REPRODUCCION CELULAR EN ORGANISMOS EUCARIOTAS Ciclo celular y mitosis

REPRODUCCION CELULAR EN ORGANISMOS EUCARIOTAS
Ciclo celular y mitosis
Las células eucariotas son portadoras de un número variable de cromosomas. Este número es una
característica de la especie (Constante cromosómica). En el hombre, cada célula somática contiene 46
cromosomas. Como sabemos, nuestro organismo formada por miles de millones de células, proviene de una
única célula producto de la fecundación: la cigota.
La reproducción incesante de la cigota es responsable de la formación del embrión. Asimismo la
reproducción de cada una de esas células hijas de esa cigota, es responsable del crecimiento, renovación y
reparación de los tejidos durante toda nuestra vida.
En las sucesivas divisiones celulares, en principio, se mantiene constante el número de cromosomas. En
muchos organismos de reproducción sexual, sólo hay una excepción a esta regla: cuando se forman las
gametas.
Se denomina MITOSIS al proceso de división celular durante el cual se mantiene constante el número de
cromosomas en las dos células hijas resultantes.
Para comprender mejor el significado de la mitosis en los eucariotas, veremos en primer lugar, el ciclo vital
de una célula, también llamado CICLO CELULAR.
CICLO CELULAR
El ciclo celular de una célula eucariota comprende básicamente dos etapas. Una se denomina interfase y
corresponde al período durante el cual la célula no se divide. La segunda es la mitosis y corresponde a la
división celular.
En los estudios sobre ciclo celular
con microscopio óptico, se llamó
“interfase” al período que se observa
entre
dos
divisiones
celulares
sucesivas. En comparación con la
actividad desarrollada durante la
división, la interfase parecía un
período de relativo “descanso” celular.
Actualmente sabemos que la
interfase es el período de máxima
actividad metabólica de la célula:
todos los procesos que podríamos
llamar de rutina celular, es decir,
degradaciones, síntesis, transportes,
movimientos tienen lugar durante la
interfase. Durante la división, salvo
algunas actividades fundamentales, la
célula se dedica exclusivamente a los
procesos vinculados con la división.
La interfase es el período de mayor duración del ciclo celular. Se divide en tres etapas: G1, S y G2.
Durante la interfase, el material genético permanece en el estado más disperso, como filamentos
sumamente finos, aspecto bajo el cual se lo denomina cromatina. En la cromatina, el ADN está poco
espiralizado o condensado, lo cual significa que la doble hélice está relativamente estirada.
Período G1 de “gap” (intervalo 1): es la etapa en la cual se desarrolla la actividad metabólica general:
oxidación de moléculas combustibles, aprovechamiento de la energía para los diversos trabajos celulares,
como los transportes a través de la membrana, la contracción y otros movimientos celulares, la síntesis de
moléculas, la formación de nuevas membranas, el armado de nuevas organelas, etc.
Su duración es variable, según el tipo celular considerado, pudiendo durar algunas horas, (para células de
tejidos en activo crecimiento), hasta años como es el caso de las células nerviosa que no se multiplican y
permanecen en G1.
S o período de síntesis de ADN en esta fase el material genético se duplica para poder entregar a cada
célula hija una copia completa. Este proceso se conoce como duplicación o replicación del ADN.
Período G2 o segundo intervalo: continúa la actividad metabólica y es característica la síntesis de algunas
proteínas que se utilizarán durante la división como, por ejemplo, las que formarán los microtúbulos del
aparato mitótico.
REGULACIÓN DEL CICLO CELULAR
Las células en división de diferentes especies muestran variaciones características en la duración y en el
patrón del ciclo celular. En algunas células del frijol común, por ejemplo, el ciclo completo dura 19 horas, 7 de
las cuales las ocupa la fase S; G1 y G2 duran aproximadamente 5 horas cada una y la mitosis dura 2 horas. Por
otro lado, los fibroblastos de ratón tienen un ciclo de aproximadamente 22 horas, de las cuales la mitosis
ocupa menos de 1 hora, S casi 10 horas, G1 9 horas y G2 un poca más de 2 horas. Algunos tipos de células pasan
por ciclos celulares sucesivos durante la vida del organismo. Entre estos tipos se encuentran seres
unicelulares y ciertas células situadas en ciertos centros de crecimiento tanto de plantas como de animales.
Un ejemplo son las células madre primordiales de la médula ósea, que originan los glóbulos rojos de la sangre.
El glóbulo rojo, en promedio, vive unos 120 días y hay, aproximadamente unos 25 billones (2,5 × 1013) de
glóbulos rojos en la sangre de un adulto. Para mantener este número, deben producirse, por división celular,
alrededor de 2,5 millones de nuevos glóbulos rojos cada segundo. En el otro extremo, algunas células
altamente especializadas, como la mayoría de las células nerviosas, pierden su capacidad para replicarse una
vez que han madurado. Existe un tercer grupo de células que nunca pierden la capacidad para dividirse, pero
sólo lo hace en circunstancias especiales. Las células del hígado humano, por ejemplo, en general no se dividen,
pero si se elimina quirúrgicamente una porción del hígado, las células restantes (aunque sólo quede un tercio
de la población original) siguen duplicándose hasta que el hígado alcance su tamaño original y luego se
detienen. En total, ocurren casi 2 billones (2 × 10 12) de divisiones celulares en un ser humano adulto cada 24
horas, aproximadamente 25 millones por segundo.
En un organismo multicelular, es de importancia crítica que las células de los diferentes tipos celulares se
dividan a velocidad suficiente como para poder producir todas las células que sean necesarias para el
crecimiento y el reemplazo, y que se produzcan sólo en la cantidad necesaria. Si un tipo particular de célula se
divide más rápidamente que lo necesario, la organización y las funciones normales del organismo pueden
interrumpirse, ya que los tejidos especializados son invadidos y sobrepasados por las células en rápida
división. Éste es el curso de los acontecimientos en el cáncer. En general, en todos los organismos es
importantes que las células se dividan sólo cuando hayan alcanzado un tamaño suficiente para asegurar que las
células hijas resultantes contengan toda la maquinaria metabólica necesaria para su supervivencia.
Varios factores ambientales como la falta de nutrientes, los cambios de temperatura o de pH pueden
hacer que las células detengan su crecimiento y su división. En los organismos multicelulares, además, el
contacto con células vecinas puede tener el mismo efecto. Si se toman células normales de vertebrados
(incluidos los humanos), se las separa unas de otras y se las cultiva en un medio nutritivo sobre una superficie
lisa de vidrio, estas células se mueven como las amebas, hasta que encuentran otra célula, momento en que se
detienen. Más significativo es que sufren sucesivos ciclos celulares hasta que se hayan producido suficientes
células como para que cada una esté en contacto con otra; en ese momento cesa la división celular. Este
fenómeno conocido como inhibición por contacto no ocurre en las células cancerosas; ellas se apilan unas sobre
otras, multiplicándose y aglomerándose, hasta que todos los nutrientes se hayan agotado. Además, en
organismos multicelulares, la coordinación del crecimiento depende de otras variables, como la presencia de
hormonas, de factores de crecimiento que estimulan la división de ciertas células y de la interacción célula –
célula y célula – matriz extracelular.
En cierto momento del ciclo celular, la célula “decide” si va a dividirse o no. Cuando las células normales
cesan su crecimiento como resultado de la falta de alimento, de la inhibición por contacto o por otros
factores, se detienen en un punto tardío de la fase G1. Este punto se conoce como el punto R (“restricción) del
ciclo celular. En algunos casos, antes de alcanzar el punto R, las células pasan de la fase G1 a un estado
especial de reposo, llamado G0, en el cual pueden permanecer durante días, semanas o años.
Una vez que las células sobrepasan el punto R, están obligadas a seguir a través del resto de las fases del
ciclo, y luego a dividirse. La fase G1 se completa rápidamente y, en la fase S comienza la síntesis de DNA y de
histonas. Otro mecanismo de control se lleva a cabo durante el proceso mismo de duplicación del material
genético, en la fase S, y asegura que la duplicación ocurra sólo una vez por ciclo. Luego, la célula entra en la
fase G2 del ciclo. En G2 existe otro punto de control en el cual la célula “evalúa” si está preparada para entrar
en mitosis. Este control actúa como un mecanismo de seguridad que garantiza que solamente entren en
mitosis aquellas células que hayan completado la duplicación de su material genético.
La naturaleza del control o de los
controles que actúan en el punto R sigue
siendo objeto de intensa investigación, no
sólo a raíz de su interés como mecanismo
biológico, sino también por su importancia
potencial en el control del cáncer. El pasaje
de la célula a través del punto R depende de
la integración del conjunto de señales
externas e internas que recibe. El sistema
de control del ciclo celular está basado en
dos proteínas clave, las ciclinas y las
proteínas quinasas dependientes de ciclinas
(Cdk), que responden a esta integración de
señales.
Las proteínas Cdk, como todas las
quinasas actúan activando otras proteínas
por fosforilación y se encuentran presentes
en todas las células eucariotas durante todo
el ciclo celular. Las ciclinas son proteínas
activadoras que se unen a las quinasas y
regulan su actividad. El nivel de ciclinas varía a lo largo del ciclo, ya que su concentración aumenta en
determinados momentos y disminuye, por degradación, en otros. El ensamblado de las Cdk con las ciclinas, su
activación y el desensamblado, constituyen un proceso cíclico que dirige la sucesión de las distintas fases del
ciclo celular. Existen varios tipos e ciclinas que pueden agruparse en dos clases: las ciclinas de G 1 y las ciclinas
mitóticas. Las ciclinas de cada una de estas clases actúan en la fase correspondiente del ciclo celular.
Los eventos que conducen a una célula desde la fase G 2 a la mitosis son los que se han conocido más
tempranamente. La ciclina mitótica se acumula en forma gradual durante G 2 y se une a la quinasa formando el
complejo Cdk – ciclina, también llamado factor promotor de la mitosis (FPM). Este complejo fosforila ciertas
proteínas específicas, induciendo los cambios estructurales que conducen a la mitosis. Entre ellos se pueden
mencionar la condensación de los cromosomas – producida por fosforilación de una de las histonas (H 1)- , la
desintegración de la membrana nuclear y la organización de los microtúbulos en el huso mitótico. El complejo
Cdk – ciclina es rápidamente inactivado durante la mitosis por degradación de la ciclina mitótica.
Senescencia o envejecimiento celular
Otro factor que influye en la división celular es el número de veces que la célula se ha dividido
anteriormente. Las células tomadas de un tejido embrionario y puestas en cultivo se dividen alrededor de 50
veces. Luego entran en G0, fase de la cual nunca salen. Cuanta mayor edad tiene el organismo de donde se
toman las células, menor será el número de veces que las células se dividirán en cultivo. A este fenómeno se lo
denomina senescencia o envejecimiento celular. Esta restricción en el número de divisiones se correlaciona
con el acortamiento progresivo de los extremos de los cromosomas –los telómeros – a lo largo de los
sucesivos ciclos celulares. Esto no ocurre en ciertos tipos celulares, como en las células germinales o en
algunas células de la sangre. En estas células se encuentra activa una enzima llamada telomerasa, que agrega
continuamente DNA a los extremos de los cromosomas, evitando su acortamiento. Esta enzima también se
encuentra activa en células cancerosas.