Las fases del ciclo celular

Explica qué es el ciclo celular y nombra sus dos grandes periodos, indicando qué ocurre de forma general en cada uno.

El esquema representa el ciclo celular como un círculo dividido en cuatro etapas numeradas. Nombra las etapas 1, 2, 3 y 4, y explica por qué se representa el ciclo como un círculo y no como una línea con principio y fin.

En un cultivo de células, el ciclo celular completo dura $24\ \text{h}$ y la interfase ocupa el $90\ \%$ del tiempo. Calcula cuántas horas dedica cada célula a la interfase y cuántas a la fase de división.

¿Qué acontecimiento fundamental ocurre durante la fase S del ciclo celular? Explica por qué es imprescindible que ocurra antes de que la célula se divida.

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.

Ordena estas fases del ciclo celular tal como ocurren en el tiempo: fase M, fase G1, fase G2, fase S. Describe brevemente qué hace la célula en cada una.

Una célula en fase G1 tiene una determinada cantidad de ADN. Indica en qué momento del ciclo esa cantidad se ha duplicado y en qué momento vuelve a reducirse a la mitad en cada célula hija.

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 este hecho para la capacidad de regeneración del tejido nervioso.

Considera dos células esféricas modelo, la célula A (radio = 1 µm) y la célula B (radio = 3 µm).

1. a) Sabiendo que la superficie de una esfera es $S = 4\pi r^2$ y su volumen es $V = \frac{4}{3}\pi r^3$, calcula la relación superficie/volumen ($S/V$) para cada una de ellas.
2. b) El intercambio de gases y nutrientes con el medio depende de la superficie de la membrana, mientras que la demanda metabólica depende del volumen citoplasmático. A partir de tus cálculos numéricos, justifica por qué la célula B se encuentra en un límite crítico de viabilidad si no se divide.
3. c) Ciertas células humanas muy activas, como los enterocitos del epitelio intestinal, alcanzan un tamaño considerable sin dividirse. Deduce qué adaptación morfológica en su membrana les permite mantener una relación $S/V$ elevada.

¿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 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.

Tras un accidente cerebrovascular (ictus), las neuronas destruidas no se regeneran y suelen quedar secuelas neurológicas permanentes. En cambio, tras una quemadura superficial que destruye miles de células de la epidermis, la piel es capaz de regenerarse por completo en pocos días.

1. a) Justifica esta diferencia médica explicando el estado del ciclo celular en el que se encuentran las células maduras de ambos tejidos.
2. b) Un equipo de investigación propone reactivar el ciclo celular en neuronas adultas para reparar lesiones cerebrales, forzándolas a salir de la fase G0. Predice qué dificultades o riesgos funcionales podría acarrear forzar la mitosis en células altamente especializadas integradas en circuitos sinápticos estables.

Explica qué son las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina (CDK) y cómo actúan conjuntamente para regular el avance del ciclo celular.

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.

1. 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.
2. 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).

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.

1. 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.
2. 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.

En un laboratorio de oncología se analizan dos cultivos de células tumorales:

• Línea A: tiene inactivado el gen p53, por lo que las células superan el punto de control $G_1/S$ aunque su ADN presente roturas y daños provocados por radiación ultravioleta.

• Línea B: tiene inactivado el punto de control de la metafase (punto de control del ensamblaje del huso), por lo que las células inician la anafase aunque existan cromosomas que no se han fijado correctamente a los microtúbulos.

1. a) Predice qué tipo de alteración genética predominará en las células hijas de cada cultivo tras varias divisiones: ¿mutaciones puntuales a nivel de secuencia de ADN o alteraciones cariotípicas en el número de cromosomas (aneuploidías)? Justifica tu deducción en cada caso.
2. b) Se ensaya un fármaco antitumoral que desestabiliza los microtúbulos del huso acromático. Justifica razonadamente en cuál de las dos líneas celulares ($A$ o $B$) este fármaco será incapaz de frenar el avance del ciclo celular.

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 detiene su ciclo en la transición G1/S; tras 24 horas, reparan las lesiones o activan la apoptosis.

• 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.

1. a) Deduce razonadamente qué alteración en la ruta del gen TP53 explica el comportamiento del Cultivo B frente al Cultivo A.
2. 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.