El Ciclo Celular: Procesos y Fases

El ciclo celular es el conjunto de procesos altamente ordenados y regulados que debe llevar a cabo la célula para dar dos células hijas genéticamente iguales.

Mitosis

La mitosis supone la separación de los cromosomas hijos y termina con la división celular (citocinesis). Comprende la Fase M del ciclo.

Interfase

La interfase supone aproximadamente el 95% del ciclo. Es el intervalo entre dos mitosis, donde las células duplican su tamaño y su contenido de ADN. Comprende las fases G1, S y G2.

Fases del Ciclo Celular:

• Fase M: Mitosis, generalmente seguida de citocinesis.
• Fase G0: O de reposo. La célula cesa por completo su división o se divide ocasionalmente.
• Fase G1: La célula es metabólicamente activa, crece pero no replica ADN.
• Fase S: Síntesis, replica ADN.
• Fase G2: La célula sigue creciendo y se sintetizan proteínas para la mitosis (o fase M).

Contenido de ADN en cada fase:

• G1: Son diploides (2n, tienen dos copias cada cromosoma).
• S: Duplican el contenido de ADN mediante la replicación.
• G2: Mantienen un contenido de ADN de 4n, pero tras la citocinesis, las dos células hijas tendrán un contenido de ADN de 2n.

Duración de las fases:

• G1: Dura 11 horas.
• S: Dura 8 horas.
• G2: Dura 4 horas.
• M: Dura 1 hora.

Puntos de Control del Ciclo Celular

A través de señales extracelulares, la proliferación de la mayoría de las células animales se regula en la fase G1 tardía del ciclo celular, en un punto denominado punto de restricción. Solo cuando los factores de crecimiento adecuados para el tipo celular están disponibles, la célula pasa el punto de restricción y progresa en el ciclo. Si no hay suficientes factores de crecimiento, la célula pasa a G0, en el que sigue siendo metabólicamente activa pero no crece.

Puntos de control que garantizan que el ciclo celular suceda en el orden adecuado:

• Punto de control de DNA dañado en G2: Garantiza la replicación completa del ADN y que no existan daños en su secuencia.
• Punto de control en G1: No se supera hasta que se compruebe que no se va a replicar un ADN dañado.
• Punto de control en S: Favorece la reparación de errores producidos durante la replicación del ADN.
• Punto de control al final de M: Supervisa que los cromosomas se alineen de manera correcta en el huso mitótico.

Mecanismos moleculares reguladores de la progresión del ciclo celular:

El paso entre las diferentes fases del ciclo celular se controla mediante la asociación específica de ciclinas (cyc) y quinasas dependientes de ciclinas (Cdk):

• La superación del punto de restricción requiere asociación entre Cdk4, Cdk6 y ciclina D.
• El complejo Cdk2/ciclina E es necesario para pasar a la fase S.
• El complejo Cdk2/ciclina A es necesario para transitar por la fase S.
• Cdk1/ciclina A regula el paso por G2.
• Cdk1/ciclina B regula la transición de G2 a M.

Necrosis y Apoptosis

Necrosis: Se produce porque en un momento la célula sufre un daño celular extremo que lleva a la muerte celular. Tiene su origen en un desequilibrio osmótico. Entran masivamente iones (Ca2+), agua. El volumen celular aumenta (tumefacción). Varían las concentraciones iónicas intracelulares. Se alteran algunas rutas metabólicas. Aumento del Ca2+ intracelular provoca inhibición de la síntesis de ATP y aumenta la síntesis de enzimas proteolíticas. Los orgánulos celulares degeneran: la cromatina se agrega, el RE y las mitocondrias se dilatan (entra agua), los ribosomas se desorganizan y los lisosomas se lisan. Finalmente, los orgánulos estallan, la envuelta nuclear y la membrana plasmática se fragmentan y se vierte al exterior el contenido celular. Se desencadena una respuesta inflamatoria y las células fagocíticas ingieren y degradan los restos celulares.

Apoptosis (muerte celular programada o suicidio inducido):

Cambios morfológicos:

1. Estadío I: La célula cambia su forma habitual. Pierde el contacto con las células que la rodean. Disminuye su volumen al perder agua. La cromatina se condensa y fragmenta. Los orgánulos y la envuelta nuclear permanecen intactas.
2. Estadío II: La célula se fragmenta (cuerpos apoptóticos). Cada fragmento con material nuclear y citoplasmático está rodeado de membrana plasmática (no se vierten restos celulares al exterior, no se desencadenan reacciones inflamatorias). Las proteínas se empaquetan y se hacen resistentes a la proteólisis.
3. Estadío III: Fagocitosis. Los macrófagos y las células circundantes fagocitan los cuerpos apoptóticos y los degradan en los lisosomas.

Mitosis

La mitosis es el período del ciclo celular que sucede a la fase G2 y supone la formación de dos células hijas idénticas. La división del material nuclear se conoce como cariocinesis, tras la cual tiene lugar la citocinesis o división del citoplasma. Ocurre cada vez que una célula somática (no germinal) se divide en el curso del crecimiento normal, tras lesión del tejido o en procesos de diferenciación. Fases de la mitosis: profase, prometafase, metafase, anafase y telofase.

Profase

La cromatina se condensa, hasta identificar los cromosomas. Cada cromosoma se había duplicado en la fase S, formando dos cromátidas hermanas unidas entre sí. Cada cromátida posee un centrómero con un cinetocoro. El nucléolo desaparece progresivamente. Se eliminan los microtúbulos citoplasmáticos y se forma el huso mitótico, compuesto por microtúbulos y proteínas asociadas. Posee dos polos correspondientes a los centrosomas, cada uno con dos centriolos. El desarrollo del huso es por fuera del núcleo.

Prometafase

Desintegración de la envoltura nuclear (se mantiene como vesículas individuales exteriores al huso mitótico). Los microtúbulos se fijan a los cinetocoros (microtúbulos cinetocóricos). Los microtúbulos polares se disponen en la periferia del huso y no establecen contacto con los cromosomas. Los microtúbulos astrales salen del centrosoma pero no forman el huso.

Metafase

Fase más larga de la mitosis (50%). Los cromosomas se disponen en el plano central de la célula. Los dos cinetocoros de ambas cromátidas hermanas se sitúan enfrentados, cada uno conectado con los dos polos opuestos del huso.

Anafase

Se activa el complejo promotor de la anafase (APC). Inactiva la ciclina B y la Cdk1, y activa una enzima proteolítica, la separasa, que separa las cromátidas migrando hacia cada uno de los polos donde estaba dirigido el cinetocoro. Cada cromosoma (cromátidas separadas) se mueve hacia su polo.

Telofase

Los cromosomas se sitúan en cada uno de los polos del huso. Los microtúbulos cinetocóricos se degradan. Los microtúbulos polares continúan alargándose. Se forma la envoltura nuclear. La cromatina condensada se descondensa. Vuelve a aparecer un nucléolo.

Meiosis: Es la división de una célula parental diploide en una haploide. Ahora cada célula tiene un único miembro del par de cromosomas homólogos presentes en el progenitor, lo que promueve la variedad genética a través de la reorganización de los genes e introduce variabilidad genética.

Núcleo Interfásico

El núcleo interfásico es el orgánulo celular de mayor tamaño, rodeado por dos membranas concéntricas que forman la envoltura nuclear y que contiene la información genética de las células. Es el sitio de replicación del ADN (copia) y de síntesis de ARN (transcripción).

Número: En la mayoría de las células eucariotas solo hay un núcleo. Puede haber dos, por ejemplo, en algunas células del hígado, la glándula suprarrenal, etc. Otras células (las menos) son multinucleadas, como las células de músculo esquelético y los osteoclastos. Pueden haber perdido el núcleo, como los eritrocitos.

El tamaño guarda relación con el citoplasma celular. Cuando el tamaño aumenta sin que lo haga el citoplasma, la célula entra en división. La forma del núcleo se adapta a la de la célula en la que se encuentra (redondo en células embrionarias, fusiforme en fibroblastos y músculo, aplanado en epitelios planos, etc.). Suele estar centrado, variando en función de la polaridad celular. Así, en las células del músculo estriado se sitúan en la periferia; en células secretoras se sitúa en el tercio inferior.