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10.1A: El papel del ciclo celular - Biología

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El ciclo celular permite que los organismos multicelulares crezcan y se dividan y que los organismos unicelulares se reproduzcan.

Objetivos de aprendizaje

  • Explicar el papel del ciclo celular en el desempeño de las funciones esenciales de la célula.

Puntos clave

  • Todos los organismos multicelulares utilizan la división celular para el crecimiento y el mantenimiento y reparación de células y tejidos.
  • Los organismos unicelulares utilizan la división celular como método de reproducción.
  • Las células somáticas se dividen con regularidad; todas las células humanas (excepto las células que producen óvulos y espermatozoides) son células somáticas.
  • Las células somáticas contienen dos copias de cada uno de sus cromosomas (una copia de cada padre).
  • El ciclo celular tiene dos fases principales: la interfase y la fase mitótica.
  • Durante la interfase, la célula crece y el ADN se replica; durante la fase mitótica, el ADN replicado y el contenido citoplásmico se separan y la célula se divide.

Términos clave

  • célula somatica: cualquier célula corporal normal de un organismo que no esté involucrada en la reproducción; una célula que no está en la línea germinal
  • interfase: etapa del ciclo de vida de una célula en la que la célula crece y el ADN se replica
  • fase mitótica: el ADN replicado y el material citoplasmático se dividen en dos células idénticas

Introducción: división y reproducción celular

Un ser humano, así como cualquier organismo que se reproduzca sexualmente, comienza su vida como un óvulo o cigoto fertilizado. Trillones de divisiones celulares ocurren posteriormente de manera controlada para producir un ser humano complejo y multicelular. En otras palabras, esa única célula original es el antepasado de todas las demás células del cuerpo. Una vez que un ser está completamente desarrollado, la reproducción celular sigue siendo necesaria para reparar o regenerar los tejidos. Por ejemplo, constantemente se producen nuevas células sanguíneas y de la piel. Todos los organismos multicelulares utilizan la división celular para el crecimiento y el mantenimiento y reparación de células y tejidos. La división celular está estrictamente regulada porque la falla ocasional de la regulación puede tener consecuencias potencialmente mortales. Los organismos unicelulares utilizan la división celular como método de reproducción.

Si bien hay algunas células en el cuerpo que no se someten a división celular, la mayoría de las células somáticas se dividen con regularidad. Una célula somática es un término general para una célula del cuerpo: todas las células humanas, excepto las células que producen óvulos y espermatozoides (que se conocen como células germinales), son células somáticas. Las células somáticas contienen dos copias de cada uno de sus cromosomas (una copia recibida de cada padre). Las células del cuerpo se reemplazan a sí mismas durante la vida de una persona. Por ejemplo, las células que recubren el tracto gastrointestinal deben reemplazarse con frecuencia cuando se “desgastan” constantemente por el movimiento de los alimentos a través del intestino. Pero, ¿qué hace que una célula se divida y cómo se prepara y completa la división celular?

El ciclo celular es una serie ordenada de eventos que involucran el crecimiento celular y la división celular que produce dos nuevas células hijas. Las células en el camino hacia la división celular pasan por una serie de etapas de crecimiento, replicación y división del ADN programadas con precisión y cuidadosamente reguladas que producen dos células idénticas (clonadas). El ciclo celular tiene dos fases principales: la interfase y la fase mitótica. Durante la interfase, la célula crece y el ADN se replica. Durante la fase mitótica, el ADN replicado y el contenido citoplásmico se separan y la célula se divide.


10.1A: El papel del ciclo celular - Biología

Al final de esta sección, podrá:

  • Comprender cómo el ciclo celular está controlado por mecanismos tanto internos como externos a la célula.
  • Explique cómo ocurren los tres puntos de control de control interno al final de G1, en el G2/ M transición, y durante la metafase
  • Describir las moléculas que controlan el ciclo celular mediante regulación positiva y negativa.

La duración del ciclo celular es muy variable, incluso dentro de las células de un solo organismo. En los seres humanos, la frecuencia del recambio celular varía desde unas pocas horas en el desarrollo embrionario temprano, hasta un promedio de dos a cinco días para las células epiteliales y hasta una vida humana completa en G0 por células especializadas, como neuronas corticales o células del músculo cardíaco. También existe una variación en el tiempo que una célula pasa en cada fase del ciclo celular. Cuando se cultivan células de mamíferos de división rápida (fuera del cuerpo en condiciones óptimas de crecimiento), la duración del ciclo es de aproximadamente 24 horas. Al dividir rápidamente las células humanas con un ciclo celular de 24 horas, el G1 La fase dura aproximadamente nueve horas, la fase S dura 10 horas, la fase G2 La fase dura aproximadamente cuatro horas y media, y la fase M dura aproximadamente media hora. En los primeros embriones de moscas de la fruta, el ciclo celular se completa en unos ocho minutos. La sincronización de los eventos en el ciclo celular está controlada por mecanismos que son tanto internos como externos a la célula.


IMPORTANCIA BIOLÓGICA Y PAPELES DEL CICLO DE KREB

ciclo de Krebs es el sistema cíclico que comprende varias reacciones catalizadas enzimáticamente que desempeñan un papel biológico significativo en las actividades metabólicas de los organismos vivos, incluidas las células procariotas y eucariotas. También se le puede llamar ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) o ciclo del ácido cítrico. Ácido cítrico es un intermediario metabólico importante en el organismo vivo y esta molécula es una molécula de ácido tricarboxílico que también se puede encontrar en plantas, especialmente en frutas cítricas. La acumulación anormal del ciclo del ácido cítrico en un organismo podría deberse al mal funcionamiento del TCA del organismo o del ciclo de Kreb. Las enzimas que catalizan el ciclo de TCA se encuentran principalmente en el citoplasma de células eucariotas y procariotas. Sin embargo, estas enzimas se encuentran principalmente en la mitocondria de las células eucariotas, ya que algunas de las enzimas, como la succinato deshidrogenasa, están unidas a la membrana. El ciclo de Kreb se llama así por el descubridor de esta importante vía metabólica que resultó ser conocido como Hans Krebs (1900-1981).

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El ciclo de TCA es generalmente una vía metabólica anfibia porque puede llevar a cabo reacciones tanto anabólicas como catabólicas dependiendo del estado fisiológico actual de la célula. Algunos de los intermedios importantes del ciclo del TCA incluyen: citrato, isocitrato, succinil CoA, succinato, fumarato, malato, α-cetoglutarato y oxaloacetato y cada una de las reacciones responsables de la producción de cada uno de estos intermedios son catalizadas por diferentes enzimas (Figura 1). La principal función biológica del ciclo del TCA en los sistemas vivos es la generación de energía o ATP en asociación con la fosforilación oxidativa que ocurre en la mitocondria de la célula. En el ciclo de TCA, el acetil CoA recuperado de la descomposición de glucosa, lípidos o proteínas se oxida para formar dióxido de carbono (CO2) y ATP.

Figura 1. Ilustración del ciclo de Kreb.

El ciclo de TCA está catalizado principalmente por ocho (8) enzimas diferentes que incluyen: citrato sintetasa (que cataliza la condensación de acetil CoA con oxaloacetato para producir citrato) aconitasa (que cataliza la isomerización de citrato a isocitrato) isocitrato deshidrogenasa (que cataliza la oxidación de isocitrato a α-cetoglutarato) α-cetoglutarato deshidrogenasa (que cataliza la oxidación de α-cetoglutarato a succinil CoA) succinil CoA sintetasa (que cataliza la conversión de succinil CoA en succinato) succinato deshidrogenasa (que cataliza la oxidación del succinato a fumarato) fumarase (que cataliza la hidratación del fumarato a malato) y finalmente malato deshidrogenasa (que cataliza la oxidación del malato a oxalacetato). La formación de oxalacetato a través de la oxidación del malato por la malato deshidrogenasa marca la finalización del ciclo de TCA y el ciclo continúa desde aquí nuevamente.

En el ciclo de Kreb, se produce mucha más energía cuando el piruvato se degrada aeróbicamente a CO2 y esto ocurre en el ciclo de TCA. El acetil CoA es la molécula de inicio o sustrato para el ciclo del TCA y se produce a partir de la oxidación o descomposición del piruvato (el producto final de la vía glucolítica). En las células eucariotas, el acetil CoA producido por la descomposición del piruvato entra en el ciclo del TCA en la mitocondria, mientras que en los procariotas el acetil CoA entra en el citosol o citoplasma bacteriano o procariota. El ácido cítrico es de inmensa importancia industrial porque se utiliza para producir una amplia variedad de productos además de sus importantes beneficios para la salud. Aspergillus niger es un microbio importante (un hongo en particular) del que se puede obtener ácido cítrico industrialmente. El ácido cítrico se puede utilizar como antioxidantes y es un componente importante de la mayoría de las bebidas, especialmente las bebidas.

OTRAS LECTURAS

Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K y Watson J.D (2002). La biología molecular de la célula. Cuarta edición. Nueva York, Garland, Estados Unidos.

Campbell, Neil A. Brad Williamson Robin J. Heyden (2006). Biología: Explorando la vida. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall.

Cooper G.M y Hausman R.E (2004). La célula: un enfoque molecular. Tercera edicion. Prensa ASM.

Karp, Gerald (2009). Biología celular y molecular: conceptos y experimentos. John Wiley & amp Sons.

Madigan M.T., Martinko J.M., Dunlap P.V y Clark D.P (2009). Brock Biología de microorganismos. 12ª edición. Editores de Pearson Benjamin Cummings. ESTADOS UNIDOS. Pp.795-796.

Nelson, David L. Cox, Michael M. (2005). Principios de bioquímica de Lehninger (4ª ed.). Nueva York: W.H. Hombre libre.

Verma P.S y Agarwal V.K (2011). Citología: Biología Celular y Biología Molecular. Cuarta edición. S. Chand and Company Ltd, Ram Nagar, Nueva Delhi, India.


Ciclo celular y división celular para la clase 10 | Biología

En este artículo discutiremos sobre: ​​- 1. Introducción al ciclo celular 2. Regulación del ciclo celular 3. División del núcleo de una célula 4. Errores en la división celular.

Introducción a tel ciclo celular:

Las plantas y animales superiores comienzan su vida como una sola célula llamada óvulo que es fertilizada por una célula masculina que da como resultado la formación de un cigoto. El crecimiento y desarrollo del cigoto para formar un embrión se ve afectado por una serie de divisiones. Las células aumentan en número al dividirse en dos, después de lo cual cada célula hija crece y se divide nuevamente.

En otras palabras, las células no se dividen siempre, sino que hay un período de descanso entre dos divisiones sucesivas que se denomina interfase. Anteriormente, la interfase se denominaba fase de reposo, que de hecho es un nombre inapropiado, porque es un período de intensa actividad biosintética en el que la célula duplica su tamaño y duplica su complemento cromosómico. La interfase es seguida inmediatamente por la fase de división o fase M, ambas fases constituyen el ciclo celular.

Howard y Pelc han dividido todo el ciclo celular en cuatro intervalos sucesivos, a saber:

Sigue inmediatamente la fase de división (mitosis o meiosis). También se denomina fase previa a la síntesis de ADN. Esta fase incluye la síntesis de los sustratos y enzimas necesarios para la síntesis de ADN. Por lo tanto G1-fase está marcada por la transcripción de varios tipos de ARN y la síntesis de diferentes tipos de proteínas.

La regulación de la duración del ciclo celular ocurre principalmente deteniéndolo en un punto específico de G1. Se dice que la celda en la condición detenido está en el G0-escenario. Cuando las condiciones cambian y se reanuda el crecimiento, la célula vuelve a entrar en el G1-fase.

El g1-periodo es más variable en duración. Dependiendo del estado fisiológico de la célula, puede durar días, meses o años. Para un ciclo celular de 24 horas de duración, la fase G toma las primeras 10 horas.

Es la fase de la síntesis de ADN. Las histonas también se sintetizan durante esta fase y se asocian con el ADN recién replicado. Durante esta fase, las regiones eucromáticas del genoma se replican antes que las regiones heterocromáticas. Además, en algunas células, las regiones ricas en G-C del genoma se replican antes que las ricas en A-T.

También se denomina fase posterior a la síntesis de ADN. Es el período entre el final de la síntesis de ADN y el inicio de la división celular. Durante esta fase se realizan todas las actividades metabólicas relacionadas con el crecimiento del citoplasma y sus orgánulos y macromoléculas constituyentes. También los factores necesarios para la condensación cromosómica durante la mitosis se sintetizan durante esta fase. Durante G2, una célula contiene 2 veces la cantidad de ADN presente en la célula diploide original.

4. Fase M o fase de división:

Durante esta fase, la célula se divide. Durante la división celular, el núcleo se divide primero (cariocinesis), seguido de la división del citoplasma (citocinesis).

La cariocinesis puede ocurrir de las siguientes formas:

Regulación del ciclo celular:

Para la correcta continuación de los procesos de vida de una célula eucariota, es fundamental que las diferentes fases del ciclo celular estén reguladas con precisión. Cualquier pérdida de regulación puede tener graves consecuencias en forma de anomalías cromosómicas. Para ejercer un control efectivo, se permite que las células crucen estos puntos solo si se cumplen todas las condiciones necesarias, de lo contrario se detiene el ciclo celular.

En una célula eucariota se proponen tres puntos de control, a saber, entre G1 y S, entre G2 y fase M y en la propia fase M. En G1/ S punto de control se comprueba el daño al ADN y el tamaño de una célula. Si son normales, se permite que la celda entre en la fase S.

En G2/ S punto de control, si el ADN se ha replicado completa y correctamente, entonces solo la célula puede entrar en la fase M.

En la fase M, si la fibra del huso no se forma correctamente y los cromosomas no se adhieren correctamente a la fibra del huso a través de sus centrómeros, la división celular se detiene.

Hay dos teorías para explicar el mecanismo de regulación del ciclo celular:

1. Según la teoría del dominio, la célula entra en la siguiente fase del ciclo celular sólo si la fase anterior se completa correctamente.

2. Sin embargo, de acuerdo con la teoría del reloj, la celda oscila entre la interfase y la fase M debido a un temporizador incorporado. En tal caso, a pesar de la inhibición de una fase del ciclo celular, la célula pasa normalmente a la siguiente fase. La entrada de una célula de una fase a otra está controlada genéticamente. Se propone que está controlado por dos grupos de enzimas, a saber, quinasas dependientes de ciclina (CdK) y enzimas fosforilantes llamadas ciclinas.

La quinasa de la fase M regula la entrada del techo en la fase M. Tiene 2 subunidades: una tiene la propiedad catalítica (subunidad catalítica) y la otra ejerce un control regulador (subunidad reguladora o ciclina). La subunidad catalítica se activa mediante un ciclo reversible de fosforilación y desfosforilación al comienzo de la fase M. Este proceso está regulado por ciclinas, por lo que se denominan quinasas dependientes de ciclina (CdK). Las ciclinas se unen a la quinasa de la fase M y seleccionan las proteínas específicas que se van a fosforilar. De manera similar, la entrada de la célula en la fase S está regulada por una quinasa de la fase S.

Por sus descubrimientos sobre la regulación del ciclo celular, Hartwell, Hunt y Nurse recibieron el Premio Nobel en el año 2001. Compararon las moléculas de CdK con un motor y las ciclinas con una caja de cambios que controla si el motor funcionará en ralentí ( marcha neutra) o impulsará la celda hacia adelante en el ciclo de la celda.

División del núcleo de una célula:

Este tipo de división nuclear se ve afectado simplemente por el alargamiento del núcleo seguido de su división completa en dos mitades. La membrana nuclear permanece intacta durante la duración de la división. La amitosis generalmente se observa en bacterias, protozoos, algas y hongos.

Es la forma habitual de división nuclear. Tiene lugar en células somáticas. Fue informado por primera vez por W. Fleming en 1882.

La mitosis se divide en cuatro etapas sucesivas que se denominan profase, metafase, anafase y telofase.

La cromatina se condensa y toma la forma de cromosomas. Los cromosomas ahora comienzan a contraerse longitudinalmente. Debido a su contracción, los cromosomas se vuelven más gruesos y suaves. Se pierde el enrollamiento en espiral, característico de los primeros cromosomas profase. Este cambio a menudo se denomina despiralización.

Hacia el final de la profase, el nucleolo y la membrana nuclear desaparecen y el nucleoplasma se libera, en esta etapa las fibras del huso hacen su aparición en el citoplasma. Estas fibras forman el huso nuclear.

Cada cromosoma se une a una fibra del huso en el centrómero. Aunque cada cromosoma se divide en dos cromátidas, el centrómero es una estructura única indivisa en esta etapa. Los cromosomas ahora se organizan rápidamente en el ecuador del huso.

Durante esta etapa, el centrómero se divide en dos. Cada medio centrómero lleva consigo una cromátida. Debido al acortamiento de las fibras del huso, las dos cromátidas se separan entre sí y se mueven hacia los polos opuestos del huso, de modo que los cromosomas adoptan frecuentemente una forma de V, I, J o L. Los dos grupos de cromosomas convergen hacia los polos, exhibiendo una figura de dos grupos radiantes, que se llama diaster.

Al igual que la profase, la telofase también lleva más tiempo en comparación con otras fases. A medida que los cromosomas alcanzan los polos opuestos, comienzan a absorber agua nuevamente y gradualmente se adelgazan, por lo que son más difíciles de observar. En esta etapa hacen su aparición la membrana nuclear y los nucléolos. Por tanto, se producen dos núcleos hijos a partir de un núcleo.

La división del citoplasma se conoce como citocinesis.

Se lleva a cabo mediante cualquiera de los dos métodos siguientes:

(b) Por escisión del citoplasma.

(a) Por método de placa celular:

Durante la telofase, aparecen gotitas de líquido en la región ecuatorial del huso. Poco a poco, estas gotitas se unen para formar la llamada placa celular. La región del huso junto con la placa ecuatorial se denomina phragmoplast. A continuación, el protoplasma forma membranas protoplásmicas en ambos lados de la capa líquida y las paredes celulares se colocan entre las membranas protoplásmicas.

(b) Por escote o constricción:

Este tipo de división tiene lugar en muchas plantas simples como los hongos y en las células animales. En este caso, la división celular tiene lugar mediante la formación de un anillo en forma de surco en la membrana plasmática. Esta hendidura se profundiza hasta que ha atravesado por completo la célula. El surco da como resultado la formación de dos membranas plasmáticas.

Importancia de la mitosis:

La importancia fundamental de la mitosis es la división cuantitativa y cualitativa equitativa del material nuclear, por lo que se puede mantener la constitución genética de los núcleos. Brinda la oportunidad de crecimiento y desarrollo del organismo al provocar un aumento en el número de células. Incluso las gónadas y las células sexuales también dependen de la mitosis para aumentar su número después de que la meiosis haya reducido a la mitad el número de cromosomas.

Regulación de la mitosis:

R. Hertwig sugirió que la coordinación citoplásmica y nuclear regula la mitosis.Está gobernado por la tasa de metabolismo celular, que a su vez está regulado por la temperatura, los nutrientes, el oxígeno, los productos químicos y otros factores similares. Las células producen unas sustancias llamadas calonas que inhiben la mitosis.

Importancia de la mitosis:

1. Se mantiene el número cromosómico en las células hijas.

2. La mitosis contribuye al crecimiento y desarrollo de los organismos.

3. Mantiene la proporción de ADN y ARN en las células.

4. Mantiene el tamaño y la forma adecuados de las células.

5. Las células viejas y en descomposición del cuerpo son reemplazadas por células nuevas producidas por la mitosis.

3. División de Meiosis o Reducción:

Cada planta tiene un número fijo de cromosomas. Si el óvulo y el espermatozoide tuvieran el mismo número de cromosomas que las células vegetativas, el óvulo fertilizado de cada generación contendría el doble de cromosomas que los núcleos de la generación anterior. Esto se evita por la presencia de dos divisiones sucesivas en el ciclo de vida en las que el número de cromosomas se reduce a la mitad del que se encuentra en los núcleos vegetativos. Por lo tanto, el número de cromosomas siempre permanece constante por un tipo especial de división celular llamada meiosis o división de reducción. El término meiosis fue acuñado por Farmer y Moore (1905).

El proceso de meiosis es fundamentalmente el mismo en todas las plantas y animales, pero ciertos biólogos reconocen los siguientes tres tipos de divisiones meióticas según su aparición en diferentes etapas del ciclo de vida de los organismos:

I. Meiosis esporógena o intermedia:

Ocurre durante la esporogénesis en plantas superiores y da como resultado la formación de microesporas y megaesporas.

ii. Meiosis gamética o terminal:

En animales y plantas inferiores, la meiosis ocurre durante la gametogénesis y da como resultado la formación de gametos (espermatozoides u óvulos).

iii. Meiosis cigótica o inicial:

Se ve en plantas inferiores. Aquí la meiosis ocurre en el cigoto inmediatamente después de que se forma por fertilización.

Las células en las que tiene lugar la meiosis se denominan meiocitos. El proceso de la meiosis comprende en realidad las dos divisiones celulares. La primera división es una división reduccional en la que el número de cromosomas se convierte en la mitad y la segunda división es una división ecuacional. La división reduccional se denomina primera división meiótica o división heterotípica y la división ecuacional se denomina segunda división meiótica o división homotípica. Estas dos divisiones nucleares se suceden en una secuencia rápida. Como resultado de estas dos divisiones, se forman cuatro núcleos, pero en cada célula hija el número de cromosomas permanece a la mitad.

Primera división meiótica o división heterotípica:

La división se lleva a cabo en las siguientes etapas:

Ésta es la etapa más larga.

Se divide en varias sub-etapas:

Durante esta etapa, los cromosomas son extremadamente delgados y solo se pueden ver con dificultad. Solo los cromosomas sexuales pueden sobresalir como cuerpos heteropicnóticos compactos.

Durante esta etapa, el meiocito y su núcleo se hacen más grandes, los cromosomas se vuelven más distintos y su doble naturaleza (las dos cromátidas) se observa en muchos organismos. Aparecen como hilos delgados que llevan una serie de estructuras en forma de cuentas, llamadas cromómeros.

Durante el zygonema, los cromosomas se vuelven más cortos y gruesos y los cromosomas homólogos comienzan a emparejarse o sinapsis. Cada par se llama bivalente. El emparejamiento es muy específico, siendo cromómero por cromómero. Si se produce un apareamiento entre cromosomas no homólogos, se denomina pseudosinapsis.

Durante la sinapsis, los cromosomas homólogos permanecen separados por un espacio de aproximadamente 0,15 a 0,20 mm que está ocupado por el complejo sinaptonemal (SC). El SC fue descubierto por Moses (1956). Está compuesto por tres elementos paralelos y se supone que une a los cromosomas homólogos.

En esta etapa, los cromosomas se vuelven más cortos y más gruesos. Cada cromosoma en un bivalente, en esta etapa tiene dos cromátidas, por lo tanto, un bivalente realmente consta de cuatro cromátidas en etapa de paquinema, y ​​se llama tétrada. En esta etapa tiene lugar el intercambio de segmentos de cromátida (es decir, cruzamiento) entre cromosomas homólogos. El nucléolo aún persiste.

Los cromosomas se engrosan y acortan aún más. A estas alturas, los cromosomas íntimamente emparejados se repelen y comienzan a separarse. La separación comienza en el centrómero y continúa hacia el final. Sin embargo, la separación no es completa, ya que los cromosomas homólogos están unidos por quiasmas que representan los lugares de cruce. Debido a la fuerza repulsiva entre los cromosomas, los quiasmas se mueven hacia los extremos de los cromosomas, este proceso se denomina terminalización.

Esta es la etapa final de la profase-1 meiótica. En esta etapa, los cromosomas se vuelven muy cortos, gruesos y enrollados. Los bivalentes se separan y se mueven hacia la periferia del núcleo. Desaparece la membrana nuclear. El nucleolo también desaparece y los husos están completamente formados y bien orientados.

En esta etapa, los bivalentes se disponen a lo largo de las fibras del huso en una región ecuatorial de tal manera que los centrómeros de sus bivalentes estén hacia los polos.

Durante esta etapa, las fibras del huso se contraen debido a que los bivalentes (díada) se mueven hacia los polos opuestos del huso. Debido al tirón, cada díada se convierte en una & # 8216V & # 8217 invertida. La díada de un cromosoma materno está completamente separada de la díada del cromosoma paterno. La separación de cromosomas homólogos en esta etapa se denomina disyunción.

En los polos opuestos, los cromosomas se desenrollan y se alargan mucho. Reaparecen el nucleolo y la membrana nuclear.

Como resultado de la citocinesis, el citoplasma se divide en dos células hijas.

Esta es la etapa de interfase entre la primera división meiótica y la segunda división meiótica. Si puede ser de mayor o menor duración.

Segunda división meiótica o división homotípica:

El proceso meiótico se completa solo cuando dos núcleos haploides de vacuola se dividen mediante un proceso, que es casi similar a la mitosis. Esta segunda división meiótica se llama, a veces, mitosis meiótica. Como resultado de este proceso se forman cuatro núcleos haploides.

Esta división tiene lugar en las siguientes etapas:

En esta etapa, el nucleolo y la membrana nuclear desaparecen y los cromosomas se liberan en el citoplasma. A esta etapa le sigue la formación de un huso.

En esta etapa, los cromosomas se organizan a lo largo del plano ecuatorial del huso. Los centrómeros de los cromosomas se orientan en el centro y los brazos se extienden hacia los polos opuestos y luego los centrómeros también se dividen en dos cada uno.

En esta etapa, las fibras del huso se contraen por lo que se ejerce una fuerza de tracción sobre los centrómeros. Como resultado, las dos cromátidas hermanas van hacia los polos opuestos.

En esta etapa aparece una membrana nuclear alrededor de las cromátidas. El nucleolo también aparece de nuevo.

Como resultado de la citocinesis, los dos núcleos hijos se separan y, por lo tanto, se forman dos células hijas. Cada núcleo tiene un número haploide de cromosomas. Por tanto, se forman cuatro células hijas haploides a partir de una única célula madre diploide.

Importancia de la meiosis:

1. Ayuda en la producción de gametos haploides que mantienen el número cromosómico en la descendencia después de la fertilización.

2. Produce nueva generación.

3. Conduce a variaciones en las generaciones causadas por cruces que ocurren durante la meiosis.

Errores en la división celular:

Durante la división celular, si se produce algún error en cualquier etapa o fase de la división, eso provoca anomalías en un individuo. Estas anomalías pueden deberse a cambios estructurales o numéricos en los cromosomas. Estos cambios pueden ocurrir en los autosomas o en los cromosomas sexuales.

Cariotipo / síndromes humanos anormales:

Los cromosomas son las estructuras que transportan la información genética en forma de ADN. Se trata de estructuras muy dinámicas que cuentan con una organización reguladora adecuada. La confirmación cromosómica juega un papel importante en la expresión del gen, mientras que la topología del cromosoma también juega un papel importante. Un ligero cambio en la topología del cromosoma puede afectar la acción del gen.

Aberraciones estructurales en los cromosomas:

Cuando se altera la estructura de un cromosoma, se denomina aberraciones cromosómicas.

Es de cuatro tipos principales:

Cuando falta o se elimina una parte del cromosoma, se denomina eliminado.

La deleción es una aberración genética en la que falta una parte de un cromosoma o una secuencia de ADN. La supresión es la pérdida de material genético. Se puede eliminar cualquier cantidad de nucleótidos, desde una sola base hasta una pieza completa de cromosoma. Puede ser causado por errores en el cruce durante la meiosis. La eliminación de un número de pares de bases que no es uniformemente divisible por tres conducirá a una mutación de cambio de marco, haciendo que todos los codones que ocurren después de la eliminación se lean incorrectamente durante la traducción, produciendo una proteína severamente alterada y potencialmente no funcional.

La duplicación es lo opuesto a una eliminación. Las duplicaciones surgen de un evento denominado cruce desigual que ocurre durante la meiosis entre cromosomas homólogos desalineados. La posibilidad de que esto suceda depende del grado de intercambio de elementos repetitivos entre dos cromosomas. El producto de esta recombinación es la duplicación en el sitio del intercambio y una deleción recíproca.

3. Translocación:

Cuando una porción de un cromosoma se transfiere a otro cromosoma no homólogo, se denomina translocación. La translocación es una anomalía cromosómica causada por el reordenamiento de partes entre cromosomas no homólogos. Cuando se produce un intercambio uniforme de material sin información genética extra o faltante e idealmente con la funcionalidad completa, se denomina translocación equilibrada. Cuando el intercambio de material cromosómico es desigual, lo que da como resultado genes adicionales o faltantes, se denomina translocación desequilibrada.

Una inversión es un reordenamiento cromosómico en el que un segmento de un cromosoma se invierte de un extremo a otro, es decir, cuando un segmento de cromosomas se rompe pero luego se vuelve a unir después de girar 180 °, se produce una inversión.

Una inversión ocurre cuando un solo cromosoma sufre una ruptura y un reordenamiento dentro de sí mismo. Las inversiones son de dos tipos, es decir, las inversiones paracéntricas no incluyen el centrómero y ambas rupturas ocurren en un brazo del cromosoma. Las inversiones pericéntricas incluyen el centrómero y hay un punto de ruptura en cada brazo.

A. Anormalidades debidas a cambios estructurales en los cromosomas:

1. Síndrome del llanto de gato (síndrome de Cri-Du-Chat):

Se debe a la deleción del brazo corto (p-arm) del 5º cromosoma. El niño afectado tiene una pequeña epiglotis y laringe, por lo tanto llora como un gatito, la cara se vuelve como la luna, la cabeza es pequeña y el niño presenta retraso físico y mental.

Tumor maligno del ojo, se debe a la deleción de parte del cromosoma 13.

3. La deleción del brazo largo del cromosoma 18 produce síntomas como anomalías esqueléticas y oftálmicas junto con un profundo retraso mental y alteraciones faciales.

4. Leucemia granulocítica:

Ocurre debido a la translocación del brazo largo (brazo q) del cromosoma 22 al cromosoma 9, lo que provoca un aumento de la proliferación y acumulación de granulocitos. El cromosoma 22º eliminado se llama cromosoma Filadelfia.

A veces, los cromosomas de un par de cromosomas no pueden separarse en la primera división meiótica. Esto conduce a la formación de un gameto que contiene todos los cromosomas de ese par cromosómico, mientras que el otro gameto no contiene ninguna parte cromosómica.

Este fenómeno se llama no disyunción.

La no disyunción es de dos tipos:

(a) No disyunción primaria:

C.B. Bridges durante sus experimentos informó sobre condiciones inesperadas en la herencia de los personajes vinculados al sexo. Mientras cruzaba un macho de ojos rojos con una hembra de ojos blancos Drosophila, observó machos de ojos rojos y hembras de ojos blancos en F1 generación (contrariamente a la condición esperada de los machos de ojos blancos y las hembras de ojos rojos).

Esta condición se explicó sobre la base de la no disyunción del cromosoma X en la hembra de Drosophila. Según él, las hembras de ojos blancos portan dos cromosomas X que fueron heredados de la madre, por lo tanto, el color de los ojos era el blanco. Por otro lado, los machos de ojos rojos no pudieron obtener el cromosoma X de la madre debido a la falta de disyunción. Recibieron el cromosoma X solo del padre.

(b) Secundario No disyunción:

Cuando Bridges cruzó las hembras de ojos blancos de la F1 generaciones (portadoras del cromosoma XXY debido a la no disyunción primaria) con el macho normal de ojos rojos, las crías tenían 96% de hembras de ojos rojos y 4% de hembras de ojos blancos. En la meiosis, XXY se desunirá para formar X y amp XY en una condición normal, pero la no disyunción secundaria da como resultado el gameto XX y amp Y. Esto dio lugar a hembras de ojos blancos XXY y machos de ojos rojos XY.

B. Anormalidades debidas a cambios numéricos en los cromosomas:

1. Debido a la aneuploidía de los cromosomas sexuales:

Monosomía del cromosoma X (44 + XO). Fenotípicamente, estas hembras son de baja estatura, tienen gónadas estriadas, nervios pigmentados múltiples (marcas de nacimiento) y cuello palmeado.

(b) Síndrome de Klinefelter & # 8217s:

Es la Trisomía de los cromosomas sexuales (44 + XXY). Las trisomías muestran un efecto gigas para ciertos genes. Estos son machos estériles con ginecomastia. Este síndrome incluye incluso varones del tipo XXXY y XXXXY & # 8211 que muestran un grado aún mayor de esterilidad.

(c) Síndrome XXX / Síndrome de súper hombre (Jacob & # 8217s):

Aunque se dice que estos hombres tienen antecedentes penales, varios trabajadores han criticado recientemente esta opinión.

Síndrome de la súper hembra, hembras estériles y de baja estatura.

2. Debido a aneuploidía de autosomas:

Comúnmente involucra a los cromosomas de los grupos D, E y G.

Trisoma del 13º cromosoma. Los niños afectados presentan retraso mental, ojos defectuosos y trastornos cardíacos.

Trisomía del cromosoma 18. Los niños afectados presentan anomalías en los dedos, acodroplasia, huellas digitales complejas, defectos cardíacos, orejas de implantación baja y boca pequeña. Mueren antes del año de edad.

(c) Síndrome de Down & # 8217s / mongolismo / idiotez mongoloide:

Es una trisomía del cromosoma 21 (debido a la no disyunción durante la ovogénesis). Es la trisomía más familiar del hombre. Langdon Down (1866) de Inglaterra lo describió por primera vez.

Los síntomas del síndrome de Down & # 8217s son los siguientes:

(a) Manos cortas y anchas con pliegue palmar tipo simio.

(c) Hiperflexibilidad de las articulaciones.

(e) Cabeza ancha con cara redonda.

(f) Boca abierta con lengua grande.

Genética del comportamiento:

La complejidad de los rasgos de comportamiento de cualquier animal se desarrolla bajo efectos conjuntos y estrechamente entrelazados de la herencia y el medio ambiente.

Por tanto, la genética del comportamiento se ocupa de los efectos del genotipo sobre el comportamiento y del papel que desempeñan las diferencias genéticas en la determinación de las diferencias de comportamiento en una población.

Disomía uniparental (UPD):

La presencia de dos copias de un cromosoma o parte de un cromosoma de un solo padre y no del otro padre se denomina disomía uniparental o UPD.

En humanos, la disomía uniparental se descubrió por primera vez en 1988 en un niño que padecía una enfermedad llamada fibrosis quística y baja estatura. Spence y sus colaboradores lo descubrieron y demostraron que la niña había recibido dos copias del cromosoma número 7 con un gen de FQ mutante (gen de FQ) de su madre, pero ninguna del padre.

Después de esto, también se informan muchos otros trastornos debido a la disomía uniparental. Aunque la frecuencia de aparición de la disomía uniparental no está clara, se ha estimado que aproximadamente uno de cada 500 individuos afectados se debe a la disomía uniparental materna.

Cromosomas en anillo:

Un cromosoma normal tiene forma lineal y puede tener dos cromátidas hermanas en alguna etapa del ciclo celular. Si la topología cambia de forma lineal a circular, puede afectar la secuencia de eventos o acciones.

El cambio de forma lineal a circular da como resultado la formación de un cromosoma en anillo. Da lugar a diversas anomalías, como tumores, etc.

Los cromosomas en anillo se pueden formar de las siguientes formas:

(a) El cromosoma en anillo puede formarse debido a la rotura de los brazos del cromosoma y la fusión de los extremos proximales, lo que da como resultado la pérdida de material genético en los extremos distales.

(b) También puede estar formado por disyunción telomérica que da como resultado la fusión de extremos cromosómicos relativos. Aquí los materiales genéticos en los extremos distales se pierden causando un efecto mínimo o permanecen intactos.

Se dice que las células (y sus propietarios) son poliploides si contienen más de dos conjuntos de cromosomas haploides (n), es decir, su número de cromosomas es un múltiplo de n mayor que el contenido 2n de células diploides. Por ejemplo, las células triploides (3n) y tetraploides (4n) son poliploides.

Poliploidía en plantas:

La poliploidía es muy común en las plantas, especialmente en las angiospermas. Se cree que del 30% al 70% de las angiospermas actuales son poliploides. Se conocen especies de planta de café con 22, 44, 66 y 88 cromosomas. Esto sugiere que la condición ancestral era una planta con un número haploide (n) de 11 y un número diploide (2n) de 22, a partir de la cual evolucionaron los diferentes descendientes poliploides.

El trigo actual, con sus 42 cromosomas, es un hexaploide (6n) de su planta ancestral con su número haploide (n) igual a 7.

Las plantas poliploides no solo tienen células más grandes, sino que las propias plantas suelen ser más grandes. Esto ha llevado a la creación deliberada de variedades poliploides de plantas como sandías, caléndulas y boca de dragón.

La poliploidía se ha producido a menudo en la evolución de las plantas. El proceso puede comenzar si se forman gametos diploides (2n).

Estos pueden surgir de al menos dos formas:

(a) Los gametos pueden formarse por mitosis en lugar de meiosis.

(b) Las plantas, a diferencia de los animales, forman células germinales (espermatozoides y óvulos) a partir de tejidos somáticos. Si el contenido de cromosomas de una célula somática precursora se ha duplicado accidentalmente (p. Ej., Como resultado de pasar por la fase S del ciclo celular sin seguir con mitosis y citocinesis), entonces se forman gametos que contienen 2n cromosomas.

La poliploidía también ocurre naturalmente en ciertos tejidos vegetales. A medida que el endospermo (3n) se desarrolla en los granos de maíz (Zea mays), sus células experimentan rondas sucesivas (hasta 5) de núcleos productores de endorreplicación que alcanzan los 96n.

La poliploidía puede ser de los siguientes dos tipos:

1. Alopoliploidía:

Los autopoliploides son poliploides con múltiples conjuntos de cromosomas derivados de una sola especie. Los autopoliploides pueden surgir de una duplicación del genoma espontánea y natural, como la papa. Otros pueden formarse después de la fusión de gametos diploides (2n). Los plátanos y las manzanas se pueden encontrar como autotriploides. Las plantas autopoliploides suelen mostrar una herencia polisómica y, por lo tanto, a menudo son infértiles y se propagan de forma clonal perfecta.

2. Alopoliploidía:

Los alopoliploides son poliploides con cromosomas derivados de diferentes especies. Precisamente es el resultado de duplicar el número de cromosomas en un F1 híbrido. El triticale es un ejemplo de alopoliploide, que tiene seis conjuntos de cromosomas, alohexaploide, cuatro de trigo (Triticum turgidum) y dos de centeno (Secale cereale). Anfidiploide es otra palabra para un alopoliploide.


Cómo funciona el reloj del ciclo celular

La división de células eucariotas se ha estudiado a fondo y se comprende con gran detalle mecanicista. Sin embargo, paradójicamente, carecemos de una comprensión de su proceso de control central, en el que el regulador maestro del ciclo celular, la quinasa dependiente de ciclina (CDK), coordina temporalmente una serie de eventos moleculares complejos. Los elementos centrales del sistema de control de CDK se conservan en las células eucariotas, que contienen múltiples formas de ciclina-CDK que tienen responsabilidades mal definidas y parcialmente superpuestas en el ciclo celular. Sin embargo, una sola CDK puede impulsar todos los eventos de división celular tanto en células de mamíferos como de levadura, y en la levadura de fisión una sola ciclina mitótica puede impulsar el ciclo celular sin mayores problemas. Pero, ¿cómo puede la misma CDK inducir diferentes eventos cuando se activa en diferentes momentos durante el ciclo celular? Esta pregunta, que ha desconcertado a los investigadores del ciclo celular durante décadas, tiene ahora una respuesta mecanicista suficientemente clara. Esta Perspectiva tiene como objetivo proporcionar una síntesis de datos recientes para facilitar una mejor comprensión de este sistema central de control celular.

CDK, el regulador principal del ciclo celular, envía señales para controlar todos los pasos principales de la división celular. La CDK se activa en cada etapa del ciclo celular mediante la unión de ciclinas específicas de la etapa. Por ejemplo, en la fase G1 tardía, los complejos de ciclina G1-CDK fosforilan e inactivan represores transcripcionales para desencadenar la transcripción de cientos de genes necesarios para la entrada en el ciclo celular y la fase S (Bertoli et al., 2013). Posteriormente, la replicación del ADN, la duplicación del centrosoma, la formación de huso y otros procesos del ciclo celular son iniciados por complejos ciclina-CDK que impulsan la fosforilación de múltiples reguladores clave. Los distintos complejos ciclina-CDK pueden vincularse a procesos específicos, sin embargo, en la mayoría de los casos, las responsabilidades se comparten entre diferentes complejos ciclina-CDK (Bloom y Cross, 2007). Es importante destacar que a menudo los complejos de ciclina-CDK posteriores pueden compensar la ausencia de complejos anteriores, siendo el ejemplo más extremo en la levadura de fisión, donde un solo complejo mitótico de ciclina-CDK es suficiente para impulsar el ciclo celular (Coudreuse y Nurse, 2010). Para comprender la escala de las redes formadas por caminos regulatorios que emanan del nodo central CDK, se puede considerar que en Saccharomyces cerevisiae, donde el sistema CDK es más conocido, se estima que la CDK fosforila entre 500 y 700 proteínas (Ubersax et al., 2003 Holt et al., 2009), que constituyen aproximadamente el 10% del proteoma. Además, la importancia fosforreguladora de aproximadamente 100 de estos objetivos ya ha sido suficientemente demostrada tanto in vitro como in vivo (Enserink y Kolodner, 2010). Por lo tanto, cada proceso principal del ciclo celular se desencadena y regula por decenas de diferentes eventos de fosforilación de CDK hasta que la acumulación de ciclina culmina en la metafase. Después de la transición metafase-anafase, los niveles de ciclina comienzan a disminuir y al menos una fracción de las fosforilaciones controladas por CDK son revertidas por las fosfatasas (Bremmer et al., 2012). Estos eventos de desfosforilación actúan como interruptores específicos que impulsan la salida mitótica (Bloom et al., 2011).

El orden de los eventos del ciclo celular depende de la actividad de CDK (Coudreuse y Nurse, 2010 Swaffer et al., 2016). Por ejemplo, si las células de levadura de fisión detenidas en G1 se liberan directamente a la actividad mitótica ciclina-CDK, entonces la fase S y la mitosis ocurren simultáneamente (Swaffer et al., 2016). Estos hallazgos han llevado a una de las preguntas centrales en el ciclo celular: ¿cómo la activación de la misma subunidad catalítica induce diferentes eventos en diferentes momentos durante el ciclo celular?

Una singularidad particular del sistema CDK entre la mayoría de las proteínas quinasas eucarióticas es que no es un simple sistema binario quinasa-ENCENDIDO / quinasa-APAGADO, sino que, como elegantemente propusieron Stern y Nurse en 1996, la CDK acumulada se dispara hacia abajo. objetivos cuando se alcanzan umbrales crecientes en cada transición subsiguiente del ciclo celular (Figura 1A Stern y Nurse, 1996). El rango de diferentes umbrales y la complejidad del orden de cambio podría incrementarse aún más si CDK se activara secuencialmente por diferentes ciclinas, lo que podría alterar dinámicamente la especificidad funcional de la mezcla neta de complejos de quinasa CDK (Figura 1B). Por lo tanto, una multitud de versiones descubiertas de ciclinas (y CDK en eucariotas superiores) han llevado a los investigadores en las últimas décadas a plantear la cuestión de la especificidad de la ciclina en el reconocimiento de sustratos: ¿existen sustratos de CDK específicos de ciclina y, de ser así, cuáles son los mecanismos de especificidad? que los complejos CDK particulares utilizan para reconocerlos dentro del grupo de todos los posibles objetivos de CDK?

FIGURA 1: (A) El principio del modelo cuantitativo de la función CDK en el ciclo celular (Stern y Nurse, 1996). La actividad de CDK acumulada desencadena etapas del ciclo celular en diferentes umbrales de actividad. (B) El perfil neto del complejo CDK activado (línea azul claro) es una suma de complejos CDK activados por ciclinas específicas del ciclo celular. Por ejemplo, en la levadura en ciernes, hay cuatro tipos principales de ciclinas que impulsan el ciclo celular, designados aquí por diferentes colores. Todavía no está claro cómo el modelo cuantitativo y las especificidades funcionales de las ciclinas expresadas periódicamente se pueden combinar en un modelo unificado. (C) Cuando se tiene en cuenta el aumento de la especificidad de los complejos secuenciales de CDK, el perfil de actividad general de CDK (línea azul oscuro) tiene una respuesta retardada en comparación con la acumulación de complejos ciclina-CDK (línea azul claro). Los patrones de motivos de acoplamiento lineales y ventanas de tiempo específicas de ciclina pueden crear un amplio rango dinámico de umbrales de CDK en el ciclo celular.

De hecho, esta pregunta se formuló a menudo sin reconocer el hecho de que las proteínas quinasas son generalmente muy similares en su especificidad de sitio activo. El quinoma completo se puede dividir aproximadamente en quinasas basófilas, acidófilas y dirigidas por prolina, con grandes subfamilias de quinasas que tienen una especificidad superpuesta (Miller y Turk, 2018). Aunque las interacciones de acoplamiento distantes proporcionadas por diferentes ciclinas podrían proporcionar un nivel adicional de especificidad, la especificidad del sitio activo basal de las subunidades de la quinasa CDK, que reconocen tanto motivos de consenso completo (S / TPXK / R) como motivos de consenso mínimo (S / TP), sería aparentemente evitar la discriminación absoluta entre objetivos. Debido a que una especificidad tan extrema entre los diferentes complejos de CDK no fue notoria, el mecanismo general de la función de CDK permaneció sin explicación y presentó varias preguntas fundamentales, incluida la forma en que los diferentes umbrales y el tiempo de ejecución del ciclo celular se codifican en los complejos de ciclina-CDK y sus objetivos.

La primera posible solución a este problema fue ofrecida por los primeros estudios sobre la especificidad de la ciclina, que revelaron que las ciclinas de la fase S se dirigen al complejo CDK para fosforilar sustratos específicos mediante la unión a un motivo lineal corto, el motivo RXL, en sustratos (Schulman et al., 1998 Wilmes et al., 2004 Loog y Morgan, 2005). En S. cerevisiae, Las ciclinas G1 han desarrollado un motivo lineal diferente para la fosforilación de CDK específica de G1 (Bhaduri y Pryciak, 2011 Kõivomägi et al., 2011b). En estudios recientes, también hemos encontrado que las ciclinas específicas de las fases G2 y M pueden usar sitios de acoplamiento específicos para mejorar la fosforilación de sitios y ajustar los umbrales de fosforilación de diferentes objetivos (datos no publicados).

El segundo hallazgo importante fue que la tasa de fosforilación y la especificidad de los complejos de CDK para un péptido que contiene un sitio de fosforilación de CDK de consenso total aumentan en el orden de aparición de las ciclinas en el ciclo celular (Figura 2 y Cuadro 1 Loog y Morgan, 2005 Kõivomägi et al., 2011b). Es importante tener en cuenta que el análisis cinético se realizó utilizando un sustrato peptídico corto que interactúa solo con el sitio activo de CDK y no con ciclinas. Se ha encontrado un perfil de especificidad creciente similar en estudios bioquímicos con CDK de mamíferos (Jan Skotheim y Mardo Kõivomägi, comunicación personal). Este mecanismo asegura que los complejos de CDK tempranos no induzcan eventos tardíos del ciclo celular y también hace posible mantener los sustratos tempranos fosforilados a lo largo del ciclo celular, lo cual es crítico en el caso de proteínas de replicación, por ejemplo. La escasa especificidad de los complejos tempranos puede compensarse mediante interacciones de acoplamiento específicas de ciclina en objetivos de CDK específicos de fase G1 y S, lo que explica cómo, con una actividad de CDK muy baja en las primeras etapas del ciclo celular, los interruptores de fosforilación eficaces pueden activarse (recuadro 1).

FIGURA 2: La actividad del complejo CDK hacia un péptido que contiene un motivo de fosforilación de consenso total aumenta en el orden de expresión de las ciclinas en el ciclo celular. El análisis cinético se realizó utilizando un sustrato peptídico corto que solo interactúa con el sitio activo de CDK y no con ciclinas. Figura adaptada de Kõivomägi et al., 2011b.

RECUADRO 1: Especificidad de ciclina de la fosforilación del sustrato de CDK.

Además de ser activadores de las subunidades de la quinasa CDK, diferentes ciclinas pueden introducir diferentes niveles de activación de los complejos ciclina-CDK. Sorprendentemente, tanto en levaduras como en mamíferos, se encontró que la actividad intrínseca de los complejos ciclina-CDK aumentaba en correlación con la aparición de la ciclina particular en el ciclo celular. Es decir, las ciclinas G1 y G1 / S producen complejos con la menor actividad, que se manifiesta en la mayor KMETRO y el mas bajo kgato valores hacia el sustrato modelo, mientras que los siguientes complejos de fase S, G2 y M reducen gradualmente la KMETRO y tener mayor kgato valores. Estos parámetros cinéticos se midieron usando un péptido modelo corto que contenía un sitio CDK de consenso completo cuya velocidad de fosforilación estaría influenciada solo por el sitio activo de CDK y no por ninguna interacción de acoplamiento distante con ciclina o Cks1. Este aumento gradual específico de la ciclina crea un retraso en el perfil de actividad de la CDK, si se considera solo el sitio activo. Sin embargo, este retardo se puede utilizar de manera eficiente para crear niveles bajos muy específicos.KMETRO objetivos para umbrales tempranos utilizando interacciones de atraque distantes a través de bolsillos que solo tienen las primeras ciclinas. Por ejemplo, las ciclinas Cln1 / 2 específicas de G1 en la levadura en gemación usan los denominados motivos LLPP en sustratos para la selección de ciclinas, mientras que las ciclinas de la fase S utilizan los motivos RXL para reducir la KMETRO de sustratos específicos. Esta potenciación inducida por el acoplamiento puede alcanzar hasta 100 veces en comparación con el péptido modelo del sitio activo. De esta manera, las ciclinas tempranas no desencadenan prematuramente los umbrales posteriores, pero pueden fosforilar sustratos específicos con motivos de acoplamiento específicos de ciclina en umbrales de CDK netos más bajos en las primeras etapas del ciclo celular.

Por último, además de los motivos de acoplamiento específicos de ciclina, el fosfoadaptador Cks1 puede mejorar la escasa especificidad de los sitios de fosforilación, que se une a los sitios TP fosforilados y potencia la fosforilación de los sitios secundarios (Figura 3 Kõivomägi et al., 2011a, 2013 McGrath et al., 2013). Debido a que la mayoría de los objetivos de CDK tienen múltiples sitios de fosforilación agrupados en regiones desordenadas, nos propusimos aclarar la lógica mecanicista de estos procesos de fosforilación multisitio (Kõivomägi et al., 2013 Valk et al., 2014). Primero, encontramos que solo los sitios TP fosforilados, pero no los sitios SP, se unen a Cks1. En segundo lugar, el efecto del acoplamiento mediado por Cks1 y el acoplamiento específico de ciclina sobre la tasa de fosforilación depende en gran medida del posicionamiento relativo de los sitios de acoplamiento y los sitios de fosforilación (Figura 3). Por lo tanto, las interacciones de acoplamiento dirigen a la CDK a fosforilar sitios específicos, lo que conduce a un proceso de fosforilación de múltiples sitios ordenado. La tasa neta de fosforilación multisitio se rige por las distancias entre los sitios de fosforilación y los motivos de acoplamiento, la distribución de los sitios TP y SP, los elementos del motivo de consenso alrededor de los sitios de fosforilación y otros parámetros (Kõivomägi et al., 2013). Estos parámetros de la red de fosforilación multisitio, o el código de fosforilación multisitio CDK, podrían controlar los umbrales a través de la tasa neta de acumulación de una combinación crítica de sitios fosforilados requeridos para el interruptor de señalización aguas abajo. Por ejemplo, dependiendo de la presencia o ausencia, y también del posicionamiento de los sitios de acoplamiento de Cks1, el mecanismo de fosforilación multisitio puede tener un alto grado de procesividad o, alternativamente, ser completamente distributivo. Lo primero significa que cada fosfato en el grupo de múltiples sitios se agrega sin que el complejo CDK se disocie entre los eventos de fosforilación posteriores. Por el contrario, en el caso del mecanismo distributivo, el complejo quinasa se disocia entre cada par de eventos de fosforilación. Con respecto a los umbrales de CDK, un mecanismo más procesivo alcanza el estado completamente fosforilado, la señal de salida, a menor actividad de CDK. En conjunto, la combinación de motivos de acoplamiento específicos de ciclina y el mecanismo de fosforilación dependiente de Cks1 permite la fosforilación diferencial de una amplia gama de sustratos de CDK (Figuras 1C y 3). Debido a que los grupos de fosforilación de CDK están ubicados casi exclusivamente en regiones intrínsecamente desordenadas de las proteínas (Holt et al., 2009), la codificación puede ser completamente lineal, utilizando motivos lineales cortos (SLiM: motivos de fosforilación de CDK, motivos de acoplamiento de ciclina, fosfodigrones, etc.) y enlazadores, donde los aminoácidos pueden contarse para las distancias necesarias entre los SLiM.

FIGURA 3: Diagrama esquemático que muestra las principales interacciones entre las proteínas sustrato y el complejo CDK que determinan la tasa de fosforilación y la especificidad. El sitio activo de CDK fosforila motivos de consenso completo (S / TPXK / R) y motivos de consenso mínimo (S / TP). La tasa de fosforilación de un sitio puede incrementarse mediante dos interacciones de acoplamiento: Cks1 puede unirse a sitios TP fosforilados y las ciclinas pueden interactuar con sustratos a través de motivos lineales cortos específicos. En ambos casos, el efecto del acoplamiento depende del posicionamiento relativo de los sitios de acoplamiento y los sitios de fosforilación a lo largo del sustrato desordenado.

En un estudio de proteómica destinado a analizar la dinámica de fosforilación de los objetivos de CDK en Schizosaccharomyces pombe, se encontró que los sustratos de CDK se pueden dividir en objetivos tempranos, medios y tardíos (Swaffer et al., 2016). Es importante destacar que la fosforilación de los objetivos tardíos requirió una mayor actividad de CDK que para los objetivos anteriores. Sorprendentemente, no se encontró correlación entre la sensibilidad del sustrato a la actividad de CDK y el motivo de fosforilación siendo mínimo o consenso total. Este hallazgo fue inesperado, porque los primeros trabajos sobre la especificidad de CDK habían mostrado un gran aumento en la tasa de fosforilación de los péptidos que contenían el motivo de consenso total en comparación con los que tenían un motivo de consenso mínimo (Songyang et al., 1994). Esto sugiere que el contexto de la proteína, incluidos los patrones lineales de los motivos de acoplamiento auxiliar, puede ser incluso más importante que la especificidad de los propios sitios de fosforilación.

La discriminación entre sustratos de CDK tempranos y tardíos también puede estar impulsada por la actividad de fosfatasa diferente hacia estos conjuntos de objetivos. Por ejemplo, el S. cerevisiae La fosfatasa PP2A Cdc55 contrarresta específicamente la fosforilación de los residuos de treonina, y esto conduce a que los sitios CDK basados ​​en treonina se fosforilen con una actividad CDK más alta y, por lo tanto, más tarde en el ciclo celular que los sitios basados ​​en serina (Godfrey et al., 2017). Estudios en S. pombe, sin embargo, han demostrado que si bien las treoninas se desfosforilan más rápidamente que las serinas, las tasas de desfosforilación de los objetivos tempranos y tardíos son similares (Swaffer et al., 2016). Por lo tanto, aunque existe evidencia significativa de que la actividad de la fosfatasa niega la fosforilación temprana de algunas dianas de CDK (Ndd1, Net1 Queralt et al., 2006 Godfrey et al., 2017), no está claro si la actividad diferencial de la fosfatasa conduce a un ordenamiento global de los umbrales de CDK. Además, se ha demostrado que la actividad de la fosfatasa, en combinación con interacciones de acoplamiento específicas de ciclina, desempeña un papel en la ordenación de los umbrales durante la salida mitótica. Debido a que la ciclina de la fase S se degrada en la metafase antes que la ciclina de la fase M, se encontró que los objetivos específicos de S-CDK se desfosforilaron antes (Jin et al., 2008).

En conclusión, el sistema que comprende una mezcla de actividades de CDK, mediadas por diferentes complejos ciclina-CDK, con una especificidad de referencia cambiante pero también común, es aparentemente diferente de un sistema hipotético de interruptores binarios activados por actividades de quinasas ortogonales activadas en cada etapa del ciclo celular. . Por ejemplo, en la levadura en gemación, los cambios en la especificidad son causados ​​por diferentes ciclinas, mientras que la actividad basal común ocurre porque estas ciclinas expresadas periódicamente activan una quinasa Cdk1 común. Más importante aún, si hubiera una vía de quinasa exclusivamente específica desarrollada para cada etapa del ciclo celular, entonces sería difícil mantener la fosforilación de las dianas que deberían fosforilarse durante todo el lapso de las fases S y M. Estos incluyen los conjuntos de objetivos que protegen los mecanismos que evitan la renovación de licencias, la repetición, la reduplicación y similares, los principios básicos del ciclo de una vez por célula. Por lo tanto, debido al carácter especial del ciclo celular, un sistema de control central con un conjunto de rutas de quinasas ramificadas de estilo ON-OFF con especificidad absoluta no sería una solución óptima. En cambio, una escala fina de umbrales codificados en los sustratos por motivos de acoplamiento altamente específicos de ciclina, diferentes patrones de sitios de fosforilación y sitios de unión a Cks1 crearían un conjunto virtualmente ilimitado de funciones de entrada-salida de CDK y diferentes mezclas de órdenes de conmutación. Sin embargo, debido a que la ciclina mitótica, como un administrador central, tiene una clave para cada umbral, el sistema es seguro y robusto para resistir anomalías en las ondas de acumulación de ciclina. El ajuste fino y la robustez simultáneos del sistema CDK son especialmente importantes para organismos unicelulares como las levaduras que dependen del crecimiento competitivo. De hecho, la extrema complejidad de los esquemas de fosforilación multisitio procesiva se ha encontrado en la levadura en gemación para coordinar los umbrales con la mayor precisión entre Start y G1 / S, una etapa que abarca solo 10-15 min (Kõivomägi et al., 2011a Repetto et al., 2018). En este sentido, el sistema de ciclina mitótica simple (Coudreuse y Nurse, 2010) es como un reloj que muestra las horas, mientras que el sistema específico de ciclina completa marca con precisión de minutos o incluso segundos (Figura 1C).


Quinasas dependientes de ciclina

Quinasa activadora de CDK

Las CDK solo son completamente activas después de la fosforilación de un residuo de treonina conservado dentro del segmento de activación (Thr160 en la secuencia de CDK2 humana). En Carolina del Sur. Pombe, la enzima responsable, llamada quinasa activadora de CDK (CAK), es un complejo CDK / ciclina, Mop1 (Crk1) / Mcs2.Este complejo es funcionalmente similar a CDK7 / ciclina H de organismos superiores, que se describe a continuación. Además de su actividad CAK, ambas enzimas pueden fosforilar el CTD de la ARN polimerasa II y así desempeñar un papel en la regulación de la transcripción. En Sa. cerevisiae células, la activación de Cdc28 resulta de la fosforilación por CIV1. CIV1 está relacionado lejanamente con la familia CDK y no requiere un compañero de ciclina para su actividad. Otro complejo CDK / ciclina en Sa. cerevisiae, Kin28 / Ccl1, fosforila el CTD de la ARN polimerasa II.


Relevancia clínica: neoplasia

La neoplasia es una enfermedad de división celular sin control y su progresión se atribuye a un cambio en la actividad de los reguladores del ciclo celular. Si ocurre una mutación en una proteína que regula el ciclo celular, p. Ej. p53, puede conducir a una multiplicación rápida e incontrolada de estas células.

Cuando hay un defecto en el gen supresor de tumores p53, no puede detectar ni unirse a las células con ADN dañado para reparar el daño o causar apoptosis. Esto conduce a una replicación incontrolada de las células en el ciclo celular y a un aumento de p53 mutado. Esto aumenta el riesgo de neoplasias y también resalta las propiedades cancerosas en el mutante p53.


Biología 171

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Comprender cómo el ciclo celular está controlado por mecanismos tanto internos como externos a la célula.
  • Explique cómo ocurren los tres "puntos de control de control" internos al final de G1, en el G2/ M transición, y durante la metafase
  • Describir las moléculas que controlan el ciclo celular mediante regulación positiva y negativa.

La duración del ciclo celular es muy variable, incluso dentro de las células de un solo organismo. En los seres humanos, la frecuencia del recambio celular varía desde unas pocas horas en el desarrollo embrionario temprano, hasta un promedio de dos a cinco días para las células epiteliales y hasta una vida humana completa en G0 por células especializadas, como neuronas corticales o células del músculo cardíaco.

También existe una variación en el tiempo que una célula pasa en cada fase del ciclo celular. Cuando se cultivan células de mamíferos que se dividen rápidamente en un cultivo (fuera del cuerpo en condiciones óptimas de crecimiento), la duración del ciclo celular es de aproximadamente 24 horas. Al dividir rápidamente las células humanas con un ciclo celular de 24 horas, el G1 La fase dura aproximadamente nueve horas, la fase S dura 10 horas, la fase G2 La fase dura aproximadamente cuatro horas y media, y la fase M dura aproximadamente media hora. En comparación, en huevos fertilizados (y embriones tempranos) de moscas de la fruta, el ciclo celular se completa en unos ocho minutos. Esto se debe a que el núcleo del óvulo fecundado se divide muchas veces por mitosis, pero no pasa por la citocinesis hasta que se produce un “cigoto” multinucleado, con muchos núcleos ubicados a lo largo de la periferia de la membrana celular, lo que acorta el tiempo de división celular. ciclo. La sincronización de los eventos en el ciclo celular tanto de los "invertebrados" como de los "vertebrados" está controlada por mecanismos que son tanto internos como externos a la célula.

Regulación del ciclo celular por eventos externos

Tanto el inicio como la inhibición de la división celular se desencadenan por eventos externos a la célula cuando está a punto de comenzar el proceso de replicación. Un evento puede ser tan simple como la muerte de las células cercanas o tan radical como la liberación de hormonas promotoras del crecimiento, como la hormona del crecimiento humano (HGH o hGH). La falta de HGH puede inhibir división celular, lo que resulta en enanismo, mientras que demasiada HGH puede resultar en gigantismo. El hacinamiento de células también puede inhibir la división celular. Por el contrario, un factor que puede iniciar la división celular es el tamaño de la célula: a medida que una célula crece, se vuelve fisiológicamente ineficiente debido a su relación superficie-volumen decreciente. La solución a este problema es dividir.

Cualquiera que sea la fuente del mensaje, la celda recibe la señal y una serie de eventos dentro de la celda le permite pasar a la interfase. Avanzando desde este punto de inicio, todos los parámetros requeridos durante cada fase del ciclo celular deben cumplirse o el ciclo no puede progresar.

Regulación en los controles internos

Es esencial que las células hijas producidas sean duplicados exactos de la célula madre. Los errores en la duplicación o distribución de los cromosomas conducen a mutaciones que pueden transmitirse a cada nueva célula producida a partir de una célula anormal. Para evitar que una célula comprometida continúe dividiéndose, existen mecanismos de control interno que operan en tres puntos de control principales del ciclo celular: Un punto de control es uno de varios puntos en el ciclo celular eucariota en el que la progresión de una célula a la siguiente etapa en el El ciclo se puede detener hasta que las condiciones sean favorables. Estos puntos de control ocurren cerca del final de G1, en el G2/ M transición, y durante la metafase ((Figura)).


El g1 Control

El g1 El punto de control determina si todas las condiciones son favorables para que prosiga la división celular. El g1 El punto de control, también llamado punto de restricción (en la levadura), es un punto en el que la célula se compromete irreversiblemente con el proceso de división celular. Las influencias externas, como los factores de crecimiento, juegan un papel importante en llevar a la célula más allá del G1 control. Además de las reservas y el tamaño celular adecuados, hay una verificación de daños en el ADN genómico en el G1 control. Una celda que no cumpla con todos los requisitos no podrá avanzar a la fase S. La celda puede detener el ciclo e intentar remediar la condición problemática, o la celda puede avanzar a G0 y esperar nuevas señales cuando las condiciones mejoren.

El g2 Control

El g2 el punto de control impide la entrada a la fase mitótica si no se cumplen determinadas condiciones. Como en el G1 Se evalúan los puntos de control, el tamaño de las células y las reservas de proteínas. Sin embargo, el papel más importante del G2 El punto de control es garantizar que todos los cromosomas se hayan replicado y que el ADN replicado no esté dañado. Si los mecanismos del punto de control detectan problemas con el ADN, el ciclo celular se detiene y la célula intenta completar la replicación del ADN o reparar el ADN dañado.

El puesto de control M

El punto de control M ocurre cerca del final de la etapa de metafase de la carioquinesis. El punto de control M también se conoce como punto de control del huso, porque determina si todas las cromátidas hermanas están unidas correctamente a los microtúbulos del huso. Debido a que la separación de las cromátidas hermanas durante la anafase es un paso irreversible, el ciclo no continuará hasta que los cinetocoros de cada par de cromátidas hermanas estén firmemente anclados a al menos dos fibras del huso que surgen de los polos opuestos de la célula.

Mira lo que ocurre en el G1, G2y M puntos de control visitando este sitio web para ver una animación del ciclo celular.

Moléculas reguladoras del ciclo celular

Además de los puntos de control controlados internamente, hay dos grupos de moléculas intracelulares que regulan el ciclo celular. Estas moléculas reguladoras promueven el progreso de la célula a la siguiente fase (regulación positiva) o detienen el ciclo (regulación negativa). Las moléculas reguladoras pueden actuar individualmente o pueden influir en la actividad o producción de otras proteínas reguladoras. Por lo tanto, la falla de un solo regulador puede no tener casi ningún efecto en el ciclo celular, especialmente si más de un mecanismo controla el mismo evento. Sin embargo, el efecto de un regulador deficiente o que no funciona puede ser de amplio alcance y posiblemente fatal para la célula si se ven afectados múltiples procesos.

Regulación positiva del ciclo celular

Dos grupos de proteínas, llamadas ciclinas y quinasas dependientes de ciclinas (Cdks), se denominan reguladores positivos. Son responsables del progreso de la celda a través de los distintos puntos de control. Los niveles de las cuatro proteínas ciclina fluctúan a lo largo del ciclo celular en un patrón predecible ((Figura)). Los aumentos en la concentración de proteínas ciclina son provocados por señales tanto externas como internas. Después de que la célula pasa a la siguiente etapa del ciclo celular, las ciclinas que estaban activas en la etapa anterior son degradadas por enzimas citoplasmáticas, como se muestra en la (Figura) a continuación.


Las ciclinas regulan el ciclo celular solo cuando están estrechamente unidas a Cdks. Para ser completamente activo, el complejo Cdk / ciclina también debe fosforilarse en ubicaciones específicas para activar el complejo. Como todas las quinasas, las Cdks son enzimas (quinasas) que a su vez fosforilan otras proteínas. La fosforilación activa la proteína cambiando su forma. Las proteínas fosforiladas por Cdks están involucradas en el avance de la célula a la siguiente fase. ((Figura)). Los niveles de proteínas Cdk son relativamente estables a lo largo del ciclo celular; sin embargo, las concentraciones de ciclina fluctúan y determinan cuándo se forman los complejos Cdk / ciclina. Las diferentes ciclinas y Cdks se unen en puntos específicos del ciclo celular y, por lo tanto, regulan diferentes puntos de control.


Debido a que las fluctuaciones cíclicas de los niveles de ciclina se basan en gran medida en tiempo del ciclo celular y no en eventos específicos, la regulación del ciclo celular ocurre normalmente por las moléculas Cdk solas o los complejos Cdk / ciclina. Sin una concentración específica de complejos ciclina / Cdk completamente activados, el ciclo celular no puede pasar por los puntos de control.

Aunque las ciclinas son las principales moléculas reguladoras que determinan el impulso hacia adelante del ciclo celular, existen varios otros mecanismos que ajustan el progreso del ciclo con efectos negativos, en lugar de positivos. Estos mecanismos bloquean esencialmente la progresión del ciclo celular hasta que se resuelven las condiciones problemáticas. Las moléculas que impiden la activación completa de Cdks se denominan inhibidores de Cdk. Muchas de estas moléculas inhibidoras controlan directa o indirectamente un evento particular del ciclo celular. El bloqueo colocado en Cdks por las moléculas inhibidoras no se eliminará hasta que se complete el evento específico que monitorea el inhibidor.

Regulación negativa del ciclo celular

El segundo grupo de moléculas reguladoras del ciclo celular son reguladores negativos, que detienen el ciclo celular. Recuerde que en la regulación positiva, las moléculas activas hacen que el ciclo progrese.

Las moléculas reguladoras negativas mejor entendidas son la proteína del retinoblastoma (Rb), p53 y p21. Las proteínas del retinoblastoma son un grupo de proteínas supresoras de tumores común en muchas células. Debemos notar aquí que las designaciones 53 y 21 se refieren a las masas moleculares funcionales de las proteínas (p) en kilodaltons (un dalton es igual a un unidad de masa atómica, que es igual a un protón o un neutrón o 1 g / mol). Gran parte de lo que se sabe sobre la regulación del ciclo celular proviene de investigaciones realizadas con células que han control regulatorio perdido. Se descubrió que estas tres proteínas reguladoras estaban dañadas o no eran funcionales en células que habían comenzado a replicarse de manera incontrolable (es decir, se volvían cancerosas). En cada caso, la causa principal del progreso descontrolado a través del ciclo celular fue una copia defectuosa de la proteína reguladora.

Rb, p53 y p21 actúan principalmente en el G1 control. p53 es una proteína multifuncional que tiene un gran impacto en el compromiso de una célula con la división porque actúa cuando hay ADN dañado en las células que están pasando por los procesos preparatorios durante G1. Si se detecta ADN dañado, p53 detiene el ciclo celular y luego recluta enzimas específicas para reparar el ADN. Si el ADN no se puede reparar, p53 puede desencadenar la apoptosis o el suicidio celular para evitar la duplicación de cromosomas dañados. A medida que aumentan los niveles de p53, se activa la producción de p21. p21 obliga a detener el ciclo dictado por p53 al unirse e inhibir la actividad de los complejos Cdk / ciclina. A medida que una célula está expuesta a más estrés, se acumulan niveles más altos de p53 y p21, lo que hace menos probable que la célula pase a la fase S.

Rb, que controla en gran medida el tamaño de las células, ejerce su influencia reguladora sobre otras proteínas reguladoras positivas. En el activo, estado desfosforilado, Rb se une a proteínas llamadas factores de transcripción, más comúnmente, E2F ((Figura)). Los factores de transcripción "activan" genes específicos, lo que permite la producción de proteínas codificadas por ese gen. Cuando Rb se une a E2F, la producción de proteínas necesarias para la G1La transición / S está bloqueada. A medida que la célula aumenta de tamaño, Rb se fosforila lentamente hasta que se vuelve inactivado. Rb libera E2F, que ahora puede activar el gen que produce la proteína de transición, y se elimina este bloqueo en particular. Para que la celda se mueva más allá de cada uno de los puntos de control, todos los reguladores positivos deben estar "encendidos" y todos los reguladores negativos deben estar "apagados".


La Rb y otras proteínas que regulan negativamente el ciclo celular a veces se denominan supresores de tumores. ¿Por qué cree que el nombre supresor de tumores podría ser apropiado para estas proteínas?

Resumen de la sección

Cada paso del ciclo celular es monitoreado por controles internos llamados puntos de control. Hay tres puntos de control principales en el ciclo celular: uno cerca del final de G1, un segundo en el G2/ M transición, y la tercera durante la metafase. Las moléculas reguladoras positivas permiten que el ciclo celular avance a la siguiente etapa de división celular. Las moléculas reguladoras negativas controlan las condiciones celulares y pueden detener el ciclo hasta que se cumplan los requisitos específicos.

Conexiones de arte

(Figura) Rb y otras proteínas que regulan negativamente el ciclo celular a veces se denominan supresores de tumores. ¿Por qué cree que el nombre supresor de tumores podría ser apropiado para estas proteínas?

(Figura) Rb y otras proteínas reguladoras negativas controlan la división celular y, por lo tanto, previenen la formación de tumores. Las mutaciones que impiden que estas proteínas lleven a cabo su función pueden provocar cáncer.

Respuesta libre

Describa las condiciones generales que deben cumplirse en cada uno de los tres puntos de control principales del ciclo celular.

El g1 checkpoint monitorea el crecimiento celular adecuado, el estado del ADN genómico, las reservas adecuadas de energía y los materiales para la fase S. En el G2 punto de control, se comprueba el ADN para garantizar que todos los cromosomas se hayan duplicado y que no haya errores en el ADN recién sintetizado. Además, se evalúan el tamaño de la celda y las reservas de energía. El punto de control M confirma la correcta unión de las fibras del huso mitótico a los cinetocoros.

Comparar y contrastar las funciones de los reguladores positivos del ciclo celular y los reguladores negativos.

Los reguladores celulares positivos como ciclina y Cdk realizan tareas que hacen avanzar el ciclo celular a la siguiente etapa. Los reguladores negativos como Rb, p53 y p21 bloquean la progresión del ciclo celular hasta que ocurren ciertos eventos.

¿Qué pasos son necesarios para que Cdk se vuelva completamente activo?

El Cdk debe unirse a una ciclina y debe fosforilarse en la posición correcta para que se active por completo.

Rb es un regulador negativo que bloquea el ciclo celular en G1 punto de control hasta que la celda alcance el tamaño requerido. ¿Qué mecanismo molecular emplea Rb para detener el ciclo celular?

Rb es activo cuando está desfosforilado. En este estado, Rb se une a E2F, que es un factor de transcripción requerido para la transcripción y eventual traducción de moléculas requeridas para G1/ S transición. E2F no puede transcribir ciertos genes cuando está unido a Rb. A medida que la célula aumenta de tamaño, Rb se fosforila, inactiva y libera E2F. Entonces, E2F puede promover la transcripción de los genes que controla y se producirán las proteínas de transición.

Glosario


10.1A: El papel del ciclo celular - Biología

El núcleo es un orgánulo unido a la membrana que contiene la información genética en forma de cromatina, complejos de ácido desoxirribonucleico (ADN) en forma de cinta muy plegados y una clase de proteínas llamadas histonas.

Cuando una célula se divide, las fibras de cromatina están muy dobladas y se vuelven visibles en el microscopio óptico como cromosomas. Durante la interfase (entre divisiones), la cromatina está más extendida, una forma utilizada para la expresión de información genética.

El ADN de la cromatina se envuelve alrededor de un complejo de histonas que hacen lo que puede aparecer en el microscopio electrónico como "perlas en una cuerda" o nucleosomas. Los cambios en el plegamiento entre la cromatina y los cromosomas mitóticos están controlados por el empaquetamiento de los complejos de nucleosomas.

El ADN o ácido d eoxirribonucleico es una molécula grande estructurada a partir de cadenas de unidades repetidas del azúcar desoxirribosa y fosfato unidas a cuatro bases diferentes abreviadas A, T, G y C. Más adelante mostraremos cómo la estructura simple del ADN contiene la información para especificar las proteínas que permiten la vida. El proceso de mitosis está diseñado para asegurar que las copias exactas del ADN en los cromosomas se transmitan a las células hijas.


Pasos en el ciclo

  • Daño en el ADN puestos de control. Estos detectan el daño del ADN antes de que la célula entre en la fase S (un G1 punto de control), así como después de la fase S (un G2 control).
    • El daño al ADN antes de que la célula entre en la fase S inhibe la acción de Cdk2, deteniendo así la progresión del ciclo celular hasta que el daño pueda repararse. Si el daño es tan severo que no se puede reparar, la célula se autodestruye por apoptosis.
    • Daño al ADN después de la fase S (el G2 punto de control), inhibe la acción de Cdk1 evitando así que la célula proceda de G2 a la mitosis.
    • detectar cualquier falla de las fibras del huso para unir a cinetocoros y arrestar la celda en metafase hasta que todos los cinetocoros estén conectados correctamente (punto de control M y ejemplo de mdash)
    • detectar la alineación incorrecta del propio huso y bloquear la citocinesis
      Enlace a la discusión sobre las funciones del huso en la mitosis.
    • desencadenar la apoptosis si el daño es irreparable.

    Todos los puntos de control examinados requieren los servicios de un complejo de proteínas. Las mutaciones en los genes que codifican algunos de estos se han asociado con el cáncer, es decir, son oncogenes. Esto no debería sorprender, ya que las fallas en los puntos de control permiten que la celda continúe dividiéndose a pesar del daño a su integridad.

    Ejemplos de

    La proteína TP53 detecta el daño del ADN y puede detener la progresión del ciclo celular en G1 (bloqueando la actividad de Cdk2). Ambas copias del TP53 gen debe ser mutado para que esto falle, por lo que las mutaciones en TP53 son recesivos, y TP53 califica como un supresor de tumor gene.

    Discusión adicional sobre genes supresores de tumores y TP53.

    La proteína p53 también es un actor clave en apoptosis, obligando a las células "malas" a suicidarse. Entonces, si la célula solo tiene versiones mutantes de la proteína, puede vivir y tal vez convertirse en cáncer. De hecho, más de la mitad de todos los cánceres humanos albergan p53 mutaciones y no tienen proteína p53 funcional.

    Un genéticamente diseñado adenovirus, llamado ONYX-015, solo puede replicarse en células humanas que carecen de p53. Por lo tanto, infecta, se replica y, en última instancia, destruye muchos tipos de células cancerosas in vitro. Actualmente se están realizando ensayos clínicos para ver si las inyecciones de ONYX-015 pueden reducir una variedad de tipos de cánceres en pacientes humanos. (Encontrará que el gen humano se designa de diversas formas como P53, TP53 ["proteína tumoral 53"], y TRP53 ["proteína 53 relacionada con la transformación"])

    Cajero automático () recibe su nombre de una enfermedad humana de ese nombre [Link], cuyos pacientes & mdash, entre otras cosas & mdash, tienen un gran aumento (

    100 veces) riesgo de cáncer. La proteína ATM está involucrada en

    • detección de daños en el ADN, especialmente roturas de doble hebra
    • interrumpir (con la ayuda de p53) el ciclo celular cuando se encuentra el daño
    • manteniendo la longitud normal de los telómeros.

    ATR () también recibe su nombre de la enfermedad humana. La proteína ATR detiene la progresión del ciclo celular hasta que se completa la replicación del ADN. Por lo tanto, ATR proporciona un S / G2 control.

    ENOJADO () genes (hay dos) codifican proteínas que se unen a cada cinetocoro Hasta que se le adhiere una fibra en forma de huso (con un microtúbulo). Si hay alguna falla en la unión, MAD permanece y bloquea la entrada en anafase (inhibiendo el complejo promotor de anafase).

    Mutaciones en ENOJADO producir una proteína defectuosa y falla del punto de control. La célula termina la mitosis pero produce células hijas con demasiados o muy pocos cromosomas, una condición llamada aneuploidía. Más del 90% de las células cancerosas humanas son aneuploides.

    Infección con el virus linfotrópico de células T humanas-1 (HTLV-1) conduce a un cáncer (ATL = "leucemia / linfoma de células T adultas") en el 3 y el 5% de los infectados. HTLV-1 codifica una proteína, llamada Impuesto, que se une a la proteína MAD provocando la falla del punto de control del huso. Las células leucémicas de estos pacientes muestran muchas anomalías cromosómicas, incluida la aneuploidía.

    A kinesina que mueve el cinetocoro al final de la fibra del huso también parece estar involucrado en el punto de control del huso [Más].

    Muchas veces una célula abandonará el ciclo celular, de forma temporal o permanente. Sale del ciclo en G1 y entra en una etapa designada como G0 (G cero). A G0 La célula a menudo se denomina "inactiva", pero probablemente sea más un reflejo de los intereses de los científicos que estudian el ciclo celular que de la propia célula. Muchos G0 las células son cualquier cosa menos inactivas. Están ocupados desempeñando sus funciones en el organismo. por ejemplo, secreción, ataque de patógenos.

    A menudo G0 las células se diferencian terminalmente: nunca volverán a entrar en el ciclo celular, sino que realizarán su función en el organismo hasta que mueran.

    Para otras celdas, G0 puede ir seguido de la reentrada en el ciclo celular. La mayoría de los linfocitos de la sangre humana están en G0. Sin embargo, con la estimulación adecuada, como encontrar el antígeno apropiado [Ver], pueden estimularse para volver a entrar en el ciclo celular (en G1) y continúe con nuevas rondas de alternancia Fases S y mitosis.

    GRAMO0 representa no simplemente la ausencia de señales para la mitosis, sino una represión activa de los genes necesarios para la mitosis. Las células cancerosas no pueden ingresar a G0 y están destinados a repetir el ciclo celular de forma indefinida. [Más]



Comentarios:

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