CICLO CELULAR

CICLO CELULAR
David Vaíllo García

INTRODUCCIÓN

La capacidad de reproducirse es la característica que más intuitivamente asociamos a lo

vivo, a las células. La única forma de generar nuevas células es a través de la división de células preexistentes. Es este un principio que forma parte integrante de la Teoría Celular establecida hacia la mitad del siglo XIX: Toda célula proviene de otra célula preexistente (R. Virchow,1858)

Las células se reproducen a través de una secuencia ordenada y concatenada de eventos,

procesos o fases, que por ahora resumiremos en Interfase y Mitosis, que se denomina CICLO CELULAR o Ciclo de División Celular. A través de este ciclo las células duplican su genoma y sus contenidos intracelulares, se divide y reparten lo duplicado en dos células hijas. Este ciclo de duplicación y división es substancialmente el mismo para todas las células aunque difiere en los detalles en distintos tipos celulares y en distintos organismos.

Para organismos unicelulares ésta es la forma de reproducirse. En el caso de organismos multicelulares la reproducción está a cargo de células especializadas, los gametos. Ciclos de división celular son, sin embargo, necesarios para el desarrollo del organismo, para el crecimiento y para la homeostasis de los tejidos o recambio celular.

Las células no están proliferando de forma continuada: Por falta de nutrientes en unos casos y por ausencia de las señales oportunas, en otros. Los microorganismos proliferan si las condiciones nutritivas y físicas ambientales son adecuadas. Las células de un organismo multicelular viven en un medio homeostatizado en relación a nutrientes y, sin embargo, no proliferan a menos que reciban las señales oportunas (GFs), de acuerdo con las necesidades del organismo.

Las células en organismos multicelulares una vez diferenciadas se apartan temporal o definitivamente del ciclo celular. Proliferación y diferenciación celular suelen estar inversamente correlacionados.

CICLO CELULAR

La función básica o esencial del ciclo celular consiste en formar réplicas exactas del DNA o

genoma de las células y distribución de las dos réplicas en las dos células hijas que serán por ello genéticamente idénticas. La duración del ciclo celular es muy variable: Desde unos 90-120 minutos en levadura hasta unas 24 horas en células de mamífero. Independientemente de su duración la secuencia de eventos que constituyen el ciclo celular deben de darse a su debido tiempo y siguiendo el mismo orden en todos los tipos celulares.

- Ciclo celular: Secuencia ordenada de fases o eventos a través de los cuales la célula crece (aumenta de volumen, masa, contenido de proteínas, número de algunos de sus orgánulos ≈ duplica sus contenidos ) y replica sus cromosomas -su genoma- y posteriormente reparte/segrega su citoplasma y las dos dotaciones cromosómicas en dos células hijas.

- Quedan así definidos dos fases o estadíos del ciclo celular: Interfase (crecimiento y

replicación del genoma ) y Mitosis ( reparto/segregación de contenidos y genoma).

- Dos ciclos superpuestos:

. Ciclo de los cromosomas o del genoma: Replicación en la fase S de la Interfase y

segregación durante la Mitosis

. Ciclo del citoplasma/masa celular: Crecimiento en la Intefase y reparto a través

de la Citoquinesis.

FASES DEL CICLO CELULAR

INTERFASE

- Período entre mitosis decepcionante a microscopía óptica pero de intensa actividad

bioquímica o fisiológica. Una forma de resumir esto sería afirmando que un determinado tipo de células es tal y lleva a cabo funciones de tal en interfase o en estado Go.

- Período de crecimiento continuado durante todas las fases de la Interfase, lo que

supone: Expresión de genes, síntesis de proteínas y aumento de volumen celular, de la masa y, en general, de contenido celular.

- Contraposición Mitosis/Interfase bajo microscopía óptica. La mitosis con todas sus

fases es observable/describible por microscopía óptica. El núcleo interfásico no presenta

procesos/actividades reseñables a través de microscopia óptica.

- Interfase y Mitosis bajo el punto de vista fisiológico y metabólico. La inversa cabe

decir aquí: La actividad bioquímica/fisiológica -expresión de genes, síntesis de proteínas y,

genéricamente, crecimiento, durante interfase. Durante Mitosis/Citoquinesis la célula parece

ocupada en segregar/repartir dos dotaciones cromosómicas y el contenido del citoplasma en dos células hijas.

- Expresión de genes y síntesis de proteínas de forma continua y discreta a lo largo del ciclo

celular

- Duración, muy variable según tipos celulares, considerablemente mayor que Mitosis.

FASE S

 Fase o período discreto de la Interfase durante la cual se replica el DNA

. A través de cientos o miles de orígenes de replicación se replican las moléculas de

DNA, se forman nuevos nucleosomas: Replicación de cromosomas

. La replicación de los cromosomas implica que se requieren nucleosomas adicionales

a los presentes en el punto de partida. Nuevos nucleosomas, dado que tendremos dos moléculas

de DNA idénticas por cada cromosoma. Durante la fase S, y solamente en esta fase, se expresan los genes que codifican para histonas y se sintetizan estas proteínas necesarias para formar los nuevos nucleosomas.

. Detectable por incorporación de 3H-Timidina mediante autorradiografía o por

inmunodetección con anticuerpos contra BrdU marcados con fluoresceína. (Incorporación. Quepasa a formar parte de macromoléculas o subestructuras celulares como cromosomas en este caso )

. No sólo período de replicación de cromosomas. También se da en esta fase la replicación de los centrosomas. Y, por supuesto es también fase, como toda la interfase, de crecimiento continuado.

. Delimita G1y G2

FASE G1

Tiempo (“gap”) entre el fin de una Mitosis y el inicio de la fase S

- Fase más larga y variable del ciclo celular. Crecimiento continuado

- Duración en función de disponibilidad de nutrientes y presencia de señales extracelulares

- En condiciones no favorables se alarga G1 o se sale a Go

- Si son favorables y en presencia de las señales oportunas: Paso de un punto de control clave. Punto de Restricción o “Start”: La célula queda comprometida a entrar en S y completar el ciclo de división.

FASE G2

 Fase desde el final de S hasta el inicio de la Mitosis

- Al igual que S y G2: Crecimiento continuado

- Preparación para la entrada en Mitosis.

- Período de garantía de que el DNA está completamente replicado y no presenta daños. De lo contrario, retraso en G2. Si se cumplen estas condiciones las células entran en M y reparten el genoma replicado y el contenido citoplásmico en dos células hijas.

- Mientras que las duraciones de S y M son relativamente fijas para cada tipo celular, G1 y G2 son de duración muy variable dependiendo de las condiciones fisiológicas y de la presencia de señales extracelulares en el medio. En los embriones tempranos los ciclos de división celular son muy rápidos y G1 y G2 quedan reducidos al máximo, como si cada ciclo celular constase sólo de S y M.

MITOSIS

- Período de corta duración. Como dijimos anteriormente la mitosis es muy vistosa a micicroscopía óptica porque se visualizan los cromosomas, se ven moverse ambas dotaciones cromosómicas, aparecen dos núcleos y se divide la célula en dos. Durante la Mitosis la célula:

. Segrega las dos dotaciones cromosómicas a dos núcleos: MITOSIS propiamente tal

. y reparte el contenido celular en dos células hijas: CITOQUINESIS

- Fases monitorizables por microscopía óptica: Profase, prometafase,

metafase, anafase, telofase y citoquinesis.

FASE/ESTADO Go

- Salida del ciclo celular a un estado no proliferativo de forma temporal o definitiva

- Fuera de ciclo no sinónimo de inactivo. No durmiente

- Muchos tipos celulares tras diferenciación terminal pierden capacidad proliferativa y entran en este estado.

- La salida del ciclo a Go se hace desde G1. La entrada en el ciclo desde Go se hace a través de G1

En relación al estado proliferativo en tejidos de mamíferos adultos se dan las situaciones siguientes: Células con capacidad de dividirse o proliferar activamente como células germinales y células madre, en general. Células que, como hepatocitos y linfocitos, usualmente no proliferan pero que pueden hacerlo si reciben los estímulos o señales oportunos. Otras, en el extremo opuesto, como neuronas y fibras de músculo esquelético, con un alto grado de diferenciación/especialización tanto estructural como funcional que han perdido la capacidad de proliferar.

Las células que no proliferan pasan al estado Go, de quiescencia o de reposo proliferativo.

Es, sin embargo, un estado bioquímica o fisiológicamente activo. Algunas, ante las señales

adecuadas podrán entrar en el ciclo celular a través de G1. Otras, sin embargo, como neuronas y otras, permanecerán en este estado de forma definitiva.

Fases del ciclo celular