Las Fases del Ciclo Celular

Más información sobre los temas discutidos en esta página puede ser encontrada en mayoría de los textos introductorios de biología; nosotros recomendamos Campbell Biology, 11ma edición.1

Secciones incluidas en esta página:

Las Fases del Ciclo Celular

 

  • G1 y G2 son denominadas como "huecos", por la palabra en inglés "gaps". Esto se refiere al hecho de que nada demasiado obvio ocurre en el núcleo de la célula en estas etápas. Sin embargo, las células están muy activas realmente, ya que están creciendo y se están preparando para la división.
  • S se refiere a la síntesis. Esta es la fase en la que el ADN es copiado o replicado.
  • M se refiere a la mitosis. En esta fase del ciclo celular la célula realmente se divide y forma dos células hijas.

Para ayudarte a visualizar el proceso, la misma ilustración animada del proceso se muestra debajo y al final de este capí­tulo.

 

Muchas medicinas para el cáncer actúan al bloquear una o más fases del ciclo celular. Para poder entender mejor los errores encontrados en las células cancerí­genas y los mecanismos de acción en las medicinas contra el cáncer que bloquean la división celular, examinaremos a más detalle todo el ciclo celular.

El Ciclo Celular: Replicación del ADN

La replicación del ADN ocurre en la síntesis o en la fase S del ciclo celular. Cada cromosoma es copiado con alta fidelidad en un proceso que involucra un gran número de enzimas. En este proceso la dobre cadena de ADN se deshace y cada cadena individual se usa como molde para la producción de la complementaria. El resultado es la producción de dos copias idénticas del material genético. Este proceso se muestra en la siguiente animación.

 

Los cromosomas replicados contienen dos cadena de ADN idénticas que se mantienen unidas hasta que se separan en los últimos momentos de la mitosis (anafase). Dado que esta es la forma de los cromosomas que es más fácil aislar y visualizar, es la estructura con la cual la mayor parte de la gente está familiarizada. El proceso se ilustra en el equema de abajo. 

 

x-shaped chromosome

Recuerde que la mólecula en forma de X realmente está compuesta por  dos copias de un cromosoma.

Pueden ocurrir errores durante la replicación que resulten en cambios dentro de la secuencia de nucleótidos en los cromosomas. Si estos cambios ocurren en genes, pueden alterar las funciones de la célula. Las células humanas han desarrollado varios mecanismos para corregir errores de este tipo, pero no son perfectos. Los errores en la replicación pueden llevar a generar células con genes mutados. La acumulación de mutaciones puede llevar al desarrollo del cáncer. Hay varios tipos de cáncer que están específicamente asociados con el mal funcionamiento de los procesos de reparación que normalmente operan durante la replicación del ADN. Los procesos por los cuales se generan mutaciones son abordados en la sección "Causas de las Mutaciones".

Todas las células en división deben de pasar por este proceso de replicación del ADN. Debido a que las células cancerosas de dividen con rapidez, esta fase del ciclo celular es el blanco de muchos agentes para la quimioterapia que son descritos en la sección "Tratamientos contra el Cáncer". Ejemplos de esto incluyen doxorubicina, ciclofosamida, carboplatino, cisplatino, topotecán y etopósido.

Vista Cercana de Cromosomas y Genes

La mayor parte del ADN en las células se encuentra en el núcleo de la célula en la forma de cromasomas. Los humanos tiene 46 cromasomas en total, comprendidos en dos conjuntos de ventitrés. Cada padre contribuye 23 cromasomas a su descendiente a través de los gametos que contribuyen; óvulo o espermatozoide. Cada padre contribuye con uno de cada tipo de cromosoma,  i.e. un cromasoma #1, un #2, un #3, etc. Esto significa que cada persona tiene ventitrés pares de cromasomas. Cada cromasoma está compuesto de una sola pieza de ADN conteniendo milliones de nucleótidos unidos a varias proteínas diferentes. Los genes se encuentran esparcidos a lo largo de los cromosomas junto con grandes cantidades de ADN que no tiene función conocida.

Cualquier gen particular siempre es encontrado en la misma posición en el mismo cromasoma. Por ejemplo, si un gen que controla el color del ojo es encontrado en el cromasoma 1 en un individuo, el mismo gen estaría en la misma posición en cada otra persona examinada. Dado que tenemos dos copías de cada cromasoma, esto significa que tenemos dos copía de cada gen. Esta relación es ilustrada abajo. El cromasoma marcado con el símbolo del hombre (la flecha) representa el cromasoma contribuído por el padre y el cromasoma marcado con el símbolo de mujer (la cruz) representa el cromasoma contribuído por la madre. Una cosa muy importante que hay que saber es que la versión del gen presente en los dos cromasomas no tiene que ser igual. Continuando con el ejemplo anterior, el gen del padre para el color del ojo puede causar la producción de ojos azules mientras la versión del gene de la madre puede causar la producción de ojos marrones. El color de ojo visto en el niño es resultado de la actividad de los dos copias del gen.

En el diagrama de abajo, las bandas de colores representan los genes. Para algunos genes, las versiónes heredadas de los dos padres son iguales y para algunos son ligeramente diferentes. Las diferentes versiones, o alelos, están indicadas por bandas coloradas ligeramente diferentes. El par de cromasomas abajo representa dos versiones del MISMO cromasoma (i.e. 2 formas de cromasoma 1, 2, o 3, etc.) que serían contribuídos por los padres.

 

 

 

male and female chromosome

Mitosis

La parte del ciclo celular que llama más la atención es la fase M o la mitosis. La mitosis es el proceso por el cual una sola célula se divide en dos células hijas. En las células normales, la división produce dos células con el mismo contenido genético que la célula madre. Como veremos después, las células cancerosas no siempre siguen esta regla. La mitosis es dividida adicionalmente en subfases basadas en cambios visibles en las células, especialmente dentro del núcleo.

La primera etapa es la profase. En la profase, la envoltura nuclear se disuelve y las cromosomas se condensan en preparación para la división celular. Así como enrollar hilo en un carrete, la condensación de los cromosomas los hace más compactos y también facilita su distribución en las células hijas. También durante la profase, fibras proteicas (fibras del huso acromático / huso mitótico) se forman y se extienden de una punta de la célula a la otra. Estas fibras le proveen a la célula en división la estructura que ésta necesita para empujar y jalar los componentes celulares y formar dos células nuevas.

Las cadenas de proteínas que se extienden de un extremo al otro de la célula se llaman microtúbulos. Estas proteínas son montadas y desmontadas durante el proceso de la división celular. Éstas son el objetivo de varios agentes quimioterapeúticos. Taxol®, un químico derivado de un extracto del árbol del tejo, se une a los microtúbulos y no les permite desmontarse. Esto causa daños en el proceso de la mitosis y la célula se muere. Otra clase de fármacos quimioterapeúticos, representado por la vinblastina, tienen el efecto opuesto. Estos agentes no permiten la formación de las fibras del huso. El resultado es el mismo, pues la división celular es inhibida. Para saber más entra en los tratamientos del cáncer.

Vista Cercana a Cromasomas Humanos

La imagen abajo muestra los cromasomas de una célula humana. A la representación de todos los cromasomas de esta manera se conoce como un cariotipo. Los cariotipos son realizados a menudo en tejidos fetales durante el embarazo para detectar anormalías cromasómicas en el niño por nacer. Estos cromasomas han sido coloreados por la unión de los tintes fluoroscentes. Tenga en cuenta que hay dos copías de cada cromosoma. La amplia variedad de tamaños de los cromasomas también es evidente. Los cromasomas son numerados en el orden inverso de su tamaño. El cromasoma 1 es el cromasoma más grande y los cromasomas más pequeñoss son los numerados 21 y 22. El cariotipo mostrado abajo es de un hombre y contiene un X y un cromasoma Y (más pequeño). El ADN, aún en los cromosomas más pequeños, contiene millones de pares de bases.

chromosome set

En muchas células de cáncer el número de cromasomas es irregular ya sea que haya demasiados o muy pocos de ellos. A las células con demasiados o muy pocos cromasomas se les llama aneuploides. Más sobre mutación y cáncer.

La imagen arriba es cortesía de Applied Imaging, Santa Clara, CA.

Las Fases de Mitosis

La célula mostrada debajo se encuentra en el principio de la profase, y los cromosomas condensados, con forma de X se encuentran visibles.

prophase

Cada uno de estos cromosomas está de hecho formado por dos cadenas idénticas de ADN. El ADN es duplicado previamente en el ciclo celular en la fase S. En breve regresaremos a discutir la fase S. 

En la siguiente fase de la mitosis (metafase), los cromosomas se alinean en medio de la célula (en la placa metafásica o ecuatorial) preparándose para ser divididos equitativamente en células hijas.

metaphase

Mitosis: Anafase

Las mitades idénticas de los cromosomas son jalados a lados opuestos de la célula para producir dos nuevas células que son iguales a la célula madre. En las siguientes etapas, la anafase y la telofase, la célula finaliza la separación de los cromosomas y la división de la célula.

 

anaphase chromosome

A continuación se muestran los cromosomas dentro de una célula epitelial de una rata canguro cuando la célula se está dividiendo. Estos cromosomas han sido jalados a los lados de la célula lo cual sucede al final de la anafase

 

anaphase chromosome

 

La imagen anterior fue usada con el permiso del dueño del copyright, Molecular Probes.

Mitosis: Telofase

telophase

La membrana nuclear se reconstruye durante la telofase, completando el proceso de división celular. Una ilustración del proceso completo se muestra a continuación, resaltando la naturaleza cíclica del proceso. La interfase es el tiempo que transcurre entre divisiones celulares, cuando la célula simplemente está haciendo su trabajo en el cuerpo. La mayor parte del tiempo, las células se encuetran en la interfase.

 

Una ilustración animada del proceso se muestra a continuación:

 

Sección de Resumen: El Ciclo Celular

Introducción

  • A través del tiempo, muchas de las células que tenemos en el cuerpo envejecen, mueren y deben de ser reemplazadas.
  • El proceso por el cual una célula se reproduce para crear dos copias idénticas se llama mitosis.
  • Las células formadas por la mitosis se llama células hijas
  • La división celular ocurre en una progresión ordenada en cuatro etápas, conocidas de forma colectiva como "ciclo celular".
  • Muchas de las características anormales de las células cancerígenas se deben a defectos en los genes que controlan la división celular.

 

Ciclo Celular

  • El ciclo celular consta de cuatro etápas: G1,S,G2 y M.
  • G1 y G2 son las fases "vacias" (gadonde la célula crece y se prepara para dividirse.
  • S es la fase de síntesis en la cual los cromosomas se copian (replicación).
  • M es la fase miotica en la cual la célula se divide físicamente en dos células hijas.
  • La mayor parte de las células NO se están dividiendo todo el tiempo. Estás célula se encuentran en una fase de descanso (G).

Mitosis (fase M)

  • La mitosis en células normales producen dos células con un código genético idéntico.
  • La mitosis tiene 4 sub-fases:
    • Profase: Los cromosomas se condensan, la membrana nuclear se rompe y se forman las fibras del huso mitótico 
    • Metafase: Los cromosomas replicados se alinean a la mitad de la célula
    • Anafase: Los cromosomas se separan y la célula se elonga, con terminaciones distintivas (polos)
    • Telofase: Las membranas nucleares de vuelven a formar en los dos polos y la nueva membrana celular se forma para crear dos células independientes.

Síntesis de ASN (fase S)

  • Los humanos tienen 46 cromosomas, 23 de cada padre.
  • Cada cromosma está compuesto por una sola pieza de ADN conteniendo millones de nucleótidos.
  • Un par de cromosomas homólogos tiene los mismos genes pero puede tener difrentes versiones de esos genes.
  • En varias células cancerígenas el número de cromosomas está alterado así que hay o menos cromosomas o cromosomas de más. A esto se les llama aneuploidía.
  • Pueden suceder errores durante la replicación del ADN lo que da el resultado de mutaciones y posiblemente el desarrollo del cáncer.
  • Las células tienen mecanismos para corregir errores si hay alguna falla en la replicación del ADN.
  • Muchos agentes de la quimioterapia se centran en la fase S del ciclo celular.

 

  • 1. Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Reece, J. B. (2017). Campbell Biology (11th ed.). Pearson.