IIc Ciclo celular Mitosis y Meiosis

II
Núcleo y división celular.
c. División celular: Mitosis y Meiosis.
Ciclo celular:
Crecimiento y
división en dos
células hijas
G1 :
S:
G2 :
M:
Adquisición de ATP e incremento de tamaño.
Replicación del DNA.
Adqusición de ATP e incremento de tamaño pre-división.
Mitosis, separación nuclear y citoplásmica (Citocinesis).
* Las fases G1, S y G2 son etapas englobadas en la interfase (90% del ciclo).
La célula eucariota separa los
cromosomas nucleares en dos
juegos idénticos.
Para ello deben ser alineados y
replicados de manera
ordenada.
+
Generalmente seguida por la
citokinesis, que divide los
núcleos, el citoplasma, los
organelos y la célula membranal
en dos células hijas.
= Mitosis
El DNA celular esta marcado con DAPI (blue), las mitocondrias están marcadas
con MitoTracker Red CMXRos (rojo) y los microtubulos marcados con verde con
Alexa Fluor 488 adjuntos a anticuerpos secundarios.
Interfase
La célula se dedica a la actividad
metabólica y a almacenar energía para la
mitosis (las próximas cuatro fases que
incluyen la división nuclear).
Cromosomas no son claramente visibles
en el núcleo, aunque una mancha oscura
llamada nucleolo puede ser visible.
La célula puede contener un par de
centriolos (o la organización de centros
de microtúbulos en las plantas), ambos
son
sitios
de
organización
de
microtúbulos.
“Señales" moleculares en
microtubulos dirigen el trafico
al interior de la celula giando
proteinas de carga que viajan a
lo largo de la celuula a traves
de proteinas fibrosas llamadas
microtubulos. Algunas enzimas
modifican los microtubulos
añadiendo o removiendo
moleculas de sus superficies.
Credito: Nicolle Rager Fuller, National Science Foundation
GTP
GTP
La duración de todo el ciclo celular (las brechas, la síntesis, la mitosis y la citocinesis)
varían dependiendo del organismo.
Por ejemplo, en el fríjol común el ciclo completo se lleva a cabo en ~19 horas (con 7
horas dedicadas a fase S, dos fases brecha de 5 horas cada una y mitosis de dos
horas.
En contraste, las células fibroblastos de ratón en cultivo tienen un ciclo que dura 22
horas, con mitosis de sólo una hora. La fase de síntesis le toma casi 10 horas,
mientras que G 1 dura alrededor de 9 horas. G2 dura alrededor de dos horas.
Profase
Cromatina en el núcleo comienza a
condensarse y se hace visible en el
microscopio óptico como cromosomas.
El nucleolo desaparece.
Centríolos empiezan a moverse a los
extremos opuestos de la célula y las
fibras
se
extienden
desde
el
centrómero.
Algunas fibras cruzan la célula para
formar el huso mitótico.
Prometafase
La membrana nuclear se disuelve,
marcando el comienzo de prometaphase.
Proteínas se enlazan a los centromeros
creando el cinetocoro.
Microtubulos se unen a cinetocoros y los y
los cromosomas comienzan el movimiento.
(Lodish, et al., 1995. Molecular Cell Biology, 3rd ed.)
Metafase
Spindle fibres (Uso mitotico) alinea los
cromosomas a lo largo de la mitad del
núcleo celular. Esta línea se denomina la
placa de metafase.
Esta organización ayuda a asegurar que
en la próxima fase, cuando los
cromosomas se separan, cada nuevo
núcleo recibirá una copia de cada
cromosoma.
Los
cromosomas
son
altamente
condensados y el huso mitótico parece
(visible como una serie de túbulos verde en
las imágenes digitales de células en
metafase PtK2 de hígado de ratón).
Los dos polos del huso y las fibras del
huso son claramente visibles, como son los
asters, que migran radialmente fuera de la
placa de metafase.
El huso mitótico contiene las fibras
(microtúbulos) responsables de
la
translocacion y la separación de los
cromosomas.
•Cada huso está compuesto por un conjunto
de microtúbulos ensambladas a partir de
moléculas de tubulina disponibles de la red
microtubular
citoplásmica
que
son
desmontadas para la división celular.
•Los microtúbulos convergen en cada
extremo del eje hasta el punto denominado
el polo del huso o centro mitótico.
•En células animales cada unidad del huso
contiene un par de centriolos, los cuales se
auto-replican. Están rodeados por un arreglo
radial de microtúbulos Aster (estrella).
•Las células vegetales, en cambio, no
contienen centriolos, y su eje mitótico no esta
claramente definidos en los polos. Las
plantas carecen de la serie radial astral
característica de las células animales.
Las fibras que comprenden el huso miótico son de dos tipos:
Fibras polares se extienden del centro del polo del huso hacia la placa metafasica
Fibras del cinetocoro (cromosomales) van del cromosoma individual condensado hacia los
polos.
Nature Reviews Molecular Cell Biology 9, 33-46 (January 2008)
Anafase
Los pares de cromosomas separados en el
cinetocoro se mueven a los lados opuestos de
la célula. El movimiento resulta de una
combinación de movimiento del cinetocoro a
lo largo de los microtúbulos del huso que se
acortan por la perdida de monómeros de
tubulina y de la interacción física de los
microtúbulos polares que se alargan.
Es un proceso muy rápido que dura solo unos
minutos, es la etapa mas corta de la mitosis.
La migración de las cromátidas a los polos
opuestos del huso miótico ocurre a una tasa
de aproximadamente un micrómetro por
segundo en la mayoría de las células
animales.
La posición espacial del centrómero con respecto a los brazos del cromosoma es muy clara
por microscopia ya que son arrastrados hacia el polo del huso.
Morfológicamente los cromosomas pueden ser divididos en tres clases:
Cromosomas metacéntricos: tienen el centrómero cerca del centro resultando en dos
brazos de longitud equivalente. Presentan forma de V cuando se observan durante la
anafase.
Cromosoma telocéntrico: tiene el centrómero cerca de un extremo y parece migrar como
un solo brazo.
Crmosoma acrocéntrico: La mayoría de los cromosomas, con el centrómero localizado a
¾ partes (entre el centro y el extremo de la cromátida) proporciona una estructura en forma
de L.
Anafase esta caracterizada por dos procesos distintos:
Anafase A (o anafase temprana), los microtubulos del cinetocoro se acortan para translocar
las cromátidas lejos de la placa metafasica hacia los polos (a) y (b).
Anafase B (anafase tardía), separación de los polos del huso provocada por el alargamiento
de la red de microtúbulos polares (c a f).
La duración de cada uno varia entre organismos.
Cuando los cromosomas han migrado completamente al polo, los microtubulos del cinetocoro
comienzan a desaparecer y los microtubulos polares continúan elongandose.
Esta es el paso entre anafase y telofase temprana
Al final de la anafase, cada huso polar (spindle pole) ha adquirido un set equivalente de
cromosomas hermanos.
Comienza el proceso de citocinesis con la formación de un anillo contráctil de filamentos de
actina y myosina-II posicionado entre la membrana plasmática paralela a la placa metafasica.
Posteriormente este anillo convergirá empujando la membrana hacia el centro para dividir la
célula.
Telofase
•Los cromosomas hijos llegan al polo del huso y
son eventualmente redistribuidos en la
cromatina.
•Cromosomas se descondensan en cromatina y
son menos definidos.
•Las redes de microtubulos polimerizados del
huso miótico son redistribuidos en los
componentes del citoesqueleto.
•Comienza la síntesis del RNA en el núcleo.
•Citocinesis que comenzó en anafase tardía
continúa en telofase.
•Las mitocondrias
citoplasma.
se
distribuyen
en
el
•Midboy o cuerpo medio contiene remanentes
del los microtubulospolares del huso miótico
mantiene un puente entre ambas células varias
horas después de que finaliza esta fase.
•La membrana nuclear comienza a reformarse alrededor de cada grupo de
cromosomas .
•El nucleolo reaparece. Su membrana es proviene de remanentes de la
envoltura nuclear parental y porciones del sistema de endomembrana contenido
en cada una de las celulas hijas.
•Una vez completa la telofase y que la membrana celular (o pared celular) esta
formada, el núcleo ha madurada a un estado pre-miótico.
•El paso final es el inicio de la ruptura de la membrana de ambas células.
Cromosomas en rojo (Alexa Fluor 568)
Aparato mitotico en verde (Alexa Fluor 488)
Filamentos de actina del citoesqueloto en azul (Alexa Fluor 350)
A finales de telofase, se forman los nuevos centriolos de manera que
cada célula hija contiene un par complementario centriolo.
Citocinesis
•Etapa final de la división celular.
•Comienza durante la anafase tardía o
telofase temprana con la formación de
membrana nuclear, de los nucleolos y
decondensacion de cromosomas.
•El citoplasma se divide por anillo de actina y
miosina que se contracta, dividiendo el
citoplasma y su contenido en dos células
hijas. Formando un surco perpendicular al
huso miótico (cuerpo medio o midbody).
•Las mitocondrias
citoplasma
se
reparten
en
el
•Uso miótico se distribuye en citoesqueleto.
Las platas, debido a la rigidez de la pared,
requieren que se sintetice una placa nueva
entre las dos células hijas.
El anillo contráctil y el surco permanecen paralelos a la placa metafasica y
perpendiculares al eje polar del huso. Esta orientación precisa asegura que las
cromátidas se separen y sean distribuidas adecuadamente en cada célula hija.
En el microscopio, el primer signo visible de la división en las células animales es un
plegado hacia adentro, o el surco (furrowing), de la membrana plasmática durante
anafase tardía.
Generalmente el surco es formado cerca del ecuador de la célula madre, de modo
que la célula se divide simétricamente en células de igual tamaño.
En algunos casos la célula se divide asimétricamente produciendo hijas de diferente
tamaño con proporciones diferentes de componentes celulares. Esto es común
durante el desarrollo embrionario y da origen a tejidos especializados.
Al final de la citocinesis, el anillo contráctil se disocia, dejando atrás sólo un
estrecho puente entre las células hijas (el midbody) lleno de filamentos de actina.
al observar por microscopio óptico, el midbody revela una densa matriz de
microtúbulos polares restantes del huso mitótico.
Algunos de los procesos siguientes son importantes y cualquier error
da lugar al cáncer.
Cáncer es una enfermedad donde la regulación del ciclo celular va mal
y el crecimiento celular anormal.
Cdk (cinasa dependiente de ciclina)
fosforilisa las proteínas, junto con
cliclinas son los switches principales
del ciclo celular, provocan que la célula
se mueva de G1 a S o de G2 a M.
MPF (Factor de
promoción de
maduración)
incluye el Cdk y
ciclina.
p53 bloquea el ciclo celular si el DNA se
encuentra dañado permitiendo su reparación. Si
el daño es severo, esta proteína causa
apoptosis (muerte celular).
Sus niveles son elevados en células dañadas.
p27 se enlaza a ciclina y cdk
bloqueando la entrada en fase S.
Cáncer de mama es determinado por
bajos niveles de esta proteína (Nature
1997:3,152)
Mutaciones de p53 son la causa mas común del cáncer.
El esputo (flemas) de muchos fumadores contiene células con mutaciones
en p53 y presenta señales cancerosas. Mutaciones en p53 prevendría que
células anormales murieran por apoptosis.
Si el mecanismo de eliminación de células anormales es defectuoso,
entonces la células continuarían dividiéndose y dañando su DNA. Proceso
que lleva al cáncer.
La exposición al sol también causa la apoptosis en las células dañadas. Esto
produce el conocido pelado y ampollas asociados con quemaduras graves.
Durante muchos años, la exposición al sol también provoca cáncer. Es
particularmente interesante el hecho de que el humo parece ser la causa
una alta frecuencia de mutaciones de p53.
En plantas, la citocinesis es diferente
En vez de formar un anillo contractil, construyen
una placa celular al centro de la célula
El aparato de golgi libera vesículas que contiene
proteínas de la pared. Estas vesículas se
fusionan con tubulos en el plano ecuatorial
formando una red de tubulos (tubulo-vesicular
network, TVN) que luego se convierte en un hoja
que se adhiere a la membrana plasmática
existente.
En ambos casos, las fibras del huso mitotico
desempeñan un papel determinando el lugar
donde la célula se divide. En este caso estan
orientados perpendicularmente al sitio de
desarrollo de la placa.
Adicionalmente un arreglo paralelo de
microtubulos (phragmoplast) se forma en la
región central de la célula para guiar el
ensamblaje de la nueva pared.
En procariotas la citocinesis se
da por Fisión binaria
E. coli dividiendose por fision binaria