Ciclo celular: definición, fases, regulación y hechos

División celular es vital para el crecimiento y la salud de un organismo. Casi todas las células participan en la división celular; algunos lo hacen varias veces a lo largo de su vida. Un organismo en crecimiento, como un embrión humano, utiliza la división celular para aumentar el tamaño y la especialización de los órganos individuales. Incluso los organismos maduros, como un ser humano adulto jubilado, utilizan la división celular para mantener y reparar el tejido corporal. El ciclo celular describe el proceso por el cual las células hacen sus trabajos designados, crecen y se dividen, y luego comienzan el proceso nuevamente con las dos células hijas resultantes. En el siglo XIX, los avances tecnológicos en microscopía permitieron a los científicos determinar que todas las células surgen de otras células a través del proceso de división celular. Esto finalmente refutó la creencia previamente generalizada de que las células se generaban espontáneamente a partir de la materia disponible. El ciclo celular es responsable de toda la vida en curso. Independientemente de si ocurre en las células de las algas adheridas a una roca en una cueva o en las células de la piel de su brazo, los pasos son los mismos.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

La división celular es vital para el crecimiento y la salud de un organismo. El ciclo celular es el ritmo repetitivo de crecimiento y división celular. Consta de las etapas interfase y mitosis, así como sus subfases, y el proceso de citocinesis. El ciclo celular está estrictamente regulado por productos químicos en los puntos de control a lo largo de cada paso para asegurarse de que las mutaciones no ocurren y que el crecimiento celular no ocurre más rápido de lo que es saludable para el entorno tejido.

El ciclo celular consta esencialmente de dos fases. La primera fase es la interfase. Durante la interfase, la célula se prepara para la división celular en tres subfases llamadas GRAMO₁ fase, Fase S y GRAMO₂ fase. Al final de la interfase, todos los cromosomas en el núcleo celular se han duplicado. A través de todas estas etapas, la célula también continúa realizando sus funciones diarias, sean las que sean. La interfase puede durar días, semanas, años y, en algunos casos, durante toda la vida útil del organismo. La mayoría de las células nerviosas nunca abandonan el G₁ etapa de interfase, por lo que los científicos han designado una etapa especial para células como ellas, llamada G₀. Esta etapa es para las células nerviosas y otras células que no entrarán en un proceso de división celular. A veces, esto se debe a que simplemente no están listos o no están designados, como las células nerviosas o las células musculares, y eso se denomina estado de inactividad. Otras veces, son demasiado viejos o dañados, y eso se llama estado de senescencia. Dado que las células nerviosas están separadas del ciclo celular, el daño a ellas es en su mayoría irreparable, a diferencia de un hueso roto, y esta es la razón por la que las personas con lesiones en la columna vertebral o cerebrales a menudo tienen discapacidades.

La segunda fase del ciclo celular se llama mitosis o fase M. Durante la mitosis, el núcleo se divide en dos, enviando una copia de cada cromosoma duplicado a cada uno de los dos núcleos. Existen cuatro etapas de la mitosis, y estos son profase, metafase, anafase y telofase. Aproximadamente al mismo tiempo que ocurre la mitosis, ocurre otro proceso, llamado citocinesis, que es casi su propia fase. Este es el proceso por el cual el citoplasma de la célula y todo lo que contiene se divide. De esa manera, cuando el núcleo se divide en dos, hay dos de todo en la célula circundante para cada núcleo. Una vez que se completa la división, la membrana plasmática se cierra alrededor de cada nueva célula y se separa, dividiendo las dos nuevas células idénticas entre sí por completo. Inmediatamente, ambas células están nuevamente en la primera etapa de la interfase: G₁.

GRAMO₁ significa Gap fase 1. El término "brecha" proviene de una época en la que los científicos estaban descubriendo la división celular bajo el microscopio y encontraron que la etapa mitótica era muy emocionante e importante. Observaron la división del núcleo y el proceso citocinético que lo acompaña como prueba de que todas las células provenían de otras células. La etapas de la interfase, sin embargo, parecía estático e inactivo. Por lo tanto, pensaron en ellos como períodos de descanso o interrupciones en la actividad. La verdad, sin embargo, es que G₁ - y G₂ al final de la interfase: son períodos de crecimiento acelerado para la célula, en los que la célula crece en tamaño y contribuye al bienestar del organismo de cualquier manera para la que “nació”. Además de sus funciones celulares regulares, la célula construye moléculas como proteínas y ácido ribonucleico (ARN).

Si el ADN de la célula no está dañado y la célula ha crecido lo suficiente, pasa a la segunda etapa de la interfase, llamada Fase S. Es la abreviatura de fase de síntesis. Durante esta fase, como su nombre indica, la célula dedica una gran cantidad de energía a sintetizar moléculas. Específicamente, la célula replica su ADN, duplicando sus cromosomas. Los seres humanos tienen 46 cromosomas en sus células somáticas, que son todas células que no son células reproductoras (espermatozoides y óvulos). Los 46 cromosomas están organizados en 23 pares homólogos que se unen. Cada cromosoma de un par homólogo se denomina homólogo del otro. Cuando los cromosomas se duplican durante la fase S, se enrollan muy apretadamente alrededor de la proteína histona. hebras llamadas cromatina, que hace que el proceso de duplicación sea menos propenso a errores de replicación del ADN, o mutación. Los dos nuevos cromosomas idénticos ahora se llaman cada uno cromátidas. Las hebras de histonas unen las dos cromátidas idénticas para que formen una especie de forma de X. El punto donde se unen se llama centrómero. Además, las cromátidas todavía están unidas a su homólogo, que ahora también es un par de cromátidas en forma de X. Cada par de cromátidas se llama cromosoma; la regla general es que nunca hay más de un cromosoma unido a un centrómero.

La última etapa de la interfase es GRAMO₂, o Gap fase 2. Esta fase recibió su nombre por las mismas razones que G₁. Al igual que durante G₁ y fase S, la célula permanece ocupada con sus tareas típicas durante toda la etapa, incluso cuando termina el trabajo de interfase y se prepara para la mitosis. Para prepararse para la mitosis, la célula divide sus mitocondrias, así como sus cloroplastos (si los tiene). Comienza a sintetizar los precursores de las fibras del huso, que se denominan microtúbulos. Los produce replicando y apilando los centrómeros de los pares de cromátidas en su núcleo. Las fibras del huso serán cruciales para el proceso de división nuclear durante la mitosis, cuando los cromosomas tendrán que separarse en los dos núcleos de separación; asegurarse de que los cromosomas correctos lleguen al núcleo correcto y permanezcan emparejados con el homólogo correcto es crucial para prevenir mutaciones genéticas.

Los marcadores de división entre las fases del ciclo celular y las subfases de interfase y mitosis son artificios que utilizan los científicos para poder describir el proceso de división celular. En la naturaleza, el proceso es fluido e interminable. La primera etapa de la mitosis se llama profase. Comienza con los cromosomas en el estado en el que se encontraban al final de G₂ etapa de interfase, replicada con cromátidas hermanas unidas por centrómeros. Durante la profase, la hebra de cromatina se condensa, lo que permite que los cromosomas (es decir, cada par de cromátidas hermanas) se vuelvan visibles al microscopio óptico. Los centrómeros continúan creciendo hasta convertirse en microtúbulos, que forman fibras del huso. Al final de la profase, la membrana nuclear se rompe y las fibras del huso se conectan para formar una red estructural en todo el citoplasma de la célula. Dado que los cromosomas ahora flotan libremente en el citoplasma, las fibras del huso son el único soporte que evita que floten por mal camino.

La célula pasa a la metafase tan pronto como la membrana nuclear se disuelve. Las fibras del huso mueven los cromosomas al ecuador de la célula. Este plano se conoce como ecuador del huso o placa de metafase. Allí no hay nada tangible; es simplemente un plano donde todos los cromosomas se alinean, y que biseca la célula ya sea horizontalmente o verticalmente, dependiendo de cómo esté viendo o imaginando la celda (para una representación visual de esto, vea Recursos). En los seres humanos, hay 46 centrómeros y cada uno está unido a un par de hermanas cromátidas. El número de centrómeros depende del organismo. Cada centrómero está conectado a dos fibras de huso. Las dos fibras del huso divergen una vez que abandonan el centrómero, de modo que se conectan a estructuras en polos opuestos de la célula.

La célula cambia a anafase, que es la más breve de las cuatro fases de la mitosis. Las fibras del huso que conectan los cromosomas con los polos de la célula se acortan y se alejan hacia sus respectivos polos. Al hacerlo, separan los cromosomas a los que están unidos. Los centrómeros también se dividen en dos cuando la mitad viaja con cada cromátida hermana hacia un polo opuesto. Dado que cada cromátida ahora tiene su propio centrómero, se le vuelve a llamar cromosoma. Mientras tanto, las diferentes fibras del huso unidas a ambos polos se alargan, lo que hace que la distancia entre los dos polos de la célula crezca, de modo que la célula se aplana y se alarga. El proceso de anafase ocurre de tal manera que al final, cada lado de la célula contiene una copia de cada cromosoma.

Telofase es la cuarta y última etapa de la mitosis. En esta etapa, los cromosomas extremadamente compactos, que se condensaron para aumentar la precisión de la replicación, se desenrollan. Las fibras del huso se disuelven y un orgánulo celular llamado retículo endoplásmico sintetiza nuevas membranas nucleares alrededor de cada conjunto de cromosomas. Esto significa que la célula ahora tiene dos núcleos, cada uno con un genoma completo. La mitosis está completa.

Ahora que el núcleo se ha dividido, el resto de la célula también debe dividirse para que las dos células puedan separarse. Este proceso se conoce como citocinesis. Es un proceso separado de la mitosis, aunque a menudo coexiste con la mitosis. Sucede de manera diferente en las células animales y vegetales, porque donde las células animales solo tienen una membrana de células plasmáticas, las células vegetales tienen una pared celular rígida. En ambos tipos de células, ahora hay dos núcleos distintos en una célula. En las células animales, se forma un anillo contráctil en el punto medio de la célula. Este es un anillo de microfilamentos que se ciñe alrededor de la célula, apretando la membrana plasmática en el centro como un corsé hasta que crea lo que se conoce como un surco de escisión. En otras palabras, el anillo contráctil hace que la celda forme una forma de reloj de arena que se vuelve cada vez más pronunciada, hasta que la celda se pellizca en dos celdas separadas por completo. En las células vegetales, un orgánulo llamado complejo de Golgi crea vesículas, que son bolsas de líquido unidas a la membrana a lo largo del eje que divide la célula entre los dos núcleos. Esas vesículas contienen polisacáridos que se necesitan para formar la placa celular y, finalmente, la placa celular. se fusiona y se convierte en parte de la pared celular que una vez albergó la celda única original, pero ahora alberga dos células.

El ciclo celular requiere una gran cantidad de regulación para asegurarse de que no prosiga sin que se cumplan ciertas condiciones dentro y fuera de la célula. Sin esa regulación, habría mutaciones genéticas sin control, crecimiento celular fuera de control (cáncer) y otros problemas. El ciclo celular tiene varios puntos de control para asegurarse de que todo se desarrolle correctamente. Si no es así, se realizan reparaciones o se inicia la muerte celular programada. Uno de los reguladores químicos primarios del ciclo celular es la quinasa dependiente de ciclina (CDK). Existen diferentes formas de esta molécula que operan en diferentes puntos del ciclo celular. Por ejemplo, la proteína p53 es producido por el ADN dañado en la célula, y que desactivará el complejo CDK en el G₁/ S puesto de control, deteniendo así el progreso de la celda.