CICLO CELULAR 1. INTRODUCCION. El ciclo celular consiste en un intervalo de biosíntesis y crecimiento activos durante el cual la célula duplica su masa y su contenido, seguido por un episodio relativamente breve de división nuclear que suele ir acompañado por la división del citoplasma y la formación de una nueva frontera o límite para separar los núcleos y el citoplasma en un par de células hijas. Los asombrosos eventos de la división nuclear o mitosis y de la división de la célula por citocinesis han sido bien caracterizados durante 100 años gracias a los estudios microscópicos. La mayoría de las actividades que caracterizan la fase de crecimiento entre las divisiones mitóticas, llamada interfase, sólo se han estudiado en las últimas décadas. En la interfase se producen macromoléculas activamente, pero no todas de manera continua. En particular el ADN y las histonas solamente se sintetizan durante la fase S del ciclo celular, separada de la mitosis (M), por G 1 antes y por G 2 después de la síntesis. Los estudios en las células cultivadas, tanto sincronizadas como en crecimiento al azar, han revelado algunos de los factores que controlan estas fases. A diferencia de lo que sucede en el caso de G 2 y S, la duración de G 1 es fuertemente influida por las condiciones ambientales. Puede ser muy breve si los nutrientes son abundantes, pero en condiciones subóptimas la fase G 1 puede prolongarse y si la aglomeración induce quiescencia, las células G 1 se detienen en un estado no cíclico conocido como G 0 . La duración de la fase S también puede variar en las etapas del desarrollo; así, las células embrionarias de algunas especies son capaces de sintetizar en 25 minutos lo que requiere 20 horas en un adulto. Los estudios de fusión de células indican la presencia de factores que promueven la transición G 1 a S y de G 2 a M. Sin embargo, una vez que ha empezado la fase S, no se interrumpe por la fusión con células G 2, , ni la fusión puede inducir a los núcleos G 2
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CICLO CELULAR
1. INTRODUCCION.
El ciclo celular consiste en un intervalo de biosíntesis y crecimiento activos durante el
cual la célula duplica su masa y su contenido, seguido por un episodio relativamente
breve de división nuclear que suele ir acompañado por la división del citoplasma y la
formación de una nueva frontera o límite para separar los núcleos y el citoplasma en
un par de células hijas. Los asombrosos eventos de la división nuclear o mitosis y de
la división de la célula por citocinesis han sido bien caracterizados durante 100 años
gracias a los estudios microscópicos. La mayoría de las actividades que caracterizan la
fase de crecimiento entre las divisiones mitóticas, llamada interfase, sólo se han
estudiado en las últimas décadas.
En la interfase se producen macromoléculas activamente, pero no todas de manera
continua. En particular el ADN y las histonas solamente se sintetizan durante la fase S
del ciclo celular, separada de la mitosis (M), por G1 antes y por G2 después de la
síntesis. Los estudios en las células cultivadas, tanto sincronizadas como en
crecimiento al azar, han revelado algunos de los factores que controlan estas fases. A
diferencia de lo que sucede en el caso de G2 y S, la duración de G1 es fuertemente
influida por las condiciones ambientales. Puede ser muy breve si los nutrientes son
abundantes, pero en condiciones subóptimas la fase G1 puede prolongarse y si la
aglomeración induce quiescencia, las células G1 se detienen en un estado no cíclico
conocido como G0. La duración de la fase S también puede variar en las etapas del
desarrollo; así, las células embrionarias de algunas especies son capaces de sintetizar
en 25 minutos lo que requiere 20 horas en un adulto. Los estudios de fusión de células
indican la presencia de factores que promueven la transición G1 a S y de G2 a M. Sin
embargo, una vez que ha empezado la fase S, no se interrumpe por la fusión con
células G2, , ni la fusión puede inducir a los núcleos G2 a sintetizar más ADN sino hasta
después de que se han dividido. Utilizando mutantes de ciclo de división celular en
levaduras y otros organismos, los investigadores han identificados y determinado el
orden de acción de varios genes que regulan aspectos del ciclo celular.
La fase M del ciclo celular, la mitosis, clásicamente se subdivide en cinco etapas con
base en la morfología nuclear:
1. Profase: Los cromosomas se condensan, el nucléolo se desaparece y se forma
el huso motótico.
2. Prometafase: La envoltura nuclear se fragmenta y los cromosomas se
adhieren a las fibras del huso.
3. Metafase: Los cromosomas están alineados en la placa ecuatorial del huso,
con las cromátidas hermanas unidas en sus centrómeros y dirigidas hacia polos
opuestos.
4. Anafase: Los centrómeros se separan y las cromátidas hermanas son atraídas
a polos opuestos del huso a medida que los microtúbulos cinetocóricos se acortan
y los microtúbulos polares se alargan.
5. Telofase: La envoltura nuclear se establece de nuevo alrededor de cada serie
de cromosomas, el huso se desorganiza, los cromosomas se descondensan y los
nucléolos reaparecen.
Este proceso asegura la distribución de una copia de cada cromosoma a cada una de
las células hijas.
En ciertos protistas y otros organismos simples existen varias estrategias mitóticas. En
una secuencia posible de procesos evolutivos, que se ha deducido de estudios
comparativos de dichos organismos, se propone que células cuyo genoma consistía en
un solo cromosoma lo distribuían por expansión de la envoltura nuclear a la cual
estaba adherido el cromosoma. Conforme los genomas crecieron para incluir más de
un cromosoma, los microtúbulos proporcionaron un sistema más preciso de
segregación. Una vez que los cromosomas estuvieron unidos directamente a las fibras
del huso, los microtúbulos de éste favorecieron el movimiento de los cromosomas, y la
asociación de éstos con la envoltura nuclear fue menos esencial. Con el desarrollo de
centrómeros muy evolucionados, la envoltura nuclear no fue necesaria para la función
de organizar el huso. Diferentes especies conocidas de microorganismos eucarióticos
presentan muchas etapas intermedias de este esquema propuesto.
La citocinesis, o división de la célula, se lleva a cabo por mecanismos distintos en
animales, vegetales y bacterias. En los animales se desarrolla un surco en la
membrana citoplasmática en la línea media y perpendicularmente al huso. La
membrana se cierra por la contracción de filamentos corticales de actina y miosina del
anillo contráctil, y el surco se hace más profundo progresivamente, separando las dos
células descendientes. Los restos de las fibras del huso se concentran en el cuello para
formar un cuerpo medio que puede desaparecer o persistir como un puente entre las
células hijas. En los vegetales se forman una placa celular a partir del fragmoplasto,
un conjunto de fibras del huso, vesículas de secreción y fragmentos del aparato de
Golgi en el centro de la célula en la línea media del huso. El conjunto de materiales del
fragmoplasto crece hacia fuera y por último se fusiona e integra una hoja de
membrana continua que se une con la membrana citoplasmática materna existente.
En cada lado del fragmoplasto se desarrolla una pared celular conforme se deposita el
contenido de las vesículas. Los plasmodesmos pueden conservarse y brindar
aberturas para puentes citoplásmicos entre las células hijas. En las algas y los hongos
la membrana citoplasmática se invagina, y se deposita nuevo material para la pared
celular en la hendidura a ambos lados.
Por lo general todos los tipos celulares que componen un organismo multicelular
presentan variaciones en la duración de su ciclo celular, en todos el mecanismo básico
es el mismo, pero no todas las células tienen la capacidad de dividirse, y entre ellas
que si tienen esa capacidad, el tiempo que transcurre entre un ciclo y el siguiente varía
dependiendo del tipo celular. Existen poblaciones celulares altamente diferenciadas
que pierden totalmente la capacidad de dividirse y por lo tanto abandonan el ciclo
celular de modo permanente (neuronas y glóbulos rojos). Existen células que
abandonan el ciclo celular por tiempos variables, pero que no pierden la capacidad de
dividirse, estas se dice que están en G0. Con un determinado estímulo, estas
poblaciones celulares pueden reingresar al ciclo celular, duplicando su material
genético y experimentando nuevamente mitosis (células hepáticas y cartílago).
También existen poblaciones celulares que están en constante renovación,
permanentemente en ciclo celular, y que son el sostén para el mantenimiento de los
epitelios, de la renovación de los eritrocitos y leucocitos, de la formación permanente
de células que reemplazarán a las que no son funcionales o han envejecido, así como
también de la generación de un ser humano a partir de un cigoto.
2. OBJETIVOS.
2.1 Describir y analizar algunos procesos moleculares y citológicos de la
reproducción celular.
2.2 Describir el proceso mitótico y los cambios que ocurren en el material nuclear
durante este periodo.
2.3 Comprender las implicaciones biológicas de la reproducción celular.
3. CUESTIONARIO.
3.1 ¿Qué importancia tiene el método radioautográfico en el estudio del Ciclo
Celular?.
3.2 Clasifique las poblaciones celulares, dando ejemplos de cada una.
3.3 ¿Cuál es la importancia de la Mitosis?. Caracterice los diferentes estadíos.
3.4 ¿Cuáles son los componentes del aparato mitótico?.
3.5 Compare la Mitosis de una célula animal con la de una célula vegetal.
4. ACTIVIDADES.
4.1 Periodo S. Duplicación del DNA.
4.1.1 Observe una radioautografía de tejido de lombriz de tierra teñido, además, con
hematoxilina y eosina. El invertebrado, previamente, se inyecto con timidina
tritiada, y después de una hora se sacrificó y se obtuvo nuestras de sus tejidos.
Esquematice un sector de la preparación donde se observe células marcadas y
no marcadas.
- ¿En qué región de la célula se observa marca?. Fundamente.
- ¿Qué significa la mayor, menor o nula cantidad de marca exhibidas por
algunas células?. Clasifíquelas en algunas de las etapas del ciclo celular, o el
ciclo proliferativo.
- ¿Hay distribución diferencial de células marcadas en el tejido?. ¿Qué
interpretación da usted a esa distribución?.
4.1.2. Complete el gráfico anexo, en donde 2c es la cantidad normal de ADN en un
núcleo.
4.2 Mitosis
4.2.1 Observe y esquematice la preparación de un aplastado de meristemo de
cebolla, teñido con orceina acética al 2%. Con ayuda de la clave anexa,
identifique los diversos estadíos de la mitosis. Esquematice.
Preparación:
Propósito:
Tinción:
Aumento:
Descripción:
4c3c
2c
c
G1 S G2 M
Etapas del ciclo proliferativo
Preparación:
Propósito:
Tinción:
Aumento:
Descripción:
4.2.2 Estime la frecuencia de células en mitosis en el ápice de esta raíz. Compárela
con la frecuencia de células en mitosis en otras zonas de la raíz.
¿Qué significado tendría una regionalización de la actividad proliferativa en el
crecimiento de la raíz?.
4.2.3 Observe la orientación del plano de las anafase. Si el plano fuera
perpendicular al eje de la raíz, ¿Qué consecuencia tendría para el crecimiento
del órgano?.
5. CONCLUSIONES.
CLAVE PARA LA IDENTIFICACIÓN DE ALGUNOS ESTADIOS DEL CICLO CELULAR
Cromosomas no visibles
a) Células de tamaño normal ...............................................................................
Interfase
b) Dos células ocupando el mismo espacio de una célula normal ................ Células