El documento describe el ciclo celular y la replicación del ADN. El ciclo celular consta de la interfase y la mitosis y está regulado por puntos de control. La replicación del ADN ocurre en la fase S a través de un modelo semiconservativo y comienza en orígenes de replicación, produciendo dos moléculas de ADN hijas idénticas a la original. Las enzimas ADN polimerasas catalizan la replicación y corrigen errores para asegurar la fidelidad.

1. Reproducción celular Tema 8

2. Diferenciación Muerte División

3. 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: Interfase Fase M (mitosis y citocinesis)

5. Ocupa la mayor parte del tiempo del ciclo celular.

6. La actividad metabólica es muy alta.

8. Fase S

10. Hay una intensa actividad biosintética.

11. Se sintetizan ARN y proteínas para que la célula aumente de tamaño.

12. En las células que no entran en mitosis, esta fase es permanente y se llama G0 (estado de reposo o quiescencia).

13. G0 es un estado propio de células diferenciadas, que entran en quiscencia o que van a morir (apoptosis).

14. Las decisiones que se toman en G1 dependen de complejos moleculares llamados puntos de control, basados en quinasas dependientes de ciclinas (CdKs)

16. 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.

18. Aparecen los cromosomas con dos cromátidas cada uno, unidas por el centrómero.

19. 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.

20. Si se detectan roturas del ADN, mediante los sistemas de control, la copia del resto del ADN se detiene. Fase S:

22. Se sintetizan proteínas necesarias para la inminente división celular.

23. Acaba con el inicio de la condensación de los cromosomas y la entrada en mitosis.

24. 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.

28. Transición de G1 a S: iniciación de la replicación.

29. Paso de G2 a M: iniciación de la mitosis.

30. Avance de metafase a anafase.Control del ciclo celular

31. REGULACION DEL CICLO CELULAR CELULAS ANIMALES Punto de restricción FACTORES DE CRECIMIENTO

32. 13

33. PUNTOS DE CONTROL DEL CICLO CELULAR CONTROL DE LA METAFASE Maquinaria de replicación del DNA Maquinaria de la mitosis ¿Se ha producido daño en el DNA? ¿Se ha replicado todo el DNA? Entorno ¿Es el entorno favorable? ¿Se ha producido daño en el DNA? ¿Están todos los cromosomas alineados en el huso? ¿Tiene la célula el tamaño adecuado? Crecimiento celular ¡COMENZAR MITOSIS! ¡FINALIZAR MITOSIS! CONTROL DE LA FASE G2 CONTROL DE LA FASE G1 CONTROL DE LA FASE S ¡CONTINUAR LA SÍNTESIS DE DNA! ¡ENTRAR EN CICLO! Crecimiento celular ¿Tiene la célula el tamaño adecuado? ¿Se ha producido daño en el DNA? Entorno ¿Es el entorno favorable? ¿Se ha producido daño en el DNA?

34. 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

35. 16 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

37. 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.

38. Se detendría la mitosis en caso de que la alineación de los cromosomas es incorrecta.

41. Ocurre en la fase S del ciclo celular.

42. El mecanismo de replicación se basa en la complementariedad de bases.

43. Inicialmente se plantearon tres posibles modelos de replicación:

44. Modelo conservativo

45. Modelo dispersivo

47. RESULTADOS DEL EXPERIMENTO CONTROL (Centrifugación del ADN conocido) Descarta el modelo conservativo Descarta el modelo dispersivo Experimento de Meselson y Stahl ADN 14N y ADN 15N ADN 14N ADN 15N 1ª generación 2ª generación 3ª generación INTERPRETACIÓN DEL EXPERIMENTO 3ª generación Cultivo con 14N Cultivo con 15N 2ª generación 1ª generación

48. http://biologia.uab.es/genomica/swf/dna.htm

49. Replicación del ADN – Características generales Proceso de duplicación del ADN mediante un modelo semiconservativo. Comienza en sitios específicos (orígenes de replicación) El proceso de replicación es bidireccional Las dos hebras nuevas se van alargando progresivamente, por adición secuencial de nucleótidos 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. Como las dos hebras de ADN son antiparalelas, una de las hebras se sintetiza de forma continua y otra de forma discontinua. El proceso de duplicación está catalizado por las enzimas ADN polimerasas (aunque intervienen muchas otras enzimas en el proceso) Hay una corrección de errores para asegurar la fidelidad de las copias

51. 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.

52. El proceso se ha estudiado en la bacteria E. Coli

55. 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.

56. Ori C Evitan las tensiones debidas a un superenrrollamiento Girasa Topoisomerasa Proteínas específicas Proteínas SSB Impiden que el ADN se vuelva a enrollar Helicasa Las proteínas específicas se unen al punto de iniciación La helicasa rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases y abre la doble hélice Burbuja de replicación Fases de la replicación: iniciación Consiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice de ADN

57. Resumen Reconocimiento del OriC por proteínas especificas Las helicasas rompen los puentes de H Las girasas y topoisomerasas alivian las tensiones del desenrrollamiento. Las proteínas SSB evitan que se vuelvan a unir las cadenas sencillas y se enrollen de nuevo Formación de la burbuja de replicación

58. 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: Actividad polimerasa. Va uniendo los desorribonucleotridostrifosfatos complementarios a la cadena original. Actividad exonucleasa. Elimina nucleótidos mal emparejados y trozos de ARN cebador

59. EXONUCLEASA POLIMERIZACIÓN POLIMERASA INICIACIÓN dirección función dirección función Actividad de las ADN polimerasas Junto a las enzimas que participan en la iniciación, en esta fase actúan las ADN polimerasas. elimina cebador 5’ 3’ I 5’ 3’ síntesis no 3’ 5’ reparación II 3’ 5’ 5’ 3’ reparación síntesis no III 3’ 5’ 5’ 3’ reparación síntesis no

60. 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 5’3’ y sintetiza la nueva cadena en sentido 3’5’ (las cadenas de ADN son antiparalelas)

61. El mecanismo de elongación es distinto en las dos cadenas: En una de las cadenas, la hebra conductora, la síntesis es continua. En la otra cadena, la hebra retardada, se produce una síntesis a base de pequeños fragmentos de ADN (fragmentos de Okazaki). La síntesis de cada uno de los fragmentos de Okazaki necesita de su cebador correspondiente (sintetizado por la primasa). Los cebadores serán posteriormente eliminados por la ADN polimerasa I que rellena el hueco con desoxirribonucleotidos. Finalmente una ligasa une los fragmentos sueltos.

62. 3’ Una de las hebras se sintetiza de modo contínuo. Es la conductora o lider. 5’ Fragmentos de Okazaki 3’ La ADN polimerasa necesita un fragmento de ARN (cebador o primer) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis. 5’ La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada. El mecanismo de elongación La ADN polimerasa recorre las hebras molde en el sentido 3’-5’ uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3’. 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’

63. 1 2 Cebador Primasas Cebador 3 4 5 6 Hebra retardada Nuevo cebador Ligasas Nuevo cebador Hebra retardada El mecanismo de elongación 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.

64. Terminación del proceso La replicación termina cuando se unen todos los fragmentos de Okazaki de la hebra retardada

65. Corrección de errores Durante la replicación se puede producir un error en el apareamiento de bases con una tasa de 1/100.000 bases. 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. La ADN ligasa une los fragmentos resultantes. A pesar de todo, siempre quedan algunos errores (mutaciones)

66. Existen cinco tipos de ADN polimerasas (, , , , y  ).

68. La replicación se origina simultáneamente en muchos puntos: los replicones (puede haber mas de6000 en un solo cromosoma).

69. Existen cinco tipos de ADN polimerasas (, , , , y  ).

70. El ADN eucariota está asociado a histonas, que se tienen que duplicar durante la duplicación para formar los nucleosomas.

73. 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.

75. 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.

76. La apoptosis implica varios cambios en la célula: 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.

80. Proceso exclusivo de eucariotas.

81. Se obtienen 2 células hijas, idénticas entre ellas y a la célula madre

82. Significado biológico:

83. Se mantiene el número de cromosomas.

84. Se mantiene la información genética.

85. Fases:

86. Profase y prometafase (profase tardía)

87. Metafase

88. Anafase

90. 49 Metafase 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

91. 50 Anafase 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. 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.

92. 51 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

93. Citocinesis 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)

95. Formación de Fragmoplasto

96. Unión de vesículas del aparato de Golgi.

99. Otros procesos de división celular 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

100. Bipartición Gemación Esporulación

102. A partir de una célula diploide (meiocito) se forman:

103. 4 células

104. Células haploides

105. Células con recombinación genética (diferentes entre sí)

106. Dos partes:

107. Meiosis I (fase reduccional)

109. 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

111. Esto se conoce como sinapsis (unión) y el complejo resultante se conoce como bivalente o tétrada.

112. Los cromosomas homólogos (paterno y materno) se aparean, asociándose así cromátidas homologas (no hermanas).

114. Diploteno Comienza la separación de los cromosomas homólogos. Permanecen unidos por puntos denominados QUIASMAS.

116. Las cromátidas se hacen visibles.

117. Las cromátidas hermanas están unidas por el centrómero.

118. Los cromosomas homólogos están unidos por los quiasmas (entre cromatidas no hermanas)

119. Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo.

120. Se comienza a formar el huso acromático.

122. 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.

123. 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.

124. Meiosis II Similar a una mitosis Ocurre simultáneamente en las dos células hijas La interfase es muy breve, no hay duplicación del ADN Surgen 4 células haploides, con n cromosomas cada una y genéticamente diferentes

126. Importancia biológica de la meiosis 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. A nivel celular: Pasamos de células diploides a haploides 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.

128. 2n 2n 2n n n Meiosis Meiosis Gametos Cigotos Ciclo diploide: mayoría animales Animal adulto: hembra Animal adulto: macho

130. Una división (2 células hijas)

131. No suele haber apareamiento cromosomas homólogos (y no quiasma)

132. Células no gaméticas

133. Interviene en el crecimiento y la reproducción asexual

134. Reductiva (2n)  (n)

135. Dos divisiones (4 células hijas)

136. Apareamiento cromosomas homólogos (y quiasma -> entrecruzamiento)

137. Células gaméticas

139. Se obtienen copias idénticas

140. Es propio de seres unicelulares pero también se da en otros grupos

141. Se hace por mitosis

142. No se genera variabilidad genética

143. Es un proceso sencillo y rápido.

144. Muy útil para la colonización de nuevos medios.

146. Se obtienen individuos con mezcla de las características de los dos progenitores.

147. Se hace por meiosis

148. Se forma un cigoto tras la fecundación

151. Ciclo diplonte 2n Meiosis Fase diploide (Mitosis) n n Gametos Fecundación Cigoto (2n)

152. Ciclo diplohaplonte Fase haploide (Gametofito) Espora (n) Meiosis n n Gametos Fase diploide (Esporofito) Cigoto (2n) Fecundación