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Reproducción Celular

Este documento describe los principales procesos del ciclo celular, incluyendo las diferentes fases (G1, S, G2 y M), los mecanismos de control del ciclo celular a través de puntos de control, y los detalles de la replicación del ADN como la replicación en procariotas y eucariotas. También explica conceptos clave como la replicación semiconservativa del ADN demostrada por los experimentos de Meselson y Stahl, y el papel de proteínas como la proteína p53 en la detección y reparación de da

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Miguel A. Castro R.
• El ciclo celular • Interfase • Fase G1 • Fase S • Fase G2 • Control del ciclo celular • Replicación del ADN • Modelos de replicación del ADN • Experimentos de Meselson y Stahl • Características generales de la replicación • Replicación en procariotas • Fase de iniciación • Fase de elongación • Actividad de las ADN polimerasas • Terminación del proceso • Corrección de errores • Replicación en los eucariontes • Muerte celular • Mitosis • Profase • Metafase • Anafase • Telofase • Citocinesis • Otros procesos de división celular • Meiosis • Fases de la meiosis • Importancia biológica de la meiosis • Mitosis vs Meiosis: • Reproducción asexual • Reproducción sexual • Ciclos biológicos: haplonte, diplonte y diplohaplonte Índice: Miguel A. Castro R.
Diferenciación MuerteDivisión Miguel A. Castro R.
El ciclo celular El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que culmina con el crecimiento de la célula y la división en dos células hijas. Puede durar desde unas pocas horas hasta varios años (depende del tipo de célula) Se divide en dos fases: 1. Interfase 2. Fase M (mitosis y citocinesis) Miguel A. Castro R.
Interfase • Periodo de tiempo entre dos mitosis sucesivas • Ocupa la mayor parte del tiempo del ciclo celular. • La actividad metabólica es muy alta. • La célula aumenta de tamaño y duplica el material genético. Periodos o fases de la interfase: • Fase G1 (Fase G0) • Fase S • Fase G2 Miguel A. Castro R.
• Es la primera fase de crecimiento. Dura hasta la entrada en la fase S. • Hay una intensa actividad biosintética. • Se sintetizan ARN y proteínas para que la célula aumente de tamaño. • En las células que no entran en mitosis, esta fase es permanente y se llama G0 (estado de reposo o quiescencia). • G0 es un estado propio de células diferenciadas, que entran en quiescencia o que van a morir (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. Fase G1 : Miguel A. Castro R.
Durante la fase G1 la célula comprueba las condiciones externas e internas y decide si continuar con el ciclo celular o no. En metazoos, el avance del ciclo celular está condicionado por: • Señales externas: adhesión, factores tróficos o mitógenos que emiten otras células del organismo. • 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. Miguel A. Castro R.
• Una vez doblado su tamaño se inicia la duplicación del ADN, la síntesis de histonas y la duplicación de los centrosomas (en células animales) • Aparecen los cromosomas con dos cromátidas cada uno, unidas por el centrómero. • 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. Fase S : Miguel A. Castro R.
• Es la segunda fase de crecimiento, hay un ligero aumento de tamaño. • Se sintetizan proteínas necesarias para la inminente división celular. • Acaba con el inicio de la condensación de los cromosomas y la entrada en mitosis. • Durante esta etapa, sin embargo, se comprueba si ha habido errores durante la replicación del ADN y si se ha producido su duplicación completa. Si éstos defectos son detectados la célula no entrará en fase M y el ciclo celular se detendrá hasta que los daños sean reparados o el ADN sea completamente copiado. • Por tanto, existe un punto de control en esta fase. Fase G2 : Miguel A. Castro R.
Miguel A. Castro R.
Fases del ciclo celular Fase G1 Sub Fase G0 Fase S Fase G2 Actividad bioquímica intensa. Activa síntesis de proteínas. La célula aumenta el tamaño y número de sus enzimas, ribosomas, etc. Algunas estructuras son sintetizadas desde cero (microtúbulos y filamentos, formados por proteínas). Las estructuras membranosas (lisosomas, vacuolas, etc.) derivan del R.E., que se renueva y aumenta su tamaño por la síntesis de lípidos y proteínas. Se replican mitocondrias y cloroplastos. Esta etapa sólo se genera en células que permanecen latentes durante un período de tiempo determinado, por ejemplo: neuronas, glóbulos rojos, etc. Ocurre la duplicación del ADN y de las histonas y proteínas asociadas al mismo. Es un proceso anabólico. Ocurren los preparativos finales para la división celular. Los cromosomas recién duplicados comienzan a enrollarse y condensarse en forma compacta. La duplicación del par de centríolos se completa. La célula comienza a ensamblar las estructuras requeridas para la etapa de división celular. http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072943696/student_view0/chapter3/animation__how_the_cell_cycle_works.html Miguel A. Castro R.
Las células controlan el momento de inicio de cada una de las fases para evitar fallos en el ciclo vital. Para ello las células detienen el avance del ciclo en determinados puntos de control de modo que no se pasa de una fase a la siguiente hasta que las etapas procedentes se hayan desarrollado con satisfacción. Los puntos de control son: • Transición de G1 a S: iniciación de la replicación. • Paso de G2 a M: iniciación de la mitosis. • Avance de metafase a anafase. Miguel A. Castro R.
REGULACION DEL CICLO CELULAR Punto de restricción FACTORES DE CRECIMIENTO CELULAS ANIMALES Miguel A. Castro R.
Miguel A. Castro R.
¿Están todos los cromosomas alineados en el huso? ¡FINALIZAR MITOSIS! Maquinaria de la mitosis Maquinaria de replicación del DNA ¿Se ha replicado todo el DNA? ¿Es el entorno favorable? ¿Tiene la célula el tamaño adecuado? CONTROL DE LA FASE G2 CONTROL DE LA FASE G1 ¡COMENZAR MITOSIS! ¡ENTRAR EN CICLO! Crecimiento celular ¿Es el entorno favorable? ¿Tiene la célula el tamaño adecuado? Entorno Crecimiento celular Entorno PUNTOS DE CONTROL DEL CICLO CELULAR CONTROL DE LA FASE S ¡CONTINUAR LA SÍNTESIS DE DNA! ¿Se ha producido daño en el DNA? ¿Se ha producido daño en el DNA? ¿Se ha producido daño en el DNA? ¿Se ha producido daño en el DNA? CONTROL DE LA METAFASE Miguel A. Castro R.
El punto R: regula el paso de la fase G1 a la fase S; este momento la célula decide si entra o no en la siguiente fase tras evaluar si hay algún daño en el ADN, si el tamaño celular es el adecuado para dar lugar a dos células hijas y, en conclusión, si tiene la capacidad suficiente para completar el ciclo. Si la evaluación es negativa la célula determinara el proceso y entrara en la fase Go. Las células especializadas se encuentran indefinidamente en este estado ya que ha perdido su capacidad mitótica; otros tipos de células pueden retornar a la fase G1 si es estimulado por algún agente mitógeno. R Miguel A. Castro R.
CONTROL CICLO CELULAR PROTEÍNAS CLAVE: - Quinasas dependientes de ciclina o Cdk - Ciclinas Punto de control 1: Cdk + Ciclina G1 Quinasa de inicio Comienza fase S Duplicación ADN Miguel A. Castro R.
• Punto de control G2 : regula el paso de la fase G2 a la mitosis : decide si se inicia o no la mitosis tras comprobar que se ha replicado el ADN y que este no contiene ningún fallo. • Punto de control M: este punto supervisa que el huso mitótico se forme adecuadamente y que los cromosomas estén alineados correctamente en el huso durante la metafase. • Se detendría la mitosis en caso de que la alineación de los cromosomas es incorrecta. • El control lo ejercen gracias a una serie de proteínas entre las que destacan las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas (CDK) Miguel A. Castro R.
CONTROL CICLO CELULAR PROTEÍNAS CLAVE: - Quinasas dependientes de ciclina o Cdk - Ciclinas Punto de control 2: Cdk + ciclina mitótica Factor promotor de Mitosis Mitosis http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_control_cell_cycle.swf Miguel A. Castro R.
Durante el ciclo celular, tanto en el punto de control G1 como G2 se verifica la integridad del ADN. Ante la presencia de ADN dañado se genera una señal que retrasa la entrada en fase M. El mecanismo depende de una proteína llamada p53, que se acumula en la célula en respuesta a las alteraciones de ADN, deteniendo el sistema de control en G1 y por lo tanto impidiendo la posterior entrada en mitosis. El gen p53 es uno de los genes supresores de tumores más conocidos y cuando el daño en el ADN es irreparable provoca: • Detención del ciclo (arresto celular) • Participa en la apoptosis (muerte celular programada) forzando a las células al suicidio. Las células que presentan los dos alelos del gen p53 mutados, tendrán proteína p53 no activa y por lo tanto continuarán dividiéndose a pesar del daño en su genoma, por lo tanto desarrollarán cáncer. Las mutaciones del gen p53 presenta una alta incidencia en la mayoría de los cánceres humanos Proteína p53, el guardián del genoma Miguel A. Castro R.
Replicación del ADN • Es el proceso necesario para que se realice la división celular. • Ocurre en la fase S del ciclo celular. • El mecanismo de replicación se basa en la complementariedad de bases. • Inicialmente se plantearon tres posibles modelos de replicación: o Modelo conservativo o Modelo dispersivo o Modelo semiconservativo Miguel A. Castro R.
Posibles modelos en la replicación del ADN CONSERVATIVO DISPERSIVO SEMICONSERVATIVO Miguel A. Castro R.
RESULTADOS DEL EXPERIMENTO Experimento de Meselson y Stahl CONTROL (Centrifugación del ADN conocido) ADN 14 N ADN 15 N 1ª generación 2ª generación 3ª generación Descarta el modelo conservativo Descarta el modelo dispersivo INTERPRETACIÓN DEL EXPERIMENTO Cultivo con 15 N Cultivo con 14 N 1ª generación 2ª generación 3ª generación ADN 14 N y ADN 15 N Miguel A. Castro R.
http://biologia.uab.es/genomica/swf/dna.htm Experimentos de Meselson y Stahl http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120076/bio22.swf Replicación del ADN http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120076/micro04.swf http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.esp.html Experimentos de Hershey y Chase http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/hershey_and_chase_experiment.html Miguel A. Castro R.
Replicación del ADN – Características generales 1. Proceso de duplicación del ADN mediante un modelo semiconservativo. 2. Comienza en sitios específicos (orígenes de replicación) 3. El proceso de replicación es bidireccional 4. Las dos hebras nuevas se van alargando progresivamente, por adición secuencial de nucleótidos 5. La replicación siempre se produce en sentido 5' → 3', siendo el extremo 3'-OH libre el punto a partir del cual se produce la elongación del DNA. 6. Como las dos hebras de ADN son antiparalelas, una de las hebras se sintetiza de forma continua y otra de forma discontinua. 7. El proceso de duplicación está catalizado por las enzimas ADN polimerasas (aunque intervienen muchas otras enzimas en el proceso) 8. Hay una corrección de errores para asegurar la fidelidad de las copias Miguel A. Castro R.
Replicación en procariotas • El proceso se ha estudiado en la bacteria E. Coli • Consta de las siguientes fases: 1. Iniciación 2. Elongación 3. Terminación • Durante la elongación se da una corrección de errores • El proceso de replicación de DNA es el mecanismo que permite al DNA duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica). • Esta duplicación se produce según el modelo semiconservativo, lo que indica que las dos cadenas complementarias del DNA original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde. http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/bidirectional_dna_replication.html Miguel A. Castro R.
Fase de iniciación Los orígenes de replicación son los puntos fijos que están a partir de los cuales se lleva cabo la replicación, que avanza de forma secuencial formando estructuras con forma de horquilla. 1. Procariontes: Un origen de replicación. 2. Eucariontes: Múltiples orígenes de replicación. El DNA se replica desenrollando la hélice y rompiendo los puentes de hidrógeno entre las hebras complementarias. La replicación comienza en sitios específicos del ADN conocidos como “origen de replicación” o región oriC. Miguel A. Castro R.
Miguel A. Castro R.
El DNA se replica desenrollando la hélice y rompiendo los puentes de hidrógeno entre las hebras complementarias. Se forma la burbuja de replicación, con dos horquillas de replicación, que se van extendiendo en las dos direcciones: replicación bidireccional Comienza la fase de elongación. Miguel A. Castro R.
Fases de la replicación: iniciación Consiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN Ori C Proteínas específicas La helicasa rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases y abre la doble hélice Proteínas SSB Helicasa Topoisomeras a Girasa Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento Impiden que el ADN se vuelva a enrollar Las proteínas específicas se unen al punto de iniciación Burbuja de replicación Miguel A. Castro R.
Resumen 1. Reconocimiento del OriC por proteínas especificas 2. Las helicasas rompen los puentes de H 3. Las girasas y topoisomerasas alivian las tensiones del desenrrollamiento. 4. Las proteínas SSB evitan que se vuelvan a unir las cadenas sencillas y se enrollen de nuevo 5. Formación de la burbuja de replicación http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/dna_replication.html Miguel A. Castro R.
Fase de elongación Se sintetiza la nueva hebra de ADN sobre la hebra original. Se debe a la actuación de las ADN polimerasas. En procariotas hay tres y su función es doble: 1. Actividad polimerasa. Va uniendo los desorribonucleotidos trifosfatos complementarios a la cadena original. 2. Actividad exonucleasa. Elimina nucleótidos mal emparejados y trozos de ARN cebador Miguel A. Castro R.
Actividad de las ADN polimerasas Junto a las enzimas que participan en la iniciación, en esta fase actúan las ADN polimerasas. POLIMERASA EXONUCLEASA POLIMERIZACIÓN INICIACIÓN dirección función dirección función I 5’ 3’ 3’ 5’ elimina cebador reparación 5’ 3’ síntesis no II 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no III 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no La ADN pol III crea la mayor parte del ADN nuevo, la ADN pol I elimina los cebadores y rellena los huecos y la ADN pol II interviene en la corrección de errores Miguel A. Castro R.
La ADN polimerasa no puede actuar desde un principio, necesita un pequeño fragmento sobre el que empezar a añadir nucleótidos. Este primer fragmento es un trozo de unos 10 nucleótidos de ARN llamado cebador o primer, que presenta el extremo 3’ libre El primer es sintetizado por una ARN polimerasa o primasa, que actúa en la zona donde comienza la replicación. A partir de este fragmento, la ADN polimerasa comienza la adición de nucleótidos sobre el extremo 3’ libre. Este enzima recorre la cadena molde en sentido 3’5’ y sintetiza la nueva cadena en sentido 5’3’ (las cadenas de ADN son antiparalelas) Miguel A. Castro R.
El mecanismo de elongación es distinto en las dos cadenas: 1. En una de las cadenas, la hebra conductora, la síntesis es continua. 2. En la otra cadena, la hebra retardada, se produce una síntesis a base de pequeños fragmentos de ADN (fragmentos de Okazaki). 3. La síntesis de cada uno de los fragmentos de Okazaki necesita de su cebador correspondiente (sintetizado por la primasa). 4. Los cebadores serán posteriormente eliminados por la ADN polimerasa I que rellena el hueco con desoxirribonucleotidos. 5. Finalmente una ligasa une los fragmentos sueltos. Miguel A. Castro R.
3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ El mecanismo de elongación 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ La ADN polimerasa necesita un fragmento de ARN (cebador o primer) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis. La ADN polimerasa recorre las hebras molde en el sentido 3’-5’ uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3’. Una de las hebras se sintetiza de modo contínuo. Es la conductora o lider. Fragmentos de Okazaki La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada. Miguel A. Castro R.
El mecanismo de elongación 1 2 3 4 5 6 La primasa sintetiza un cebador en cada hebra conductora de la burbuja de replicación. Las ADN polimerasa comienzan la síntesis de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador. La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre cada hebra retardada. La ADN polimerasa comienza a sintetizar un fragmento de ADN a partir del nuevo cebador. Cuando la ADN polimerasa llega al cebador de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN. La ligasa une los fragmentos de ADN. Nuevo cebador Cebador Ligasas Hebra retardada Hebra retardada Primasas Cebador Nuevo cebador Miguel A. Castro R.
Terminación del proceso La replicación termina cuando se unen todos los fragmentos de Okazaki de la hebra retardada Miguel A. Castro R.
Corrección de errores 1. Durante la replicación se puede producir un error en el apareamiento de bases con una tasa de 1/100.000 bases. 2. Parte de estos errores se corrigen durante la replicación. La ADN polimerasa actúa como exonucleasa y elimina los nucleótidos mal apareados y rellena el hueco con los nucleótidos correctos. 3. La ADN ligasa une los fragmentos resultantes. 4. A pesar de todo, siempre quedan algunos errores (mutaciones) http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/direct_repair.html http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/nucleotide_excision_repair.html http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/proofreading_function_of_dna_polymerase.html Miguel A. Castro R.
Existen cinco tipos de ADN polimerasas (, , , , y  ). Enzima Acción Función en la célula. DNA Polimerasa I Añade nucleótidos a la molécula de DNA en formación. Remueve cebadores de RNA. Llena huecos en el DNA, para reparación. Remueve los cebadores de RNA. DNA Polimerasa III Añade nucleótidos a la molécula de DNA en formación. Revisa y corrige la secuencia. Replica DNA. DNA girasa (topoisomerasa II) Promueve el superenrrollamiento. Mantiene la compactación del DNA. DNA helicasa Se une al DNA cerca de la horquilla de replicación. Promueve la separación de las hebras de DNA. Topoisomerasa I Relaja el DNA superenrrollado. Mantiene el nivel adecuado de enrollamiento. Primasa Hace cadenas pequeñas de RNA usando DNA como molde. Necesaria para que la DNA polimerasa replique la hebra “retrasada”. Miguel A. Castro R.
Replicación en los eucariontes Es muy parecida a la de los procariontes, salvo en algunas diferencias debidos a las propias diferencias en el material genético de procariotas y eucariotas:  El material genético de eucariotas esta dividido en varios cromosomas, mucho mas largos que el cromosoma procariota.  La replicación se origina simultáneamente en muchos puntos: los replicones (puede haber mas de6000 en un solo cromosoma).  Existen cinco tipos de ADN polimerasas (, , , , y  ).  El ADN eucariota está asociado a histonas, que se tienen que duplicar durante la duplicación para formar los nucleosomas.  Los nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada y los viejos se quedan en la conductora Miguel A. Castro R.
5’ 3’ 5’ 3’ Replicación en los eucariontes Cuando se elimina el último cebador, la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco, al no poder sintetizar en dirección 3’ - 5’. 5’ 5’ 5’ 3’ 5’3’5’ Cebador Último cebador Telómero Eliminación de cebadores Esto se asocia al envejecimiento y muerte celular. La ADN polimerasa polimeriza desde el extremo 3’ libre Hebra más corta 5’ Debido a esto el extremo del cromosoma (telómero) se va acortando cada vez que la célula se divide. Miguel A. Castro R.
Se puede dar de dos formas: Necrosis y apoptosis Necrosis: • Se produce cuando la célula sufre un daño grave. • Comprende un estado irreversible de la célula. No se puede mantener la integridad de la membrana plasmática y hay un escape de elementos citoplasmáticos, desnaturalización de las proteínas por autólisis o proveniente de enzimas líticas de leucocitos vecinos, ya que la necrosis atrae los componentes de la inflamación. • Todos estos cambios condenan a la célula a perder su función específica, y quedan restos celulares que serán fagocitados por los macrófagos. MUERTE CELULAR Miguel A. Castro R.
La apoptosis es una forma de muerte celular, que está regulada genéticamente. MUERTE CELULAR Es parte integral del desarrollo de los tejidos tanto de plantas como de animales pluricelulares. Cuando una célula muere por apoptosis, empaqueta su contenido citoplasmático, lo que evita que se produzca la respuesta inflamatoria característica de la muerte accidental o necrosis. Miguel A. Castro R.
La apoptosis se puede producir en dos momentos: Durante el desarrollo embrionario: en este momento su función es eliminar las células innecesarias (como el tejido interdigital en la formación de los dedos) En un individuo adulto: para el recambio y renovación de tejidos, o la destrucción de la células que pueden presentar una amenaza para el organismo. Miguel A. Castro R.
La apoptosis implica varios cambios en la célula: La célula se arruga por la deshidratación. El núcleo se fragmenta y la célula queda reducida a cuerpos apoptóticos. Los cuerpos apoptóticos son ingeridos por otras células o por los macrófagos. Cuando las células reciben la señal del inicio de apoptosis se suicidan fabricando una serie de proteínas letales como pueden ser: - Endonucleasas; que fragmentan el ADN - Hidrolasas y proteasas: que atacan al entramado celular. Miguel A. Castro R.
Miguel A. Castro R.
NECROSIS APOPTOSIS Características morfológicas • Pérdida de la integridad de membrana • Floculación de la cromatina • Dilatación de la célula y lísis •No hay formación de vesículas, lisis completa • Desintegración (dilatación) de orgánulos •Deformación de la membrana, sin pérdida de integridad •Agregación de la cromatina en la membrana nuclear interna •Condensación y/o reducción celular •Formación de vesículas limitadas por membrana (cuerpos apoptóticos) •No hay desintegración de orgánulos y permanecen intactos Características bioquímicas •Pérdida de la regulación de la homeostasis iónica •No requiere energía (proceso pasivo, también sucede a 4ºC) •Digestión del DNA al azar (patrón en mancha del DNA después de electroforesis en gel de agarosa) •Fragmentación postlítica del DNA (último evento de muerte celular) • Proceso muy regulado, que implica pasos enzimáticos y de activación • Requiere energía (ATP) (proceso activo, no sucede a 4ºC) •Fragmentación del DNA en mono- y oligonucleosomas, no al azar (patrón en escalera después de electroforesis en gel de agarosa) • Fragmentación prelítica del DNA (primer evento de muerte celular) Significado fisiológico •Muerte de grupos de células •Originada por estímulos no fisiológicos •Fagocitosis por macrófagos •Respuesta inflamatoria significativa • Muerte de células individuales •Inducida por estímulos fisiológicos •Fagocitosis por células adyacentes o macrófagos •Respuesta no inflamatoriaMiguel A. Castro R.
Mitosis  Es la división del núcleo celular (fase M del ciclo celular).  Proceso exclusivo de eucariotas.  Se obtienen 2 células hijas, idénticas entre ellas y a la célula madre  Significado biológico: o Se mantiene el número de cromosomas. o Se mantiene la información genética.  Fases: o Profase y prometafase (profase tardía) o Metafase o Anafase o Telofase Miguel A. Castro R.
• Condensación de la cromatina (se hacen visibles los cromosomas(1). • Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo (2). • El centrosoma ya esta duplicado (3). • Migración de centriolos hacia los polos (en células animales) (4). • Se forma de huso mitótico (5). • Formación de cinetocoros a ambos lados del centómero (6) Profase Miguel A. Castro R.
• Máximo grado de condensación en los cromosomas • Formación completa de huso acromático. • Cromosomas en plano ecuatorial empujados por microtúbulos cinetocóricos (1) • Centrómeros perpendiculares a los centriolos. • Las cromátidas se orientan hacia los polos de la célula Metafase Miguel A. Castro R.
• Las cromátidas se separan. • Son arrastradas por los microtúbulos cinetocóricos (despolimerización). • Se alargan los microtúbulos polares por polimerización (se separan más los polos del huso acromático) • Anafase termina cuando llegan las cromátidas a los polos. Anafase Las cromátidas se separan y se desplazan hacia los centriolos, al tiempo que van desapareciendo las fibras del huso. En este momento ya se ha repartido el material hereditario (las cadenas de ADN) de forma idéntica en dos partes. Miguel A. Castro R.
• Los cromosomas se desespiralizan y se transforman en cromatina (2) • Los nucleolos reaparecen • Aparece la membrana nuclear (1), quedando una célula con dos núcleos. • Las membranas se forman a partir del retículo endoplásmico Telofase Miguel A. Castro R.
• Es la separación del citoplasma para dar las dos células hijas. • Se reparten los orgánulos de forma equitativa. • Es la última etapa de la división celular. • En las células animales se debe a un anillo contráctil en placa ecuatorial: actina y miosina • Se forma surco de segmentación (estrangulación de la célula) Citocinesis Miguel A. Castro R.
Citocinesis en células vegetales: • No puede haber estrangulamiento de la célula (pared celular) • Formación de Fragmoplasto • Unión de vesículas del aparato de Golgi. • Quedan uniones entre los citoplasmas vecinos (plasmodesmos) Miguel A. Castro R.
Comparación citocinesis animal y vegetal http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter10/animation_-_cytokinesis.html Miguel A. Castro R.
Miguel A. Castro R.
• GEMACIÓN: – Reparto asimétrico de citoplasma. – La célula pequeña se llama yema (puede quedar unida a la madre. – Típica de levaduras • ESPORULACIÓN: – Variamos mitosis sucesivas sin citocinesis. – Se forman células multinucleadas. – Posteriormente cada núcleo se rodea de citoplasma, – Cada células resultante es una espora. – Típica de hongos y protozoos Otros procesos de división celular Miguel A. Castro R.
Bipartición Esporulación Gemación Miguel A. Castro R.
LA MEIOSIS • Produce células haploides (gametos). • A partir de una célula diploide (meiocito) se forman: • 4 células • Células haploides • Células con recombinación genética (diferentes entre sí) • Dos partes: • Meiosis I (fase reduccional) • Meiosis II (similar a una mitosis convencional) Miguel A. Castro R.
FASES DE LA MEIOSIS DIVISIÓN MEIÓTICA I DIVISIÓN MEIÓTICA II 1. Profase I • Leptoteno • Cigoteno • Paquiteno • Diploteno • Diacinesis 2. Metafase I 3. Anafase I 4. Telofase I 1. Profase II 2. Metafase II 3. Anafase II 4. Telofase II Miguel A. Castro R.
LEPTOTENO • Los cromosomas individuales comienzan a condensar se en filamentos largos dentro del núcleo. Se hacen visibles. • Hay 2n cromosomas y cada cromosoma contiene 2 cromátidas (pero no se distinguen hasta el final de la profase. • Cromosomas unidos a la membrana nuclear interna (placas de unión) por un armazón proteico que los recorre a lo largo del cromosoma. • A lo largo de los cromosomas van apareciendo unos pequeños engrosamientos denominados cromómeros Miguel A. Castro R.
CIGOTENO • Los cromosomas homólogos comienzan a acercarse hasta quedar apareados en toda su longitud. • Esto se conoce como sinapsis (unión) y el complejo resultante se conoce como bivalente o tétrada. • Los cromosomas homólogos (paterno y materno) se aparean, asociándose así cromátidas homologas (no hermanas). • Se forma una estructura observable solo con el microscopio electrónico, llamada complejo sinaptonémico Miguel A. Castro R.
• Se produce el sobrecruzamiento. • Intercambio de material genético entre cromátidas de cromosomas homólogos. • Consecuencia: recombinación génica. Paquiteno Miguel A. Castro R.
• Comienza la separación de los cromosomas homólogos. • Permanecen unidos por puntos denominados QUIASMAS. Diploteno Miguel A. Castro R.
Diacinesis • Máxima condensación de cromosomas. • Las cromátidas se hacen visibles. • Las cromátidas hermanas están unidas por el centrómero. • Los cromosomas homólogos están unidos por los quiasmas (entre cromatidas no hermanas) • Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo. • Se comienza a formar el huso acromático. • Se forman las fibras cinetocóricas Miguel A. Castro R.
Metafase I En la placa ecuatorial se sitúan las tétradas unidas por los quiasmas. Los cinetocoros de las cromátidas hermanas del mismo cromosoma se orientan hacia el mismo polo de la célula Miguel A. Castro R.
Anafase I Se separan los cromosomas homólogos. No se separan cromátidas, sino cromosomas completos. Los cromosomas están recombinados Al final de la anafase I tenemos dos juegos de cromosomas separados en los polos opuestos de la célula, uno de cada par, por lo que es en esta fase cuando se reduce a la mitad el número de cromosomas. Miguel A. Castro R.
Telofase I Reaparece la membrana nuclear y el nucléolo. Los cromosomas sufren una pequeña descondensación Con la citocinesis, se obtienen dos células hijas con la mitad de cromosomas de la célula madre. Miguel A. Castro R.
Meiosis II 1. Similar a una mitosis 2. Ocurre simultáneamente en las dos células hijas 3. La interfase es muy breve, no hay duplicación del ADN 4. Surgen 4 células haploides, con n cromosomas cada una y genéticamente diferentes Miguel A. Castro R.
Miguel A. Castro R.
Importancia biológica de la meiosis 1. A nivel genético: Se produce la recombinación de genes durante el sobrecruzamiento. Las células hijas son haploides, y sus cromátidas no son iguales entre sí. Todo ello aumenta la variabilidad de la información genética que lleva la célula. 2. A nivel celular: Pasamos de células diploides a haploides 3. A nivel orgánico: Las células resultantes son los gametos o esporas. La fusión de gametos con la mitad de cromosomas garantiza que se mantenga el número cromosómico del organismo. http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter11/unique_features_of_meiosis.html http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter11/comparison_of_meiosis_and_mitosis.html Miguel A. Castro R.
Miguel A. Castro R.
2n2n Ciclo diploide: mayoría animales 2n Cigotos Animal adulto: hembra Meiosis Meiosis nn Gametos Animal adulto: macho Miguel A. Castro R.
Mitosis vs Meiosis: •Conservativa (2n)  (2n) •Una división (2 células hijas) •No suele haber apareamiento cromosomas homólogos (y no quiasma) •Células no gaméticas •Interviene en el crecimiento y la reproducción asexual Mitosis Meiosis •Reductiva (2n)  (n) •Dos divisiones (4 células hijas) • Apareamiento cromosomas homólogos (y quiasma -> entrecruzamiento) •Células gaméticas •Imprescindible en la reproducción sexual Miguel A. Castro R.
Reproducción asexual • Interviene un solo organismo • Se obtienen copias idénticas • Es propio de seres unicelulares pero también se da en otros grupos • Se hace por mitosis • No se genera variabilidad genética • Es un proceso sencillo y rápido. • Muy útil para la colonización de nuevos medios. • La falta de variabilidad puede originar la extinción por falta de adaptación en caso de cambio del medio Miguel A. Castro R.
Reproducción sexual • Intervienen dos organismos • Se obtienen individuos con mezcla de las características de los dos progenitores. • Se hace por meiosis • Se forma un cigoto tras la fecundación • Si se genera variabilidad genética: a. Por la recombinación en la meiosis b. Por la distribución al azar de los cromosomas c. Por diferencias entre los genes de los gametos • Es un proceso más lento y complicado que la reproducción asexual • Permite adaptarse al medio en condiciones adversas. Miguel A. Castro R.
n n Cigoto (2n) Fecundación Meiosis Gametos Ciclo haplonte n Fase haploide (Mitosis) Miguel A. Castro R.
n n Cigoto (2n) Fecundación Meiosis Gametos Ciclo diplonte 2n Fase diploide (Mitosis) Miguel A. Castro R.
n n Gametos Cigoto (2n) Fecundación Fase diploide (Esporofito) Espora (n) Meiosis Fase haploide (Gametofito) Ciclo diplohaplonte Miguel A. Castro R.
Miguel A. Castro R.

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Reproducción Celular

  • 1.
  • 2.
    • El ciclocelular • Interfase • Fase G1 • Fase S • Fase G2 • Control del ciclo celular • Replicación del ADN • Modelos de replicación del ADN • Experimentos de Meselson y Stahl • Características generales de la replicación • Replicación en procariotas • Fase de iniciación • Fase de elongación • Actividad de las ADN polimerasas • Terminación del proceso • Corrección de errores • Replicación en los eucariontes • Muerte celular • Mitosis • Profase • Metafase • Anafase • Telofase • Citocinesis • Otros procesos de división celular • Meiosis • Fases de la meiosis • Importancia biológica de la meiosis • Mitosis vs Meiosis: • Reproducción asexual • Reproducción sexual • Ciclos biológicos: haplonte, diplonte y diplohaplonte Índice: Miguel A. Castro R.
  • 3.
  • 4.
    El ciclo celular Elciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que culmina con el crecimiento de la célula y la división en dos células hijas. Puede durar desde unas pocas horas hasta varios años (depende del tipo de célula) Se divide en dos fases: 1. Interfase 2. Fase M (mitosis y citocinesis) Miguel A. Castro R.
  • 5.
    Interfase • Periodo detiempo entre dos mitosis sucesivas • Ocupa la mayor parte del tiempo del ciclo celular. • La actividad metabólica es muy alta. • La célula aumenta de tamaño y duplica el material genético. Periodos o fases de la interfase: • Fase G1 (Fase G0) • Fase S • Fase G2 Miguel A. Castro R.
  • 6.
    • Es laprimera fase de crecimiento. Dura hasta la entrada en la fase S. • Hay una intensa actividad biosintética. • Se sintetizan ARN y proteínas para que la célula aumente de tamaño. • En las células que no entran en mitosis, esta fase es permanente y se llama G0 (estado de reposo o quiescencia). • G0 es un estado propio de células diferenciadas, que entran en quiescencia o que van a morir (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. Fase G1 : Miguel A. Castro R.
  • 7.
    Durante la faseG1 la célula comprueba las condiciones externas e internas y decide si continuar con el ciclo celular o no. En metazoos, el avance del ciclo celular está condicionado por: • Señales externas: adhesión, factores tróficos o mitógenos que emiten otras células del organismo. • 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. Miguel A. Castro R.
  • 8.
    • Una vezdoblado su tamaño se inicia la duplicación del ADN, la síntesis de histonas y la duplicación de los centrosomas (en células animales) • Aparecen los cromosomas con dos cromátidas cada uno, unidas por el centrómero. • 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. Fase S : Miguel A. Castro R.
  • 9.
    • Es lasegunda fase de crecimiento, hay un ligero aumento de tamaño. • Se sintetizan proteínas necesarias para la inminente división celular. • Acaba con el inicio de la condensación de los cromosomas y la entrada en mitosis. • Durante esta etapa, sin embargo, se comprueba si ha habido errores durante la replicación del ADN y si se ha producido su duplicación completa. Si éstos defectos son detectados la célula no entrará en fase M y el ciclo celular se detendrá hasta que los daños sean reparados o el ADN sea completamente copiado. • Por tanto, existe un punto de control en esta fase. Fase G2 : Miguel A. Castro R.
  • 10.
  • 11.
    Fases del ciclocelular Fase G1 Sub Fase G0 Fase S Fase G2 Actividad bioquímica intensa. Activa síntesis de proteínas. La célula aumenta el tamaño y número de sus enzimas, ribosomas, etc. Algunas estructuras son sintetizadas desde cero (microtúbulos y filamentos, formados por proteínas). Las estructuras membranosas (lisosomas, vacuolas, etc.) derivan del R.E., que se renueva y aumenta su tamaño por la síntesis de lípidos y proteínas. Se replican mitocondrias y cloroplastos. Esta etapa sólo se genera en células que permanecen latentes durante un período de tiempo determinado, por ejemplo: neuronas, glóbulos rojos, etc. Ocurre la duplicación del ADN y de las histonas y proteínas asociadas al mismo. Es un proceso anabólico. Ocurren los preparativos finales para la división celular. Los cromosomas recién duplicados comienzan a enrollarse y condensarse en forma compacta. La duplicación del par de centríolos se completa. La célula comienza a ensamblar las estructuras requeridas para la etapa de división celular. http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072943696/student_view0/chapter3/animation__how_the_cell_cycle_works.html Miguel A. Castro R.
  • 12.
    Las células controlanel momento de inicio de cada una de las fases para evitar fallos en el ciclo vital. Para ello las células detienen el avance del ciclo en determinados puntos de control de modo que no se pasa de una fase a la siguiente hasta que las etapas procedentes se hayan desarrollado con satisfacción. Los puntos de control son: • Transición de G1 a S: iniciación de la replicación. • Paso de G2 a M: iniciación de la mitosis. • Avance de metafase a anafase. Miguel A. Castro R.
  • 13.
    REGULACION DEL CICLO CELULAR Puntode restricción FACTORES DE CRECIMIENTO CELULAS ANIMALES Miguel A. Castro R.
  • 14.
  • 15.
    ¿Están todos loscromosomas alineados en el huso? ¡FINALIZAR MITOSIS! Maquinaria de la mitosis Maquinaria de replicación del DNA ¿Se ha replicado todo el DNA? ¿Es el entorno favorable? ¿Tiene la célula el tamaño adecuado? CONTROL DE LA FASE G2 CONTROL DE LA FASE G1 ¡COMENZAR MITOSIS! ¡ENTRAR EN CICLO! Crecimiento celular ¿Es el entorno favorable? ¿Tiene la célula el tamaño adecuado? Entorno Crecimiento celular Entorno PUNTOS DE CONTROL DEL CICLO CELULAR CONTROL DE LA FASE S ¡CONTINUAR LA SÍNTESIS DE DNA! ¿Se ha producido daño en el DNA? ¿Se ha producido daño en el DNA? ¿Se ha producido daño en el DNA? ¿Se ha producido daño en el DNA? CONTROL DE LA METAFASE Miguel A. Castro R.
  • 16.
    El punto R:regula el paso de la fase G1 a la fase S; este momento la célula decide si entra o no en la siguiente fase tras evaluar si hay algún daño en el ADN, si el tamaño celular es el adecuado para dar lugar a dos células hijas y, en conclusión, si tiene la capacidad suficiente para completar el ciclo. Si la evaluación es negativa la célula determinara el proceso y entrara en la fase Go. Las células especializadas se encuentran indefinidamente en este estado ya que ha perdido su capacidad mitótica; otros tipos de células pueden retornar a la fase G1 si es estimulado por algún agente mitógeno. R Miguel A. Castro R.
  • 17.
    CONTROL CICLO CELULAR PROTEÍNASCLAVE: - Quinasas dependientes de ciclina o Cdk - Ciclinas Punto de control 1: Cdk + Ciclina G1 Quinasa de inicio Comienza fase S Duplicación ADN Miguel A. Castro R.
  • 18.
    • Punto decontrol G2 : regula el paso de la fase G2 a la mitosis : decide si se inicia o no la mitosis tras comprobar que se ha replicado el ADN y que este no contiene ningún fallo. • Punto de control M: este punto supervisa que el huso mitótico se forme adecuadamente y que los cromosomas estén alineados correctamente en el huso durante la metafase. • Se detendría la mitosis en caso de que la alineación de los cromosomas es incorrecta. • El control lo ejercen gracias a una serie de proteínas entre las que destacan las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas (CDK) Miguel A. Castro R.
  • 19.
    CONTROL CICLO CELULAR PROTEÍNASCLAVE: - Quinasas dependientes de ciclina o Cdk - Ciclinas Punto de control 2: Cdk + ciclina mitótica Factor promotor de Mitosis Mitosis http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_control_cell_cycle.swf Miguel A. Castro R.
  • 20.
    Durante el ciclocelular, tanto en el punto de control G1 como G2 se verifica la integridad del ADN. Ante la presencia de ADN dañado se genera una señal que retrasa la entrada en fase M. El mecanismo depende de una proteína llamada p53, que se acumula en la célula en respuesta a las alteraciones de ADN, deteniendo el sistema de control en G1 y por lo tanto impidiendo la posterior entrada en mitosis. El gen p53 es uno de los genes supresores de tumores más conocidos y cuando el daño en el ADN es irreparable provoca: • Detención del ciclo (arresto celular) • Participa en la apoptosis (muerte celular programada) forzando a las células al suicidio. Las células que presentan los dos alelos del gen p53 mutados, tendrán proteína p53 no activa y por lo tanto continuarán dividiéndose a pesar del daño en su genoma, por lo tanto desarrollarán cáncer. Las mutaciones del gen p53 presenta una alta incidencia en la mayoría de los cánceres humanos Proteína p53, el guardián del genoma Miguel A. Castro R.
  • 21.
    Replicación del ADN •Es el proceso necesario para que se realice la división celular. • Ocurre en la fase S del ciclo celular. • El mecanismo de replicación se basa en la complementariedad de bases. • Inicialmente se plantearon tres posibles modelos de replicación: o Modelo conservativo o Modelo dispersivo o Modelo semiconservativo Miguel A. Castro R.
  • 22.
    Posibles modelos enla replicación del ADN CONSERVATIVO DISPERSIVO SEMICONSERVATIVO Miguel A. Castro R.
  • 23.
    RESULTADOS DEL EXPERIMENTO Experimentode Meselson y Stahl CONTROL (Centrifugación del ADN conocido) ADN 14 N ADN 15 N 1ª generación 2ª generación 3ª generación Descarta el modelo conservativo Descarta el modelo dispersivo INTERPRETACIÓN DEL EXPERIMENTO Cultivo con 15 N Cultivo con 14 N 1ª generación 2ª generación 3ª generación ADN 14 N y ADN 15 N Miguel A. Castro R.
  • 24.
    http://biologia.uab.es/genomica/swf/dna.htm Experimentos de Meselsony Stahl http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120076/bio22.swf Replicación del ADN http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120076/micro04.swf http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.esp.html Experimentos de Hershey y Chase http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/hershey_and_chase_experiment.html Miguel A. Castro R.
  • 25.
    Replicación del ADN– Características generales 1. Proceso de duplicación del ADN mediante un modelo semiconservativo. 2. Comienza en sitios específicos (orígenes de replicación) 3. El proceso de replicación es bidireccional 4. Las dos hebras nuevas se van alargando progresivamente, por adición secuencial de nucleótidos 5. La replicación siempre se produce en sentido 5' → 3', siendo el extremo 3'-OH libre el punto a partir del cual se produce la elongación del DNA. 6. Como las dos hebras de ADN son antiparalelas, una de las hebras se sintetiza de forma continua y otra de forma discontinua. 7. El proceso de duplicación está catalizado por las enzimas ADN polimerasas (aunque intervienen muchas otras enzimas en el proceso) 8. Hay una corrección de errores para asegurar la fidelidad de las copias Miguel A. Castro R.
  • 26.
    Replicación en procariotas •El proceso se ha estudiado en la bacteria E. Coli • Consta de las siguientes fases: 1. Iniciación 2. Elongación 3. Terminación • Durante la elongación se da una corrección de errores • El proceso de replicación de DNA es el mecanismo que permite al DNA duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica). • Esta duplicación se produce según el modelo semiconservativo, lo que indica que las dos cadenas complementarias del DNA original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde. http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/bidirectional_dna_replication.html Miguel A. Castro R.
  • 27.
    Fase de iniciación Losorígenes de replicación son los puntos fijos que están a partir de los cuales se lleva cabo la replicación, que avanza de forma secuencial formando estructuras con forma de horquilla. 1. Procariontes: Un origen de replicación. 2. Eucariontes: Múltiples orígenes de replicación. El DNA se replica desenrollando la hélice y rompiendo los puentes de hidrógeno entre las hebras complementarias. La replicación comienza en sitios específicos del ADN conocidos como “origen de replicación” o región oriC. Miguel A. Castro R.
  • 28.
  • 29.
    El DNA sereplica desenrollando la hélice y rompiendo los puentes de hidrógeno entre las hebras complementarias. Se forma la burbuja de replicación, con dos horquillas de replicación, que se van extendiendo en las dos direcciones: replicación bidireccional Comienza la fase de elongación. Miguel A. Castro R.
  • 30.
    Fases de lareplicación: iniciación Consiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN Ori C Proteínas específicas La helicasa rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases y abre la doble hélice Proteínas SSB Helicasa Topoisomeras a Girasa Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento Impiden que el ADN se vuelva a enrollar Las proteínas específicas se unen al punto de iniciación Burbuja de replicación Miguel A. Castro R.
  • 31.
    Resumen 1. Reconocimiento delOriC por proteínas especificas 2. Las helicasas rompen los puentes de H 3. Las girasas y topoisomerasas alivian las tensiones del desenrrollamiento. 4. Las proteínas SSB evitan que se vuelvan a unir las cadenas sencillas y se enrollen de nuevo 5. Formación de la burbuja de replicación http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/dna_replication.html Miguel A. Castro R.
  • 32.
    Fase de elongación Sesintetiza la nueva hebra de ADN sobre la hebra original. Se debe a la actuación de las ADN polimerasas. En procariotas hay tres y su función es doble: 1. Actividad polimerasa. Va uniendo los desorribonucleotidos trifosfatos complementarios a la cadena original. 2. Actividad exonucleasa. Elimina nucleótidos mal emparejados y trozos de ARN cebador Miguel A. Castro R.
  • 33.
    Actividad de lasADN polimerasas Junto a las enzimas que participan en la iniciación, en esta fase actúan las ADN polimerasas. POLIMERASA EXONUCLEASA POLIMERIZACIÓN INICIACIÓN dirección función dirección función I 5’ 3’ 3’ 5’ elimina cebador reparación 5’ 3’ síntesis no II 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no III 3’ 5’ reparación 5’ 3’ síntesis no La ADN pol III crea la mayor parte del ADN nuevo, la ADN pol I elimina los cebadores y rellena los huecos y la ADN pol II interviene en la corrección de errores Miguel A. Castro R.
  • 34.
    La ADN polimerasano puede actuar desde un principio, necesita un pequeño fragmento sobre el que empezar a añadir nucleótidos. Este primer fragmento es un trozo de unos 10 nucleótidos de ARN llamado cebador o primer, que presenta el extremo 3’ libre El primer es sintetizado por una ARN polimerasa o primasa, que actúa en la zona donde comienza la replicación. A partir de este fragmento, la ADN polimerasa comienza la adición de nucleótidos sobre el extremo 3’ libre. Este enzima recorre la cadena molde en sentido 3’5’ y sintetiza la nueva cadena en sentido 5’3’ (las cadenas de ADN son antiparalelas) Miguel A. Castro R.
  • 35.
    El mecanismo deelongación es distinto en las dos cadenas: 1. En una de las cadenas, la hebra conductora, la síntesis es continua. 2. En la otra cadena, la hebra retardada, se produce una síntesis a base de pequeños fragmentos de ADN (fragmentos de Okazaki). 3. La síntesis de cada uno de los fragmentos de Okazaki necesita de su cebador correspondiente (sintetizado por la primasa). 4. Los cebadores serán posteriormente eliminados por la ADN polimerasa I que rellena el hueco con desoxirribonucleotidos. 5. Finalmente una ligasa une los fragmentos sueltos. Miguel A. Castro R.
  • 36.
    3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ El mecanismo deelongación 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ La ADN polimerasa necesita un fragmento de ARN (cebador o primer) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis. La ADN polimerasa recorre las hebras molde en el sentido 3’-5’ uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3’. Una de las hebras se sintetiza de modo contínuo. Es la conductora o lider. Fragmentos de Okazaki La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada. Miguel A. Castro R.
  • 37.
    El mecanismo deelongación 1 2 3 4 5 6 La primasa sintetiza un cebador en cada hebra conductora de la burbuja de replicación. Las ADN polimerasa comienzan la síntesis de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador. La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre cada hebra retardada. La ADN polimerasa comienza a sintetizar un fragmento de ADN a partir del nuevo cebador. Cuando la ADN polimerasa llega al cebador de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN. La ligasa une los fragmentos de ADN. Nuevo cebador Cebador Ligasas Hebra retardada Hebra retardada Primasas Cebador Nuevo cebador Miguel A. Castro R.
  • 38.
    Terminación del proceso La replicacióntermina cuando se unen todos los fragmentos de Okazaki de la hebra retardada Miguel A. Castro R.
  • 39.
    Corrección de errores 1.Durante la replicación se puede producir un error en el apareamiento de bases con una tasa de 1/100.000 bases. 2. Parte de estos errores se corrigen durante la replicación. La ADN polimerasa actúa como exonucleasa y elimina los nucleótidos mal apareados y rellena el hueco con los nucleótidos correctos. 3. La ADN ligasa une los fragmentos resultantes. 4. A pesar de todo, siempre quedan algunos errores (mutaciones) http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/direct_repair.html http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/nucleotide_excision_repair.html http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter14/proofreading_function_of_dna_polymerase.html Miguel A. Castro R.
  • 40.
    Existen cinco tiposde ADN polimerasas (, , , , y  ). Enzima Acción Función en la célula. DNA Polimerasa I Añade nucleótidos a la molécula de DNA en formación. Remueve cebadores de RNA. Llena huecos en el DNA, para reparación. Remueve los cebadores de RNA. DNA Polimerasa III Añade nucleótidos a la molécula de DNA en formación. Revisa y corrige la secuencia. Replica DNA. DNA girasa (topoisomerasa II) Promueve el superenrrollamiento. Mantiene la compactación del DNA. DNA helicasa Se une al DNA cerca de la horquilla de replicación. Promueve la separación de las hebras de DNA. Topoisomerasa I Relaja el DNA superenrrollado. Mantiene el nivel adecuado de enrollamiento. Primasa Hace cadenas pequeñas de RNA usando DNA como molde. Necesaria para que la DNA polimerasa replique la hebra “retrasada”. Miguel A. Castro R.
  • 41.
    Replicación en loseucariontes Es muy parecida a la de los procariontes, salvo en algunas diferencias debidos a las propias diferencias en el material genético de procariotas y eucariotas:  El material genético de eucariotas esta dividido en varios cromosomas, mucho mas largos que el cromosoma procariota.  La replicación se origina simultáneamente en muchos puntos: los replicones (puede haber mas de6000 en un solo cromosoma).  Existen cinco tipos de ADN polimerasas (, , , , y  ).  El ADN eucariota está asociado a histonas, que se tienen que duplicar durante la duplicación para formar los nucleosomas.  Los nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada y los viejos se quedan en la conductora Miguel A. Castro R.
  • 42.
    5’ 3’ 5’ 3’ Replicación en loseucariontes Cuando se elimina el último cebador, la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco, al no poder sintetizar en dirección 3’ - 5’. 5’ 5’ 5’ 3’ 5’3’5’ Cebador Último cebador Telómero Eliminación de cebadores Esto se asocia al envejecimiento y muerte celular. La ADN polimerasa polimeriza desde el extremo 3’ libre Hebra más corta 5’ Debido a esto el extremo del cromosoma (telómero) se va acortando cada vez que la célula se divide. Miguel A. Castro R.
  • 43.
    Se puede darde dos formas: Necrosis y apoptosis Necrosis: • Se produce cuando la célula sufre un daño grave. • Comprende un estado irreversible de la célula. No se puede mantener la integridad de la membrana plasmática y hay un escape de elementos citoplasmáticos, desnaturalización de las proteínas por autólisis o proveniente de enzimas líticas de leucocitos vecinos, ya que la necrosis atrae los componentes de la inflamación. • Todos estos cambios condenan a la célula a perder su función específica, y quedan restos celulares que serán fagocitados por los macrófagos. MUERTE CELULAR Miguel A. Castro R.
  • 44.
    La apoptosis esuna forma de muerte celular, que está regulada genéticamente. MUERTE CELULAR Es parte integral del desarrollo de los tejidos tanto de plantas como de animales pluricelulares. Cuando una célula muere por apoptosis, empaqueta su contenido citoplasmático, lo que evita que se produzca la respuesta inflamatoria característica de la muerte accidental o necrosis. Miguel A. Castro R.
  • 45.
    La apoptosis sepuede producir en dos momentos: Durante el desarrollo embrionario: en este momento su función es eliminar las células innecesarias (como el tejido interdigital en la formación de los dedos) En un individuo adulto: para el recambio y renovación de tejidos, o la destrucción de la células que pueden presentar una amenaza para el organismo. Miguel A. Castro R.
  • 46.
    La apoptosis implicavarios cambios en la célula: La célula se arruga por la deshidratación. El núcleo se fragmenta y la célula queda reducida a cuerpos apoptóticos. Los cuerpos apoptóticos son ingeridos por otras células o por los macrófagos. Cuando las células reciben la señal del inicio de apoptosis se suicidan fabricando una serie de proteínas letales como pueden ser: - Endonucleasas; que fragmentan el ADN - Hidrolasas y proteasas: que atacan al entramado celular. Miguel A. Castro R.
  • 47.
  • 48.
    NECROSIS APOPTOSIS Características morfológicas •Pérdida de la integridad de membrana • Floculación de la cromatina • Dilatación de la célula y lísis •No hay formación de vesículas, lisis completa • Desintegración (dilatación) de orgánulos •Deformación de la membrana, sin pérdida de integridad •Agregación de la cromatina en la membrana nuclear interna •Condensación y/o reducción celular •Formación de vesículas limitadas por membrana (cuerpos apoptóticos) •No hay desintegración de orgánulos y permanecen intactos Características bioquímicas •Pérdida de la regulación de la homeostasis iónica •No requiere energía (proceso pasivo, también sucede a 4ºC) •Digestión del DNA al azar (patrón en mancha del DNA después de electroforesis en gel de agarosa) •Fragmentación postlítica del DNA (último evento de muerte celular) • Proceso muy regulado, que implica pasos enzimáticos y de activación • Requiere energía (ATP) (proceso activo, no sucede a 4ºC) •Fragmentación del DNA en mono- y oligonucleosomas, no al azar (patrón en escalera después de electroforesis en gel de agarosa) • Fragmentación prelítica del DNA (primer evento de muerte celular) Significado fisiológico •Muerte de grupos de células •Originada por estímulos no fisiológicos •Fagocitosis por macrófagos •Respuesta inflamatoria significativa • Muerte de células individuales •Inducida por estímulos fisiológicos •Fagocitosis por células adyacentes o macrófagos •Respuesta no inflamatoriaMiguel A. Castro R.
  • 49.
    Mitosis  Es ladivisión del núcleo celular (fase M del ciclo celular).  Proceso exclusivo de eucariotas.  Se obtienen 2 células hijas, idénticas entre ellas y a la célula madre  Significado biológico: o Se mantiene el número de cromosomas. o Se mantiene la información genética.  Fases: o Profase y prometafase (profase tardía) o Metafase o Anafase o Telofase Miguel A. Castro R.
  • 50.
    • Condensación dela cromatina (se hacen visibles los cromosomas(1). • Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo (2). • El centrosoma ya esta duplicado (3). • Migración de centriolos hacia los polos (en células animales) (4). • Se forma de huso mitótico (5). • Formación de cinetocoros a ambos lados del centómero (6) Profase Miguel A. Castro R.
  • 51.
    • Máximo gradode condensación en los cromosomas • Formación completa de huso acromático. • Cromosomas en plano ecuatorial empujados por microtúbulos cinetocóricos (1) • Centrómeros perpendiculares a los centriolos. • Las cromátidas se orientan hacia los polos de la célula Metafase Miguel A. Castro R.
  • 52.
    • Las cromátidasse separan. • Son arrastradas por los microtúbulos cinetocóricos (despolimerización). • Se alargan los microtúbulos polares por polimerización (se separan más los polos del huso acromático) • Anafase termina cuando llegan las cromátidas a los polos. Anafase Las cromátidas se separan y se desplazan hacia los centriolos, al tiempo que van desapareciendo las fibras del huso. En este momento ya se ha repartido el material hereditario (las cadenas de ADN) de forma idéntica en dos partes. Miguel A. Castro R.
  • 53.
    • Los cromosomasse desespiralizan y se transforman en cromatina (2) • Los nucleolos reaparecen • Aparece la membrana nuclear (1), quedando una célula con dos núcleos. • Las membranas se forman a partir del retículo endoplásmico Telofase Miguel A. Castro R.
  • 54.
    • Es laseparación del citoplasma para dar las dos células hijas. • Se reparten los orgánulos de forma equitativa. • Es la última etapa de la división celular. • En las células animales se debe a un anillo contráctil en placa ecuatorial: actina y miosina • Se forma surco de segmentación (estrangulación de la célula) Citocinesis Miguel A. Castro R.
  • 55.
    Citocinesis en célulasvegetales: • No puede haber estrangulamiento de la célula (pared celular) • Formación de Fragmoplasto • Unión de vesículas del aparato de Golgi. • Quedan uniones entre los citoplasmas vecinos (plasmodesmos) Miguel A. Castro R.
  • 56.
    Comparación citocinesis animaly vegetal http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter10/animation_-_cytokinesis.html Miguel A. Castro R.
  • 57.
  • 58.
    • GEMACIÓN: – Repartoasimétrico de citoplasma. – La célula pequeña se llama yema (puede quedar unida a la madre. – Típica de levaduras • ESPORULACIÓN: – Variamos mitosis sucesivas sin citocinesis. – Se forman células multinucleadas. – Posteriormente cada núcleo se rodea de citoplasma, – Cada células resultante es una espora. – Típica de hongos y protozoos Otros procesos de división celular Miguel A. Castro R.
  • 59.
  • 60.
    LA MEIOSIS • Producecélulas haploides (gametos). • A partir de una célula diploide (meiocito) se forman: • 4 células • Células haploides • Células con recombinación genética (diferentes entre sí) • Dos partes: • Meiosis I (fase reduccional) • Meiosis II (similar a una mitosis convencional) Miguel A. Castro R.
  • 61.
    FASES DE LAMEIOSIS DIVISIÓN MEIÓTICA I DIVISIÓN MEIÓTICA II 1. Profase I • Leptoteno • Cigoteno • Paquiteno • Diploteno • Diacinesis 2. Metafase I 3. Anafase I 4. Telofase I 1. Profase II 2. Metafase II 3. Anafase II 4. Telofase II Miguel A. Castro R.
  • 62.
    LEPTOTENO • Los cromosomasindividuales comienzan a condensar se en filamentos largos dentro del núcleo. Se hacen visibles. • Hay 2n cromosomas y cada cromosoma contiene 2 cromátidas (pero no se distinguen hasta el final de la profase. • Cromosomas unidos a la membrana nuclear interna (placas de unión) por un armazón proteico que los recorre a lo largo del cromosoma. • A lo largo de los cromosomas van apareciendo unos pequeños engrosamientos denominados cromómeros Miguel A. Castro R.
  • 63.
    CIGOTENO • Los cromosomashomólogos comienzan a acercarse hasta quedar apareados en toda su longitud. • Esto se conoce como sinapsis (unión) y el complejo resultante se conoce como bivalente o tétrada. • Los cromosomas homólogos (paterno y materno) se aparean, asociándose así cromátidas homologas (no hermanas). • Se forma una estructura observable solo con el microscopio electrónico, llamada complejo sinaptonémico Miguel A. Castro R.
  • 64.
    • Se produceel sobrecruzamiento. • Intercambio de material genético entre cromátidas de cromosomas homólogos. • Consecuencia: recombinación génica. Paquiteno Miguel A. Castro R.
  • 65.
    • Comienza laseparación de los cromosomas homólogos. • Permanecen unidos por puntos denominados QUIASMAS. Diploteno Miguel A. Castro R.
  • 66.
    Diacinesis • Máximacondensación de cromosomas. • Las cromátidas se hacen visibles. • Las cromátidas hermanas están unidas por el centrómero. • Los cromosomas homólogos están unidos por los quiasmas (entre cromatidas no hermanas) • Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo. • Se comienza a formar el huso acromático. • Se forman las fibras cinetocóricas Miguel A. Castro R.
  • 67.
    Metafase I En laplaca ecuatorial se sitúan las tétradas unidas por los quiasmas. Los cinetocoros de las cromátidas hermanas del mismo cromosoma se orientan hacia el mismo polo de la célula Miguel A. Castro R.
  • 68.
    Anafase I Se separanlos cromosomas homólogos. No se separan cromátidas, sino cromosomas completos. Los cromosomas están recombinados Al final de la anafase I tenemos dos juegos de cromosomas separados en los polos opuestos de la célula, uno de cada par, por lo que es en esta fase cuando se reduce a la mitad el número de cromosomas. Miguel A. Castro R.
  • 69.
    Telofase I Reaparece lamembrana nuclear y el nucléolo. Los cromosomas sufren una pequeña descondensación Con la citocinesis, se obtienen dos células hijas con la mitad de cromosomas de la célula madre. Miguel A. Castro R.
  • 70.
    Meiosis II 1. Similara una mitosis 2. Ocurre simultáneamente en las dos células hijas 3. La interfase es muy breve, no hay duplicación del ADN 4. Surgen 4 células haploides, con n cromosomas cada una y genéticamente diferentes Miguel A. Castro R.
  • 71.
  • 72.
    Importancia biológica dela meiosis 1. A nivel genético: Se produce la recombinación de genes durante el sobrecruzamiento. Las células hijas son haploides, y sus cromátidas no son iguales entre sí. Todo ello aumenta la variabilidad de la información genética que lleva la célula. 2. A nivel celular: Pasamos de células diploides a haploides 3. A nivel orgánico: Las células resultantes son los gametos o esporas. La fusión de gametos con la mitad de cromosomas garantiza que se mantenga el número cromosómico del organismo. http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter11/unique_features_of_meiosis.html http://highered.mcgraw-hill.com/sites/9834092339/student_view0/chapter11/comparison_of_meiosis_and_mitosis.html Miguel A. Castro R.
  • 73.
  • 74.
    2n2n Ciclo diploide: mayoríaanimales 2n Cigotos Animal adulto: hembra Meiosis Meiosis nn Gametos Animal adulto: macho Miguel A. Castro R.
  • 75.
    Mitosis vs Meiosis: •Conservativa(2n)  (2n) •Una división (2 células hijas) •No suele haber apareamiento cromosomas homólogos (y no quiasma) •Células no gaméticas •Interviene en el crecimiento y la reproducción asexual Mitosis Meiosis •Reductiva (2n)  (n) •Dos divisiones (4 células hijas) • Apareamiento cromosomas homólogos (y quiasma -> entrecruzamiento) •Células gaméticas •Imprescindible en la reproducción sexual Miguel A. Castro R.
  • 76.
    Reproducción asexual • Intervieneun solo organismo • Se obtienen copias idénticas • Es propio de seres unicelulares pero también se da en otros grupos • Se hace por mitosis • No se genera variabilidad genética • Es un proceso sencillo y rápido. • Muy útil para la colonización de nuevos medios. • La falta de variabilidad puede originar la extinción por falta de adaptación en caso de cambio del medio Miguel A. Castro R.
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    Reproducción sexual • Intervienendos organismos • Se obtienen individuos con mezcla de las características de los dos progenitores. • Se hace por meiosis • Se forma un cigoto tras la fecundación • Si se genera variabilidad genética: a. Por la recombinación en la meiosis b. Por la distribución al azar de los cromosomas c. Por diferencias entre los genes de los gametos • Es un proceso más lento y complicado que la reproducción asexual • Permite adaptarse al medio en condiciones adversas. Miguel A. Castro R.
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  • 80.
    n n Gametos Cigoto (2n) Fecundación Fasediploide (Esporofito) Espora (n) Meiosis Fase haploide (Gametofito) Ciclo diplohaplonte Miguel A. Castro R.
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