1.2.- Ciclo celular

Antes de iniciarnos con las técnicas citogenéticas, es necesario estudiar la evolución de los cromosomas durante el ciclo celular.

El ciclo celular puede considerarse como el ciclo de vida de una célula. En otras palabras, es la serie de pasos de crecimiento y desarrollo que experimenta una célula entre su "nacimiento", la formación por división de una célula madre, y su división para formar dos nuevas células hijas.

Etapas del ciclo celular.
Para dividirse, una célula debe completar varias tareas importantes: debe crecer, copiar su material genético (ADN) y dividirse físicamente en dos células hijas. Las células realizan estas tareas en una serie de pasos organizados y predecibles que conforman el ciclo celular. El ciclo celular es un ciclo, en lugar de una ruta lineal, porque al final de cada ronda, las dos células hijas pueden comenzar exactamente el mismo proceso desde el principio.
En las células eucariotas, o células con núcleo, las etapas del ciclo celular se dividen en dos fases principales:

• Interfase
• Fase mitótica (M).
  

Durante la interfase, la célula crece y hace una copia de su ADN.
Durante la fase mitótica, la célula separa su ADN en dos conjuntos y divide su citoplasma, formando dos nuevas células.

La interfase se compone de la fase G1 (crecimiento celular), seguida de la fase S (síntesis de ADN), seguida de la fase G2 (crecimiento celular). Al final de la interfase llega la fase mitótica, que se compone de mitosis y citocinesis y conduce a la formación de dos células hijas. La mitosis precede a la citocinesis, aunque los dos procesos generalmente se superponen.

Interfase
Ingresemos al ciclo celular tal como se forma una célula, por división de su célula madre. ¿Qué debe hacer esta célula recién nacida después si quiere continuar y dividirse?

La preparación para la división ocurre en tres pasos:

• Periodo G1: La célula crece físicamente, copia orgánulos y crea los bloques de construcción moleculares que necesitará en pasos posteriores.
  
• Periodo S: En la fase S, la célula sintetiza una copia completa del ADN en su núcleo. También duplica una estructura organizadora de microtúbulos llamada centrosoma. Los centrosomas ayudan a separar el ADN durante mitosis.
• Periodo G2: la célula crece más, produce proteínas y orgánulos, y comienza a reorganizar su contenido en preparación para la mitosis. Esta fase finaliza cuando comienza la mitosis.

Fase M o fase mitótica
Durante la fase mitótica (M), la célula separa su ADN y citoplasma para formar dos células nuevas. La fase M involucra dos procesos distintos relacionados con la división: mitosis y citocinesis.
En la mitosis, el ADN nuclear de la célula se condensa en cromosomas visibles y es separado por el huso mitótico, una estructura especializada hecha de microtúbulos.

La mitosis tiene lugar en cuatro etapas:

• profase,
• metafase,
• anafase y
• telofase.

La mitosis consta de cuatro fases básicas: profase, metafase, anafase y telofase. Algunos libros de texto enumeran cinco, dividiendo la profase en una fase temprana (llamada profase) y una fase tardía (llamada prometafase). Estas fases ocurren en estricto orden secuencial, y la citocinesis, el proceso de dividir el contenido celular para formar dos células nuevas, comienza en anafase o telofase. La citocinesis generalmente se superpone con anafase y / o telofase.

Lo más importante es entender lo que sucede en cada etapa y por qué es importante para la división de los cromosomas.

Comencemos mirando una célula justo antes de que comience la mitosis. En el periodo G2 de la interfase, la célula ya ha copiado su ADN, por lo que los cromosomas en el núcleo consisten en dos copias conectadas, llamadas cromátidas hermanas. No se pueden ver los cromosomas muy claramente en este punto, porque todavía están en su forma larga, fibrosa y descondensada. La célula animal también ha hecho una copia de su centrosoma, un orgánulo que desempeñará un papel clave en la orquestación de la mitosis, por lo que hay dos centrosomas. Las células vegetales generalmente no tienen centrosomas con centriolos, pero tienen un tipo diferente de centro organizador de microtúbulos que juega un papel similar.

Profase

Profase temprana. La célula comienza a descomponer algunas estructuras y construir otras, preparando el escenario para la división de los cromosomas

• Los cromosomas comienzan a condensarse (haciéndolos más fáciles de separar más adelante).
• El huso mitótico comienza a formarse. El huso es una estructura hecha de microtúbulos, fibras fuertes que forman parte del "esqueleto" de la célula. Su trabajo es organizar los cromosomas y moverlos durante la mitosis. El huso crece entre los centrosomas a medida que se separan.
• El nucleolo (o nucleoli, plural), una parte del núcleo donde se forman los ribosomas, desaparece. Esta es una señal de que el núcleo se está preparando para descomponerse.

Profase tardía. En la profase tardía (a veces también llamada prometafase), el huso mitótico comienza a capturar y organizar los cromosomas.

• La envoltura nuclear se descompone y libera los cromosomas.
• Los cromosomas están completamente condensados.
• El huso mitótico crece más y algunos de los microtúbulos comienzan a "capturar" los cromosomas. Los microtúbulos pueden unirse a los cromosomas en el cinetocoro (un parche de proteína que se encuentra en el centrómero de cada cromátida hermana). Los centrómeros son las regiones de ADN donde las cromátidas hermanas están más estrechamente conectadas. Los microtúbulos que se unen a un cromosoma se denominan microtúbulos de cinetocoro. Los microtúbulos que no se unen a los cinetocoros pueden aferrarse a los microtúbulos desde el polo opuesto, estabilizando el huso. Más microtúbulos se extienden desde cada centrosoma hacia el borde de la célula, formando una estructura llamada aster.

Metafase

Los cromosomas se alinean en la placa metafásica o placa ecuatorial (no es una estructura física, solo un término para el plano donde se alinean los cromosomas). Las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma son capturadas por microtúbulos.

En esta etapa, los dos cinetocoros de cada cromosoma deben estar unidos a los microtúbulos de los polos opuestos del huso.

Antes de proceder a la anafase, la célula verificará para asegurarse de que todos los cromosomas estén en la placa de metafase con sus cinetocoros correctamente unidos a los microtúbulos. Esto se llama el punto de control del huso y ayuda a garantizar que las cromátidas hermanas se dividan de manera uniforme entre las dos células hijas cuando se separan en el siguiente paso. Si un cromosoma no está correctamente alineado o unido, la célula detendrá la división hasta que se solucione el problema.

Anafase

Las cromátidas hermanas se separan unas de otras y son empujadas hacia los polos opuestos de la célula. Los microtúbulos que no están unidos a los cromosomas separan los dos polos del huso, mientras que los microtúbulos del cinetocoro tiran de los cromosomas hacia los polos.

En anafase, las cromátidas hermanas se separan unas de otras y son arrastradas hacia los extremos opuestos de la célula.

La proteína "pegamento" que mantiene unidas las cromátidas hermanas se descompone, lo que les permite separarse. Cada cromátida hermana constituye ahora un cromosoma.

Todos estos procesos son impulsados por proteínas motoras, máquinas moleculares que pueden "caminar" a lo largo de pistas de microtúbulos y transportar una carga. En la mitosis, las proteínas motoras transportan cromosomas u otros microtúbulos mientras caminan.

Telofase

El huso desaparece, se vuelve a formar una membrana nuclear alrededor de cada conjunto de cromosomas y reaparece un nucleolo en cada nuevo núcleo. Los cromosomas también comienzan a descondensarse.

En la telofase, la célula está a punto de dividirse y comienza a restablecer sus estructuras normales a medida que se produce la citocinesis (división del contenido celular).

• El huso mitótico se descompone en sus bloques de construcción.
• Se forman dos nuevos núcleos, uno para cada conjunto de cromosomas. Reaparecen las membranas nucleares y los nucléolos.
• Los cromosomas comienzan a descondensarse y volver a su forma "fibrosa".

 

Citocinesis en células animales y vegetales.

La citocinesis, la división del citoplasma para formar dos nuevas células, se superpone con las etapas finales de la mitosis. Puede comenzar en anafase o telofase, dependiendo de la célula, y termina poco después de la telofase.

En la citocinesis, el citoplasma de la célula se divide en dos, formando dos células nuevas. La citocinesis generalmente comienza justo cuando termina la mitosis, con una pequeña superposición. Es importante destacar que la citocinesis tiene lugar de manera diferente en las células animales y vegetales.

Citocinesis en una célula animal: En las células animales, la citocinesis es contráctil, dividiendo la célula en dos como un monedero con un cordón. El "cordón" es una banda de filamentos hecha de una proteína llamada actina, y el pliegue se conoce como el surco de escisión

Citocinesis en una célula vegetal: Las células vegetales no se pueden dividir así porque tienen una pared celular y son demasiado rígidas. En cambio, una estructura llamada placa celular se forma en el medio de la célula, dividiéndola en dos células hijas separadas por una nueva pared.

Cuando termina la citocinesis, terminamos con dos células nuevas, cada una con un conjunto completo de cromosomas idénticos a los de la célula madre. Las células hijas ahora pueden comenzar sus propias "vidas" celulares y, dependiendo de lo que decidan ser cuando crezcan, pueden sufrir mitosis, repitiendo el ciclo.

Cuando se completa la división, produce dos células hijas. Cada célula hija tiene un conjunto completo de cromosomas, idéntico al de su hermana (y al de la célula madre). Las células hijas ingresan al ciclo celular en G1.

¿Qué les sucede a las dos células hijas producidas en una ronda del ciclo celular? Esto depende de qué tipo de células sean. Algunos tipos de células se dividen rápidamente, y en estos casos, las células hijas pueden sufrir inmediatamente otra ronda de división celular. Por ejemplo, muchos tipos de células en un embrión temprano se dividen rápidamente, al igual que las células en un tumor.

Otros tipos de células se dividen lentamente o no se dividen en absoluto. Estas células pueden salir del periodo G1 y entrar en un estado de reposo llamado periodo G0. En este periodo la célula no se está preparando activamente para dividirse, solo está haciendo su trabajo. Por ejemplo, podría conducir señales como una neurona o almacenar carbohidratos como una célula hepática. Este estado, es un estado permanente para algunas células, mientras que otras pueden reiniciar la división si obtienen las señales correctas.

¿Cuánto dura el ciclo celular?

Las diferentes células tardan diferentes tiempos para completar el ciclo celular. Una célula humana típica puede tardar unas 24 horas en dividirse, pero las células de mamífero de ciclo rápido, como las que recubren el intestino, pueden completar un ciclo cada 9-10 horas cuando crecen en cultivo. En general la mitosis es un proceso relativamente rápido en casi todas las células, de manera que la duración del ciclo celular depende fundamentalmente de la interfase. Células con una tasa de replicación elevada, tendrán una interfase más corta que las células con tasa de replicación más baja.