Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
La división celular es fundamental para todos los organismos vivos y necesaria para el crecimiento y el desarrollo. Como medio esencial de reproducción para todos los seres vivos, la división celular permite a los organismos transferir su material genético a su descendencia. Para un organismo unicelular, la división celular genera un organismo completamente nuevo. Para los organismos pluricelulares, la división celular produce nuevas células para el desarrollo general del organismo, así como también produce células sanas para reemplazar las células dañadas por lesiones. La reproducción de organismos pluricelulares requiere división celular para crear células reproductivas.
Para dividirse, una célula primero necesita duplicar y dividir su contenido genético en dos células hijas. Esta serie de duplicación y división se denomina ciclo celular. Los detalles del ciclo celular varían de un organismo a otro, pero las etapas fundamentales de la división celular son universales.
Alrededor del 78% de la vida de una célula se pasa en Interfase, creciendo y preparándose para la división celular. La interfase en sí contiene tres subfases. Inmediatamente después de la división celular, una célula recién formada entra en la parte Gap 1 o G1 de la interfase. Durante G1, las células crecen activamente y, en muchos casos, se diferencian para realizar funciones específicas. En esta etapa, la célula es sensible a las señales internas y externas para determinar si se divide o no. Algunas células, como las neuronas, no proceden a la división celular después de la diferenciación y permanecen en G1 hasta que mueren. Una vez que la célula cumple con los criterios para proceder a la división celular, entra en la etapa de síntesis o S de interfase, durante la cual la célula replica todo su genoma. A continuación, la célula entra en la fase Gap 2 o G2 para sintetizar todas las proteínas necesarias para la división celular. A esto le sigue la fase de división celular.
Hay dos tipos de división celular en las células eucariotas: mitosis y meiosis. Las células somáticas o no reproductivas producen células hijas a través de la división mitótica. La mitosis es la división nuclear y consta de cinco etapas: profase, prometafase, metafase, anafase y telofase Durante la profase, las moléculas de ADN duplicadas se condensan en cromosomas muy compactos, mientras que los microtúbulos forman husos. La envoltura nuclear se disuelve en prometafase. Durante la metafase, los cromosomas que están conectados a los husos se alinean a lo largo del ecuador de las células. Durante la anafase, las cromátidas hermanas son atraídas hacia polos opuestos de la célula. Finalmente, durante la telofase, se forman nuevas envolturas nucleares alrededor de ambos grupos de cromosomas. Una vez completada la división nuclear, el citoplasma alrededor de cada núcleo se separa entre sí a través de la citocinesis, lo que da como resultado dos células hijas idénticas.
El otro tipo de división celular eucariota se llama meiosis, que es específica de las células reproductivas. La meiosis produce cuatro células hijas, cada una con solo la mitad del contenido genético de la célula madre. En este proceso, la célula duplica su ADN durante la interfase y luego completa dos divisiones celulares sucesivas dividiendo las células de dos a cuatro células, respectivamente. Estas divisiones celulares sucesivas se denominan meiosis I y meiosis II, ambas comprendidas en todas las etapas desde la profase hasta la telofase. El intercambio de material genético entre los conjuntos de cromátidas no hermanas ocurre durante la profase I en un proceso llamado cruzamiento. Los pares de cromosomas homólogos se alinean a lo largo del ecuador de la célula durante la metafase I y se separan entre sí durante la anafase I. Los núcleos haploides hijos se forman durante la telofase I. La citocinesis ocurre comúnmente antes de la meiosis II, sin embargo, la interfase casi nunca ocurre entre las dos divisiones sucesivas. La meiosis II es muy similar a la mitosis y separa las cromátidas hermanas. Al final de la meiosis, se forman cuatro células hijas haploides. Estas células, células hijas, se llaman gametos y forman los espermatozoides u óvulos.
La división celular está estrictamente regulada externa e internamente. La regulación externa asegura la necesidad de la división. Por ejemplo, las células del revestimiento del estómago se dividen con frecuencia para satisfacer la necesidad continua de nuevas células para reemplazar las células dañadas. De manera similar, los tejidos lesionados pueden experimentar tasas más altas de división celular para reemplazar las células dañadas, pero solo durante un cierto período de tiempo, siempre que estén presentes las señales externas para dirigir la división celular. La regulación interna de la división celular asegura la salud de las células hijas. Hay muchos puntos de control dentro de las fases del ciclo celular que regulan la transición de la célula de una fase a la siguiente. Por ejemplo, los mecanismos de control de calidad permiten que la célula pase de la fase G1 a la fase S sólo si el ADN está intacto y es adecuado para la replicación. De manera similar, un punto de control en G2 permite a las células proceder a la mitosis (fase M) solo si el ADN se ha replicado de manera completa y precisa. Además, un punto de control de metafase asegura que los cromosomas estén unidos a los husos y alineados correctamente antes de que pueda comenzar la anafase. Una célula que falla en un punto de control puede ser objeto de apoptosis si la célula no puede corregir el error.
Algunas mutaciones permiten que las células se dividan incluso cuando no hay ninguna señal que dirija la división celular. Por ejemplo, los genes supresores de tumores evitan que las células se dividan incontroladamente y la mutación en estos genes alivia esta inhibición. Esta división celular aberrante, si no se controla, puede causar la formación de tumores y, en algunos casos, provocar cáncer. Como una de las principales causas de muerte en los Estados Unidos, el cáncer sin duda tiene un gran impacto en la sociedad. El riesgo de cáncer a lo largo de la vida aumenta con la edad a medida que las mutaciones en el ADN se acumulan con el tiempo, especialmentepara los cánceres de mama, pulmón, próstata y colon. Por lo tanto, la investigación continua sobre la división celular es esencial para mejorar la detección y el tratamiento del cáncer y, finalmente, para la prevención. De hecho, las terapias actuales para tratar el cáncer aprovechan el conocimiento de los mecanismos de división celular, como los mecanismos de focalización implicados en la división celular. Por ejemplo, los fármacos de platino como el cisplatino se unen al ADN y detienen la replicación del ADN, mientras que los taxanos como el paclitaxel se unen a los microtúbulos e inhiben el desensamblaje del huso, deteniendo así la división celular2.
La comprensión del ciclo celular y los mecanismos de división celular también es importante para comprender y desarrollar tratamientos para las afecciones que afectan a las células que no se dividen. Actualmente, las lesiones en el sistema nervioso o el corazón pueden tener efectos debilitantes, ya que las neuronas y las células musculares dañadas no pueden ser reemplazadas. Sin embargo, la lesión del tejido nervioso se asocia con la activación de las vías del ciclo celular en las neuronas y las células gliales de soporte. Curiosamente, la inhibición de estas vías del ciclo celular reduce la formación de cicatrices gliales y el daño secundario después de la lesión. Por lo tanto, comprender la regulación del ciclo celular y la división celular es imperativo para comprender las condiciones saludables y enfermas de todos los sistemas de órganos3.
El ciclo celular se refiere a la secuencia de eventos a lo largo de la vida de una célula típica, que involucran el crecimiento, la replicación del ADN y la preparación para la división celular. Para los organismos que se reproducen sexualmente, la vida comienza como un cigoto, un óvulo fertilizado. Con el tiempo, esa célula original crece y se divide de manera controlada para producir un individuo complejo y multicelular. Las células continúan este proceso, especialmente para mantener y reparar los tejidos durante el envejecimiento.
Ahora echemos un vistazo más de cerca. En los eucariotas, el ADN bicatenario está especialmente organizado dentro de un núcleo unido a la membrana para acomodar el espacio limitado de la célula. En el primer nivel de compactación, el ADN se envuelve firmemente alrededor de proteínas específicas llamadas histonas. Esta combinación de partículas de proteínas de ADN se repite y se empaqueta en matrices conocidas como nucleosomas, que, junto con el ADN enlazador, forman fibras de cromatina enrolladas. Finalmente, las proteínas fibrosas adicionales compactan la cromatina aún más, empaquetando largas longitudes de ADN en unidades estrechamente condensadas. Se reconocen como cromosomas, dependiendo de la fase de división celular.
Para prepararse para la división, las células deben pasar por una interfase, que se divide en tres etapas. G1, S y G2. En G1, la primera fase de brecha, una célula hija recién generada crece en tamaño y se prepara para la duplicación del ADN en la siguiente fase. Ahora, en S, la fase de síntesis, las células duplican su ADN nuclear, que permanece empaquetado como cromatina. Las células también duplican los centrosomas, las estructuras organizadoras de microtúbulos que forman el aparato fusiforme mitótico. Finalmente, en G2, la segunda fase de brecha, las células continúan creciendo, multiplicando orgánulos y proteínas que son necesarios para la mitosis y reponiendo sus reservas de energía. La célula ahora está lista para entrar en la primera etapa de la mitosis.
Compuesta por cinco etapas únicas, la mitosis es una forma de división en la que el material genético de una célula se divide entre dos células hijas. Primero durante la profase en los seres humanos, la cromatina nucleica se condensa en cromosomas en forma de X, compuestos por pares de cromátidas hermanas unidas en las uniones del centrómero. Simultáneamente fuera del núcleo, los centrosomas migran a lados opuestos de la célula. A medida que lo hacen, los bastones de microtúbulos comienzan a crecer a partir de cada uno. Ya sea hacia el interior o el exterior de la célula, formando un aparato fusiforme en forma de telaraña. A continuación, la envoltura nuclear se disuelve durante la prometafase, exponiendo los cromosomas a los demás contenidos de la célula. Las estructuras de proteínas también aparecen a ambos lados de los centrómeros, una por cada cromátida. Una vez que se forman estos cinetocoros, los microtúbulos interiores que se extienden se adhieren a ellos, y cada cromátida hermana está atada a un polo diferente.
Luego, la mitosis progresa a la metafase, donde el aparato fusiforme reorganiza los cromosomas para que estén orientados de manera similar en una fila fija a lo largo del ecuador de la célula. Durante la anafase, los microtúbulos adheridos al cinetocoro se acortan. Y las cromátidas hermanas, ahora denominadas individualmente cromosomas, se separan. Estas y otras dinámicas de microtúbulos también alargan la célula. Finalmente, los cromosomas aterrizan en lados celulares opuestos durante la telofase. Y el aparato del huso se disuelve. El material genético se afloja y surgen dos envolturas nucleares, una alrededor de cada conjunto de cromosomas. Durante la telofase, un proceso distinto, que técnicamente no es una etapa de la mitosis, llamado citocinesis, también divide la célula. Por lo tanto, el resultado final de la mitosis es un par de células genéticamente idénticas a su precursora.
Desafortunadamente, las mutaciones pueden causar daño a los genes que controlan la regulación del ciclo celular, lo que lleva a que la división celular proceda sin control. En este caso, cada división celular sucesiva produce células hijas con aún más daño... y la regulación defectuosa del crecimiento conduce en última instancia a la formación de masas celulares llamadas tumores.
En este laboratorio, examinará las diferentes etapas de la mitosis utilizando células de la punta de la raíz de cebolla. Y luego examinar qué sucede cuando se pierde el control del ciclo celular.
