El ciclo celular representa una secuencia autorregulada de fenómenos que controla el crecimiento y la división celular. El objetivo del ciclo celular es producir dos células hijas, cada una de las cuales contiene cromosomas idénticos a los de la célula progenitora.
El ciclo celular tiene dos fases principales:
- interfase, que representa el crecimiento continuo de la célula.
- la fase M (mitosis), caracterizada por la división del genoma.
Las poblaciones de células humanas de renovación rápida cumplen un ciclo celular completo en alrededor de 24 horas.
La interfase de subdivide en tres fases:
- fase G1 (gap1)
- fase S (síntesis)
- Fase G2 (gap2)
La fase G1 suele ser la más larga y la más variable del ciclo celular, y comienza al final de la fase M. Durante esta fase, la célula reúne sustancias nutritivas y sintetiza el ARN y las proteínas necesarias para la síntesis del ADN y la duplicación cromosómica.
El inicio de la síntesis de ADN marca el comienzo de la fase S, la que dura alrededor de 7,5 a 10 horas. El ADN de la célula se duplica durante la fase S, y se forman las nuevas cromátides que se tornarán obvias en la profase o metafase de la división mitótica. La duplicación cromosómica se inicia en diferentes sitios, llamados replicones a lo largo del ADN cromosómico. Cada replicón tiene un período de tiempo que se asigna de forma específica para su duplicación durante la fase S.
En la fase G2, la célula se prepara para su división. Durante esta fase, la célula examina su ADN duplicado en preparación para la mitosis. Este es un período de crecimiento celular y de reorganización de orgánulos citoplasmáticos antes del ingreso al ciclo mitótico. La fase G2 puede durar tan sólo una hora en células de división rápida o puede tener una duración casi indefinida en algunas células.
La mitosis se produce en la fase M. La mitosis casi siempre incluye la cariocinesis (división del núcleo) y la citocinesis (división de la célula) que concluye en la separación de dos células hijas idénticas.
Las células identificadas como células madre de reserva pueden considerarse células en G0 que pueden ser inducidas a reingresar al ciclo celular en respuesta a la lesión de los tejidos corporales. La activación de estas células puede ocurrir en la curación normal de las heridas o durante la regeneración de un órgano, como el hígado, después de la extracción de una gran parte de él.
Mitosis
La división celular es un proceso decisivo que incrementa la cantidad de células, permite la renovación de las poblaciones celulares y la reparación de las heridas.
La mitosis es un proceso de segregación cromosómica y de división nuclear, seguido por la división celular, que produce dos células hijas con la misma cantidad de cromosomas y el mismo contenido de ADN que la célula progenitora.
El proceso de división celular incluye:
- la división del núcleo (cariocinesis).
- la división del citoplasma (citocinesis).
Recuérdese que antes de entrar en la mitosis, las células duplican su ADN. Esta fase del ciclo celular se denomina fase S o fase de síntesis. Al comienzo de esta fase, la cantidad de cromosomas es 2n y el contenido de ADN es 2d; al final, la cantidad de cromosomas permanece en 2n pero el contenido de ADN se duplica a 4d.
La mitosis tiene cuatro fases:
- profase
- metafase
- anafase
- telofase
La profase comienza a medida que los cromosomas replicados se condensan y se tornan visibles.
Conforme los cromosomas siguen condensándose, cada uno de los cuatro cromosomas derivados de cada par homólogo aparece formado por dos cromátides. Las cromátides hermanas se mantienen juntas por un anillo de proteínas llamadas cohesinas y por el centrómero. Un complejo proteico altamente especializado denominado cinetocoro aparece en cada cromátide frente al centrómero. Los microtúbulos del huso mitótico en desarrollo se fijan a los cinetocoros y, por lo tanto, a los cromosomas.
La envoltura nuclear comienza a desintegrarse. El nucléolo, que puede continuar presente en algunas células, también desaparece completamente.
La metafase comienza cuando el huso mitótico, compuesto por tres tipos de microtúbulos, se organiza alrededor de los centros organizadores de microtúbulos ubicados en los polos opuestos de la célula.
- microtúbulos astrales
- microtúbulos polares
- microtúbulos cinetocóricos
Cuando un cinetocoro finalmente es capturado por un microtúbulo cinetocórico, es llevado hacia el centro organizador de microtúbulos. Los microtúbulos cinetocóricos y sus proteínas motoras asociadas dirigen el movimiento de los cromosomas hacia el plano medio de la célula, que es la placa ecuatorial o placa de metafase.
La anafase comienza con la separación inicial de las cromátides hermanas. Esta separación se produce cuando se degradan las cohesinas que han mantenido a las cromátides unidas. Las cromátides, entonces, comienzan a separarse y son arrastradas hacia los polos opuestos de la célula mediante motores moleculares llamados dineínas, que se deslizan a lo largo de los microtúbulos cinetocóricos hacia el centro organizador de microtúbulos.
La telofase está marcada por la reconstitución de la envoltura nuclear alrededor de los cromosomas de cada polo. Los nucléolos reaparecen y el citoplasma se divide (citocinesis) para formar dos células hijas. La citocinesis comienza con la formación de un surco de la membrana plasmática equidistante entre los polos del huso mitótico. Debido a que los cromosomas en las células hijas contienen copias idénticas del ADN duplicado, las células hijas son genética mente idénticas y contienen el mismo tipo y cantidad de cromosomas (2d de ADN y 2n de cromosomas).
Meiosis
La meiosis comprende dos divisiones nucleares secuenciales, seguidas de divisiones celulares que producen gametos que contienen la mitad del número de cromosomas y la mitad del ADN encontrado en las células somáticas.
El cigoto es la célula que resulta de la fusión de un óvulo y un espermatozoide que al igual que todas las células somáticas derivadas de él son diploides (2n) en cuanto a la cantidad de cromosomas. Estos cromosomas se denominan cromosomas homólogos debido a que son similares pero no idénticos (un juego de cromosomas es de origen materno y el otro es origen paterno).
Los gametos poseen un solo miembro de cada par cromosómico y se describen como haploides (1n).
Durante la gametogénesis, la reducción de la cantidad de cromosomas hasta el estado haploide (23 cromosomas) se produce a través de un proceso que implica dos divisiones sucesivas: la meiosis.
La reducción de la cantidad de cromosomas a 1n en la primera división meiótica está seguida por la reducción en el contenido de ADN a su cantidad haploide (1d), en la segunda división meiótica.
Los fenómenos nucleares de la meiosis son los mismos en hombres y en mujeres, pero los citoplasmáticos presentan una marcada diferencia:
- En los hombres, las dos divisiones meióticas del espermatozoide primario producen cuatro espermátides haploides con idéntica estructura. Cada espermátide tiene la capacidad de diferenciarse en un espermatozoide.
- En las mujeres, las dos divisiones meióticas de un ovocito primario producen un óvulo haploide y tres cuerpos polares haploides. El óvulo recibe la mayor parte del citoplasma y se convierte en el gameto funcional. Los cuerpos polares reciben muy poco cito plasma y se degeneran.
La meiosis consiste en dos divisiones mitóticas sucesivas sin la fase S adicional entre las dos divisiones. Durante la fase S que precede a la meiosis, el ADN se duplica formando cromátides hermanas (dos hebras paralelas de ADN) unidas entre sí por el centrómero. El contenido de ADN se torna 4d, pero la cantidad de cromosomas se mantiene igual 2n. Las células, luego, son sometidas a una división reduccional (meiosis I) y a una división ecuatorial (meiosisII).
En la meiosis I (división reduccional), la cantidad de cromosomas se reduce de diploide (2n) a haploide (1n), y la cantidad de ADN se reduce de 4d a 2 d.
Durante la profase I, los cromosomas de doble hebra se condensan y los cromosomas homólogos (en general uno heredado de la madre y otro del padre) se aparean a la altura del centrómero.
Durante la metafase I, los cromosomas homólogos con sus centrómeros se alinean a lo largo del ecuador del huso mitó tico y en la anafase I se separan y se distribuyen a cada célula hija.
La meiosis II no está precedida por duplicación alguna del ADN. Durante la metafase II, cada cromosoma se divide en dos cromosomas de una hebra que después se distribuyen a cada célula hija haploide.
Profase I: La profase de la meiosis I es una fase en la cual se observa el apareamiento de cromosomas homólogos, y la recombinación del material genético de cromosomas homólogos. La profase I se subdivide en las cinco etapas siguientes:
- Leptoteno. Esta etapa se caracteriza por la condensación de la cromatina y por la aparición de cromosomas.
- Cigoteno. ocurre la sinapsis, es decir, la estrecha asociación de los cromosomas homólogos.
- Paquiteno. Ocurre la recombinación génica al comienzo de esta fase e involucra la transposición de segmentos de ADN entre dos cromosomas diferentes.
- Diploteno. En los comienzos de esta etapa el complejo sinaptonémico se disuelve, y los cromosomas se condensan más.
- Diacinesis.
- Los cromosomas homólogos se condensan y se acortan para alcanzar su espesor máximo.
- el nucléolo desaparece.
- la envoltura nuclear se desintegra.
Metafase I. En la metafase I los cromosomas apareados están alineados en la placa ecuatorial con un miembro a cada lado.
Anafase I y telofase I son semejantes a las mismas fases de la mitosis, excepto que los centrómeros no se dividen. Las cromátides hermanas, sostenidas por complejos de cohesina, permanecen unidas por el centrómero. Un miembro materno o paterno de cada par de homólogos, ahora con segmentos intercambiados, se mueve hacia cada polo.
Después de la meiosis I, las células entran rápidamente en la meiosis II sin pasar por una fase S. La meiosis II es un división ecuatorial semejante a la mitosis. Durante esta fase se rompen los complejos de cohesinas entre las cromátides hermanas. La escisión de los complejos de cohesinas en la región del centrómero rompe la unión entre ambos centrómeros. Esta escisión permite que las cromátides hermanas se separen en la anafase II y se muevan hacia los polos opuestos de la célula.
Durante la meiosis II, las células pasan a través de la profase II, metafase II, anafase II y la telofase II. Estas etapas son esencialmente iguales a las de la mitosis, excepto que comprenden un juego haploide de cromosomas (1n) y producen células hijas que tienen contenido de ADN haploide (1d).
