Ciclo celular y mitosis 3D.http://www.mhhe.com/biosci/bio_animations/06_MH_CellCycle_Web/index.html

Un humano adulto posee un número estimado de 100 trillones de células y, sin embargo, nuestra vida comienza con una sola célula, el cigoto. Para crecer, desarrollarnos y reparar los tejidos dañados nos basamos en la división celular: En las células eucariotas, este proceso es ejecutado por una serie de muy bien orquestados pasos llamado mitosis. Cada día, nuestro cuerpo debe producir millones de células de la piel para reemplazar aquella perdidas durante nuestras actividades normales. Cada una de estas células debe tener un complemento completo del material genético. Antes de la división celular, donde las células se dividen en dos células idénticas, el ADN necesita ser replicado para que cada célula hija reciba una copia exacta. Luego de la replicación del ADN, los cromosomas se condensan en el núcleo de la célula. El ADN se condensa enrollándose alrededor de proteínas histonas, formando nucleosomas. A estas estructuras similares a “cuentas de collar” se les llama cromatina. A medida que la célula se prepara para dividirse, la cromatina se enrolla aún más, acortando y condensando al cromosoma. Cada una de las unidades longitudinales de los cromosomas replicados es llamada Cromátida hermana. La replicación del ADN y la formación de cromátidas hermanas es una parte del ciclo celular. Preparándose para la división celular, la célula pasa a través de la interfase, la cual puede ser dividida en tres fases distintas. Durante G1, o intervalo 1, se replican todos los organelos y componentes

citoplasmáticos, incluyendo a los centriolos de las células animales. Luego, durante S, o fase de síntesis, se replica el ADN. Finalmente durante G2 o Intervalo 2, se producen todas las enzimas necesarias para ayudar al proceso de división celular. La mayoría de las células eucariotas pasan una gran cantidad de tiempo en interfase y un período muy corto de tiempo dividiéndose, un proceso llamado mitosis. La célula está ahora lista para seguir a través de la mitosis, la cual consta de las siguientes fases: profase, metafase, anafase y telofase. Durante la profase se condensan los cromosomas y se presentan como dos cromátidas hermanas que se mantienen juntas por el centrómero. El citoesqueleto se desarma a medida que el uso mitótico empieza a formarse. En una célula animal, los centriolos juegan un importante rol en la distribución de los cromosomas en la división celular. Los centriolos migran hacia los polos opuestos estableciendo un puente de microtúbulos llamado huso mitótico (o huso acromático), y la membrana nuclear se desintegra. Hacia el final de la profase los cromosomas se unen mediante dos estructuras

laminares proteicas llamadas cinetocoros, (situados a cada lado del centrómero) a microtúbulos que nacen de cada polo, moviendo los cromosomas hacia al ecuador de la célula.

Durante la metafase todos los cromosomas están alineados en el ecuador de la célula, llamado placa metafásica. La anafase comienza cuando se degradan las proteínas (cohesinas *) que

mantienen a las cromátidas hermanas fusionadas, liberando a los cromosomas individuales (no replicados). Los cromosomas libres son luego arrastrados por sus cinetocoros hacia los polos opuestos.

En la telofase, se forma un surco de segmentación en el centro de la célula debido a la acción de un anillo contráctil de filamento de actina que rodea el interior de la

circunferencia celular. Los cromosomas se agrupan en los polos opuestos y empieza su descondensación a medida que la membrana nuclear se vuelve a formar alrededor de ellos. El huso mitótico se desarma a medida que los microtúbulos son descompuestos en monómeros de tubulinas que pueden ser usados como citoesqueleto de las células hijas. En las células animales, la citocinesis completa la división celular por extensión del surco de segmentación para separar completamente a las células hijas recién formadas. Debido a que la pared celular de las células vegetales no puede ser constreñida por las fibras de actina (lo que impide la formación del surco de condensación) el citoplasma se divide por la formación de una nueva pared dentro de la célula, originada por

vesículas membranosas secretadas por el Aparato de Golgi que se depositan en el ecuador de la célula constituyendo la placa celular o fragmoplasto. Como las células animales, las vegetales

usan la citocinesis para terminar la división de los contenidos del citoplasma entre las dos células hijas idénticas. Durante el ciclo celular, se presentan ciertos puntos de control para asegurar que el proceso se realice correctamente y, si no es así, el ciclo celular se detendrá en el punto de control y lo corregirá o, posiblemente, inhiba la división de la célula. El primer punto de control es el G1/S y es considerado el principal punto en el cual el ciclo celular continúa o es detenido. Pueden influir en el ciclo celular señales externas y factores de crecimiento y afectar el avance durante o antes de este crítico punto de control. El punto de control G2/M le permite a la célula, que ha completado exitosamente las tres fases de la interfase, comenzar la mitosis. El último es el

punto de control del huso, el cual asegura que todos los cromosomas se hayan unido al huso preparándose para la anafase. Los factores de crecimiento, el tamaño de la célula y el estado nutricional de la célula son todos los factores que contribuyen a la regulación del ciclo celular asegurando que se dividan sólo ciertas células en los momentos apropiados. Una vez que todos los puntos de control en interfase están desbloqueados, puede ocurrir la mitosis. Desde la interfase a la citocinesis, todo el proceso de división celular puedes durar un promedio de 10-20 horas en una célula animal o vegetal típica. Además, dependiendo de la naturaleza y uso de la célula, el proceso puede ocurrir con frecuencias diferentes. En humanos, nuestras células de la piel tienen una alta tasa de rotación debido al uso y desgaste y deben pasar por la mitosis con mucha frecuencia, mientras que otras células, tales como las neuronas adultas y las células musculares raramente se dividen. La precisión de la mitosis, así como la consistencia de los puntos de control durante la interfase, asegura que la mayoría de las células en un organismo eucariota pueda producir copias idénticas de ellas. Este proceso permite el crecimiento y reparación para prolongar el funcionamiento global así como la vida misma.

Notas del profesor: Recuerde que en eucariotas unicelulares, como los protistas, la mitosis es ocupada para la reproducción de los organismos.

*La primera función que fue atribuida a las cohesinas, y por la cual llevan su nombre, es la de mantener las cromátidas hermanas unidas durante el ciclo celular hasta su correcta segregación en la anafase.Durante la mitosis es esencial en primer lugar la ordenación de los cromosomas en la placa metafásica y en segundo lugar la pérdida de cohesión entre cromátidas hermanas que permita la migración a polos opuestos durante la anafase. Este proceso es posible por la liberación de

forma abrupta de las cohesinas que dejan de enlazar a las cromátidas hermanas. Proceso que ha de coordinarse de forma estricta con el cambio de metafase a anafase, es decir, con la puesta en marcha de los mecanismos de tracción de los microtúbulos del huso mitótico. La acción simultánea de la separación de cromátidas y la tracción de los microtúbulos es el resultado de un mecanismo de convergencia entre dos vías moleculares que se inician antes en el tiempo y que están disparadas por la enzima quinasa dependiente de ciclina M (M-cdk).

En la división de las células vegetales, el comportamiento cromosómico es igual al descripto en las células animales.

Una de las diferencias más notables es que las células vegetales no poseen centriolos ni derivados centriolares. Pero este no es un impedimento para la formación del huso mitótico, en este caso se lo denomina “huso anastral “. La formación de microtúbulos está relacionada con los cinetocoros. Otra de las diferencias está dada por la citocinesis, en las células vegetales, el citoplasma se divide en la línea media por un tabique que comienza a formarse en la anafase, llamado fragmoplasto, que estaría formado por microtúbulos y vesículas derivadas de dictiosomas (los sacos del aparato de Golgi). Con el tiempo, las vesículas se fusionan y dejan un espacio limitado por una membrana, la placa celular. A medida que se fusionan más vesículas, los bordes de la placa en crecimiento se juntan con la membrana celular y de este modo se establece un espacio entre las dos células hijas, completando así su separación.