Biología (08) · Unidad 8 — Replicación, ciclo celular y división
El ciclo celular y sus controles
El ciclo celular es la vida de una célula entre una división y la siguiente: una interfase larga (G1, S y G2) en la que crece y copia su ADN, y una fase M corta en la que se divide. Unos puntos de control frenan el ciclo si algo salió mal, y cuando esos frenos fallan puede aparecer un cáncer.
La explicación
El problema: dividirse, pero sólo cuando corresponde
La piel se renueva todo el tiempo, el intestino cambia su revestimiento en pocos días y la médula ósea fabrica millones de glóbulos rojos por segundo. En cambio, la mayoría de tus neuronas son las mismas desde que naciste. Cada célula «decide» si se divide o no, y esa decisión tiene que ser muy precisa: si una célula se divide cuando no debe, o con el ADN dañado, el resultado puede ser un tumor.
El ciclo celular es la serie ordenada de cosas que le pasan a una célula desde que nace por división hasta que se divide ella misma. Implica dos tareas: duplicar todo su contenido, empezando por el ADN, y repartirlo en partes iguales entre dos hijas.
Las fases
S (de síntesis): se replica el ADN. Cada cromosoma pasa a tener dos cromátidas hermanas.
G2: sigue creciendo y se prepara para dividirse.
M: la mitosis (reparto del núcleo) y la citocinesis (reparto del citoplasma).
G1, S y G2 juntas forman la interfase. Durante mucho tiempo se la llamó «reposo» porque al microscopio no se ve nada espectacular, pero es justamente el período más activo de la vida de la célula: ahí transcribe sus genes, fabrica proteínas, hace casi todo su metabolismo y replica su ADN. En una célula humana en cultivo, que tarda unas 24 horas en completar el ciclo, la fase M dura alrededor de una hora: más del 95 % del tiempo es interfase.
La cantidad de ADN a lo largo del ciclo
Llamamos c a la cantidad de ADN de un juego haploide de cromosomas sin duplicar (lo que tiene un gameto). Una célula somática, que tiene dos juegos, empieza el ciclo con 2c:
La cantidad de ADN se duplica en S y se reparte en M. Lo que no cambia en S es el número de cromosomas: un humano tiene 46 en G1 y sigue teniendo 46 en G2, cada uno con dos cromátidas.
Salir del ciclo: G0
Una célula que no va a dividirse por un tiempo, o nunca más, sale del ciclo desde G1 y entra en un estado llamado G0. Las neuronas y las fibras del músculo esquelético están en G0 de manera prácticamente permanente. Otras, como las células del hígado, quedan en G0 pero pueden volver al ciclo si reciben la señal adecuada: si se pierde una parte del hígado, las que quedan vuelven a dividirse hasta reponerla. Así es como un organismo regula cuánto dura la interfase: alargando G1 o mandando la célula a G0. Una célula en G0 tiene 2c, porque sale del ciclo antes de replicar.
Los puntos de control
El ciclo lo mueven unas proteínas llamadas ciclinas, que se fabrican y se destruyen en momentos precisos, y unas enzimas que sólo funcionan unidas a ellas: las quinasas dependientes de ciclinas (Cdk). Cada combinación ciclina-Cdk dispara una etapa. Pero antes de cada paso importante hay un punto de control, que funciona como un control de pasaportes: si algo no está en orden, el ciclo se frena.
Control de G2 (antes de entrar en M): ¿se terminó de replicar todo el ADN, y sin errores?
Control de metafase (o del huso): ¿todos los cromosomas están enganchados al huso por sus dos cromátidas? Si uno solo está suelto, no empieza la anafase.
Cuando los frenos fallan: el cáncer
Un cáncer es, en el fondo, una enfermedad del ciclo celular: células que se dividen sin respetar los controles. Suele involucrar dos clases de genes. Los protooncogenes son genes normales que estimulan la división, como el acelerador de un auto; una mutación puede dejarlos activos todo el tiempo, y entonces se llaman oncogenes. Los genes supresores de tumores, como el de p53, son los frenos; una mutación que los anula deja a la célula sin freno. Hace falta acumular varias de esas mutaciones para que aparezca un tumor, y por eso el riesgo crece con la edad.
En una población de células que se dividen sin sincronía, la fracción de células que encontrás en una fase es aproximadamente la fracción del ciclo que dura esa fase. Así se estima la duración de M con el índice mitótico (células en mitosis / células totales):
duración de la fase ≈ (células en esa fase / células totales) × duración del ciclo.
En un cultivo de células que se dividen sin sincronía, el ciclo completo dura 16 horas. Se cuentan 2000 células: 100 están en mitosis, 700 en fase S y 400 en G2; el resto está en G1. a) ¿Cuánto dura cada fase? b) ¿Qué cantidad de ADN tienen las células de cada grupo? c) Si se agrega una droga que daña el ADN, ¿dónde se espera que se frene el ciclo?
a) Las duraciones. En un cultivo sin sincronía, la proporción de células en cada fase refleja cuánto dura esa fase. Cada fase dura su fracción multiplicada por las 16 horas:
S: 700/2000 × 16 h = 5,6 h
G2: 400/2000 × 16 h = 3,2 h
G1: 16 − 0,8 − 5,6 − 3,2 = 6,4 h (son las 800 células restantes)
b) La cantidad de ADN. Con c = ADN de un juego haploide sin duplicar:
S: entre 2c y 4c, según cuánto llevan replicado.
G2: 4c (todo replicado).
M: 4c hasta que la célula se parte; cada hija nace con 2c.
c) La droga que daña el ADN. Las células que están en G1 se frenan en el control de G1, antes de entrar en S: p53 detiene el ciclo mientras se intenta reparar el daño. Las que ya pasaron ese punto se frenan en el control de G2, antes de entrar en mitosis. Con el tiempo, el cultivo se llena de células detenidas antes de S y antes de M, y el índice mitótico cae. Si el daño no se puede reparar, muchas entran en apoptosis.
Los puntos de control existen para que una célula no copie ni reparta un ADN dañado. Por eso tantos tratamientos contra el cáncer actúan dañando el ADN de las células que se dividen.
Dos líneas de células se exponen a la misma dosis de luz ultravioleta, que daña el ADN. En la línea A, casi todas las células se detienen en G1 durante un día y después la mayoría sigue dividiéndose normalmente. En la línea B ninguna se detiene: siguen dividiéndose al mismo ritmo, y a las pocas semanas tienen muchas más mutaciones que la línea A. ¿Qué gen podría estar alterado en la línea B, y por qué eso favorecería la aparición de un cáncer?
Qué hace la línea A. Responde como una célula sana: el daño en el ADN activa el control de G1, el ciclo se detiene, el ADN se repara y recién entonces la célula sigue. Es el comportamiento que asegura la proteína p53.
Qué le falta a la línea B. Ignora el daño: no frena en G1. La explicación más directa es una mutación que anula p53 (o algún otro componente de ese control). p53 es un gen supresor de tumores: su trabajo es frenar.
Por qué eso favorece un cáncer. Si una célula copia un ADN dañado, los errores quedan fijados como mutaciones en las dos hijas, y se siguen pasando. Sin el freno, las mutaciones se acumulan generación tras generación. Cuantas más mutaciones, más probable es que alguna caiga en un protooncogén (y lo convierta en oncogén) o en otro gen supresor. Cuando una célula junta varias de esas mutaciones, deja de responder a las señales que le dicen cuándo no dividirse.
Dónde se cae la mayoría
- Llamar «reposo» a la interfase. Es el período más activo de la célula: ahí transcribe, fabrica proteínas y replica el ADN.
- Pensar que en la fase S se duplica el número de cromosomas. Se duplica la cantidad de ADN (de 2c a 4c); el número de cromosomas es el mismo, pero cada uno queda con dos cromátidas.
- Creer que una célula en G0 tiene el ADN duplicado. Sale del ciclo desde G1, antes de replicar: tiene 2c.
- Confundir protooncogén con gen supresor de tumores. El protooncogén acelera la división (su mutación lo deja acelerando siempre); el supresor la frena (su mutación saca el freno).
- Ubicar el control del huso en G2. El control de G2 revisa que la replicación esté completa; el que revisa que todos los cromosomas estén enganchados al huso actúa en la metafase.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
Practicar El ciclo celular y sus controles →Dónde entra este tema en el parcial
- Segundo parcial — Ida y vuelta al nitrógeno pesado15 puntos · resuelto paso a paso
Los otros temas de la unidad 8
Replicación, ciclo celular y división