica. Es posible que algunas células que entran en la fase G0 no se vuelvan a dividir.

20 El ciclo celular eucariótico La interfase contiene tres etapas: G 1 (primera fase de intervalo o de crecimiento) Se adquieren los materiales necesarios para el crecimiento y la división celular. S (síntesis de ADN) Se realiza la síntesis de ADN, y se duplican todos los cromosomas. G 2 (segunda fase de intervalo o de crecimiento) Se completa el crecimiento antes de la división.

21 El ciclo celular eucariótico Decisión de proceder o abandonar el ciclo celular en G 1. Las señales internas y externas en G 1 promueven o no que la célula se divida. La célula también puede abandonar el ciclo y entrar en una fase conocida como G 0. En G 0, las células están vivas y metabólicamente activas. Ocurre la especialización (diferenciación). Las células desarrollan características únicas.

22 Mitosis y meiosis Las células eucarióticas pueden experimentar dos tipos de división celular: División celular mitótica (mitosis) División celular meiótica (meiosis)

23 Mitosis y meiosis La división celular mitótica implica dos pasos: La división nuclear La citocinesis (división citoplásmica )

24 Mitosis y meiosis La división celular meiótica se lleva a cabo en los ovarios y los testículos de los mamíferos: Dos series de citocinesis producen cuatro células hijas capaces de convertirse en gametos. Las células hijas no son genéticamente idénticas entre sí ni a la célula original. Las células hijas contienen la mitad del material genético del progenitor.

25 El cromosoma eucariótico El ADN debe estar condensado (compactado) para que quepa en el núcleo y se pueda ordenar y transportar con mayor facilidad durante la división celular. Los cromosomas individuales constan de una sola molécula de ADN y están asociados con proteínas.

26 Estructura del cromosoma Un cromosoma eucariótico contiene una sola molécula de ADN lineal (arriba), que en los seres humanos es de aproximadamente 14 a 73 milímetros (mm) de largo y 2 nanómetros (nm) de diámetro. El ADN se enrolla alrededor de proteínas llamadas histonas y forma nucleosomas que son las unidades de empaquetamiento del ADN (parte media); esto reduce la longitud a cerca de un sexto de la original. Otras proteínas enrollan los nucleosomas adyacentes, reduciendo así la longitud en otro factor de 6 o 7. Las espirales de ADN y sus proteínas asociadas están unidas en bucles para mantener las espirales de proteínas más grandes como andamio para completar el cromosoma (abajo). Todo este envoltorio y enroscado hace que el cromosoma de la interfase extendido sea aproximadamente 1000 veces más corto que la molécula de ADN que contiene. Incluso otras proteínas producen otra condensación de cerca de 10 veces durante la división celular.-6).

27 El cromosoma eucariótico Una sola molécula de ADN puede contener cientos o incluso miles de genes que ocupan un lugar específico (locus), en un cromosoma específico.

28 El cromosoma eucariótico Cada cromosoma contiene: Un centrómero Telómeros

29 El cromosoma eucariótico El centrómero ( cuerpo medio ) es la región donde un cromosoma puede unirse a una cromátida hermana. El producto de la duplicación del DNA es un cromosoma duplicado con dos cromátidas hermanas idénticas. Durante la división celular mitótica, las dos cromátidas hermanas se separan.

30 Un cromosoma duplicado consta de dos cromátidas hermanas

31 Cromátidas hermanas separadas se vuelven dos cromosomas independientes

32 El cromosoma eucariótico Los telómeros ( parte final ) son los dos extremos de un cromosoma. Son fundamentales para la estabilidad del cromosoma. Ver caso de punto azúl en Nicoya

33 Proyecto CRELES - Costa Rica: Estudio Longitudinal de Envejecimiento Saludable, del Centro Centroamericano de Población (CCP) y del Instituto de Investigaciones en Salud (INISA), ambos de la Universidad de Costa Rica. El objetivo general de este proyecto fue determinar la esperanza y calidad de vida, y sus factores causales, de los adultos mayores costarricenses. Desde el 2000 se estudiaron adultos mayores y una submuestra de para un análisis más profundo. Se examinaron 18 biomarcadores. Uno de los resultados más importantes fue que los ancianos nicoyanos tienen telómeros significativamente más largos (81 pares de bases p<0.05) que los de adultos mayores de las otras regiones del país

34 genes centrómero telómero Principales características de un cromosoma eucariótico

35 Pares homólogos de cromosomas Los cromosomas duplicados tienen forma de X compacta.

36 Cromosomas humanos durante la mitosis El ADN y las proteínas asociadas de estos cromosomas humanos duplicados se han enroscado para formar las gruesas y cortas cromátidas hermanas unidas por el centrómero. Cada cadena visible de textura es un lazo de ADN. Durante la división celular, los cromosomas condensados tienen de 5 a 20 micrómetros de largo.

37 Pares homólogos de cromosomas El juego completo de cromosomas teñidos de una célula (cariotipo) contiene pares. Todos los cromosomas de células no reproductoras contienen pares de cromosomas o cromosomas homólogos. Los homólogos contienen los mismos genes y tienen el mismo tamaño, forma y modalidad de tinción.

38 FIGURA 11-9 Cariotipo humano masculino La tinción y fotografía del juego completo de cromosomas duplicados de una sola célula en proceso de división permite obtener su cariotipo. Las imágenes de los cromosomas individuales se recortan y se disponen en orden descendente de tamaño. Los cromosomas se presentan en pares (homólogos) que son semejantes en cuanto a tamaño y a modalidades de tinción, y que contienen un material genético similar. Los cromosomas 1 a 22 son autosomas; en tanto que los cromosomas X y Y son los cromosomas sexuales. Observe que el cromosoma Y es mucho más pequeño que el cromosoma X. Si éste fuera un cariotipo hembra, contendría dos cromosomas X.

39 Pares homólogos de cromosomas Las células humanas tienen 23 pares de cromosomas homólogos. Los cromosomas 1 a 22 se llaman autosomas y su apariencia es similar entre los homólogos.

40 Pares homólogos de cromosomas Las células humanas tienen 23 pares de cromosomas homólogos. El par de cromosomas 23 es de cromosomas sexuales y pueden tener una apariencia similar o diferente. Las mujeres tienen dos cromosomas X de apariencia similar. Los hombres tienen un cromosoma X y un cromosoma Y (el Y es mucho más pequeño).

41 Pares homólogos de cromosomas Las células con pares de cromosomas homólogos se describen como diploides (que significa de forma doble ).

42 Pares homólogos de cromosomas Las células que contienen sólo un ejemplar de cada tipo de cromosoma se denominan haploides (que significa mitad ). La meiosis (en la reproducción sexual) produce células haploides de una célula diploide.

43 Pares homólogos de cromosomas Números de diploides y haploides: El número de cromosomas haploides se designa como n. El número de cromosomas diploides se designa como 2n.

44 Multiplicación por División Las células se reproducen por división La división de una célula eucariótica ocurre típicamente en dos etapas: división nuclear seguida por división citoplásmica La secuencia de estadíos que atraviesa una célula durante su ciclo de vida se conoce como: Ciclo Celular

45 La vida de una célula Un ciclo celular consiste de tres fases: Interfase Mitosis División citoplásmica Ciclo Celular Una serie de eventos desde el momento en que una célula se forma hasta que su citoplasma se divide

46 Ciclo Celular de Célula Eucariótica 1 G1 es el intervalo de crecimiento antes de la replicación del ADN. Los cromosomas no se han duplicado aún. Produce proteínas (síntesis protéica) 2 S período de síntesis del ADN. Replicación ADN 6 Final de la mitosis, el citoplasma se divide, 5 Final de la Interfase. El núcleo se divide durante la mitosis. 4 3 G2 Segundo Intervalo de crecimiento, después de la replicación del ADN y antes de la mitosis. La célula se prepara para la división. Produce proteínas (síntesis protéica)

47 Interfase Una célula típica pasa casi toda su vida en interfase interfase Intervalo entre las divisiones mitóticas cuando una célula crece Consiste de tres estadíos: G1, S y G2

48 Mitosis El núcleo se divide durante la mitosis, distribuyendo una copia idéntica de su conjunto de cromosomas a cada una de las células hijas mitosis División nuclear, mecanismo que mantiene constante el número de cromosomas de generación en generación celular. Es la base del crecimiento corporal y reparación de tejidos en organismos multicelulares eucarióticos. Es el mecanismo de reproducción asexual de algunas plantas, hongos, y protistas

49 Cromosomas Homólogos Las células humanas diploides tienen dos conjuntos de cromosomas: 46 cromosomas en 23 pares Excepto para el par de cromosomas sexuales (XY), los cromosomas de cada par son homólogos Cromosomas homólogos Cromosomas con el mismo largo, forma y conjunto de genes

50 Mitosis Mantiene el Número de Cromosomas A Un par de cromosomas sin duplicar en G1 B En G2, cada cromosoma se ha duplicado C Mitosis y división citoplásmica. Se distribuye una copia de cada cromosoma en cada una de las dos nuevas células.

51 División Celular y Desarrollo Embriones de rana después de tres divisiones mitoticas de un óvulo fecundado

52 1. profase Los Cuatro Estadíos de la Mitosis Los cromosomas se condensan y se unen con el huso recién formado. El huso es una red dinámica de armado y desarmado de microtúbulos que mueven los cromosomas durante la división nuclear 2. metafase Fase durante la cual los cromosomas de la célula son alineados entre los dos polos del huso

53 Los Cuatro Estadíos de la Mitosis 3. anafase Las cromátidas hermanas se separan y se mueven a los polos opuestos del huso 4. telofase Los cromosomas alcanzan los polos del huso, disminuyen su grado de condensación y se forman nuevos núcleos.

54 Mitosis: Profase centrosoma 1 Profase temprana Empieza la mitosis. El ADN empieza a condensarse. El centrosoma se duplica. 2 Profase Se ven los cromosomas duplicados. Uno de los dos centrosomas se mueven al lado opuesto del núcleo. Se fragmenta la membrana nuclear 3 Transición a la Metafase La membrana nuclear desapareció, los microtúbulos alinean los cromosomas al centrómero, las cromátidas hermanas se unen a los microtúbulos en la región del centrómero.

55 Mitosis: 4 Metafase Todoslos cromosomas se alinean en medio de los polos del huso 5 Anafase Los microtúbulos del huso separan las cromátidas hermanas y las mueven hacia los lados opuestos del huso. 6 Telofase Los cromosomas alcanzan los polos del huso y el ADN relaja su grado de condensación. Se forma la membrana nuclear y concluye la mitosis

56 La mitosis se divide en cuatro fases Durante la interfase, las células se preparan para la división mitótica. La duplicación de los cromosomas se realiza durante la fase S. Las proteínas necesarias se sintetizan en G 1 y G 2.

57 División celular mitótica en una célula animal Interfase tardía Los cromosomas se han duplicado pero permanecen relajados. También los centriolos se han duplicado y agrupado.

58 La mitosis se divide en cuatro fases Las cuatro fases de la mitosis: Profase Metafase Anafase Telofase

59 Acontecimientos de la profase mitótica Durante la profase ocurren tres acontecimientos principales: 1. Se condensan los cromosomas duplicados. Las cromátidas hermanas de los cromosomas duplicados se enroscan y se condensan, formando pequeños cuerpos compactos.

60 Acontecimientos de la profase mitótica Durante la profase ocurren tres acontecimientos principales: 2. Se ensamblan los microtúbulos del huso. Los centriolos actúan como puntos centrales desde los cual irradian los microtúbulos del huso (estos puntos se conocen como los polos del huso). Aunque las células de plantas, hongos y muchas algas no contienen centriolos, en la división celular mitótica forman husos funcionales.

61 b) Profase temprana los cromosomas se condensan se inicia la formación del huso División celular mitótica en una célula animal Los cromosomas se condensan y se acortan; los microtúbulos del huso comienzan a formarse entre pares separados de centriolos.

62 Acontecimientos de la profase mitótica Durante la profase ocurren tres acontecimientos principales: 3. Los cromosomas son capturados por el huso La estructura llamada cinetocoro del centrómetro del cromosoma sirve como punto de fijación de los microtúbulos del huso. Cada cromátida hermana se une a los extremos de los microtúbulos del huso que se dirigen hacia un polo de la célula en otra etapa más tardía. El acortamiento de los microtúbulos del huso separará y atraerá a las cromátidas hermanas hacia polos opuestos.

63 c) Profase tardía polo polo cinetocoro División celular mitótica en una célula anima El nucleolo desaparece; la envoltura nuclear se desintegra; y los microtúbulos del huso se fijan al cinetocoro de cada cromátida hermana.

64 Acontecimientos de la metafase mitótica Los microtúbulos de los dos cinetocoros de un cromosoma se alargan y se acortan. Cada cromosoma duplicado se alinea correctamente a lo largo del ecuador de la célula. Cada cinetocoro de los cromosomas duplicados queda mirando hacia cada polo.

65 d) Metafase microtúbulos del huso División celular mitótica en una célula animal Los cinetocoros interactúan; los microtúbulos del huso alinean los cromosomas en el ecuador de la célula.

66 Acontecimientos de la anafase mitótica Durante la anafase, las cromátidas hermanas se separan. Los motores proteicos de los cinetocoros tiran de los cromosomas hacia los polos.

67 Acontecimientos de la anafase mitótica Uno de los dos cromosomas hijos derivados de cada cromosoma progenitor original se mueve hacia cada uno de los polos de la célula. Los microtúbulos del huso sueltos interactúan y se alargan con la finalidad de separar los polos de la célula.

68 Acontecimientos de la anafase mitótica Los dos grupos de cromosomas que se forman en polos opuestos de la célula contienen una copia de cada uno de los cromosomas presentes en la célula original.

69 MITOSIS e) Anafase División celular mitótica en una célula animal Las cromátidas hermanas se separan y se desplazan hacia polos opuestos de la célula; los microtúbulos del huso separan los polos.

70 Acontecimientos de la telofase mitótica Los cuatro acontecimientos de la telofase: 1. Los microtúbulos del huso se desintegran. 2. Se forma una envoltura nuclear en torno a cada grupo de cromosomas.

71 Acontecimientos de la telofase mitótica Los cuatro acontecimientos de la telofase: 3. Los cromosomas regresan a su estado desplegado. 4. Aparecen nuevamente los nucléolos.

72 extensión de cromosomas f ) Telofase reformación de la envoltura nuclear División celular mitótica en una célula animal f ) Telofase Un conjunto de cromosomas llega a cada polo y se relaja en su estado desplegado; la envoltura nuclear empieza a formarse alrededor de cada conjunto; los microtúbulos del huso comienzan a desaparecer.

73 Citocinesis La citocinesis es diferente en las células animales y vegetales Células animales: Unos microfilamentos fijos en la membrana plasmática forman un anillo en torno al ecuador de la célula. El anillo se contrae y constriñe el ecuador de la célula, formando dos células hijas nuevas.

74 Los microfilamentos forman un anillo en torno al ecuador de la célula. Citocinesis en una célula animal

75 Los microfilamentos forman un anillo en torno al ecuador de la célula. El anillo de microfilamentos se contrae y constriñe la cintura de la célula. Citocinesis en una célula animal

76 Los microfilamentos forman un anillo en torno al ecuador de la célula. El anillo de microfilamentos se contrae y constriñe la cintura de la célula. La cintura se parte totalmente y se forman dos células hijas. Citocinesis en una célula animal a) Un anillo de microfilamentos situado inmediatamente debajo de la membrana plasmática se contrae en torno al ecuador de la célula y divide ésta en dos.

77 Citocinesis en una célula animal b) Con microscopio electrónico de barrido se observa que la citocinesis casi ha completado la separación de las dos células hijas.

78 Citocinesis La citocinesis es diferente en las células animales y vegetales: Células vegetales La rígida pared celular impide dividir una célula en dos comprimiendo la parte central. Se forma una placa celular, con forma de saco aplastado, rodeada por una membrana plasmática.

79 Citocinesis en una célula vegetal

80 Cómo se controla el ciclo celular? La actividad de enzimas específicas impulsa el ciclo celular. Los puntos de control regulan el progreso durante el ciclo celular.

81 Control del ciclo celular Las células de algunos tejidos con frecuencia se dividen durante la vida de un organismo. por ejemplo, las de la piel, las del intestino. La división celular ocurre raramente o nunca ocurre en otros tejidos. por ejemplo, los del cerebro, los del corazón, los del esqueleto.

82 Control del ciclo celular La división celular eucariótica está impulsada por enzimas y controlada en puntos de control específicos.

83 Las enzimas impulsan el ciclo celular El ciclo celular está controlado por una familia de proteínas llamada quinasas dependientes de ciclina o Cdk s. Las quinasas son enzimas que fosforilan (agrega un grupo fosfato a otras proteínas, estimulando o inhibiendo así su actividad. Las Cdk s están activas sólo cuando se enlazan con otras proteínas llamadas ciclinas.

84 Las enzimas impulsan el ciclo celular La división celular ocurre cuando los factores de crecimiento se unen a receptores en la superficie de las células profundas de la piel, activando así la síntesis de las proteínas ciclinas. Las proteínas ciclinas entonces se unen a Cdk s específicas y las activan.

85 Las enzimas impulsan el ciclo celular Las Cdk s activas originan una cascada de sucesos: Estimulan la síntesis y la actividad de las proteínas que se requieren para que ocurra la síntesis de ADN. Producen la condensación de cromosomas. Desintegran la envoltura nuclear.

86 Las enzimas impulsan el ciclo celular Las Cdk s activas originan una cascada de sucesos: (continuación) Formación del huso. Unión de los cromosomas a los microtúbulos del huso. Separación y movimiento de las cromátidas hermanas.

87 El punto de control de G 1 a S El progreso en los puntos de control del ciclo celular está bajo control de ciclinas y quinasa dependiente de ciclina (Cdk s). En el punto de control de G1 a S que se ilustra aquí, los factores de crecimiento estimulan la síntesis de las proteínas ciclinas, las cuales activan a las Cdk s originando una cascada de sucesos que llevan a la duplicación de ADN.

88 Los puntos de control regulan el ciclo celular Aunque las Cdk s impulsan el ciclo celular, los puntos de control aseguran que: La célula complete exitosamente la síntesis de ADN durante la interfase. Ocurran los movimientos apropiados de cromosomas durante la división celular mitótica.

89 Los puntos de control regulan el ciclo celular Existen tres puntos de control principales en el ciclo celular eucariótico, y cada uno está regulado por complejos proteicos. G 1 a S G 2 a mitosis Metafase a anafase

90 Control del ciclo celular Los tres principales puntos de control regulan la transición de una célula de una fase a la siguiente durante el ciclo celular: 1. G1 a S, 2. G2 a mitosis (M) y 3. metafase a anafase.

91 Los puntos de control regulan el ciclo celular G1 a S: Asegura que el ADN de la célula sea adecuado para la duplicación. Cuando el ADN está dañado, la proteína p53: Inhibe la duplicación. Estimula la síntesis de enzimas reparadoras de ADN. Si no es posible reparar el ADN, ocasiona una forma especial de muerte celular (apoptosis).

92 Control de la transición de G 1 a S a) La proteína Rb inhibe la síntesis de DNA. Al final de la fase G1 aumentan los niveles de ciclinas, los cuales activan la Cdk s que, a la vez, agrega un grupo fosfato a la proteína Rb. Por lo que la Rb fosforilada no inhibe más la síntesis de ADN y la célula entra a la fase S. b) El ADN dañado estimula niveles crecientes de la proteína p53, la cual desencadena una cascada de eventos que inhiben la Cdk sciclinas y así se evita la entrada a la fase S hasta que el ADN se haya reparado.

93 Los puntos de control regulan el ciclo celular G2 a mitosis: Asegura que el ADN se duplique, completa y exactamente. La proteína p53 reduce la síntesis y la actividad de una enzima que ayuda a provocar la condensación de cromosomas. los cromosomas permanecen extendidos y están accesibles para las enzimas reparadoras de ADN; la célula espera para entrar a la mitosis hasta que se haya fijado el ADN.

94 Los puntos de control regulan el ciclo celular Metafase a anafase: Asegura que los cromosomas estén alineados correctamente en la placa de la metafase. Una variedad de proteínas impide la separación de las cromátidas hermanas y, por consiguiente, interrumpen el avance hacia la anafase.

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