Atlas de histología vegetal y animal

FASE G1
« Ciclo celular		Fase S »
1. Introducción Diversidad Descubrimiento Teoría celular Origen de la célula Endosimbiosis 2. Matriz extracelular Proteínas estructurales Glúcidos, proteoglicanos Glicoproteínas Tipos de matrices extracelulares 3. Membrana celular Lípidos Proteínas Glúcidos Permeabilidad, fluidez Asimetría, reparación Síntesis Transporte Adhesión Complejos de unión 4. Núcleo Envuelta nuclear Poros nucleares Cromatina Nucléolo 5. Tráfico vesicular Retículo endoplasmático Del retículo al Golgi Aparato de Golgi Exocitosis Endocitosis Endosomas Lisosomas En células vegetales 6. Tráfico no vesicular Peroxisomas Mitocondrias Cloroplastos 7. Citoesqueleto Filamentos de actina Microtúbulos Filamentos intermedios 8. Ciclo celular Fase G1 Fase S Fase G2 Fase M. Mitosis. 9. Meiosis Ampliaciones Cuestionarios Bibliografía Glosario	La fase G1 abarca desde el nacimiento de una célula hasta que entra fase S. Durante G1 la célula crece y se prepara para la replicación del ADN en las células que proliferan. Durante G1 la célula puede abandonar el ciclo celular y pasar a estado quiescente (G0), diferenciarse, entrar en senescencia o morir por apoptosis. Las decisiones que se toman en G1 dependen de complejos moleculares llamados puntos de control, basados en quinasas dependientes de ciclinas (CdKs) El principal punto de control se denomina punto de restricción y decide si la célula entra en fase S o no.  La fase G1 es el periodo del ciclo celular que abarca desde que termina la fase M hasta que comienza la fase S. Durante la fase G1 la célula comprueba las condiciones externas e internas y decide si continuar con el ciclo celular o no. En un organismo metazoo, el avance del ciclo celular está condicionado por señales externas, como adhesión, factores tróficos o mitógenos, entre otros, que emiten otras células del organismo. Las señales internas son aquellas que informan del estado de salud de la célula, como una correcta dotación de elementos celulares tras la división, una segregación correcta de los cromosomas, etcétera. Si todas estas señales son propicias la célula crecerá en tamaño y se preparará para entrar en la fase S. Sin embargo, la mayoría de las células de un organismos pluricelular adulto no se dividen constantemente sino que detienen su ciclo celular en la fase G1, temporal o permanentemente. Detener el ciclo celular suponeque la célula se va a diferenciar, a quedar quiescente, a sufrir un periodo de senescencia o a morir por apoptosis. Cuando la célula queda detenida en fase G1 en forma quiescente se dice que está en fase G0. Desde los estados de quiescencia y de célula diferenciada en algunos tipos celulares se puede volver a retomar el ciclo celular. Por tanto tenemos cuatro decisiones posibles que se toman en la fase G1 y todas ellas dependen de complejos moleculares o puntos de control que la célula debe ir sorteando para llegar a la fase S. Cuando uno de ellos no se pasa se dice que la célula ha tomado una decisión, pero si no se detiene en ninguno se dividirá, siendo éste el camino por defecto. Esquema de las posibles salidas de una célula desde la fase G1. (Modificado de Blomen y Boonstra, 2007)  Las moléculas que están en la base de los puntos de control, y por tanto de la progresión del ciclo celular, son las quinasas dependientes de ciclinas o CdKs (Cyclin-dependent kinases ). Estas enzimas, se han encontrado 9 diferentes en las células eucariotas, necesitan estar unidas a unas proteínas denominadas ciclinas y además ser activadas por fosforilación. Una vez activadas son las responsables de fosforilar numerosos sustratos, entre los que se encuentran los inhibidores del avance del ciclo celular, permitiendo así que el ciclo progrese. Las ciclinas son moléculas que se sintetizan de forma periódica durante el ciclo celular y se han encontrado hasta 16 ciclinas diferentes en las células eucariotas, siendo las más importantes para el avance del ciclo celular las A, B, D y E. Las ciclinas D y E son importantes para el avance de la fase G1. Los complejos CdK/ciclina D y Cdk/ciclina E actúan fosforilando al factor de transcripción Rb (retinoblastoma), que forma parte del último punto de control de la fase G1. Centrosoma y ciclo celular. A este último punto de control en el que se fosforila a Rb se le denomina punto de restricción, porque si se pasa se entra irremediablemente en la fase S. Es importante porque se decide si la célula se dividirá o no. Los elementos centrales de este punto de restricción son la Cdks-ciclina, la molécula Rb y el factor E2F. Rb defosforilado inhibe el avance del ciclo celular porque reprime la expresión de los genes necesarios para entrar en fase S, pero cuando es fosforilado por las CDKs-ciclina activa al factor E2F, el cual permitirá que se inicie la expresión de los genes implicados en la replicación del DNA, así como en la duplicación del centrosoma en las células animales. Todo este entramado molecular integra señales de las condiciones celulares (alimento, señales tróficas, etcétera), del posible daño del ADN durante la segregación de cromosomas o en la fase de crecimiento de celular posterior, puede que también del tamaño apropiado de la célula. Si todo es correcto, dicho punto se sobrepasará y se comenzará la fase S. Pero, como dijimos, la mayoría de las células de un organismo adulto no están en permanente proliferación. Ello es debido a que existen inhibidores de las Cdk/ciclinas de la fase G1. Hay diversos tipos de inhibidores y uno de ellos es el p53, un factor de transcripción que está dañado en numerosos tipos de cánceres. Cuando hay daño del DNA celular, estrés celular, cambios de pH u otras alteraciones celulares, aumenta su concentración y provoca la activación del gen p21, el cual a su vez impide la fosforilación de Rb, y por tanto la célula no comienza la fase S. FASE S « Fase G1 Fase G2 » 1. Introducción Diversidad Descubrimiento Teoría celular Origen de la célula Endosimbiosis 2. Matriz extracelular Proteínas estructurales Glúcidos, proteoglicanos Glicoproteínas Tipos de matrices extracelulares 3. Membrana celular Lípidos Proteínas Glúcidos Permeabilidad, fluidez Asimetría, reparación Síntesis Transporte Adhesión Complejos de unión 4. Núcleo Envuelta nuclear Poros nucleares Cromatina Nucléolo 5. Tráfico vesicular Retículo endoplasmático Del retículo al Golgi Aparato de Golgi Exocitosis Endocitosis Endosomas Lisosomas En células vegetales 6. Tráfico no vesicular Peroxisomas Mitocondrias Cloroplastos 7. Citoesqueleto Filamentos de actina Microtúbulos Filamentos intermedios 8. Ciclo celular Fase G1 Fase S Fase G2 Fase M. Mitosis. 9. Meiosis Ampliaciones Cuestionarios Bibliografía Glosario En la fase S se produce la replicación del ADN. El ADN empieza a copiarse en múltiples sitios, de manera simultánea, denominados orígenes de replicación. La replicación de ADN es semiconservativa Una de las cadenas de una horquilla de replicación se copia más lentamente que la otra.  La fase S comienza cuando se ha pasado el punto de restricción de la fase G1. Se producen dos sucesos importantes: replicación del ADN y duplicación de los centrosomas en las células animales. Replicación del ADN El ADN está formado por dos cadenas de desoxirribonucleótidos o bases nucleotídicas. Ambas cadenas están unidas por puentes de hidrógeno que se establecen entre bases complementarias (adenina-timina, citosina-guanina), formando una doble hélice. Las dos cadenas se disponen de forma antiparalela entre sí. Esto quiere decir que el extremo 3' de una cadena está al lado del 5' de la otra cadena. Es decir, un extremo de la doble cadena posee un extremo 3' de una cadena y un extremo 5' de la otra. Para la duplicación del ADN hay que separar las dos cadenas rompiendo los puentes de hidrógeno y copiarlas simultáneamente. El ADN de una célula eucariota no se copia empezando por un solo punto, esto llevaría demasiado tiempo, sino en múltiples sitios a la vez denominados orígenes de replicación. La célula dispone de los mecanismos necesarios para evitar que un origen de replicación se active más de una vez. Si no fuese así se producen más de una copia, lo que podría ser letal. Se consigue por un mecanismo en dos pasos. En el primero se organiza la maquinaria molecular necesaria para iniciar el proceso de copia y en segundo lugar se recibe una "licencia" para comenzar la replicación. Para que se inicie la replicación se separan, no se rompen, las dos cadenas del ADN por una helicasa. A las cadenas libres se une una enzima denominada primasa (en eucariotas es un complejo formado por una ADN polimerasa α más una subunidad de una primasa) que sintetizarán un pequeño fragmento de ARN de unos 10 nucleótidos complementarios a una secuencia de la cadena de ADN, uno distinto en cada cadena. A estas pequeñas secuencias de ARN se les denomina cebadores o "primers". Entonces se reclutan las polimerasas δ y ε, las cuales añadirán al extremo 3' desoxirribonucleótidos complementarios en la dirección del extremo 5' de la cadena copiada. Por tanto, formarán una cadena de nueva síntesis complementaria a cada una de las existentes previamente. Por eso se dice que la replicación es semiconservativa , una cadena nueva sobre una vieja. Un paso adicional es la eliminación del cebador de ribonucleótidos, llevado a cabo por las ARNasas, y su sustitución por desoxirribonucleótidos. El hueco se copiará por las DNA polimerasas que vienen copiando desde un origen de replicación situado más atrás en la cadena. La apertura inicial de la doble cadena de ADN supone la creación de una horquilla de replicación. A partir de ella se copiarán las cadenas en las dos direcciones. Sin embargo, las ADN polimerasas añaden desoxirribonucleótidos exclusivamente en dirección 5' —» 3' (5' a 3' de la cadena copiada). Ello supone que la copia en la dirección 3' a 5' necesita de un proceso ligeramente más complicado. Así, en la zona de apertura de la doble hélice se irán añadiendo cebadores espaciados y serán los espacios entre estos cebadores los que llenarán las ADN polimerasas con nucleótidos complementarios pero siempre en dirección 3'. Esto supone que hay un proceso continúo de creación de cebadores, copia de ADN, eliminación de los cebadores más antiguos, copia del espacio dejado por ellos por las ADN polimerasas y sellado de los segmentos de ADN con las enzimas denominadas ligasas. A estos fragmentos de ADN que se sintetizan periódicamente y son ligados entre sí para formar una cadena continua se les denomina fragmentos de Okazaky. Centrosoma y ciclo celular. Es importante tener en cuenta que no todo el ADN se está replicando a la vez. Se estima que en cualquier momento de la fase S se está copiando entre un 10 y un 15 % del ADN total. Si se detectan roturas del ADN, mediante los sistemas de control, la copia del resto del ADN se detiene. Otros eventos están ligados a la replicación del ADN como la síntesis de histonas, que debe también duplicar su número, y la duplicación de los centrosomas en las células animales, necesarios para organización del huso mitótico.