El ciclo celular y su regulación
Cuando te haces una herida en la rodilla jugando fútbol en la cancha del colegio, en unos días la piel se cierra sola. Las células de alrededor se dividen justo lo necesario y se detienen cuando la herida cierra. ¿Quién les dice cuándo dividirse y cuándo parar? La respuesta está en un sistema de control del ciclo celular: puntos de control, ciclinas, CDK y proteínas como p53.
Interfase, fase M y la salida del ciclo
Si observas al microscopio un cultivo de células en crecimiento, casi todas muestran un núcleo bien delimitado y solo unas pocas tienen los cromosomas condensados, en plena división. ¿Cómo se organiza el tiempo de una célula entre una división y la siguiente?
| Fase | ¿Qué ocurre? |
|---|---|
| G1 | La célula crece, sintetiza proteínas y organelos. |
| S | Se replica (duplica) todo el ADN. La helicasa abre la doble hélice y la ADN polimerasa copia cada hebra. |
| G2 | La célula se prepara para dividirse y revisa el ADN copiado. |
| M | Mitosis y citocinesis. |
Cuánto ADN tiene la célula en cada fase
Como en la fase S se copia el ADN, la cantidad de ADN por célula cambia a lo largo de la interfase. Llamemos 2C a la cantidad de ADN de una célula diploide que aún no ha replicado su ADN.
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G1: la célula tiene 2C. Cada cromosoma tiene una sola cromátida (una molécula de ADN de doble hebra).
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S: la cantidad sube poco a poco, de forma continua, de 2C a 4C, porque el ADN se está copiando.
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G2 y M (hasta la separación): la célula tiene 4C. Cada cromosoma tiene dos cromátidas hermanas, pero el número de cromosomas no cambia.
Al final de la mitosis, las células hijas reparten ese ADN y cada una vuelve a 2C.
La citometría de flujo es una técnica que mide la cantidad de ADN de miles de células una por una y las cuenta. El resultado es una gráfica: en el eje horizontal, la cantidad de ADN; en el vertical, cuántas células hay con ese valor. Aparecen dos picos y una zona intermedia: el primer pico (2C) son las células en G1, el segundo (4C) son las células en G2 o M, y entre ambos, las que están en S.
Nombra las dos grandes etapas del ciclo celular y las tres fases en las que se divide la interfase, indicando qué ocurre de forma general en cada una.
Nombra las dos grandes etapas del ciclo celular y las tres fases en las que se divide la interfase, indicando qué ocurre de forma general en cada una.
¿Qué ocurre durante la fase S del ciclo celular? Razona por qué es imprescindible que esta fase termine antes de que la célula entre en división.
¿Qué ocurre durante la fase S del ciclo celular? Razona por qué es imprescindible que esta fase termine antes de que la célula entre en división.
El esquema representa el ciclo completo de una célula que tarda $24\ \text{h}$ en dividirse. Calcula cuántas horas dura su fase S y explica qué proceso celular ocurre…
El esquema representa el ciclo completo de una célula que tarda $24\ \text{h}$ en dividirse. Calcula cuántas horas dura su fase S y explica qué proceso celular ocurre durante ella.
Algunas células, como las neuronas adultas, salen del ciclo celular y permanecen en una fase denominada G0. Explica qué significa estar en G0 y qué consecuencia tiene…
Algunas células, como las neuronas adultas, salen del ciclo celular y permanecen en una fase denominada G0. Explica qué significa estar en G0 y qué consecuencia tiene este hecho para la capacidad de regeneración del tejido nervioso.
Se analiza mediante citometría de flujo la cantidad de ADN por célula en un tejido somático animal en proliferación ($2n = 8$). El análisis identifica tres…
Se analiza mediante citometría de flujo la cantidad de ADN por célula en un tejido somático animal en proliferación ($2n = 8$). El análisis identifica tres subpoblaciones celulares bien delimitadas: Subpoblación 1 con 4 pg de ADN, Subpoblación 2 con valores intermedios y continuos entre 4 y 8 pg, y Subpoblación 3 con 8 pg de ADN.
- a) Asigna de forma justificada cada subpoblación a su fase correspondiente de la interfase (G1, S o G2). Determina cuántos cromosomas, cuántas cromátidas y cuántas moléculas de ADN bicatenario posee una célula individual perteneciente a la Subpoblación 3.
- b) Si se añade al cultivo colchicina (fármaco que despolimeriza los microtúbulos del huso acromático), predice en qué subpoblación se acumularán las células y deduce cuántos cromosomas y cuántas cromátidas contendrá una célula si elude la mitosis sin dividirse (endomitosis).
Los puntos de control
¿Qué es un punto de control del ciclo celular? Nombra uno de ellos y explica qué es lo que verifica antes de permitir que el ciclo continúe.
¿Qué es un punto de control del ciclo celular? Nombra uno de ellos y explica qué es lo que verifica antes de permitir que el ciclo continúe.
Un fármaco antitumoral bloquea de forma irreversible la actividad de la ADN helicasa durante la interfase. Se añade a un cultivo de células somáticas humanas en…
Un fármaco antitumoral bloquea de forma irreversible la actividad de la ADN helicasa durante la interfase. Se añade a un cultivo de células somáticas humanas en proliferación activa.
- a) Justifica en qué punto de control del ciclo celular quedarán bloqueadas las células que ya habían comenzado a replicar su ADN al añadir el compuesto, y explica qué consecuencias tendría para la célula franquear dicho punto sin completar la replicación.
- b) Un estudiante afirma que, transcurridas dos horas desde la adición del fármaco, el 100 % de las células del cultivo estará detenido en la fase S. Rebate su predicción deduciendo qué ocurrirá inicialmente con las células que se hallaban en G2 y mitosis en el momento de la administración y en qué fase se acumularán finalmente si el fármaco permanece en el medio.
Ciclinas y CDK: el motor molecular del ciclo
En embriones en división, ciertas proteínas aumentan poco a poco y se desploman justo antes de cada división. ¿Qué mecanismo funciona como reloj interno que marca el ritmo de cada fase?
Explica qué son las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina (CDK) y cómo actúan conjuntamente para regular el avance del ciclo celular.
Explica qué son las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina (CDK) y cómo actúan conjuntamente para regular el avance del ciclo celular.
p53: el guardián del genoma
En un laboratorio de oncología se analizan dos cultivos de células humanas sometidas a una dosis moderada de radiación ultravioleta: Cultivo A: La mayoría de las células…
En un laboratorio de oncología se analizan dos cultivos de células humanas sometidas a una dosis moderada de radiación ultravioleta:
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Cultivo A: La mayoría de las células detiene su ciclo en la transición G1/S; tras 24 horas, reparan las lesiones o activan la apoptosis.
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Cultivo B: Las células continúan replicando activamente su ADN en fase S a pesar de presentar dímeros de timina no reparados, acumulando aberraciones cromosómicas en las mitosis sucesivas.
- a) Deduce razonadamente qué alteración en la ruta del gen TP53 explica el comportamiento del Cultivo B frente al Cultivo A.
- b) Si se aplica a ambos cultivos un fármaco inhibidor de los complejos ciclina-CDK responsables de la entrada en fase S, predice la respuesta de cada cultivo y razona por qué este tratamiento frena la proliferación, pero no revierte las mutaciones ya fijadas en el Cultivo B.
Vuelve al principio: la herida de tu rodilla, después del partido de fútbol, cierra porque las células se dividen cuando reciben señales, y los puntos de control y p53 las frenan cuando algo anda mal. Si ese freno falla, la división se descontrola.