martes, 16 de febrero de 2010

La Interfase

Interfase
Es el
período de tiempo que transcurre entre dos mitosis, y que comprende los períodos G1, S, y G2. Durante la interfase se produce la duplicación de todos los componentes fundamentales de la célula, es decir DNA, RNA y proteínas; síntesis de lípidos, enzimas, membranas que se requieren para la división.

El período G1, llamado primera fase de crecimiento, se inicia con una célula hija que proviene de la división de la célula madre. La célula aumenta de tamaño, se sintetiza nuevo material citoplásmico, sobre todo proteínas y RNA.

El período G0, la célula se encuentra en estado quiescente, cumpliendo con su función correspondiente, aunque en esta fase la célula no está preparándose para la división es donde llega la señal proteica.



El período S o de síntesis, en el que tiene lugar la duplicación del DNA. Cuando acaba este período, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de DNA que al principio. Hay síntesis de proteínas.



El período G2, DNA se sigue sintetizando RNA y proteínas; el final de este período queda marcado por la aparición de cambios en la estructura celular, que se hacen visibles con el microscopio y que nos indican el principio de la mitosis o división celular. Se realizan reparaciones en el DNA



El tiempo de cada fase es variable entre los organismos. En cada fase hay puntos de chequeo mediante proteínas que se fosforilizan o no.



La fase G1



Es el periodo del ciclo celular que abarca desde que termina la fase M hasta que comienza la fase S. Durante la fase G1 la célula comprueba las condiciones externas e internas y decide si continuar con el ciclo celular o no. En un organismo metazoo, el avance del ciclo celular está condicionado por señales externas, como adhesión, factores tróficos o mitógenos, entre otros, que emiten otras células del organismo. Las señales internas son aquellas que informan del estado de salud de la célula, como una correcta doctación de elementos celulares tras la división, una segregación correcta de los cromosomas, etcétera. Si todas estas señales son propicias la célula crecerá en tamaño y se preparará para entrar en la fase S.



Sin embargo, la mayoría de las células de un organismos pluricelular adulto no se dividen constantemente sino que detienen su ciclo celular en la fase G1, temporal o permanentemente. Detener el ciclo celular supone que la célula se va a diferenciar. Cuando la célula queda detenida en fase G1 en forma quiescente se dice que está en fase G0, un ejemplo son las neuronas. Desde los estados de quiescencia y de célula diferenciada se puede volver a retomar el ciclo en algunos tipos celulares. Por tanto tenemos cuatro decisiones posibles que se toman en la fase G1 y todas ellas dependen de complejos moleculares o puntos de control que la célula debe ir sorteando para llegar a la fase S. Cuando uno de ellos no se pasa se dice que la célula ha tomado una decisión, pero si no se detiene en ninguno se dividirá, siendo éste el camino por defecto.



Las moléculas que están en la base de los puntos de control, y por tanto de la progresión del ciclo celular, son las quinasas dependientes de ciclinas o CdKs (Cyclin-dependent kinases ). Estas enzimas, se han encontrado 9 diferentes en las células eucariotas, necesitan estar unidas a unas proteínas denominadas ciclinas y además ser activadas por fosforilación. Una vez activadas son las responsables de fosforilar numerosos sustratos, entre los que se encuentran los inhibidores del avance del ciclo celular, permitiendo así que el ciclo progrese. Las ciclinas son moléculas que se sintetizan de forma periódica durante el ciclo celular y se han encontrado hasta 16 ciclinas diferentes en las células eucariotas, siendo las más importantes para el avance del ciclo celular las A, B, D y E. Las ciclinas D y E son importantes para el avance de la fase G1. Los complejos CdK/ciclina D y Cdk/ciclina E actúan fosforilando al factor de transcripción Rb (retinoblastoma), que forma parte del último punto de control de la fase G1. Sin embargo, en levaduras sólo se require la actuación de la CdK1/ciclina. En células de ratón se ha comprobado que cuando se mutan todas las CdKs, menos la Cdk1, pueden realizar ciclos celulares completos, por lo que es la CdK1 la que parece realmente imprescindible para completar la fase G1.



A este último punto de control en el que se fosforila a Rb se le denomina punto de restricción, porque si se pasa se entra irremediablemente en la fase S. Es importante porque se decide si la célula se dividirá o no. Los elementos centrales de este punto de restricción son la Cdks-ciclina, la molécula Rb y el factor E2F. Rb defosforilado inhibe el avance del ciclo celular porque reprime la expresión de los genes necesarios para entrar en fase S, pero cuando es fosforilado por las CDKs-ciclina activa al factor E2F, el cual permitirá que se inicie la expresión de los genes implicados en la replicación del DNA, así como en la duplicación del centrosoma en las células animales. Todo este entramado molecular integra señales de las condiciones celulares (alimento, señales tróficas, etcétera), del posible daño del ADN durante la segregación de cromosomas o en la fase de crecimiento de celular posterior, puede que también del tamaño apropiado de la célula. Si todo es correcto, dicho punto se sobrepasará y se comenzará la fase S.



Pero, como dijimos, la mayoría de las células de un organismo adulto no están en permanente proliferación. Ello es debido a que existen inhibidores de las Cdk/ciclinas de la fase G1. Hay diversos tipos de inhibidores y uno de ellos es el p53, un factor de transcripción que está dañado en numerosos tipos de cánceres. Cuando hay daño del DNA celular, estrés celular, cambios de pH u otras alteraciones celulares, aumenta su concentración y provoca la activación del gen p21, el cual a su vez impide la fosforilación de Rb, y por tanto la célula no comienza la fase S.



La fase S



Comienza cuando se ha pasado el punto de restricción de la fase G1. Se producen dos sucesos importantes: replicación del ADN y duplicación de los centrosomas en las células animales.



Replicación del ADN



El ADN está formado por dos cadenas bases nucleotídicas. Ambas cadenas están unidas por puentes de hidrógeno que se establecen entre bases complementarias (adenina-timina, citosina-guanina), formando una doble hélice. Las dos cadenas se disponen de forma antiparalela entre sí. Esto quiere decir que el extremo 3' de una cadena está al lado del 5' de la otra cadena. Es decir, un extremo de la doble cadena posee un extremo 3' de una cadena y un extremo 5' de la otra. Para la duplicación del ADN hay que separar las dos cadenas rompiendo los puentes de hidrógeno y copiarlas simultáneamente.



El ADN de una célula eucariota no se copia empezando por un solo punto, esto llevaría demasiado tiempo, sino en múltiples sitios a la vez denominados orígenes de replicación. La célula dispone de los mecanismos necesarios para evitar que un origen de replicación se active más de una vez. Si no fuese así se producen más de una copia, lo que podría ser letal. Se consigue por un mecanimo en dos pasos. En el primero se organiza la maquinaria molecular necesaria para iniciar el proceso de copia y en segundo lugar se recibe una "licencia" para comenzar la replicación.



Para que se inicie la replicación se separan, no se rompen, las dos cadenas del ADN por una helicasa. A las cadenas libres se une una enzima denominada primasa que sintetizarán un pequeño fragmento de ARN de unos 10 nucleótidos complementarios a una secuencia de la cadena de ADN, uno distinto en cada cadena. A estas pequeñas secuencias de ARN se les denomina cebadores o "primers" Entonces se reclutan las polimerasas δ y ε, las cuales añadirán al extremo 3' desoxinucleótidos complementarios en la dirección del extremo 5' de la cadena copiada. Por tanto, formarán una cadena de nueva síntesis complementaria a cada una de las existentes previamente. Por eso se dice que la replicación es semiconservativa , una cadena nueva sobre una vieja. Un paso adicional es la eliminación del cebador de ribonucleótidos y su sustitución por desoxirribonucleótidos, llevado a cabo por ARNasas. El hueco se copiará por las DNA polimerasas que vienen copiando desde un origen de replicación situado más atrás en la cadena.



La apertura inicial de la doble cadena de ADN supone la creación de una horquilla de replicación. A partir de ella se copiarán las cadenas en las dos direcciones. Sin embargo, las ADN polimerasas añaden nucleódios exclusivamente en dirección 5' —» 3' (5' a 3' de la cadena copiada). Ello supone que la copia en la dirección 3' a 5' necesita de un proceso ligeramente más complicado. Así, en la zona de apertura de la doble hélice se irán añadiendo cebadores espaciados y serán los espacios entre estos cebadores los que llenarán las ADN polimerasas con nucleótidos complementarios pero siempre en dirección 3'. Esto supone que hay un proceso continúo de creación de cebadores, copia de ADN, eliminación de los cebadores más antiguos, copia del espacio dejado por ellos por las ADN polimerasas y sellado de los segmentos de ADN con las ezimas denominadas ligasas. A estos fragmentos de ADN, que se sintetizan periódicamente y son ligados entre sí para formar una cadena continua, se les denomina fragmentos de Okazaky.



Es importante tener en cuenta que no todo el ADN se está replicando a la vez. Se estima que en cualquier momento de la fase S se está copiando entre un 10 y un 15 % del ADN total. Si se detectan roturas del ADN, mediante los sistemas de control, la copia del resto del ADN se detiene. Otros eventos están ligados a la replicación del ADN como la síntesis de histonas, que debe también duplicar su número, y la duplicación de los centrosomas en las células animales, necesarios para organización del huso mitótico.



Fase G2



La fase S del ciclo celular da paso a la fase G2, la cual termina con la entrada en la fase M o mitosis. En la fase G2 se acumulan aquellas moléculas cuyas actividades serán necesarias durante la fase M. Tradicionalmente se ha considerado como un estado de tránsito entre las fases S y M. Durante esta etapa, sin embargo, se comprueba si ha habido errores durante la replicación del ADN y si se ha producido su duplicación completa. Si éstos defectos son detectados la célula no entrará en fase M y el ciclo celular se detendrá hasta que los daños sean reparados o el ADN sea completamente copiado. Se puede entender que estos mecanismos son críticos para la célula puesto que los errores no detectados pasarán irremediablemente a las células hijas. Durante la fase G2 la células también aumentarán en tamaño y los centrosomas, duplicados durante la fase S, se dirigirán a lugares opuestos de la célula para formar posteriormente el huso mitótico.



El límite entre las fases G2 y M no está totalmente claro y algunos autores consideran este cambio en la mitad de la profase mitótica. De cualquier manera, el fin de la fase G2 está mediado por la quinasa dependiente de ciclina (CdK) tipo 1 y por la ciclina B1. La ciclina B1 se sintetiza durante la fase S tardía. Es este complejo, más otras proteínas quinasas y fosfatasas, el que determina si la célula entrará en la fase M, es decir, es un punto de control.



Curiosidades



El cáncer es causado por anormalidades en el material genético de las células. Estas anormalidades pueden ser provocadas por agentes carcinógenos, de productos químicos o de agentes infecciosos. Otras anormalidades genéticas cancerígenas son adquiridas durante la replicación normal del ADN, al no corregirse los errores que se producen durante la misma, o bien son heredadas y, por consiguiente, se presentan en todas las células desde el nacimiento. Nuevos aspectos de la genética del cáncer, como la metilación del ADN, que es la adición de un grupo metilo (-CH3) a una molécula, consiste en la transferencia de grupos metilos a algunas de las bases citosinas (C) del ADN situadas previa y contiguamente a una guanina (G). Puesto que la metilación es fundamental en la regulación del silenciamiento de los genes, puede provocar alteraciones en la transcripción genética sin necesidad de que se produzca una alteración en la secuencia del ADN, siendo uno de los mecanismos responsables de la plasticidad fenotípica. También pueden ser metilados las proteínas, regulándose así también su función. En este proceso intervienen las enzimas ADN-metiltransferasas. Los microARNs, están siendo estudiados como importantes factores a tener en cuenta por su implicación. Hay muchos métodos para intentar acabar con todos los tipos de cáncer, pero hay algunos estudios nuevos relacionados con la genética como el estudio del ARN de la saliva, que podria acabar con el cancer oral. Los investigadores han descubierto al menos 50 microARNs en la saliva humana que podrían ayudar a la detección del cáncer oral.



Las anormalidades genéticas encontradas en las células cancerosas pueden ser de tipo mutación puntual, translocación, amplificación, deleción, y ganancia/pérdida de todo un cromosoma. Existen genes que son más susceptibles a sufrir mutaciones que desencadenen cáncer. Esos genes, cuando están en su estado normal, se llaman protooncogenes, y cuando están mutados se llaman oncogenes. Lo que esos genes codifican suelen ser receptores de factores de crecimiento, de manera que la mutación genética hace que los receptores producidos estén permanentemente activados, o bien codifican los factores de crecimiento en sí, y la mutación puede hacer que se produzcan factores de crecimiento en exceso y sin control.



Videos:



http://www.youtube.com/watch?v=_LRxFc21oXk&feature=related



http://www.youtube.com/watch?v=rgLJrvoX_qo



http://www.youtube.com/watch?v=unTshYSctAQ&NR=1



http://www.youtube.com/watch?v=ZV_o0jphro8&feature=related







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