Ciclo Celular y Mitosis

Fases del ciclo celular

Existen 4 fases del ciclo celular: G1, S, G2 y M.


Biología molecular de la célula, quinta edición (© Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010)

- The nuclear membrane is present and the chromosomes are relaxed

Interphase



- The nuclear membrane is present and relaxed chromosomes

Interphase

Representa ~90% del ciclo celular

Síntesis de DNA, se produce RNA y proteínas.

Puntos de control que regulan dicho ciclo celular, lo que permite o prohibe la división celular.

Necesarios para evitar la proliferación celular con cromosomas faltantes o dañados.

Si llega a haber una desregulación, puede llevar a cáncer.

Fases del ciclo celular: Interfase


Ocurre entre el fin de la fase M y el inicio de la síntesis de DNA.

Crecimiento celular y expresión de genes para síntesis de proteínas requeridas para la división celular y el fenotipo.

Ocurre en ~10 horas.



Fase G1

La célula no se divide, se encuentra estable y de tamaño constante.

Puede permanecer por un tiempo prolongado o incluso indefinido.



“Fase G0“

G0



Fase SSe sintetiza el DNA y se duplican los cromosomas.

Antes de la fase S, cada cromosoma está compuesto por una cromátide, y después de la fase S está compuesto por dos cromátides.

Dura ~9 h.

Si se bloquea la síntesis (fármacos o mutación), la célula no pasará a mitosis.

Contínua con la síntesis de proteínas y ARN.

Al final de esta fase la cromatina comienza a condensarse.

Tiene una duración entre 3 y 4 horas.

Si el DNA se encuentra dañado, puede desencadenar una cascada de señalización para que la célula no ingrese a la mitosis



Fase G2

Desencadena mecanismo de mitosis

Completa mitosis y lleva hacia la citocinesis

Ingreso en M Salida de M

Ingreso en S

Desencadena mecanismo de replicación de DNA

Ensamblado del huso mitótico

División celular completa

Replicación del DNA

Sistema de Control del ciclo celular: principales procesos.

Los procesos llevan una secuencia específica.

Si la replicación del DNA se retrasa, también lo hará la fase M.

Si el DNA sufre algún daño, el ciclo se interrumpe en G2 para que la célula repare la lesión.


¿Se replicó todo el DNA?

¿Se encuentra íntegro el DNA?

PUNTO DE CONTROL DE G2

Ingreso en M

Ingreso en S


¿El medio es favorable?


Puntos de control.

La proliferación depende de nutrientes y moléculas de señalización. Si las condiciones no son favorables la célula puede retardar el progreso en G1 o incluso entrar en una fase G0.

1) Punto de control de G1

Metafase a Anafase





Ingreso en M

Ingreso en S




Puntos de control.

G2 asegura que no inicie la fase M si el DNA se encuentra dañado ó aún no ha finalizado la replicación.Asegura que los cromosomas se alineen en el huso mitótico.

2) Punto de control de G2/M

Metafase a Anafase





Ingreso en M

Ingreso en S




Puntos de control.

Metafase a Anafase

Estimula la separación de cromátides hermanas, llevando a la finalización de la mitosis y citocinesis.

3) Transición de metafase a anafase


Sistema de Control del ciclo celular: proteincinasas de activación cíclica

Las proteincinasas son las responsables de controlar el ciclo celular.

Presentes durante todo el ciclo celular, aunque sólo se activan en determinados momentos.

La activación y desactivación de las proteincinasas depende de las ciclinas.

El complejo ciclina-Cdk interviene en el inicio de la fase S o en M.

Las cinasas se conocen como Proteincinasas dependientes de ciclinas (Cdk)


Sistema de Control del ciclo celular: proteincinasas de activación cíclica

El sitio activo de las Cdk, en ausencia de cilinas, se encuentra parcialmente bloqueado por una región de la proteína (asa T).

Al unirse la ciclina, el asa T libera el sitio activo.

Por último, una CAK fosforila un residuo de treonina del asa T.


Complejos Cilina-Cdk

Complejo Ciclina-CdK

FUNCIÓN

G1-Cdk Actúa en un estadio temprano de G1 , desencadena el inicio del ciclo celular.

G1/S-Cdk Implicada en el inicio de la fase S. Sus niveles disminuyen en la fase S.

S-Cdk Promueve la duplicación del DNA. Disminuye en fase M, aunque también está implicada en el inicio de la fase M

M-CdK Estimula el inicio de la mitosis en el punto de control G2


Regulación de la concentración de ciclinas

La ciclina M forma el complejo M-Cdk, regula el inicio de la fase M.

La síntesis de la ciclina comienza después de la mitosis, es decir, la concentración aumenta de manera gradual durante la interfase hasta inicio de la mitosis.

La rápida eliminación de la ciclina ayuda a terminar la fase M.

Actividad de M-Cdk

Concentración de ciclina M


Regulación de la actividad de las Cdk

La disminución de la ciclina M está mediada por el complejo promotor de la anafase (APC).

El APC inactivo se une a Cdc20 y con esto promueve la ubiquitinación y con ello la degradación de ciclina M.


Regulación de la actividad de las Cdk

Cdk inactiva

Cdk inactiva

M-Cdk

S-Cdk

DESENCADENA LA REPLICACIÓN DE DNA

Ciclina S

DESENCADENA EL MECANISMO DE MITOSIS

Ciclina M

Cdk mitótica

Cdk de fase S

Cdk inactiva

Cdk inactiva


Regulación de Cdk por fosforilación y desfosforilación

El complejo M-Cdk inactivo es fosforilado por la quinasa activadora CAK y por la quinasa inhibidora Wee1.

La fosfatasa Cdc25 toma el fosfato inhibidor y con esto activa al complejo M-Cdk


Control de la duplicación cromosómica


Interrupción del ciclo celular: Fase G1

La acumulación de p53 activada estimula la transcripción del gen que codifica la proteína inhibidora de Cdk, la p21.

Activación de proteincinasas que fosforilan p53

Degradación de p53 en proteosomas

p53 activo estable

p53 activa se une a la región reguladora del gen p21

TRANSCRIPCIÓN

TRADUCCIÓN

mRNA p21

p21 (Proteína inhibidora de Cdk)

ACTIVA INACTIVA

G1/S-Cdk y S-Cdk

G1/S-Cdk y S-Cdk forman complejos

con p21

gen p21


Visión general del sistema de control del ciclo celular


MITOSIS

Principales cambios morfológicos que ocurren en la célula

- Condensación de cromosomas.

- Rompimiento de envoltura nuclear

- Reorganización de RE y Ap. de Golgi

- Pérdida de adherencia a ME y otras células.

- Reorganización de citoesqueleto


Proteínas encargadas de “configurar los cromosomas”

Al duplicarse los cromosomas en fase S, permanecen unidos entre sí como cromátidas hermanas por medio de las cohesinas.

Ocurre una condensación de los cromosomas al inicio de la fase M por medio de las condensinas.

Al encontrarse condensados, son segregados con mayor facilidad.


Citoesqueleto: Auxiliar en mitosis y citocinesis

El huso mitótico se forma con el fin de separar los cromosomas replicados.

El anillo contráctil se forma alrededor del ecuador de la célula con el fin de dividir la célula en dos.

huso mitótico

Microtúbulos del

anillo contráctil

Filamentos de actina y miosina del

PROGRESIÓN A TRAVES DE LA FASE M

Cromosomas


Centrosomas y el huso mitótico

S/G2

Fase M

Cromosomas replicados

Áster

Centrosoma

Centriolos

Principal centro organizador de microtúbulos, contribuye en la formación de los dos polos del huso mitótico.

Se forman anillos de γ tubulina que sirven como sitios de nucleación para el crecimiento de microtúbulos que irradian hacia fuera del centrosoma.


Separación de las cromátidas hermanas


Cromátidas hermanas Cromosomas hijos

Ásteres

Polo del husoHuso mitótico


Inestabilidad de microtúbulos y formación de huso en profase

Existen microtúbulos +, que se proyectan hacia afuera, mientras que los microtubulos – se proyectan hacia el centrosoma, esto mediante la polimerización y despolimerización de tubulina.

Centrosoma

Microtúbulos

Microtúbulos del áster

Microtúbulos interpolares

Polo del huso

La interacción de los microtúbulos del centrosoma dan lugar a la formación del huso mitótico.

Ahora, dichos microtubulos se llaman interpolares e interactúan por medio de MAPs


Prometafase: Unión de cromosomas al huso mitótico

La fase inicia con el rompimiento de la envoltura nuclear, y con esto los microtúbulos del huso tienen acceso a los cromosomas.

Los microtúbulos + se unen al complejo proteínico denominado cinetócoro, formado en profase tardía.

La captura de los cromosomas por parte de los microtúbulos ocurre al azar.


Prometafase: Unión de cromosomas al huso mitótico

La captura de los cromosomas por parte de los microtúbulos ocurre al azar.


Formas alternativas de unión


Metafase: alineamiento de cromosomas en ecuador.

Los cromosomas se trasladan al ecuador por medio de los microtúbulos y las MAP, esto contribuye a la formación de la placa metafásica


Anafase: segregación de los cromosomas hijos.

Comienza con la ruptura de la unión de la cohesina, con ello cada cromátida hermana se dirige al polo del huso.

La separación de las cromátidas es ocasionada por APC.


Anafase: separación de cromátidas y destrucción de cohesinas


ANAFASE A y ANAFASE B

1) Elongación y deslizamiento de los microtúbulos interpolares en el huso central provoca la separación de los dos polos.

2) Proteínas motoras unidas a membrana cerca de cada polo del huso, actúan sobre microtúbulos astrale separando los polos hacia la superficie


FISIÓN DEVESICULAS DE LA ENVOLTURA

NUCLEAR

Envoltura nuclear

lamininas

DNA Membrana interna

Poro nuclear

Membrana externa

DESFOSFORILACIÓN DE LAS LAMININAS

FOSFORILACIÓN DE LAS LAMININAS

NÚCLEO EN INTERFASE

PROMETAFASETELOFASE

cromátidas

cromosomas

Vesículas de envoltura nuclear

Lamininas fosforiladas

Telofase: Reconstrucción de la envoltura nuclear


Citocinesis.

Formación del anillo contráctil, el cual dividirá a la célula entre los dos grupos de cromosomas segregados.

Célula 1 Célula 2

Restos de microtúbulos interpolares

Anillo contráctil de filamentos de actina y miosina

Su

rco d

e segm

entació

n




- The nuclear membrane is present and relaxed chromosomes

Interphase

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