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  • BIOLOGA MENCIN BM-11

    R E P R O D U C C I N C E L U L A R I

    Surco de segmentacin Cromosoma

    Temprana Tarda

    ANAFASE

  • 2

    Sabas que...?

    Las clulas diferenciadas de algunos tejidos, por ejemplo, las neuronas del sistema

    nervioso, no pueden experimentar divisin celular in vivo (poblaciones celulares estticas

    o terminalmente diferenciadas); en el otro extremo se sitan las poblaciones celulares

    regenerantes, como las clulas del epitelio intestinal o de la epidermis, que sufren

    continuos ciclos de divisin celular durante toda la vida del organismo. En medio, hay

    otras clulas, por ejemplo, los hepatocitos (clulas del hgado), que no suelen

    experimentar divisin celular, pero que mantienen la capacidad de llevarla a cabo cuando

    surge la necesidad (poblaciones celulares estables o proliferantes facultativas).

    INTRODUCCIN

    "Omnis cellula e cellula": Todas las clulas provienen de otras clulas pre-existentes. As Rudolf

    Virchow completaba, en 1858, la teora celular. Posteriormente, en 1860, Pasteur ampla el

    aforismo sealando: Omne vivum e vivo" (todo lo vivo proviene de lo vivo) y refuta definitivamente la idea de la generacin espontnea. Al respecto, hoy sabemos que todos los

    organismos vivos utilizan la divisin celular, como mecanismo de reproduccin, mecanismo de

    desarrollo, formacin de rganos, reparacin de tejidos y crecimiento del individuo.

    Los organismos unicelulares utilizan la divisin celular para la

    reproduccin y perpetuacin de la especie, una clula se divide en dos

    clulas hijas genticamente idnticas entre s e iguales a la original

    (progenitora), manteniendo el nmero cromosmico y la identidad

    gentica de la especie. En cambio, en los organismos pluricelulares la

    divisin celular se convierte en un proceso cclico destinado a la

    produccin de mltiples clulas, todas idnticas entre s, pero que

    posteriormente pueden derivar en una especializacin y diferenciacin

    dentro del individuo. Lo anterior permite la formacin de distintos

    tejidos, rganos y sistemas. Es as como en los seres humanos podemos

    encontrar unas 1014 clulas, todas originadas por divisiones sucesivas

    de una clula progenitora, el cigoto, todas genticamente iguales, pero

    diferentes en morfologa y funcin. Cmo podras explicar esta

    aparente contradiccin, clulas idnticas genticamente y diferentes en

    forma y funcin?

    El axioma de Rudolf Virchow, lleva implcito el concepto de divisin celular. Esto significa que, una

    vez terminado su desarrollo, toda clula tiene dos posibilidades: dividirse hasta alcanzar un cierto

    tamao o, por el contrario, diferenciarse o morir si ha perdido la capacidad de divisin. En el primer

    caso se habla de ciclo celular para describir el proceso que se inicia al trmino de una divisin

    celular y acaba con el final de la siguiente divisin, en la que se habrn formado dos nuevas clulas.

    Dicho de otro modo, el ciclo celular es la serie de eventos que transcurren desde que una

    clula se forma por divisin de una preexistente hasta que se divide y da origen a dos

    clulas hijas.

    La caracterstica que mejor distingue a los

    organismos vivos de

    la materia no viva es:

    la capacidad de

    reproducirse

    Esta nica capacidad de procrear, como

    todas las funciones

    biolgicas, tiene una

    base celular

  • 3

    1. DIVISIONES CELULARES

    En los procariontes el proceso de divisin es sencillo y recibe el nombre de fisin binaria o simple

    biparticin. En cambio, en los eucariontes el proceso divisional es mucho ms complejo, debido a

    que en los eucariontes el ADN est organizado en forma de cromatina, la que se compacta antes

    de llevarse a efecto la divisin del material gentico propiamente tal, formando unidades

    denominadas cromosomas. A pesar de las diferencias observadas entre procariontes y

    eucariontes, existen numerosos puntos en comn entre la divisin celular de ambos tipos de

    clulas. Todas las clulas deben pasar por cuatro etapas.

    1. Crecimiento

    2. Duplicacin del ADN.

    3. Separacin del ADN.

    4. Formacin de clulas "hijas" con lo que finaliza la divisin celular.

    Divisin en procariontes

    Los procariotas se reproducen tpicamente por fisin binaria o simple biparticin. Una clula "madre"

    duplica su material gentico y celular, que se reparte equitativamente dando lugar a dos clulas "hijas"

    genticamente idnticas a la original. Se trata de una reproduccin asexual. Luego de numerosas

    multiplicaciones a partir de una clula, se obtiene un clon o colonia de clulas iguales. En este caso, los

    genes se transfieren verticalmente, de generacin en generacin, de la clula madre a las clulas hijas.

    Figura 1. El material gentico se reparte equitativamente entre las clulas hijas de las clulas procariontes, gracias a una estructura membranosa denominada mesosoma que forma parte de la membrana.

    Reproduccin

    asexual

    Las bacterias se multiplican por biparticin o divisin binaria, tras la

    replicacin del ADN, que est dirigida por la ADN polimerasa de los

    mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal

    que separa las dos nuevas bacterias (Simple divisin).

    cromosoma

    Replicacin

    mesosoma

    divisin

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    Divisin en eucariontes

    La divisin celular en eucariontes es un proceso complejo, regulado por numerosos genes. En

    general, cuando una clula eucarionte es estimulada para dividirse, sta debe iniciar una serie de

    procesos secuenciales, que en definitiva culminan con la divisin celular. Dado que esta secuencia

    de procesos siempre debe darse, se habla de un ciclo celular (Figura 2). As, toda vez que una

    clula es estimulada para dividirse repite paso a paso lo experimentado por las clulas que a su

    vez la originaron. Es importante recordar, que las clulas originadas en estas divisiones son

    genticamente idnticas entre s e idnticas con las clulas precursoras (progenitoras). Por esto,

    puede afirmarse que las clulas formadas constituyen clones de las clulas anteriores.

    Figura 2. Ciclo Celular.

    Otra forma de presentar el ciclo, es la siguiente:

    Figura 3. Ciclo celular, esquema tradicional.

    En una clula en proceso de divisin, la fase mittica (M) se alterna con la interfase o perodo de

    crecimiento. La primera parte de la interfase, llamada G1, va seguida de la fase S, cuando los

    cromosomas se duplican; la ltima parte de la interfase se llama G2. En la fase M, la mitosis divide

    el ncleo y distribuye sus cromosomas de manera equilibrada, y la citocinesis divide el citoplasma

    para producir dos clulas hijas. A continuacin se revisan estos procesos en detalle.

    FASE M CITOCINESIS

    INTERFASE

    Mitosis Citocinesis

    Interfase Profase Metafase Anafase Telofase

    Replicacin del ADN

  • 5

    INTERFASE

    La interfase es de gran importancia para el adecuado desarrollo del ciclo celular. No es un

    momento de reposo, pues en ella tiene lugar una gran actividad metablica, caracterizada por

    la sntesis de importantes tipos de macromolculas e incluso la duplicacin de organelos celulares.

    La interfase se puede subdividir para su estudio en tres periodos: G1, S y G2.

    Figura 4. Interfase.

    G1: este periodo sigue a la mitosis anterior y corresponde a la fase de crecimiento celular. No se aprecian los cromosomas, ya que el material gentico se encuentra disperso en el interior

    del ncleo celular en forma de cromatina (ADN asociado a mltiples tipos de protenas de las

    que sobresalen las Histonas). Los genes se transcriben de acuerdo con los requerimientos

    metablicos que presenta la clula en cada momento. En el citoplasma se suceden los

    diferentes procesos metablicos y los organelos celulares se multiplican, mientras la clula

    crece.

    Es en G1, una vez que la clula ha crecido, donde deber decidir si inicia un nuevo camino que la lleve a volver a dividirse o bien, se encamine hacia un estado no proliferativo (llamado

    estado G0). Este ltimo estado se caracteriza por la adquisicin de funciones especficas de

    cada tipo de tejido en el individuo pluricelular (diferenciacin celular). Si la clula es estimulada

    para iniciar un nuevo proceso divisional, la clula inicia las sntesis de sustancias que se

    requerirn en la siguiente fase.

    No hay sntesis de ADN, s puede haber reparacin del DNA daado.

    S: Es el perodo de sntesis de ADN. En l, la doble hlice se abre en diversos puntos (horquillas de replicacin) donde se inicia la sntesis del ADN (replicacin del ADN).

    G2: periodo que antecede a la mitosis. En este periodo el ADN ya est duplicado, es decir, la clula contiene el doble de ADN que una clula en estado G1. Adems, al final de este perodo

    se inicia un lento pero sostenido empaquetamiento que conducir, durante la mitosis, a la

    formacin de los diferentes cromosomas.

    Tambin existe reparacin del DNA daado y comienza la sntesis de protenas necesarias para

    la conformacin de la cromatina que inicia lentamente su enrollamiento y compactacin.

    Centriolos duplicados

    ADN duplicado

    membrana Envoltura nuclear

    Nuclolo

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    Duplicacin cromosmica y distribucin durante la divisin celular.

    La clula eucarionte se prepara para dividirse duplicando cada uno de sus cromosomas, esto ocurre en la interfase, periodo S.

    Luego las copias de cada cromosoma se distribuyen entre las dos clulas hijas durante la divisin celular (M y citoquinesis o citodiresis)

    0.5 m Una clula eucarionte

    tiene mltiples

    cromosomas, uno de

    los cuales est

    representado aqu.

    Antes de la duplicacin,

    cada cromosoma tiene

    una nica molcula de

    DNA.

    Una vez duplicado un

    cromosoma se compone

    de dos cromtidas

    hermanas conectadas

    en el centrmero. Cada

    cromtida contiene una

    copia de la molcula de

    DNA.

    Procesos mecnicos

    separan las

    cromtidas hermanas

    en dos cromosomas y

    los distribuyen en dos

    clulas hijas.

    Centrmeros Cromtidas hermanas

    Cromtidas hermanas

    Separacin

    de cromtidas

    hermanas

    Centrmero

    Duplicacin

    cromosmica

    (incluye sntesis

    de DNA)

  • 7

    FASE M

    Es la ltima etapa de ciclo celular y culmina produciendo a la vez dos sucesos; mitosis y

    citocinesis, en la que los cromosomas y el contenido citoplasmtico (organelos) se distribuyen

    equitativamente entre las clulas hijas. En esta fase no se aprecia actividad metablica, la

    clula est comprometida con la divisin.

    La Mitosis corresponde a la divisin del ncleo, por ello es importante recalcar que una clula

    no se divide por mitosis, sino que en la divisin celular el material gentico primero se reparte

    equitativamente y ese proceso recibe el nombre de mitosis. Recuerda que puede haber mitosis y

    no citodiresis, en cuyo caso no ha existido divisin celular.

    Aunque la mitosis es un proceso continuo se acostumbra a dividirlo para su estudio y

    reconocimiento en cuatro fases distintas llamadas: profase, metafase, anafase y telofase (Figura 5).

    Se puede destacar que aunque el estudio lo haremos en una clula animal, este proceso se

    produce de una manera similar en las clulas de otros tipos de eucariontes, incluidos vegetales.

    Figura 5. Fases de la mitosis.

    Se inicia la

    CITOCINESIS

    PROFASE

    huso aster

    centrmero

    Envoltura

    Nuclear

    desorganizada cinetocoro

    microtbulos

    del huso

    huso

    placa metafsica constriccin

    cromtidas polo

    huso

    envoltura

    nuclear

    en formacin

    cromosoma (dos cromtidas)

    METAFASE ANAFASE TELOFASE

    Temprana Tarda

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    a) Profase

    Es la fase ms larga y en ella suceden una serie de fenmenos tanto en el ncleo como en el

    citoplasma. La envoltura nuclear empieza a fragmentarse y los nuclolos van desapareciendo

    progresivamente (Figura 6).

    Figura 6. Profase.

    Durante la mayor parte de la vida de una clula eucarionte, el ADN se encuentra confinado en el

    ncleo asociado a protenas y ARN, constituyendo cromatina. Sin embargo, cuando las clulas

    estn en divisin, la cromatina se compacta formando estructuras discretas visibles al

    microscopio, los cromosomas. La compactacin de la cromatina es tal que el cromosoma es

    aproximadamente 10.000 veces ms corto que la macromolcula de ADN que contiene.

    Puesto que el ADN se duplic en el periodo S de la interfase, cada cromosoma est formado por

    dos cromtidas, las que se mantienen unidas por el centrmero. Cada cromtida est constituida

    por una fibra de cromatina idntica a la de la otra cromtida. Cada fibra de cromatina porta una

    macromolcula de ADN bicatenario.

    En las clulas animales un par de centriolos (ubicados en el centrosoma) se han duplicado en

    interfase (fase S y G2) y han dado lugar a dos pares de centriolos que constituirn los focos de los

    steres (distribucin radial de microtbulos). Los dos steres que al principio estn juntos se

    separan a polos opuestos de la clula y los haces de microtbulos se alargan y forman un huso

    mittico o huso acromtico bipolar.

    Las clulas vegetales no tienen centriolos y el huso acromtico se forma a partir del centrosoma

    acentriolado. Estos husos sin centrolo se llaman husos anastrales y estn menos centrados en

    los polos. En este punto, es importante hacer notar que en las clulas animales, en las que se han

    destruido los centrolos, la mitosis se lleva a efecto normalmente.

    centrmero con

    cinetocoros unidos

    envoltura nuclear intacta

    citoplasma

    cromosomas en condensacin con dos cromtidas unidas al centrmero

    centrosomas separados

    que formarn los polos

    del huso

    La envoltura nuclear se desorganiza

    centrmero con cinetocoros unidos

    nuclolo en dispersin

    membrana plasmtica

    envoltura nuclear intacta

  • 9

    centrosoma

    (polo del huso)

    cinetocoro

    microtbulos astrales microtbulos cinetocricos microtbulos apolares

    0,5

    los microtbulos cinetocricos

    se acortan a medida que la

    cromtida (cromosoma) es

    arrastrada hacia los polos

    microtbulo polar

    alargndose

    microtbulo

    cinetocrico

    acortndose

    microtbulo astral

    Se organiza la

    envoltura nuclear

    Duplicacin

    cromosmica

    (Fase S)

    Centrmero

    Separacin de

    cromtidas

    hermanas

    Cromtidas

    hermanas

    b) Metafase

    El huso mittico ya est perfectamente desarrollado. Los cinetocoros de los cromosomas

    interaccionan por medio de unos microtbulos con los filamentos del huso y los cromosomas son

    alineados en la placa ecuatorial de la clula o placa metafsica. En esta fase los cromosomas

    se encuentran todos en la zona ecuatorial, orientados perpendicularmente a los microtbulos que

    forman el huso acromtico constituyendo la denominada placa ecuatorial (Figura 7).

    Figura 7. Placa ecuatorial.

    c) Anafase

    Los cinetocoros se separan y cada cromtida es arrastrada hacia un polo de la clula. El

    movimiento se produce por un desensamblaje de los microtbulos, fundamentalmente a nivel de

    los cinetocoros. Al desplazarse cada cromtida, sus brazos se retrasan formando estructuras en V

    con los vrtices dirigidos hacia los polos (Figura 8).

    Figura 8. Anafase.

    d) Telofase

    Los cromosomas son revestidos por fragmentos del retculo endoplasmtico que terminarn

    soldndose para constituir la envoltura nuclear. Poco a poco los cromosomas van desenrollndose y se desfiguran adquiriendo el ncleo un aspecto cada vez ms interfsico, los

    nuclolos comienzan a reaparecer. Los microtbulos del huso se agrupan en haces por la aparicin

    en la regin media de cilindros de una sustancia densa y pierden sus conexiones con los polos.

    Finalmente los cilindros se fusionan en un solo haz y la clula se divide en dos.

  • 10

    CITOCINESIS

    La divisin del citoplasma se inicia ya al final de anafase y contina a lo largo de la telofase. Se

    produce de manera distinta en las clulas animales y en las vegetales. En las clulas animales

    tiene lugar por simple estrangulacin de la clula a nivel del ecuador del huso. La estrangulacin

    se lleva a cabo gracias a protenas ligadas a la membrana que formarn un anillo contrctil (Figura 9).

    En las clulas vegetales aparece un sistema de fibras formado por microtbulos en forma de

    barril: el fragmoplasto. En su plano ecuatorial se depositan pequeas vesculas que provienen de

    los dictiosomas del aparato de Golgi. Estas vesculas contienen sustancias pcticas que formarn

    la lmina media. Todo ello crece de dentro a fuera. La divisin no es completa entre ambas

    clulas hijas, mantenindose algunos poros de comunicacin: los plasmodemos. Posteriormente

    se depositan el resto de las capas que forman la pared celular. Es ms, cada clula hija depositar

    a su alrededor una nueva pared celular. Las paredes celulares de las clulas vegetales se estiran y

    se rompen permitiendo a las clulas hijas crecer (Figura 10).

    Figura 10. Citocinesis de clula vegetal.

    G1

    G2

    Figura 9. Citocinesis de clula animal.

    par de centriolos que

    identifican la localizacin

    del centrosoma

    anillo contrctil que genera

    el surco de segmentacin

    envoltura nuclear completa

    que rodea los cromosomas

    en descondensacin

    reparacin del nuclolo

    cuerpo medio: regin de

    soplamiento de microtbulos

    restos comprimidos de los

    microtbulos polares del huso

    nueva formacin del

    conjunto de microtbulos

    interfsicos nucleados

    por el centrosoma

  • 11

    2. CROMOSOMAS Y ADN DURANTE EL CICLO CELULAR

    El nmero de cromosomas por clula es igual al nmero de centrmeros y el nmero de

    molculas de ADN equivale al nmero de cromtidas.

    Figura 12. Comparacin del nmero de cromosomas y de molculas de ADN durante el curso del ciclo celular.

    Figura 11. Estructura de un cromosoma eucarionte.

  • 12

    3. PLOIDA

    Si se preguntara, cuntos cromosomas podemos observar en una clula humana de mujer en

    metafase?, la respuesta sera 46, lo cual no sera sorpresa. Pero, si la pregunta fuera, en trminos

    coloquiales, cuntos cromosomas diferentes podemos encontrar en aquella clula?, la respuesta

    sera otra, en este caso diramos 23. Por qu dos respuestas distintas? Para entender esto,

    tendremos que tener en cuenta que una clula humana lleva duplicada su informacin gentica,

    diramos que sus cromosomas estn literalmente repetidos. Portamos para cada tipo de

    cromosomas dos unidades, una materna y otra paterna (cromosomas homlogos).

    En general los dos cromosomas de un par homlogo se parecen en su estructura y tamao y cada

    uno contiene informacin gentica para el mismo conjunto de caractersticas hereditarias. Por

    ejemplo si un gen de un cromosoma particular codifica una caracterstica como el color del cabello

    otro gen denominado alelo en la misma posicin (locus), en su cromosoma homlogo tambin

    codifica el color del cabello, sin embargo no es necesario que los alelos sean idnticos: uno puede

    determinar el cabello negro y el otro alelo el cabello rubio (Figura 13).

    Como se observa si una clula posee doble informacin gentica es diploide (2n) pero no todas

    las clulas eucariontes son diploides: las clulas reproductoras como los vulos y los

    espermatozoides poseen un solo conjunto de cromosomas clulas denominadas haploides (n).

    Las clulas haploides poseen una sola copia de cada gen.

    Figura 13. Un organismo diploide posee dos alelos ubicados en un par de cromosomas homlogos.

  • 13

    CARIOTIPOS

    Para estudiar la constitucin cromosmica de un individuo, y, por extensin, la de

    la especie a la cual pertenece, los cromosomas son fotografiados a partir de clulas

    detenidas en metafase, la fase ms adecuada para la observacin de los

    cromosomas. Para ello se rompe la clula, por ejemplo: mediante choque osmtico,

    los cromosomas se tien, se aplastan para que se extiendan y a continuacin se

    fotografan, se ordenan de mayor a menor tamao en parejas de homlogos. Luego

    se usa un segundo criterio que corresponde a la ubicacin del centrmero y

    finalmente los pares homlogos se enumeran, en este ejemplo, del 1 al 22 los

    pares de cromosomas autosmicos y sin numerar el par sexual. Este ordenamiento

    se denomina cariotipo.

  • 14

    En rigor, la cantidad de ADN de una clula se expresa en masa (picogramos, pg).

    4. VARIACIN DE LA CANTIDAD DE ADN (c) DURANTE UN CICLO

    CELULAR.

    Anteriormente se hizo hincapi que una misma clula puede mantener la cantidad de cromosomas

    (mantener la ploida) y sin embargo, ver modificado su contenido de ADN (Figura 14).

    Figura 14. Cantidad de ADN durante el ciclo celular.

    Las clulas que se encuentran en G1 o que se encuentran en reposo proliferativo (G0), formaran,

    si fuesen inducidos, cromosomas simples. En consecuencia, por cada cromosoma habra una

    macromolcula de ADN. En la especie humana, por ejemplo, 46 cromosomas y 46

    macromolculas de ADN. Diramos que por cada n habra un nmero idntico de ADN, que llamaremos c. Luego como la clula humana es diploide es 2n y tendra, 2c en cantidad de ADN. Sin embargo, esto puede cambiar, dado que durante la fase S se duplica la cantidad de ADN

    y no se altera la cantidad de cromosomas. As, en G2 se induciran cromosomas de aspecto similar

    a los formados en Profase, cromosomas dobles; es decir, en G2 por cada n habr 2c, por consiguiente diramos que estamos en presencia de una clula 2n y 4c.

  • 15

    5. CONTROL DE LA DIVISIN CELULAR

    Durante el proceso de divisin celular la clula pasa por al menos tres puntos de control

    (checkpoints). Estos puntos son responsables de verificar la integridad del material gentico,

    reparando daos producidos durante la sntesis de ADN o durante la mitosis (figura 15), ellos son:

    Punto de control G1, en este punto el sistema de control de la clula pondr en marcha el

    proceso que inicia la fase S. El sistema evaluar la integridad del ADN (que no est daado), la

    presencia de nutrientes en el entorno y el tamao celular. Aqu es donde generalmente actan las

    seales que detienen el ciclo (arresto celular).

    Punto de control G2, en l se pone en marcha el proceso que inicia la fase M. En este punto, el

    sistema de control verificar que la duplicacin del ADN se haya completado (que no est

    daado), si es favorable el entorno y si la clula es lo suficientemente grande para dividirse.

    Punto de control de la Metafase o del Huso, verifica si los cromosomas estn alineados

    apropiadamente en el plano metafsico antes de entrar en anafase. Este punto protege contra

    prdidas o ganancias de cromosomas.

    Figura 15. Puntos de Control e Ingreso de la informacin reguladora al Sistema de Control del Ciclo Celular.

    Entrada en M Salida de M

    Punto de control G2

    Est todo el ADN replicado? maquinaria de la replicacin del ADN

    Es favorable el entorno? entorno

    Es la clula bastante grande? crecimiento celular

    Punto de control de la

    Metafase

    Estn todos los cromosomas

    alineados en el huso?

    maquinaria de la mitosis

    Punto de control G1

    Es la clula bastante grande?

    crecimiento celular

    Es favorable el entorno?

    Inicio

  • 16

    ACTIVIDAD 1

    Ejercicios

    1. El esquema presenta los cambios experimentados por el ADN en el ciclo celular:

    Al respecto, conteste en relacin con el ADN en las casillas numeradas: (conteste brevemente en

    la lnea de puntos).

    En la casilla 5 hay ms ADN o ms cromosomas que en la casilla 3?

    .

    Cul es la diferencia del ADN de la casilla 3 comparado con el ADN de la casilla 4?

    .

    Es correcto, plantear que en la casilla 5 y 4 hay la misma cantidad de molculas de ADN?

    .

    Es correcto asegurar que si se tratase de una clula humana en la casilla 5 habran 92

    cromosomas simples?

    .

    En la casilla 6 se forman dos ncleos, si se tratase de una clula humana, cuntos

    cromosomas habra en cada ncleo?

    .

    Seale las fases de la mitosis que representan las casillas numeradas con:

    3... 4... 5...... 6......

  • 17

    Problemas:

    1. Si clulas en reposo proliferativo (G0) son inducidas a entrar en divisin y al mismo tiempo

    son incubadas en presencia del nucletido de Timina marcado radiactivamente. Si la

    clula contina con la mitosis, la distribucin de la marca en los cromosomas durante la

    metafase ser cmo lo muestra el cromosoma A o el cromosoma B?

    Respuesta: Es el cromosoma. porque.....

    .

    2. El frmaco citoclastina B bloquea la funcin de la actina.

    a) Qu aspecto del ciclo celular de la clula animal sera el ms afectado por este

    frmaco?

    b) Por qu no se afecta el ciclo celular de la clula vegetal?

    Protena p53, el guardin del genoma

    Como hemos mencionado en los prrafos precedentes, tanto en el punto de control G1 como G2

    se verifica la integridad del ADN. Ante la presencia de ADN daado se genera una seal que

    retrasa la entrada en fase M. El mecanismo depende de una protena llamada p53, que se

    acumula en la clula en respuesta a las alteraciones de ADN, deteniendo el sistema de control

    en G1 y por lo tanto impidiendo la posterior entrada en mitosis. El gen p53 es uno de los genes

    supresores de tumores ms conocidos, que no solo detiene el ciclo (arresto celular), sino

    tambin participa en la apoptosis (muerte celular programada) forzando a las clulas al

    suicidio cuando el dao en el ADN es irreparable.

    Las clulas que presentan los dos alelos del gen p53 mutados (recuerda que somos

    diploides), tendrn protena p53 no activa y por lo tanto continuarn dividindose a pesar del

    dao en su genoma, por lo tanto desarrollarn cncer. Las mutaciones del gen p53 presenta

    una alta incidencia en la mayora de los cnceres humanos (aproximadamente un 50% de los

    cnceres humanos muestran alteraciones en el gen p53).

    A) B)

  • 18

    6. CNCER

    El cncer no es una enfermedad, sino ms bien muchas enfermedades, de hecho, hay 100 tipos

    diferentes de cncer. Estos diferentes tipos de cncer se desarrollan a partir de clulas normales,

    proceso que se denomina transformacin. El primer paso de ste es la iniciacin en donde un

    cambio en el material gentico de la clula la prepara para ser transformada en cancerosa. Este

    cambio es causado por un agente carcingeno el que puede ser un producto qumico, un virus,

    radiacin o luz solar, etc., pero no todas las clulas son igualmente sensibles a los agentes

    carcingenos. Una alteracin provocada por un agente a nivel gentico en la clula, conocido

    como promotor, pueden aumentar la posibilidad de que las clulas se conviertan en cancerosas. El

    siguiente paso es la promocin, donde una clula que ha iniciado su cambio se transforma en

    cancerosa. La promocin no tiene efecto sobre las clulas que no han sido sometidas al proceso

    de iniciacin. Por lo tanto, son necesarios varios factores, a veces la combinacin de una clula

    sensible y un agente cancergeno para causar el cncer.

    Las clulas tumorales presentan un set especfico de caractersticas que las distinguen de las

    clulas normales. Estas caractersticas le permiten a cada clula individual formar una masa de

    tumor y eventualmente invadir a otras partes del cuerpo.

    Las clulas tumorales experimentan cambios morfolgicos y estructurales.

    Generalmente son ms redondeadas que las normales, porque se han alterado las molculas

    de adhesin celular que posibilitan las uniones intercelulares. La reducida adhesividad

    intercelular y las alteraciones en el citoesqueleto contribuyen a sus cambios morfolgicos.

    Las clulas cancerosas tienen un ndice mittico elevado, es decir se dividen con mayor

    rapidez que las normales. Estas se multiplican en ausencia de factores estimulantes del

    crecimiento, requeridos por las clulas normales para su proliferacin. Sin embargo, las clulas

    cancerosas sintetizan sus propios factores de crecimiento que actan en forma autocrina y

    paracrina, estimulando las clulas tumorales circundantes. Por lo tanto se ha producido en

    ellas una alteracin del ciclo celular, con modificacin de los reguladores naturales de la

    mitosis. Esto se evidencia en cultivos in vitro de clulas tumorales, las cules han perdido la

    inhibicin por contacto.

    Existe una relacin ncleo citoplasmtica elevada, con nuclolos prominentes.

    Las clulas tumorales malignas pueden desprenderse del tumor primario, pasar a la circulacin

    y formar tumores secundarios en otros rganos, fenmeno denominado metstasis.

    Las clulas cancerosas son angiognicas, es decir que generan factores que inducen la

    formacin de nuevos vasos sanguneos a fin de suministrarle los recursos materiales y

    energticos para su desarrollo y metstasis secundarias.

    No todos los tumores son cancerosos. Los tumores pueden ser benignos o malignos. Los tumores

    benignos no son cancerosos. Generalmente se pueden extraer (extirpar). En la mayora de los

    casos, estos tumores no vuelven a crecer. Las clulas de los tumores benignos no se diseminan o

    riegan a otros tejidos o partes del cuerpo. En cambio los tumores malignos son cancerosos. Las

    clulas en estos tumores pueden invadir el tejido a su alrededor y diseminarse (regarse) a otros

    rganos del cuerpo (metstasis) (Figura 16 y 17).

  • 19

    Figura 16. Cncer de mamas: desde la formacin del tumor hasta la propagacin (metstasis).

    Bases Genticas del Cncer

    El cncer puede aparecer al provocarse daos en el material gentico o mutaciones en un grupo

    de genes que regulan la normal reproduccin celular. Cuando se producen mutaciones en los

    protooncogenes, se transforman en oncogenes. Adems estn los genes supresores o

    inhibidores de tumores llamados antioncogenes, los que se inactivan. Tambin se altera el

    funcionamiento de una serie de genes que regulan la migracin celular y por lo tanto, se

    promueven la invasin a los tejidos.

    RESUMEN DE LAS BASES GENTICAS DEL CNCER Protooncogenes

    Promueve el crecimiento y divisin celular Mutaciones Oncogenes

    Antioncogenes Inhiben la formacin de tumores

    Mutaciones Se inactivan

    Genes

    Reguladores de la

    migracin celular

    Mutaciones

    Promueven

    Metstasis

    Figura 17. Apoptosis, tumores cancerosos y metstasis.

  • 20

    Causas del Cncer

    Estn los factores hereditarios y los ambientales. Menos del 20% de los cnceres son de causa

    hereditaria y casi un 80% de esta patologa son de causa ambiental (virus, radiaciones,

    alimentaria, etc.). A continuacin se presenta una tabla que resume los factores causantes del

    cncer.

    Factores Caractersticas

    Hereditarios

    En algunos, la fragilidad intrnseca cromosmica conlleva un riesgo

    elevado de cncer. Algunas formas de cncer son de mayor frecuencia

    familiar; como por ejemplo el cncer de mama. El cncer de colon es

    ms frecuente en las familias con tendencia a presentar plipos de

    colon.

    Ambientales

    Virales: Los virus oncognicos pueden insertar sus genes en

    diferentes lugares del genoma animal. Un oncogen viral se inserta en

    conexin con un oncogen celular, influye en su expresin e induce

    cncer.

    Los oncogenes tienen una localizacin dentro del cromosoma prximos

    a los puntos frgiles o puntos de ruptura.

    En el ser humano: el virus de Epstein-Barr se asocia con el linfoma

    de Burkitt y los linfoepiteliomas; el virus de la hepatitis con el

    hepatocarcinoma; y el virus herpes tipo II, virus del herpes

    genital y virus papiloma humano con el carcinoma de crvix.

    Todos estos virus asociados a tumores humanos son del tipo DNA.

    Radiaciones: Las radiaciones ionizantes produce cambios en el

    DNA, como roturas o trasposiciones cromosmicas Acta como

    iniciador de la carcinognesis, induciendo alteraciones que progresan

    hasta convertirse en cncer despus de un periodo de latencia de

    varios aos.

    Productos Qumicos: Algunos actan como iniciadores. Los

    iniciadores producen cambios irreversibles en el DNA.

    Otros son promotores, no producen alteraciones en el DNA, pero s

    un incremento de su sntesis y una estimulacin de la expresin

    de los genes. Su accin solo tiene efecto cuando ha actuado

    previamente un iniciador, y cuando actan de forma repetida. El humo

    del tabaco, por ejemplo, contiene muchos productos qumicos

    iniciadores y promotores. El alcohol es tambin un importante

    promotor. Los carcingenos qumicos producen tambin roturas

    y translocaciones cromosmicas.

    El humo de tabaco, inhalado de forma activa o pasiva; es responsable

    de cerca del 30% de las muertes por cncer.

    Inmunes: Algunas enfermedades o procesos que conducen a una

    situacin de dficit del sistema inmunolgico son la causa del

    desarrollo de algunos cnceres. Esto sucede en el SIDA, enfermedades

    deficitarias del sistema inmunolgico congnitas, o debido a la

    administracin de frmacos inmunodepresores.

    Alimentarios: Dieta con un alto contenido en grasas saturadas y

    pobre en fibra, es decir, en frutas y verduras puede ser responsable

    del 40% de los casos de cncer.

  • 21

    ACTIVIDAD 2

    Conteste:

    1. El cncer presenta la incidencia del cncer en mujeres en relacin con la edad. Al respecto,

    por qu el siguiente grfico es tan empinado y curvado si las mutaciones se producen con

    una frecuencia similar durante toda la vida de las personas?

    ......................................................................

    ..

    2. Defina:

    Metstasis:

    Protena p53:.

    Oncogn:

    Anticongen:

    3. Por qu una persona con cncer, en tratamiento con medicamentos antimitticos, sufre

    como efectos secundarios cada de pelo, anemia y diarreas?

  • 22

    Qu son las clulas madre?

    Podra decirse que las clulas madre son clulas que no tienen un papel asignado en el organismo.

    De la misma forma que un actor espera la llamada de un casting que le asigne un papel, las

    clulas madre esperan una seal que les diga en qu se tienen que convertir, ya que son capaces

    de originar muchos tipos de clulas diferentes. Este proceso es lo que se conoce como

    diferenciacin celular o transformacin. Mientras esa seal llega, las clulas madre aguardan

    pacientemente y se dividen en forma lenta, constante e indefinidamente para originar nuevas

    clulas madre.

    Las clulas madre se han clasificado en clulas madre embrionarias o totipotenciales y

    clulas madre rgano-especficas o pluripotenciales.

    Las clulas madre embrionarias o totipotenciales derivan de la masa celular interna del

    embrin de hasta 16 clulas y son capaces de generar TODOS los diferentes tipos celulares del

    cuerpo.

  • 23

    CLULA MADRE HEMATOPOYTICA

    Proeritroblasto Mieloblasto Linfoblasto Monoblasto Megacarioblasto

    Progranulocito

    Eritroblasto basfilo

    Desintegracin del megacariocito

    Megacariocito

    Plaquetas Monocito

    Linfocito

    Mielocito basfilo

    Mielocito eosinfilo

    Mielocito neutrfilo

    Eritroblasto policromtico

    Reticulocito

    Clula en

    banda basfila

    Clula en

    banda eosinfila

    Clula en

    banda neutrfila

    Eritrocitos Basfilo Eosinfilo Neutrfilo

    Granulocitos Agranulocitos

    Leucocitos

    En cambio las clulas madre rgano-especficas o pluripotenciales derivan, tras muchas

    divisiones celulares, de las clulas madre embrionarias y son capaces de originar las clulas de un

    rgano concreto en el embrin, y tambin, en el adulto. El ejemplo ms claro de clulas madre

    rgano-especficas, es el de las clulas madre hematopoyticas, que son capaces de generar

    todos los tipos celulares de la sangre y del sistema inmune. Pero estas clulas madre existen en

    muchos ms rganos del cuerpo humano, como la piel, tejido graso subcutneo, msculo cardaco

    y esqueltico, cerebro, retina, pncreas, etc. Al da de hoy, se han conseguido cultivar

    (multiplicar) estas clulas tanto in-vitro (en el laboratorio), como in-vivo (en un modelo animal)

    utilizndolas para la reparacin de tejidos daados.

  • 24

    GLOSARIO

    Alelos: Formas alternativas de un gen que codifican para un mismo tipo de carcter (ejemplo

    color de ojos) y ocupan una misma ubicacin dentro de cromosomas homlogos.

    Locus: Localizacin especfica en un cromosoma de un gen determinado (lugar).

    Loci: Plural de locus (lugares).

    Huso mittico: Ensamblaje de microtbulos y protenas asociadas que interviene en los

    movimientos de los cromosomas durante la mitosis.

    Mitosis: divisin nuclear que conduce a la formacin de dos ncleos hijos cada uno con un

    complemento de cromosomas idnticos al del ncleo original.

    Cromosomas homlogos: pares de cromosomas del mismo largo, posicin del centrmero, que

    contiene genes para los mismos caracteres en los loci correspondientes. Un cromosoma homlogo

    es heredado del padre y el otro de la madre.

    Apoptosis: cambios que se producen en una clula cuando sufre la muerte celular programada, y

    que son iniciados por seales que desencadenan la activacin de una cascada de protenas

    suicidas en la clula destinada a morir.

    Telomerasa: enzima que cataliza el alargamiento de los telmeros. La enzima contiene una

    molcula de ARN cuya funcin es actuar como molde para los nuevos segmentos telomricos.

    Telmero: corresponde al ADN repetitivo en tndem de los extremos de la molcula de ADN en

    los cromosomas. (un cromosoma simple de una cromtida posee dos telmeros; un cromosoma

    doble, de dos cromtidas, posee cuatro telmeros). Se le atribuye funcin protectora.

    Oncogen: gen con funcionamiento anmalo implicado en el origen del cncer. Tambin han sido

    encontrados en los virus como parte de su genoma normal.

    Neoplasia: Significa literalmente nueva materia y se refiere a un crecimiento celular anormal, tambin llamados tumores. Las neoplasias suelen dividirse en benignas y malignas, estas ltimas

    se denominan cnceres y son capaces de difundirse migrando a travs de vasos linfticos o

    sanguneos, metstasis.

    Carcinomas: tumores malignos que se desarrollan a partir de los tejidos epiteliales. Ejemplos son

    el melanoma (cncer de las clulas pigmentadas de la piel), adenocarcinoma (cncer glandular).

    Sarcomas: son tumores malignos desarrollados a partir de los tejidos conjuntivos. Ejemplos son

    el linfoma (cncer linftico) osteosarcoma (cncer seo) y fibrosarcoma (cncer del tejido

    conjuntivo fibroso)

  • 25

    Revisin de preguntas oficiales PSU DEMRE con referencia curricular y

    comentario

    1. Con respecto a la cantidad de ADN que presentan las clulas somticas durante el ciclo

    celular, es correcto afirmar que

    I) en G1 y G2 la clula posee la misma cantidad de ADN.

    II) en G2 la cantidad de ADN es 4c.

    III) existe la misma cantidad de ADN en la profase y anafase de la mitosis.

    A) Solo I.

    B) Solo II.

    C) Solo III.

    D) Solo II y III.

    E) I, II y III.

    FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR

    Mdulo Electivo

    rea / Eje Temtico: Organizacin, estructura y actividad celular.

    Nivel: II Medio

    Contenido: Cromosomas como estructuras portadoras de los genes: su comportamiento en la

    mitosis y meiosis.

    Habilidad: Comprensin.

    Clave: D.

    Dificultad: Alta.

    COMENTARIO:

    Esta pregunta requiere que el postulante conozca las caractersticas de las distintas etapas del

    ciclo celular (interfase y mitosis), y las variaciones en la cantidad de ADN en las diferentes etapas

    del ciclo. Los contenidos corresponden a segundo ao de Enseanza Media.

    El ciclo celular involucra fases consecutivas caracterizadas por cambios celulares a

    nivel gentico y estructural. Estas son: interfase, mitosis y citocinesis.

    La secuencia de estas etapas para una clula con una dotacin inicial de 2n cromosomas

    (dos juegos de cromosomas o diploide) y una cantidad de ADN de 2c (cada miembro del par

    homlogo presenta una sola copia de la molcula de ADN) se representa en la siguiente figura:

  • 26

    La interfase, mitosis y citocinesis presentan una distribucin temporal dismil, caracterizada por

    los eventos que ocurren en cada una de ellas. Durante la interfase, etapa de mayor duracin

    dentro del ciclo, ocurren cambios que le permiten a la clula preparar el material gentico y las

    estructuras utilizadas para iniciar y concluir adecuadamente la divisin celular. Como resultado

    final del proceso de divisin, se obtienen dos clulas con las mismas caractersticas que la clula

    que les dio origen. La interfase comprende las etapas G1, G0 (en casos especficos), S y G2.

    Durante la etapa G1, solo las estructuras citoplasmticas aumentan en nmero, y se

    mantiene constante la dotacin inicial de

    2n cromosomas y 2c cantidad de ADN. En la fase S, ocurre la duplicacin del material gentico,

    pero se mantiene constante el nmero de cromosomas. Por lo tanto, la dotacin de la clula,

    concluida la etapa S y ya en G2, es de 2n y 4c.

    Adems de ocurrir la duplicacin del ADN durante la etapa S, tambin hay sntesis de histonas

    (protenas sobre las cuales se compacta el ADN), entre otras protenas. Durante la etapa G2 de la

    interfase, comienza la condensacin de los cromosomas y el ensamblado de las estructuras

    requeridas para la mitosis y la citocinesis. De acuerdo con lo anterior, la afirmacin I, en G1 y G2,

    la clula posee la misma cantidad de ADN, es incorrecta, mientras que la afirmacin II, en G2, la

    cantidad de ADN es 4c, es correcta.

    Durante la mitosis, que comprende las etapas profase, metafase, anafase y telofase, la dotacin

    cromosmica (2n) y la cantidad de material gentico (4c) no se modifica. Cuando ocurre

    citocinesis (divisin del citoplasma), los dos ncleos resultantes constituyen cada uno parte de

    una clula independiente, con la misma dotacin 2n y 2c que la clula progenitora. Es por esto

    que la afirmacin III es verdadera, y la clave de la pregunta es la opcin D).

    Esta pregunta fue contestada correctamente por el 23% de los postulantes, lo que clasifica a la

    pregunta como difcil. El porcentaje de omisin, que alcanz el 52%, sugiere que los contenidos

    relacionados con el ciclo celular, y en particular los que guardan relacin con las variaciones en la

    cantidad de ADN y el nmero de cromosomas en la divisin celular, deben ser reforzados.

  • 27

    Puedes complementar los contenidos de esta gua visitando nuestra Web http://www.pedrodevaldivia.cl

    2. El cncer es una enfermedad que se caracteriza porque

    I) las clulas afectadas exhiben una proliferacin descontrolada.

    II) su origen siempre se debe a la exposicin de contaminantes ambientales.

    III) las clulas afectadas tienen alteraciones en genes que controlan directa o

    indirectamente el ciclo celular.

    A) Solo I

    B) Solo III

    C) Solo I y II

    D) Solo I y III

    E) I, II y III

    FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR

    Mdulo Comn

    Contenido: Ciclo celular; cncer.

    Eje temtico: Organizacin, Estructura y Actividad Celular.

    Curso: 2 Ao Medio.

    Clave: D

    Habilidad intelectual medida: Reconocimiento.

    Dificultad: Media; fue contestada correctamente por el 46% de los postulantes. Present una

    omisin del 12%.

    COMENTARIO:

    La repuesta correcta a esta pregunta requiere del postulante un conocimiento general, pero

    acabado, de las causas o factores que provocan la prdida de la regulacin del ciclo celular;

    llevando a las clulas afectadas a una reproduccin acelerada y sin control (cncer). Si bien es

    cierto que casi la mitad de los postulantes excluye a la aseveracin III, por referirse sta a un

    factor NO siempre conducente al desarrollo de la enfermedad, un 24% de postulantes de alto

    rendimiento considera a esta aseveracin como correcta.

    De la misma forma un 6% de postulantes, tambin de buen rendimiento, reconoce slo a la

    aseveracin I como una caracterstica de la enfermedad. Estos resultados sugieren, en conjunto,

    un conocimiento parcial y bsico del tema, a pesar de estar fuertemente relacionado con el ciclo

    celular y del gran impacto social de esta patologa.

    DMCA-BM11


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