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 2) las proteínas que las inhiben los complejos cdk-ciclina 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) conocen 4 tipos (ciclinas A, B, D y E). FUNCION 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)
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. Puntos de control
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 la Replicación y reparto del material hereditario Variaciones que afectan a los estadíos mitóticos VARIACIONES EN EL CICLO DE DIVISIÓN CELULAR 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 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
Variaciones que afectan a la citocinesis en relación con la cariocinesis Cariocinesis sin Citocinesis: La cafeína inhibe la citocinesis, aparecen células binucleadas (con dos núcleos) 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