Ciclo Celular y Mitosis Capitulo 15

Dr. Monterrubio

Reproducción -Una de las características que distingue a los organismos vivos de las cosas inanimadas - La continuidad de la vida esta basada en la reproducción de las células (la division celular)

Dr. Monterrubio

Division célular - Organismos unicelulares: es la división de todo el organismo - Organismos multicelulares: crecimiento, reparación de tejidos y desarrollo 100 µm

(a) Reproduction

20 µm

200 µm

(b) Growth and development

(c) Tissue renewal

Division celular es una parte integral del ciclo celular (ciclo de vida de una célula) Dr. Monterrubio

Asexual: división celular (mitosis) resulta en células hijas con idéntico Reproducción genoma (DNA) Sexual: tipo especial de división (meiosis) produce células distintas (gametos: espermatozoides y óvulos) Genoma = todo el DNA de la célula En Procariotas = Una sola molécula de DNA En Eucariotas = varias moléculas de DNA

Dr. Monterrubio

Antes de dividirse, la célula duplica su material genético asegurando que cada célula hija reciba una copia exacta del DNA La division de DNA es semiconservativa 5  end

Enzimas copian el DNA siguiendo como templete cada una de las cadenas

3  end Sugar -phosphate backbone Base pair (joined by hydrogen bonding)

Old strands Nucleotide about to be added to a new strand

Es semiconservativa porque cada DNA ya copiado tendra una cadena nueva y una cadcena vieja

5  end

New strands

5  end

3  end 5  end

Dr. Monterrubio

3  end

Ya duplicado, el DNA puede condensarse en cromosomas, cuando la celula se divide

Cromosoma eucariotico esta hecho de cromatina: complejo de DNA y proteinas (histonas) Dr. Monterrubio

El DNA eucariótico siempre está asociado con proteínas, que constituyen más de la mitad del peso del cromosoma. La mayoría de estas proteínas son histonas, moléculas relativamente pequeñas con carga positiva Nucleosoma

Dr. Monterrubio

nucleosomas

La molécula de DNA se envuelve alrededor de núcleos formados por ocho moléculas de histonas, para formar nucleosomas, las unidades de empaquetamiento básico del DNA de los eucariotas. Dr. Monterrubio

Estructura de un nucleosoma.

El DNA negativamente cargado se enrolla dos veces alrededor de un centro de proteínas cargadas positivamente. Una molécula de histona Hl (también cargada positivamente) se une a la superficie externa del nucleosoma. Dr. Monterrubio

Los nucleosomas se empaquetan unos sobre otros formando una estructura más condensada -la fibra de 30 nanómetros- que se encuentra tanto en la cromatina en la etapa de interfase como en los cromosomas que entran en mitosis. Dr. Monterrubio

Armazón proteico no histónico

Armazón proteico no histónico Dr. Monterrubio

Organización en Dominios y Armazón proteico

Dr. Monterrubio

Dr. Monterrubio

Distribución de los cromosomas durante la división celular Cromosoma duplicado

0.5 µm

- Cromátida: DNA

DNA molecules

Chromosome arm

Chromosome duplication (including DNA Centromere synthesis)

- Centrómero: región de DNA (debajo de las proteínas llamadas cinetocoros) donde están mas cercanas las dos cromátidas hermanas Dr. Monterrubio

Chromosomes

Sister chromatids

Separation of sister chromatids

Centromere

Sister chromatids

DNA se empaca en cromosomas - Cada especie eucariota tiene un número característico de cromosomas en cada célula - Células somáticas (no reproductivas):2 copias de cada cromosoma (diploides; 2n) 25 µm

- Células germinales o gametos (espermatozoides y óvulos): con la mitad del número de cromosomas de la célula somática (haploides; 1n) Dr. Monterrubio

Cariotipo 1

4

A sample of blood is collected and treated with drugs that stimulate cell division. The sample is then subjected to centrifugation.

Fig. 15.1

Supe r natant

Blood cells

2

The slide is viewed by a light microscope equipped with a camera; the sample is seen on a computer screen. The chromosomes can be photographed and arranged electronically on the screen.

Pellet

A pair of sister chromatids

5

The supernatant is discarded, and the cell pellet is suspended in a hypotonic solution. This causes the cells to swell and the chromosomes to spread out from each other.

G band

Hypotonic solution Homologues

3 The sample is subjected to centrifugation a second time to concentrate the cells. The cells are suspended in a fixative, stained, and placed on a slide.

Fix

Stain For a diploid human cell, 2 complete sets of chromosomes from a single cell constitute a karyotype of that cell.

Blood cells

Dr. Monterrubio

Ciclo Celular

Ciclo celular o el ciclo de vida de la célula

Fase G1: crecimiento Interfase Fase S (síntesis): duplicación de DNA Fase G2: preparación para división Mitosis (M): división del núcleo Citocinesis: división del citoplasma Dr. Monterrubio

Interfase: preparación para la división Cromosomas (DNA) se replican; copias permanecen unidas y son llamadas cromátidas hermanas

S Acumula moléculas que inducen la continuación del ciclo celular (hay 46 cromosomas)

Interphase

G1

M

G2

Sintetiza proteínas necesarias para mitosis y citocinesis. (hay 46 cromosomas replicados)

Dr. Monterrubio

Citocinesis

Mitosis: divide la célula en 2 núcleos

En preparación para la división celular Interfase: periodo S - DNA se replica (duplicacion semiconcervativa) - Cada cromatida es una copia identica de DNA - Se mantienen unidas por el centromero y es el lugar dponde se une el cinetocoro

Kinetochore Centromere (a region of DNA beneath kinetochore proteins)

Sister chromatids

One One chromatid chromatid Pair of sister chromatids

(a) Chromosome replication and compaction

Dr. Monterrubio

(b) Schematic drawing of a metaphase chromosome

Huso Mitótico (Acromático): aparato de microtubulos que organiza y separa los cromosomas durante la mitosis Centrosoma: con 2 centriolos Microtubulos: hechos de la proteina tubulina Asters: arreglo radial de pequenos microtubulos Los centrosomas se replican y cada centrosoma migra a los extremos de la célula con microtubulos creciendo entre ambos Huso Mitótico

Aster Centrosome

Sister Microtubules

chromatids

Chromosomes

Metaphase plate

Kineto

-

chores

Overlapping

Centrosome

1 µm

nonkinetochore

Kinetochore

microtubules

microtubules 0.5 µm

Algunos microtubulos se unen a los cromosomas y los mueven Dr. Monterrubio durante la mitosis

Profase: microtúbulos se ensamblan empezando en el centrosoma que es el centro organizador de microtúbulos Prometafase: algunos microtúbulos se unen a cinetocoro (proteínas) de los cromosomas y empiezan a moverlos Metafase: Los cromosomas son alineados en la placa metafásica (punto medio del huso) Anafase: cromátidas hermanas se separan debido a que los microtúbulos comienzan a despolimerizarse a nivel del cinetocoro Telofase: se forman células hijas con núcleos genéticamente idénticos Dr. Monterrubio

Chromosome movement

Kinetochore

Tubulin Motor Microtubule

protein

Chromosome

subunits

Cromátidas hermanas se separan debido a que los microtúbulos comienzan a despolimerizarse a nivel EXPERIMENT del cinetocoro Kinetochore

Borisy y colaboradores (1987) marcaron microtúbulos con colorante fluosecente amarillo Con un rayo laser apagaron el colorante (fotobleaching) en una región específica del huso Los segmentos que se acortaban fueron los microtúbulos cercanos al cinetocoro Dr. Monterrubio

Spindle pole

Mark

RESULTS

CONCLUSION Chromosome movement Microtubule

Motor protein Chromosome

Kinetochore Tubulin subunits

Division de la célula Eucariotica: - Mitosis: division del núcleo 5 fases Profase Prometafase Metafase Anafase Telofase

ProMetio Ana Telefonearme

Citocinesis: división del citoplasma Ocurre durante la última parte de la Telofase Dr. Monterrubio

Película

Mitosis

Dr. Monterrubio

Mitosis (continuación)

Dr. Monterrubio

Citocinesis En animales: citocinesis ocurre por un proceso conocido como hendidura en la que se forma un surco de hendidura 100 µm Cleavage furrow

Contractile ring of microfilaments

Daughter cells

Cleavage of an animal cell (SEM)

En plantas: se forma una placa celular donde vesiculas del Golgi se colocan entre los dos núcleos y comienzan a sintetizar pared celular

Vesicles

Wall of

forming

parent cell

cell plate

1 µm Cell plate

New cell wall

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

Dr. Monterrubio

Aproximadamente 20 proteínas están involucradas en la citocinesis de diversas células Participan en el anillo contráctil, uso mitótico, separación celular Contractile ring Cleavage furrow

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Central spindle

Dr. Monterrubio

Nucleus Nucleolus

1 Prophase

Chromatin condensing

10 µm Chromosomes

2 Prometaphase

Cell plate

3 Metaphase

4 Anaphase

Peliculas: Mitosis Division de sea urich Dr. Monterrubio

5 Telophase

Fision Binaria: Origin of replication division en E. coli cell Procariontes Two copies of origin (bacterias y eucaria)

Cromosoma se une a la membrana y comienza su replicación Las células hijas se mueven activamente separándose y llevándose su cromosoma Dr. Monterrubio

Origin

Cell wall Plasma membrane Bacterial chromosome

Origin

La evolución de la mitosis Mitosis probablemente evolucionó de la fisión binaria ya que los procariontes aparecieron antes que los eucariontes Algunos protistas tienen tipos de divisiones celulares intermedios de entre fisión binaria y mitosis Dr. Monterrubio

Bacterial chromosome

(a) Bacteria Chromosomes unidos a membrana nuclear Microtubules Cruzan la membrana nuclear Intact nuclear envelope

(b) Dinoflagellates Kinetochore Microtubule dentro Del núcleo Intact nuclear envelope (c) Diatoms and yeasts

Kinetochore microtubule

Fragments of nuclear envelope (d) Most eukaryotes

Decisión de Dividirse Depende de: 1. Factores Externos • Condiciones medioambientales (factores de crecimiento) • Señales moleculares (Inhibición por contacto) 2. Factores internos • Moléculas que controlan el Ciclo Celular (cinetocoro envía señales de que cromosoma esta unido) • Puntos de control (Checkpoints). Ciclinas y kinasas dependientes de ciclinas actúan como sensores y determinan si Dr. Monterrubio la célula puede continuar la división

Ciclo celular es controlado por un sistema de EXPERIMENT control molecular Experiment 1

- Frecuencia de division varia con el tipo de célula - Se debe a la regulación molecular Evidencia de señales citoplasmicas Células cultivadas de mamíferos en diferentes fases del ciclo celular son fusionadas formando una célula con dos núcleos Dr. Monterrubio

S

Experiment 2

G1

M

G1

RESULTS

S

S

When a cell in the S phase was fused with a cell in G1, the G1 nucleus immediately entered the S phase—DNA was synthesized.

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

Sistema de control del Ciclo Celular El sistema de control funciona como un reloj El sistema tiene puntos de control donde la célula se detiene hasta que recibe la señal adecuada 3 puntos de control críticos Punto de control G1 (punto de restricción) G cyclin is degraded Punto de control G2 after cell enters S phase. Punto de control de Metafase 1

cdk Activated G1 cyclin/cdk complex

Mitotic cyclin

cdk S G2

G1 M cdk

Dr. Monterrubio

cdk

Activated mitotic cyclin/cdk complex

Mitotic cyclin is degraded as cell progresses through mitosis. Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

G1 es un punto crítico Si la célula recibe la señal Si no la recibe

sigue S, G2 y Mitosis entra a G0 y no se divide G0

G1 checkpoint

G1

G1

(a) Cell receives a go-ahead signal

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

Dr. Monterrubio

Dos tipos de proteinas reguladoras estan involucradas en el sistema de control del ciclo celular Ciclinas y Kinasa dependientes de ciclinas (Cdks) Su actividad fluctua durante el ciclo M

G

1

S

G

2

M

G

1

S

G

2

M

Relative concentration

MPF activity Cyclin

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

MPF (maturation-promoting factor): ciclina-Cdk complejo que dispara que la célula pase de G2 a Mitosis

Dr. Monterrubio

Cyclin accumulation

Cdk Degraded cyclin

G2 Cdk checkpoint

Cyclin is degraded MPF

Cyclin Dr. Monterrubio

(b) Molecular mechanisms that help regulate the cell cycle

Señales Externas: Factores de crecimiento liberados por otras células Ej. Factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) estimula la división de fibroblastos humanos Scalpels

Petri plate With PDGF cells proliferate

Without PDGF cells fail to divide Dr. Monterrubio

Cultured fibroblasts

10 µm

Externas: -Inhibición por contacto: células detienen su división cuando ya no tienen espacio para seguir multiplicándose - dependencia al anclaje: deben estar unidas al substrato para seguir reproduciéndose Anchorage dependence

Density-dependent inhibition

Células Cancerosas pierden inhibición por contacto y dependencia al anclaje y crecen formando tumores

Density-dependent inhibition

25 µm

25 µm

(a) Normal mammalian cells

(b) Cancer cells Dr. Monterrubio

Perdida de control del ciclo celular por células cancerosas

Células cancerosas: - No responden a mecanismos de control del cuerpo - No necesitan factores de crecimiento para crecer y dividirse -Fabrican sus propios factores de crecimiento -Activan las respuestas sin usar factores de crecimiento -Tienen un sistema de control del ciclo celular - Por un proceso de transformación son convertidas a partir de células normales - Forman tumores: masas de células anormales dentro de otros tejidos -Tumores malignos invaden tejidos circundantes y pueden hacer metastasis exportando células canceroras a otras partes del cuerpo originando tumores secundarios Dr. Monterrubio

Lymph vessel Tumor Blood vessel

Cancer cell

Glandular tissue

Metastatic tumor 1 A tumor grows

from a single cancer cell.

2 Cancer cells

invade neighboring tissue.

3 Cancer cells spread

to other parts of the body.

Dr. Monterrubio

4 Cancer cells may survive and establish a new tumor in another part of the body.

Resumen G1

S

Cytokinesis Mitosis

G2

MITOTIC (M) PHASE

Prophase Telophase and Cytokinesis

Prometaphase

Anaphase Metaphase

Dr. Monterrubio

Dr. Monterrubio