BMC Teorica 8

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BMC - UNM 
El ciclo celular es el mecanismo esencial por el cual todas las células se reproducen: 
duplicación del ADN y división celular. 
En los organismos unicelulares, cada ciclo celular genera un nuevo organismo completo. 
En los organismos pluricelulares se requieren de largas y complejas secuencias de 
divisiones celulares, incluso en un individuo adulto, ya que la división celular se necesita 
para reemplazar las células que mueren. 
Visión general del ciclo celular: 
Fase S (10-12hs) 
Fase M: ( 1h) 
 
Mitosis: segregación cromosómica 
Citocinesis: división celular 
En realidad, el ciclo es más complejo ya que antes de duplicar su genoma y dividirse la 
célula debe crecer, alimentarse, duplicar los organelos, etc. 
El ciclo celular eucariota se divide en 4 etapas: 
En una célula humana promedio el ciclo celular completo tarda 24hs. 
Fase G1: Las moléculas y estructuras citoplasmáticas aumentan en número. La célula 
censa si las condiciones internas y externas son propicias para su 
reproducción. 
Fase S: Los cromosomas se duplican (y se sintetizan histonas). 
Fase G2: Los cromosomas se condensan y comienza el ensamblado de las estructuras 
requeridas para la mitosis y la citocinesis. 
En esta fase también se censa si la célula está en condiciones de entrar en M. 
Si las condiciones son desfavorables, la célula retrasa su progresión en G1. 
Incluso puede entrar en un estado de reposo especializado denominado G0, en 
el cual puede estar por días, semanas o incluso años, antes de volver a 
proliferar. 
Muchas células se mantienen siempre en G0 hasta que ellas o el organismo 
mueren. 
Si las condiciones son adecuadas, la célula en G1 o G0 progresa hasta un punto 
de no retorno (punto de restricción, punto R, punto de inicio) en el que entra en 
la Fase S. 
Fase M: Ocurre la mitosis y la división celular (citocinesis). 
Durante la mitosis los cromosomas duplicados se deben distribuir de forma tal 
que cada célula hija reciba una dotación completa de cromosomas. 
Puntos de control del ciclo celular: 
Si bien el tiempo del ciclo celular varía entre los organismos, incluso entre tipos 
celulares de un mismo organismo, el sistema de control está altamente conservado 
en todos los eucariontes. 
Sistema de control del ciclo celular: 
Está basado en dos proteínas claves: las ciclinas y 
las kinasas dependientes de ciclinas (Cdk). 
Ciclinas G1/S: Activan las Cdk en la etapa final de G1 y así se desencadena la progresión a 
través del punto de inicio. (Sus niveles descienden en la fase S). 
Ciclinas S: Se unen a las Cdk poco después de comenzar la fase S y ayudan a estimular la 
duplicación de los cromosomas. Estas ciclinas permanecen hasta la mitosis 
(ayudan a controlar algunos elementos mitóticos iniciales). 
Ciclinas M: Activan las Cdk que estimulan la entrada en la mitosis en el punto G2/M. 
Son degradadas hacia la mitad de la mitosis. 
Ciclinas G1: Ayudan a controlar las ciclinas G1/S. 
En las levaduras, existe una sola Cdk que se une a las diferentes ciclinas para desencadenar 
las diferentes etapas del ciclo celular. 
Los cambios cíclicos en los niveles de ciclinas producen variaciones cíclicas en el ensamblaje 
y activación de los complejos Cdk-ciclina que desencadenan los acontecimientos en el ciclo 
celular. 
En vertebrados existen cuatro Cdk: dos de ellas interactúan con las ciclinas G1, una con las 
ciclinas G1/S y con las ciclinas S y otra Cdk que interactúa con las ciclinas M. 
Complejos: Cdk-G1, Cdk-G1/S, Cdk-S, Cdk-M 
¿Cómo desencadenan los diferentes complejos Cdk-ciclinas los diversos acontecimientos 
del ciclo celular? 
Cuando la ciclina se une a la Cdk, le produce un cambio de conformación que deja 
parcialmente expuesto el sitio activo de Cdk, provocando una activación parcial de la 
enzima. 
La activación total del complejo Cdk-ciclina sucede poco después, cuando la quinasa 
activadora de Cdk (CAK) fosforila a Cdk, produciendo un nuevo cambio de conformación 
que aumenta la actividad de Cdk. 
Ahora Cdk puede 
fosforilar las proteínas 
blanco que 
desencadenan 
eventos específicos 
del ciclo celular. 
Si bien el aumento y descenso de los niveles de ciclinas son el principal determinante 
de la actividad de la Cdk en el ciclo celular, existen otros mecanismos de regulación. 
La fosforilación de dos aminoácidos del sitio activo de Cdk, inhibe la activación del 
complejo Cdk-ciclina. 
Esta fosforilación es llevada a cabo por la quinasa Wee y la desfosforilación de esos dos 
aminoácidos es llevado a cabo por la fosfatasa Cdc25. 
Este tipo de mecanismo 
regula el complejo Cdk-M. 
Los complejos Cdk-ciclinas también se regulan por la unión de proteínas inhibidoras de 
Cdk: las CKI 
La unión de CKI produce un gran cambio conformacional del sitio activo de Cdk, 
volviéndola inactiva. 
Las células utilizan las CKI principalmente para regular las actividades de los complejos 
Cdk-G1/S y Cdk-S 
A diferencia de lo que ocurre en los puntos de control del Inicio y G2/M, la transición entre 
Metafase y Anafase no ocurre por fosforilación de proteínas, sino por la degradación. 
Quien regula la transición entre Metafase y Anafase es el complejo promotor de la 
anafase o ciclosoma (APC/C) un miembro de la familia de la Ubiquitina Ligasa. 
El APC/C cataliza la ubiquitinación y degradación de dos proteínas principales: 
La segurina y las 
ciclinas S y M 
 La segurina protege la unión de las cromátides hermanas. La degradación de la segurina 
activa una proteasa que separa las cromátides hermanas y desencadena la anafase. 
 Las ciclinas S y M: Cuando son degradadas, la mayoría de las Cdk de la célula se 
inactivan. Como consecuencia, muchas de las proteínas fosforiladas por la Cdk se 
desfosforilan por acción de diferentes fosfatasas durante la anafase. 
EL APC/C se activa durante la mitad de la mitosis y se mantiene activo hasta en G1, 
proporcionando un período estable de inactividad de Cdk. 
Cuando los complejos Cdk-G1/S se activan al final de G1, el APC/C se inactiva, permitiendo 
así la acumulación de ciclinas para realizar el ciclo celular. 
Visión en conjunto del sistema de control: 
Fase S 
Fase S 
La duplicación es un proceso complejo que ocupa la mayor parte del ciclo celular. 
No sólo tiene que duplicarse con exactitud las largas moléculas de ADN de cada cromosoma 
sino que también tiene que reproducirse la cubierta proteica de cada región cromosómica, 
asegurando que cada célula hija hereden todas las características cromosómicas. 
Problemas a resolver: 
Duplicar el ADN con una exactitud extrema. 
Que el ADN se duplique una vez y sólo una vez. 
1era etapa de 
control sobre los 
orígenes de 
replicación 
2da etapa de 
control sobre los 
orígenes de 
replicación 
1era etapa en la Replicación del ADN: (ocurre al final de M y comienzo de G1) 
Un gran complejo de proteínas denominado Complejo Prerreplicativo (pre-RC) se 
ensambla en los orígenes de replicación. 
Las proteínas ORC reconocen y 
se unen a los orígenes de 
replicación. 
Se unen las proteínas Cdc6 y 
Cdt1, que a su vez reclutan a 
Mcm 
Queda formado el complejo 
prerreplicativo 
La activación de Cdk-S al final de la fase G1, induce la formación de varios complejos 
adicionales en el sitio de origen, conduciendo a la formación de un complejo de preinicio 
que desenrolla la hélice y comienza la síntesis. 
Cdk-S induce además el 
desensamble del pre-RC en el 
origen, fosforilando a las ORC y a 
Cdc6. 
Las ORC quedan fosforiladas y no 
pueden volver a funcionar como 
centro reclutador de un pre-RC. 
Cuando termina la fase de mitosis, la activación de APC/C induce la inactivación de las 
Cdk y la degradación de la germinina: 
los componentes del pre-RC son desfosforilados y se activa Cdt1, se puede ensamblar 
nuevamente el pre-RC para un nuevo ciclo celular. 
Durante la fase S también: 
Cdk-S induce un gran aumento de la síntesis de las cuatro histonas que forman los 
nucleosomas y de las proteínas que regulan la expresióngénica. 
Al finalizar la fase S, cada cromosoma replicado consta de dos cromátides hermanas 
idénticas unidas entre sí a lo largo de toda su longitud. 
Esto garantiza una mitosis con éxito ya que facilita la unión de las cromátidas hermanas a 
polos opuesto del huso mitótico. 
La cohesión de las cromátides hermanas está dada por un complejo proteico llamado 
cohesina. 
Fase M 
Ocurre la mitosis (con sus 5 etapas) y la división celular (citocinesis). 
Los acontecimientos de la profase, prometafase y metafase están controlados por la 
actividad de la Cdk-M. 
Los acontecimientos que desencadenan la anafase, telofase y la citocinesis están 
controlados por la activación de APC/C. 
Componentes del huso mitótico: 
Ensamblaje del huso: 
El primer paso es la duplicación 
del centrosoma 
Numerosas proteínas motoras (activadas por Cdk-M) tales como dineína y las quinesinas, 
dirigen la separación de los centrosomas 
El balance de fuerzas 
opuestas generadas por 
las distintas proteínas 
motoras determina la 
longitud del huso. 
Los centrosomas y los microtúbulos de las células animales se encuentran en el citoplasma, 
mientras que los cromosomas duplicados están en el núcleo. 
La unión de las cromátides hermanas al huso requiere la eliminación de esa barrera física. 
Cdk-M fosforila varias subunidades de los complejos de poro nuclear. Esto induce su 
desorganización y disociación de la envoltura. 
Cdk-M fosforila componentes de la lámina nuclear (el soporte estructural situado bajo la 
envoltura) y proteínas integrales de la envoltura. Todo esto lleva a la desorganización de las 
membranas nucleares en pequeñas vesículas. 
Disociación de la membrana nuclear: 
Algunos tipos de células carecen de centrosomas y sin embargo igual se forma el huso 
mitótico y las cromátides hermanas se separan correctamente. 
En este tipo de células se comprobó que los cromosomas mitóticos tienen la propiedad 
de inducir la polimerización de los microtúbulos en la zona del cinetocoro, mediante la 
interacción de una Ran-GTPasa. 
Luego, las proteínas motoras moverían los microtúbulos hasta formar un huso mitótico 
típico. 
Unión de los cromosomas al huso: 
Los microtúbulos del huso se unen a cada 
cromátide hermana por el cinetocoro, una gran 
estructura compleja que se forma en la 
heterocromatina que se forma en la región 
centromérica. 
La regulación de la polimerización 
y despolimerización del extremo 
(+) del microtúbulo es crítica para 
controlar el desplazamiento del 
cromosoma. 
La biorientación: 
El éxito de la mitosis requiere que las cromátides hermanas se unan a polos opuestos del 
huso mitótico para que así se transporten a polos opuestos de la célula durante la 
anafase. 
Los cinetocoros hermanos están construidos en orientaciones opuestas, lo que 
disminuye la probabilidad de que se orienten al mismo polo del huso. 
Una biorientación correcta, genera una 
tensión igual de ambos lados, generando 
una estructura estable. 
Una unión inestable se desorganiza 
rápidamente. 
El APC/C desencadena la separación de las cromátides hermanas 
Punto de control: si hay algún cinetocoro que no está unido al huso, desencadena una señal 
que impide que APC/C se active. 
Los cromosomas se segregan en la Anafase A y B 
La segregación cromosómica ocurre mediante dos procesos independientes y solapados: 
Anafase A: 
Desplazamiento de los cromosomas hacia los polos 
y acortamiento de los microtubulos cinetocóricos. 
Anafase B: 
Separación de los polos del huso 
entre sí. 
Telofase: es la etapa final de la mitosis 
Los cromosomas segregados se empaquetan en nuevos núcleos. 
El huso mitótico se tiene que desensamblar y se debe reorganizar la membrana nuclear. 
Al principio, los fragmentos de la membrana nuclear se asocian con la superficie de los 
cromosomas. Estos fragmentos de membrana se fusionan encerrando parcialmente grupos 
de cromosomas y después uniéndose entre ellos hasta recomponer la envoltura nuclear 
completa. 
Se ha generado un nuevo núcleo y la mitosis ha finalizado. Lo único que falta es que la 
célula se divida en dos. 
Cuando la envoltura nuclear se ha reconstituido, los complejos de los puros bombean las 
proteínas nucleares hacia el interior. el núcleo se expande y los cromosomas mitóticos se 
descondensan recuperando su estado interfásico, lo que permite que la transcripción 
génica se reanude. 
Los complejos de los poros nucleares se incorporan a la envoltura nuclear, la lámina 
nuclear se vuelve a formar y la envoltura nuclear vuelve otra vez a ser continua con el 
retículo endoplásmico. 
La última etapa del ciclo celular es la citocinesis, la división del citoplasma. 
En la mayoría de las células animales, la citocinesis comienza en la anafase y termina poco 
después de la telofase. 
Surco de segmentación 
La actina y la miosina II generan la 
fuerza motora para la citocincesis. 
¿Pero cómo sabe la célula dónde posicionar el anillo contráctil? 
Tres teorías que podrían actuar conjuntamente 
Citocinesis en células vegetales: 
La mitosis se puede producir sin citocinesis 
Algunas células experimentan numerosas rondas de división nuclear sin que se produzca 
la división citoplasmática. 
Una célula en la que muchos núcleos comparten el mismo citoplasma recibe el nombre de 
sincitio. 
Ej: desarrollo embrionario en Droshophila 
Ejemplos de sincitios en mamíferos: los megacariocitos (que producen las plaquetas 
sanguíneas), algunos hepatocitos y algunas células del músculo cardíaco. 
Meiosis 
La meiosis es una forma especial de división celular implicada en la reproducción sexual. 
Considerando un organismo diploide (tiene dos copias de cada cromosoma, una copia de 
origen paterno y otra copia de origen materno, “cromosomas homólogos”), la 
reproducción sexual depende de la meiosis para producir células haploides (tienen un 
sola copia de cada cromosoma) denominadas gametas. 
Cuando las gametas (óvulo y espermatozoide) se fusionan, generan un zigoto diploide, 
con el potencial de regenerar un individuo completo. 
La meiosis comienza con una ronda de duplicación cromosómica: fase S meiótica, 
seguida de dos rondas de segregación cromosómica: 
Meiosis I: se segregan los cromosomas homólogos 
Meiosis II: se segregan las cromátides hermanas. 
Control de la división celular y 
del crecimiento celular 
El tamaño de un órgano o de un organismo depende principalmente de su masa celular 
total, la cual depende tanto del número de células como del tamaño de esas células. 
A su vez, el número de células depende de la cantidad de divisiones celulares y de la 
muerte celular. 
El tamaño de los órganos y del cuerpo está determinado por tres procesos 
fundamentales: el crecimiento celular, la división celular y la muerte celular. 
Cada uno de estos procesos está estrictamente regulado, tanto por programas 
intracelulares como por señales extracelulares que controlan esos programas. 
Moléculas señalizadoras extracelulares: 
Mitógenos: Inducen la división celular. Desencadenan una gran actividad de Ckd-G1/S 
Factores de crecimiento: Inducen la S! de proteínas y otras macromoléculas e inhiben 
su degradación. 
Factores de supervivencia: Inhiben la Apoptosis (muerte celular programada) 
Los Mitógenos 
Los organismos unicelulares tienden a crecer y a dividirse tan rápido como pueden y su 
velocidad de proliferación depende de la disponibilidad de nutrientes en el medio. 
Las células de un organismo pluricelular sólo se divide cuando el organismo necesita más 
células. 
Para que una célula animal prolifere necesita recibir señales extracelulares, en general 
procedentes de células vecinas. 
PDGF: factor de crecimiento derivado de las plaquetas. 
Cuando la sangre coagula en una herida, las plaquetas encerradas en el coagulo 
liberan el contenido de sus vesículas de secreción. Al liberar PDGF al medio, 
estimulan la división celular para la cicatrización de las heridas. 
PDGF puede actuar sobre fibroblastos,células musculares lisas y células 
neurogliares. 
EGP: Factor de crecimiento epidérmico. Puede actuar sobre distintos tipos celulares. 
Eritropoyetina: sólo induce la proliferación de los precursores de glóbulos rojos. 
El daño en el ADN bloquea 
la división celular 
Es de vital importancia que la célula repare cualquier daño en el ADN antes de que 
intente duplicarlo o segregar los cromosomas. 
El sistema de control celular puede detectar los daños en el ADN y detener el ciclo celular 
en los puntos de control: punto de Inicio (en el final de G1, impide que la célula duplique al 
ADN dañado) y en G2/M (impide la entrada en la mitosis). 
El daño en al ADN desencadena 
una serie de activaciones de 
quinasas, que terminan 
activando a p53. 
En una célula sin daño en el 
ADN, p53 es inestable y de vida 
media corta. 
Se inhiben los complejos 
Cdk-G1/S y Cdk-S. El ciclo 
celular queda detenido en 
los puntos de control. 
Senescencia 
Muchas células de mamífero limitan el número de veces que se pueden dividir. 
Por ejemplo, cuando se cultivan fibroblastos humanos procedentes de tejidos normales, en 
un medio mitogénico estándar, sólo se dividen entre 25 y 50 veces. 
La proliferación celular se enlentece hasta detenerse , las células entran en un estado de no 
división del que no se recuperan. 
La senescencia está dada por el acortamiento de los telómeros dada la inactividad de la 
telomerasa en células somáticas. Los extremos expuestos de los cromosomas son 
detectados entonces como un daño en el ADN, se induce la detención del ciclo celular 
dependiente de p53. 
Las células cancerosas no experimentan senescencia porque entre otros muchos factores, 
recuperaron una telomerasa activa. 
Señales de proliferación anómalas 
Muchas de las proteínas que intervienen en la vías de señalización mitogénica fueron 
nombradas como genes inductores de cáncer u ongenes. 
Una simple mutación en una de estas proteínas o una sobreexpresión de ellas, puede hacer 
una estado de proliferación constante = cáncer. 
Por suerte, la célula pueden censar si algo está mal en estas señales y producir la detención 
del ciclo celular o la entrada en la Apoptosis. 
Apoptosis 
La Apoptosis es un tipo de muerte celular programada. 
Las células que mueren por apoptosis sufren cambios morfológicos característicos: 
Se encogen y se condensan, el citoesqueleto colapsa, la envoltura nuclear se desensambla y 
la cromatina se condensa y se fragmenta. 
La superficie celular a menudo emite protusiones, la 
célula puede romperse en fragmentos rodeados de 
membrana llamados “cuerpos apoptóticos”. 
Además, la bioquímica de la superficie celular y de 
los cuerpos apoptóticos es diferente, de modo que 
una célula adyacente o un macrófago reconocen 
esa señal y fagocitan la célula en apoptosis, 
evitando que libere su contenido. 
De esta manera, la célula muere “limpiamente” y 
es eliminada rápidamente sin provocar una 
respuesta inflamatoria en el tejido. 
Necrosis 
Es un tipo de muerte celular causada por una lesión 
aguda (traumatismo) o falta de irrigación sanguínea. 
Las células necróticas se hinchan y se lisan, liberando 
todo su contenido sobre las células adyacentes, 
provocando una respuesta inflamatoria. 
Muerte celular 
La muerte celular programada tiene muchos propósitos: 
Eliminar células superfluas: 
Por ejemplo, el moldeado de las 
extremidades durante el desarrollo 
embrionario. 
La muerte celular programada también actúa como un sistema de control de calidad 
en el desarrollo, eliminando las células que son anormales, inapropiadas, no funcionales 
o peligrosas en potencia para el animal. 
Por ejemplo, los linfocitos B y T en desarrollo que son incapaces de producir receptores 
antígeno-específicos potencialmente útiles o que producen receptores autorreactivos, son 
eliminados mediante apoptosis. 
Si una célula no puede reparar los daños en su ADN a pesar de todos los mecanismos de 
reparación, entonces entra en apoptosis. 
Las células apoptóticas se reconocen bioquímicamente 
Durante la apoptosis, se activa una Endonucleasa que 
fragmenta el ADN cromosómico en fragmentos de 
tamaños característicos. Dado que las escisiones se 
producen en regiones internucleosomales, los fragmentos 
se separan en un típico patrón en escalera cuando se los 
analiza mediante electroforesis. 
Las células apoptóticas se reconocen bioquímicamente 
En células normales, el fosfatidilserina es un fosfolípido que se encuentra del lado citosólico 
de la bicapa lipídica de la membrana celular. Pero en células apoptóticas, el fosfatidilserina 
se trasloca al lado externo. Esto puede ser usado como un marcador de apoptosis. 
Además, el fosfatidilserina en la superficie de una célula apoptótica, actúa como señal de 
fagocitosis para las células vecinas y para los macrófagos. 
Marcación con Annexina V: 
Activación de la Apoptosis 
La apoptosis depende de una cascada proteolítica celular mediada por Caspasas 
Las caspasas son una familia de proteasas 
que la célula sintetiza en forma de 
precursores inactivos o procaspasas. 
Las procaspasas son activadas por 
escisión proteolítica. 
Una vez activadas las caspasas escinden y activan otras 
procaspasas, generando un casacada proteolítica 
amplificada. 
Se las clasifica en caspasas iniciadoras y caspasas 
ejecutoras. 
Las caspasas ejecutoras actúan sobre diversas proteínas blanco: 
Escinden las proteína de lámina propia, esto provoca la desorganización irreversible de la 
membrana nuclear. 
Otra proteína que escinden las caspasas ejecutoras es la proteína que mantiene inactiva a 
la endonucleasa que actúa sobre el ADN durante la apoptosis. 
Componentes del citoesqueleto. 
Proteínas de adhesión célula-célula (unen las células a sus vecinas). La escisión de estas 
proteínas contribuye a que la célula apoptótica se redondee y se separe de sus vecinas. 
¿Cómo se activa la primera procaspasa? 
Las procaspasas iniciadoras contienen un dominio de reclutamiento de caspasas (CARD) 
que les permite ensamblarse alrededor de una proteína adaptadora en un complejo de 
activación, cuando se recibe la señal de apoptosis. 
Una vez unidas a este complejo de activación, las caspasas están estrechamente cercanas 
y pueden escindirse y activarse unas a otras. 
A continuación, las caspasas iniciadoras activadas pueden escindir y activar a las caspasas 
ejecutoras. 
Vía Extrínseca 
Vía Intrínseca 
Hay dos vías de señalización 
Vía extrínseca 
Se activa por la unión de proteínas de señalización extracelulares a los “receptores de 
muerte” en la superficie de la célula. 
La vía intrínseca depende de las mitocondrias 
Para asegurar que la célula entre en apoptosis sólo cuando sea necesario, la vía intrínseca 
deba estar cuidadosamente regulada. 
Familia de proteínas Bcl2 
Algunas proteínas Bcl2 son pro-apoptóticas y estimulan la liberación del citocromo c, 
mientras que otras proteínas Bcl2 son anti-apoptóticas y la inhiben 
Las proteínas proapoptóticas y antiapoptóticas Bcl2 se pueden unir entre sí en varias 
combinaciones y formar heterodímeros en los que las dos proteínas se inhiben 
mutuamente. 
Cómo actúa la familia de proteínas Bcl2 en la apoptosis 
Cómo actúa la familia de proteínas Bcl2 en la apoptosis 
Cómo actúa la familia de proteínas Bcl2 en la apoptosis 
Los factores de supervivencia extracelulares inhiben la apoptosis de varias formas: 
Los factores de supervivencia se unen a receptores en la superficie celular y 
desencadenan una serie de señales cuyo objetivo puede ser: 
-Aumentar la síntesis de proteínas anti-apoptóticas (como Bcl2). 
-Inhibir la acción de proteínas pro-apoptóticas (como sóloBH3).