material n° 9 ciclo celular-clonacion
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CURSO BIOLOGIA MENCION MATERIAL N° 9 PROF. KATHERINE GALLEGUILLOS ADAROS PREUNIVERSITARIO TONGOY La distribución de la información genética Las células eucarióticas pasan a través de una secuencia regular de crecimiento y división llamada ciclo celular. El ciclo celular se divide en tres fases principales: Interfase, mitosis, y citocinesis. Para completarse, puede requerir desde pocas horas hasta varios días, dependiendo del tipo de célula y de factores externos como la temperatura o los nutrimentos disponibles La división celular permite la reproducción de los organismos unicelulares y pluricelulares. En estos últimos posibilita, además, el desarrollo de un individuo a partir de una única célula (crecimiento) y la reparación de los tejidos dañados (renovación). En los organismos unicelulares, por este mecanismo aumenta el número de individuos en la población. En las plantas y animales multicelulares, la división celular es el procedimiento por el cual el organismo crece, partiendo de una sola célula, y los tejidos dañados son reemplazados y reparados. Una célula individual crece asimilando sustancias de su ambiente y transformándolas en nuevas moléculas estructurales y funcionales. Cuando una célula alcanza cierto tamaño crítico y 1 cierto estado metabólico, se divide. Las dos células hijas comienzan entonces a crecer El número de veces que una célula se ha dividido anteriormente también influye en la división celular. Cuanto mayor edad tiene el organismo de donde se toman las células, menor será el número de veces que las células se dividan 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 cromosoas -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 El ciclo celular El ciclo celular es la sucesión de fases de crecimiento y división que ocurren en la vida de una célula. En él se pueden reconocer tres fases: Interfase Mitosis citocinesis Interfase. La interfase abarca tres etapas: G1, S y G2. Durante G1, la célula crece y se duplican las organelas; en las células animales, los centríolos empiezan a duplicarse. Valor 2c En la etapa S se duplican el DNA se forman dos copias idénticas del DNA. Se inicia duplicación de centríolos. En G2 Reparación del DNA dañado y comienza la síntesis de proteínas necesarias para la conformación de la cromatina que inicia lentamente su enrollamiento y compactación. Esto provocará la aparición de los cromosomas (46 en los humanos), que va a permitir la separación del material genético de las células en la mitosis y en la meiosis. Además en las células animales se completa la duplicación del par de centríolos. También se inicia el ensamblaje 2 de la estructura del huso mitótico sobre el cual se organizarán los cromosomas. Valor 4c. Mitosis división celular a) Profase: Los centríolos empiezan a moverse en dirección a los polos opuestos de la célula, los cromosomas condensados son ya visibles, la envoltura nuclear se rompe y comienza la formación del huso mitótico. b) Metafase: Los pares de cromátides se alinean en el ecuador de la célula Las fibras polares y cinetocóricas del huso tiran de cada par de cromátides hacia un lado y otro. c) Anafase. Las cromátides se separan. Las dos dotaciones de cromosomas recién formados son empujadas hacia polos opuestos de la célula. f) Telofase. La envoltura nuclear se forma alrededor de cada dotación cromosómica y los cromosomas se descondensan y adquieren, nuevamente, un aspecto difuso. Los nucléolos reaparecen. El huso mitótico se desorganiza y la membrana plasmática se invagina en un proceso que hace separar las 3 dos células hijas. Citocinesis La citocinesis es la división del citoplasma y difiere significativamente en las células vegetales y en las animales. 4 Regulación del ciclo celular El ciclo celular está regulado por estímulos externos e internos. La falta de nutrientes, los cambios de temperatura y de pH, y la presencia de células contiguas pueden detener la división celular, mientras que ciertas hormonas y factores de crecimiento la estimulan. La regulación interna es realizada mediante la fosforilación y la degradación de complejos proteicos llamados Cdk-ciclinas, formados por una subunidad reguladora (la ciclina) y otra catalítica (la cinasa). La actividad de estos complejos determina si el ciclo celular avanza o se detiene. En la regulación del ciclo celular participa una gran cantidad de proteínas formadas a partir de genes específicos: • Los protooncogenes codifican proteínas que regulan positivamente el ciclo celular, es decir, activan la proliferación celular. Las principales son: proteínas ciclinas y proteínas quinasas dependientes de ciclinas (Cdk), fundamentales en la promoción de las etapas de G1 a S y de G2 a mitosis. • Los genes supresores de tumores, en cambio, codifican proteínas que regulan negativamente el ciclo celular y se encargan de que la mitosis no continúe debido a que la replicación del ADN ha ocurrido en forma incorrecta. Si el daño en el ADN es severo, una proteína codificada (p53) induce a una muerte celular programada (apoptosis). Cuando una célula no es necesaria o es una posible amenaza, esta puede morir por apoptosis, en un proceso ordenado y sin dañar a sus células vecinas 5 El proceso de muerte celular: apoptosis versus necrosis Apoptosis En la formación de un individuo, la muerte celular o apoptosis es tan importante como la división celular. La mayoría de las células fabrican las proteínas que forman parte de una maquinaria para su propia destrucción. Esta maquinaria letal está compuesta por enzimas capaces de degradar proteínas (proteasas) cuya activación produce, directa o indirectamente, cambios celulares característicos. Las células que entran en apoptosis se encogen y se separan de sus vecinas; luego las membranas celulares se ondulan y se forman burbujas en su superficie; la cromatina se condensa y los cromosomas se fragmentan; finalmente, las células se dividen en numerosas vesículas, los cuerpos apoptósicos, que serán engullidas por células vecinas. La apoptosis es un proceso de muerte celular programada genéticamente. En los vertebrados, controla el número de neuronas durante el desarrollo del sistema nervioso, elimina células defectuosas y da forma a los órganos en desarrollo. Junto con la mitosis, modela las formas de los organismos. Las caspasas son enzimas que degradan las proteínas de la lámina nuclear y del citoesqueleto, y provocan la apoptosis. Su actividad está controlada por otras proteínas que, a su vez, responden a factores extracelulares. La necrosis La necrosis es un tipo de muerte celular no controlada. Suele producir la hinchazón y el estallido de las células. 6 Senescencia: el envejecimiento de una célula El número de divisiones de las células eucariontes en cultivo disminuye con el tiempo y está correlacionado con el acortamiento progresivo de los telómeros. Finalmente, las células entran en un estado de senescencia, que se caracteriza por la ausencia de división celular. Ploidia Las células somáticas de la mayoría de las plantas y animales son diploides (tienen una dotación doble de cromosomas), mientras que sus gametos son haploides (tienen una dotación simple). Las células poliploides tienen más de dos dotaciones cromosómicas. El número haploide de cromosomas se designa n y el número diploide, 2n. En toda célula diploide, cada cromosoma tiene su par homólogo. Uno de los cromosomas homólogos proviene del gameto de uno de los progenitores y su par, del gameto del otro progenitor. En toda célula diploide, cada cromosoma tiene su pareja. Estos pares de cromosomas se conocen como pares homólogos. Los dos se asemejan en tamaño y forma y también en el tipo de información hereditaria que contienen. Uno de los cromosomas homólogos proviene del gameto de uno de los progenitores y su pareja, del gameto del otro progenitor. Después de la fecundación, ambos homólogos se encuentran presentes en el cigoto. 7 Cariotipos El cariotipo es como un ‘‘mapa’’ en el que se presentan los cromosomas organizados en pares homólogos según tamaño, número y forma. Es una representación que permite ordenarlos; sin embargo, es importante destacar que en el núcleo los cromosomas se encuentran ubicados azarosamente. El estudio del cariotipo es de gran interés científico, ya que diversas enfermedades y síndromes se explican por anomalías en la cantidad y calidad de los cromosomas. Cariotipo masculino normal Modelo explicativo del cáncer: paso a paso A partir del estudio de cánceres inducidos por virus, se descubrió que dichos organismos introducían genes en la secuencia normal de ADN, denominados oncogenes, y que estos eran los principales responsables del desarrollo de la enfermedad, ya que actuaban estimulando la división celular. Posteriormente se descubrió que algunos protooncogenes, genes normales reguladores del ciclo celular, se podían transformar en oncogenes al activarse en células que no debían dividirse o al aumentar la frecuencia de división de células con actividad mitótica. La activación de los protooncogenes se debe a daños en el ADN que se pueden dar espontáneamente o a partir de ciertas sustancias denominadas carcinógenas, tales como el alquitrán de los cigarrillos, los aditivos de los alimentos, la luz ultravioleta, entre otras. A pesar de existir mecanismos especializados en el reconocimiento y la reparación de errores en el material genético, en el ser humano el ADN presenta constantes alteraciones (mutaciones). Resultaba extraño, entonces, que no hubiese una relación proporcional entre la tasa de mutaciones en el material genético y la cantidad de tumores cancerígenos. En la década de los setenta, el científico 8 norteamericano Alfred Knudson utilizó estas observaciones para predecir que para que se desarrollara un tumor, debían también inactivarse genes supresores de tumores, los que codifican proteínas que permiten mantener a las células en G1. Estos genes vienen a completar un modelo explicativo sobre el cáncer que permite esclarecer la aparición de tumores en distintas condiciones de predisposición genética y de contacto con sustancias cancerígenas. La principal limitación de los modelos científicos aplicados a este tipo de enfermedades es que no explican por completo la patología de la cual están dando cuenta, ya que se van modificando a partir del avance tecnológico disponible. Por ello, los modelos están en constante cambio, son dinámicos y no siempre son aplicables en todas las situaciones. A pesar de lo anterior, los modelos son fundamentales para comprender los fenómenos que ocurren a nuestro alrededor, para predecir los sucesos asociados a estos y, en caso de ser atingente, poder aplicarlos. Células Madres Las células madre son células cuyo destino todavía no se ha "decidido". Se pueden transformar en varios tipos de células diferentes, a través de un proceso denominado "diferenciación". Las células madre embrionarias o totipotenciales derivan de la masa celular interna del embrión de hasta 16 células y son capaces de generar TODOS los diferentes tipos celulares del cuerpo. En cambio las células madre órgano-específicas o pluripotenciales derivan, tras muchas divisiones celulares, de las células madre embrionarias y son capaces de originar las células de un órgano concreto en el embrión, y también, en el adulto. El ejemplo más claro de células madre órganoespecíficas, es el de las células madre hematopoyética, que son capaces de generar todos los tipos celulares de la sangre y del sistema inmune. 9 Clonación 10