El ciclo celular y sus fases

Capítulo 12

El Ciclo Celular

PowerPoint® Lecture Presentations for

Biology
Eighth Edition
Neil Campbell and Jane Reece

Lectures by Chris Romero, updated by Erin Barley with contributions from Joan Sharp
Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Al finalizar el capítulo debes poder:

1. Describir la organización estructural de los
genomas procarionte y eucarionte
2. Enumerar las fases del ciclo celular; describir
la secuencia de eventos durante cada fase
3. Enumerar las fases de mitosis y describir los
eventos característicos de cada fase
4. Dibujar o describir el huso mitótico,
incluyendo los centrosomas, los microtúbulos
de acuerdo a su posición y conexión


5. Comparar citocinesis en animales y plantas
6. Describir el proceso de fisión binaria en
bacterias
7. Explicar como la división celular anormal de
células cancerosas no sigue los controles
normales del ciclo celular
8. Distinguir entre tumores benignos, malignos y
metasticos


Panorama: Los roles principales de la División
Celular

• La habilidad de los organismos para
reproducirse es lo que mejor los distingue lo
vivo de lo no-vivo
• La continuidad de la vida se basa en la
reproducción de las células, o división celular


• En organismos unicelulares, la división de una
célula reproduce un organismo completo
• Organismos Multicelulares dependen de
división celular para:
– Desarrollo a partir de una célula fecundada
– Crecimiento
– Reparación
• La división celular es una parte integral del
ciclo celular, e la vida de una célula desde su
formación hasta su propia división

Fig. 12-2

100 µm 200 µm 20 µm

(a) Reproduction (b) Growth and (c) Tissue renewal
development

Concepto 12.1: División Celular produce células
hermanas genéticamente idénticas
• La mayoría de las divisiones celulares resulta
en células hijas con información genética
idéntica, ADN idéntico
• Una tipo de división especial produce células
hijas no-idénticas (gametos, o
espermatozoides u óvulos)


Organización del Material Genético en la Célula

• Todo el ADN en una célula constituye el
genoma de la célula
• Un genoma puede consistir de una sola
moléculas de ADN (común en procariontes) o
un número de moléculas de ADN (común en
células eucariontes)
• Moléculas de ADN en una célula están
empacadas en lo que son los cromosomas


• Cada especie de eucarionte tiene un número
característico de cromosomas en el núcleo de
sus células
• Células Somáticas (células no-reproductivas)
tienen dos juegos de cromosomas
• Gametos (células reproductivas:
espermatozoide y óvulo) tienen la mitad del
número de cromosomas que las células
somáticas
• Cromosomas eucarionte consisten de
cromatina, a complejo de ADN y proteína que
se condensa durante la división celular

Distribución de los Cromosomas durante la
División Celular Eucarionte

• En preparación para la división celular, el ADN
se replica y los cromosomas se condensan
• Cada cromosoma duplicado tiene dos
cromátidas hermanas, las cuales se separan
durante la división celular
• El centrómero es la “cintura” del cromosoma
duplicado, donde las cromátidas están más
unidas


Fig. 12-4
0.5 µm Chromosomes DNA molecules

Chromo-
Chromosome
some arm
duplication
(including DNA
synthesis)
Centromere

Sister
chromatids

Separation of
sister chromatids

Centromere

Sister chromatids

• División celular de eucariontes consiste de:
– Mitosis, la división del núcleo
– Citocinesis, división del citoplasma

• Los gametos se producen por una variante de
la división celular llamada meiosis
• La meiosis produce células hermanas no-
idénticas las cuales solo tienen un juego de
cromosomas, mitad de los de la célula padre


Concepto 12.2: La fase mitótica se alterna con
interfase en el ciclo celular
• En 1882, el anatomista alemán Walther
Flemming desarrollo tintes para observar los
cromosomas durante mitosis y citocinesis


Fases del Ciclo Celular

• El ciclo celular consiste de
– Fase de Mitosis (M) (mitosis y citocinesis)
– Interfase (crecimiento celular y replicación de
los cromosomas en preparación para la
división celular)


• Interfase (toma 90% del ciclo celular) se puede
dividir en sub-fases:
– Fase G1 (“first gap”)
– Fase S (“synthesis”)
– Fase G2 (“second gap”)

• La célula crece durante las tres fases, pero los
cromosomas se duplican solamente durante la
fase S


Fig. 12-5

G1 S
(DNA synthesis)

i s
es
in G2
ok
s
si

yt
it o

MIT C
M

(M) OTIC
PHA
SE

• Mitosis es convencionalmente dividida en cinco
fases:
– Profase
– Prometafase
– Metafase
– Anafase
– Telofase
• Citocinesis está en proceso en la telofase
tardía
BioFlix: Mitosis


Fig. 12-6

G2 of Interphase Prophase Prometaphase Metaphase Anaphase Telophase and Cytokinesis
Centrosomes Chromatin Early mitotic Aster Centromere Fragments Nonkinetochore Metaphase Cleavage Nucleolus
(with centriole (duplicated) spindle of nuclear microtubules plate furrow forming
pairs) envelope

Daughter Nuclear
Nucleolus Nuclear Plasma Chromosome, consisting Kinetochore Kinetochore Spindle Centrosome at chromosomes
one spindle pole envelope
envelope membrane of two sister chromatids microtubule forming

El huso mitótico: un acercamiento

• El huso mitótico es el aparato de
microtúbulos que controla el movimiento de los
cromosomas durante mitosis
• Durante profase, el ensamblaje del los
microtúbulos del huso comienza en el
centríolos, centro de organización de
microtúbulos
• Los centríolos se replican formando dos
centrosomas que migran a polos opuestos de
la célula según los microtúbulos del huso
crecen hacia fuera de estos

• Un áster (un arreglo radial de pequeños
microtubulos) se extiende de cada centríolo
• El huso incluye los centríolos, los microtubulos
del huso, y los asters


• Durante pro-metafase, algunos microtubulos
del huso se adhieren a los cinetocoros de los
cromosomas y comienzan a mover los
cromosomas
• En metafase, los cromosomas se alinean en lo
que se conoce como la placa de metafase, el
punto medio entre los dos polos del huso


Fig. 12-7
Aster
Centrosome
Sister
chromatids
Microtubules Chromosomes
Metaphase
plate

Kineto-
chores

Centrosome 1 µm

Overlapping
nonkinetochore Kinetochore
microtubules microtubules

0.5 µm

• En anafase, las cromátidas hermanas se
separan y mueven a lo largo de los
microtúbulos del cinetocoro hacia lados
opuestos de la célula
• Los microtúbulos se acortan por des-
polimerización en el extremo del cinetocoro


Fig. 12-8
EXPERIMENT
Kinetochore

Spindle
pole

Mark

RESULTS

CONCLUSION
Chromosome
movement
Kinetochore

Motor Tubulin
Microtubule protein subunits
Chromosome

• Microtúbulos (no del cinetocoro) que van de
polo a polo se solapan y empujan unos contra
otros, lo cual alargar la célula
• En telofase, núcleos genéticamente idénticos
se forman a lados opuestos de la célula


Citocinesis: un acercamiento

• En células de animales, la citocinesis ocurre
por un proceso conocido como separación
(cleavage), formando así el surco de
separación (cleavage)
• En células de plantas, se forma una placa
celular durante citocinesis

Animation: Cytokinesis


Video: Animal Mitosis

Video: Sea Urchin (Time Lapse)


Fig. 12-9b

Vesicles Wall of 1 µm
forming parent cell
cell plate Cell plate New cell wall

Daughter cells
(b) Cell plate formation in a plant cell (TEM)

Fig. 12-10

Nucleus Chromatin 10 µm
Nucleolus condensing Chromosomes Cell plate

1 Prophase 2 Prometaphase 3 Metaphase 4 Anaphase 5 Telophase

Fig. 12-10a

Nucleus Chromatin
Nucleolus condensing

1 Prophase

Fig. 12-10b

Chromosomes

2 Prometaphase

Fig. 12-10c

3 Metaphase

Fig. 12-10d

4 Anaphase

Fig. 12-10e

10 µm
Cell plate

5 Telophase

Fisión Binaria

• Procariontes (bacterias y archaeas) se
reproducen por un tipo de división celular
llamado fisión binaria
• En la fisión binaria, los cromosomas se
replican (comenzando en el origen de la
replicación), y los dos cromosomas
“hermanos” se separan


Fig. 12-11-1
Cell wall
Origin of
replication Plasma
membrane
E. coli cell
Bacterial
Two copies chromosome
of origin

Fig. 12-11-2
Cell wall
Origin of
replication Plasma
membrane
E. coli cell
Bacterial
of origin

Origin Origin

Fig. 12-11-3
Cell wall
Origin of
replication Plasma
membrane
E. coli cell
Bacterial
of origin

Origin Origin

Fig. 12-11-4
Cell wall
Origin of
replication Plasma
membrane
E. coli cell
Bacterial
of origin

Origin Origin

La evolución de Mitosis

• Ya que los procariontes evolucionaron antes
que los eucariontes, mitosis probablemente
evoluciono a partir de fisión binaria
• Algunos protistas muestran tipos de división
celular que parecen intermedios entre fisión
binaria y mitosis


Fig. 12-12
Bacterial
chromosome

(a) Bacteria

Chromosomes

Microtubules

Intact nuclear
envelope
(b) Dinoflagellates

Kinetochore
microtubule

Intact nuclear
envelope

(c) Diatoms and yeasts

Kinetochore
microtubule

Fragments of
nuclear envelope
(d) Most eukaryotes

Fig. 12-12ab

Bacterial
chromosome

(a) Bacteria

Chromosomes

Microtubules

Intact nuclear
envelope
(b) Dinoflagellates

Fig. 12-12cd

Kinetochore
microtubule

Intact nuclear
envelope

(c) Diatoms and yeasts

Kinetochore
microtubule

Fragments of
nuclear envelope
(d) Most eukaryotes

Concepto 12.3: El ciclo celular de células
eucariontes es regulado por un sistema de control
molecular

• La frecuencia de divisiones celulares varia con
el tipo de célula
• Estas diferencias del ciclo celular resultan de
variaciones en la regulación a nivel molecular


Evidencia de señales citoplásmicas

• El ciclo celular aparenta estar dirigido por
señales químicas específicas presentes en el
citoplasma
• Alguna evidencia para esta hipótesis viene de
experimentos de cultivos de células de
mamíferos en diferentes fases del ciclo que se
fusionaron para formar una sola célula con dos
núcleo


Fig. 12-13
EXPERIMENT
Experiment 1 Experiment 2

S G1 M G1

RESULTS

S S M M
When a cell in the When a cell in the
S phase was fused M phase was fused with
with a cell in G1, the G1 a cell in G1, the G1
nucleus immediately nucleus immediately
entered the S began mitosis—a
phase—DNA was spindle formed and
synthesized. chromatin condensed,
even though the
chromosome had not
been duplicated.

Sistema de Control del Ciclo Celular

• Los eventos en secuencia del ciclo celular son
directamente dirigidos por el sistema de
control del ciclo celular, el cual es similar a
un reloj
• El sistema de control del ciclo celular es
regulado por controles internos y externos
• El reloj tiene unos puntos de cotejo
específicos donde existen varia señales


Fig. 12-14
G1 checkpoint

Control
system S
G1

M G2

M checkpoint
G2 checkpoint

• Para muchas células, el punto de cotejo del G1
parece el más importante
• Si una célula recibe una señal de “luz verde”
en el punto de cotejo del G1, la célula
usualmente completará S, G2, y fase M y se
divide
• Si una célula no recibe una señal de “luz
verde” en el punto de cotejo del G1 saldrá del
ciclo y pasa a la fase G0


Fig. 12-15

G0
G1 checkpoint

G1 G1

(a) Cell receives a go-ahead (b) Cell does not receive a
signal go-ahead signal

El reloj del Ciclo Celular: Ciclinas y
Ciclina-Dependiente de quinasas

• Dos tipos de proteínas reguladoras están
envueltas en control del ciclo celular: ciclinas
y ciclinas-dependientes de quinasas (Cdks)
• La actividad de las ciclinas y los Cdks fluctúan
durante el ciclo
• MPF (maturation-promoting factor) es un
complejo de ciclina-Cdk que promueve el paso
de una célula del punto de cotejo de G2 a la
fase M


Fig. 12-16

RESULTS

5 30
Protein kinase activity (– )

% of dividing cells (– )
4
20
3

2
10
1

0 0
100 200 300 400 500
Time (min)

Fig. 12-17
M G1 S G2 M G1 S G2 M G1

MPF activity
Cyclin
concentration

Time
(a) Fluctuation of MPF activity and cyclin concentration during
the cell cycle

S

Cyclin accumulation
G1

Cdk

M
Degraded G2
cyclin
G2 Cdk
Cyclin is checkpoint
degraded

Cyclin
MPF

(b) Molecular mechanisms that help regulate the cell cycle

Fig. 12-17a

M G1 S G2 M G1 S G2 M G1

MPF activity
Cyclin
concentration

Time
(a) Fluctuation of MPF activity and cyclin concentration during
the cell cycle

Fig. 12-17b

Cyclin accumulation
1

S
G
Cdk
M
Degraded G2
cyclin
G2 Cdk
Cyclin is checkpoint
degraded

Cyclin
MPF

(b) Molecular mechanisms that help regulate the cell cycle

Señales de proseguir (GO) y detenté (stop): Señales
Internas y Externas en los puntos de cotejo
• Un ejemplo de una señal interna es que si los
cinetocoros no están atados al huso envían
una señal molecular que retrasa anafase
• Algunas señales externas son factores de
crecimiento, proteínas liberadas por ciertas
células que estimulan otras células a dividirse
• Por example, platelet-derived growth factor
(PDGF) stimulates the division of human
fibroblast cells in culture


Fig. 12-18

Scalpels

Petri
plate

Without PDGF With PDGF
cells fail to divide cells prolifer-
ate

Cultured fibroblasts 10 µm

• Otro ejemplo de señales externas es
inhibición dependiente de la densidad, en
donde células apiñadas dejan de dividirse
• La mayoría de las células de los animales
muestran dependencia de anclaje, en donde
estas tienen que unirse a un substrato para
poder dividirse


Fig. 12-19

Anchorage dependence

Density-dependent inhibition

Density-dependent inhibition

25 µm 25 µm

(a) Normal mammalian cells (b) Cancer cells

• Las células cancerosas no muestran inhibición
dependiente de la densidad ni dependencia de
anclaje


Las Células Cancerosas pierden el control del ciclo
celular
• Las células cancerosas no responden a los
controles normales del organismo
• Las células cancerosas no necesitan de los
factores de crecimiento para crecer y dividirse:
– Parece que pueden producir sus propios
factores de crecimiento
– Parece que pueden transmitir una señal de
factor de crecimiento sin la presencia de estos
– Parece que tienen un sistema de control
celular anormal

• Una célula normal se convierte a cancerosa por el
proceso llamado transformación
• Las células cancerosas forman tumores, masas
anormales de células dentro de un tejido normal
• Si las células anormales se mantienen en su lugar de
origen, el tumor es benigno
• Tumores malignos invaden los tejidos que le rodean
y pueden hasta llegar a metástasis, así exportando
las células cancerosas a otras partes del cuerpo
donde formarán tumores secundarios


Fig. 12-20

Lymph
vessel
Tumor
Blood
vessel

Cancer
Glandular
cell
tissue Metastatic
tumor
1 A tumor grows 2 Cancer cells 3 Cancer cells spread 4 Cancer cells may
from a single invade neigh- to other parts of survive and
cancer cell. boring tissue. the body. establish a new
tumor in another
part of the body.

Fig. 12-UN1

G1 S
Cytokinesis
Mitosis G2

MITOTIC (M) PHASE

Prophase

Telophase and
Cytokinesis

Prometaphase
Anaphase
Metaphase

El ciclo celular y sus fases

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