UNIDAD I: LA CÉLULA

DIVISIÓN CELULAR I

INTRODUCCIÓN

"Omnis cellula e cellula": Todas las células provienen de otras células pre-existentes. Así RudolfVirchow completaba, en 1858, la teoría celular. Posteriormente, en 1860, Pasteur amplía elaforismo señalando: “Omne vivum e vivo" (todo lo vivo proviene de lo vivo) y refutadefinitivamente la idea de la generación espontánea. Al respecto, hoy sabemos que todos losorganismos vivos utilizan la división celular, como mecanismo de reproducción, mecanismo dedesarrollo, formación de órganos, reparación de tejidos y crecimiento del individuo.

Los organismos unicelulares utilizan la división celular para lareproducción y perpetuación de la especie, una célula se divide en doscélulas hijas genéticamente idénticas entre sí e iguales a la original(progenitora), manteniendo el número cromosómico y la identidadgenética de la especie. En cambio, en los organismos pluricelulares ladivisión celular se convierte en un proceso cíclico destinado a laproducción de múltiples células, todas idénticas entre sí, pero queposteriormente pueden derivar en una especialización y diferenciacióndentro del individuo. Lo anterior permite la formación de distintostejidos, órganos y sistemas. Es así como en los seres humamospodemos encontrar unas 1014 células, todas originadas por divisionessucesivas de una célula progenitora, el cigoto, todas genéticamenteiguales, pero diferentes en morfología y función. ¿Cómo podrías explicaresta aparente contradicción, células idénticas genéticamente ydiferentes en forma y función?

El axioma de Rudolf Virchow, lleva implícito el concepto de división celular. Esto significa que, unavez terminado su desarrollo, toda célula tiene dos posibilidades: dividirse hasta alcanzar un ciertotamaño o, por el contrario, diferenciarse o morir si ha perdido la capacidad de división. En el primercaso se habla de ciclo celular para describir el proceso que se inicia al término de una divisióncelular y acaba con el final de la siguiente división, en la que se habrán formado dos nuevas células.Dicho de otro modo, el ciclo celular es la serie de eventos que transcurren desde que unacélula se forma por división de una preexistente hasta que se divide y da origen a doscélulas hijas.

C U R S O: BIOLOGÍA MENCIÓN

MATERIAL BM Nº 10

¿Sabías que...?

Las células diferenciadas de algunos tejidos, por ejemplo, las neuronas del sistemanervioso, no pueden experimentar división celular in vivo (poblaciones celulares estáticaso terminalmente diferenciadas); en el otro extremo se sitúan las poblaciones celularesregenerantes, como las células del epitelio intestinal o de la epidermis, que sufrencontinuos ciclos de división celular durante toda la vida del organismo. En medio, hayotras células, por ejemplo, los hepatocitos (células del hígado), que no suelenexperimentar división celular, pero que mantienen la capacidad de llevarla a cabo cuandosurge la necesidad (poblaciones celulares estables o proliferantes facultativas).

La característica quemejor distingue a losorganismos vivos dela materia no viva es:

la capacidad dereproducirse

Esta única capacidadde procrear, comotodas las funcionesbiológicas, tiene unabase celular

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1. DIVISIONES CELULARESEn los procariontes el proceso de división es sencillo y recibe el nombre de fisión binaria o simplebipartición. En cambio, en los eucariontes el proceso divisional es mucho más complejo, debido aque en los eucariontes el ADN está organizado en forma de cromatina, la que se compacta antesde llevarse a efecto la división del material genético propiamente tal, formando unidadesdenominadas cromosomas. A pesar de las diferencias observadas entre procariontes yeucariontes, existen numerosos puntos en común entre la división celular de ambos tipos decélulas. Todas las células deben pasar por cuatro etapas.

1. Crecimiento2. Duplicación del ADN.3. Separación del ADN.4. Formación de células "hijas" con lo que finaliza la división celular.

División en procariontesLos procariotas se reproducen típicamente por fisión binaria o simple bipartición. Una célula "madre"duplica su material genético y celular, que se reparte equitativamente dando lugar a dos células "hijas"genéticamente idénticas a la original. Se trata de una reproducción asexual. Luego de numerosasmultiplicaciones a partir de una célula, se obtiene un clon o colonia de células iguales. En este caso, losgenes se transfieren verticalmente, de generación en generación, de la célula madre a las células hijas.

División en eucariontes

La división celular en eucariontes es un proceso complejo, regulado por numerosos genes. Engeneral, cuando una célula eucarionte es estimulada para dividirse, ésta debe iniciar una serie deprocesos secuenciales, que en definitiva culminan con la división celular. Dado que esta secuenciade procesos siempre debe darse, se habla de un ciclo celular (Figura 2). Así, toda vez que unacélula es estimulada para dividirse repite paso a paso lo experimentado por las células que a suvez la originaron. Es importante recordar, que las células originadas en estas divisiones songenéticamente idénticas entre sí e idénticas con las células precursoras (progenitoras). Por esto,puede afirmarse que las células formadas constituyen clones de las células anteriores.

Reproducciónasexual

Las bacterias se multiplican por bipartición o división binaria, tras lareplicación del ADN, que está dirigida por la ADN polimerasa de losmesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversalque separa las dos nuevas bacterias (Simple división).

Figura 1. El material genético se reparteequitativamente entre las células hijas de lascélulas procariontes, gracias a una estructuramembranosa denominada mesosoma que formaparte de la membrana.

cromosoma

Replicación

mesosoma

división

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Ciclo celular.

Figura 2. Ciclo Celular.

La duración del ciclo celular es variable, dependiendo del tipo de célula, de los nutrientes y de latemperatura. Por ejemplo, en condiciones óptimas de cultivo, una ameba tiene un ciclo celular deunas 10 horas, un ciliado de 2-3 horas y células de mamífero, en promedio, unas 24 horas.

El ciclo vital de una célula se divide en dos fases muy definidas:

• Interfase

• División o fase M.

Interfase

La interfase es de gran importancia para el adecuado desarrollo del ciclo celular. No es unmomento de reposo, pues en ella tiene lugar una gran actividad metabólica, caracterizada porla síntesis de importantes tipos de macromoléculas e incluso la duplicación de organelos celulares.La interfase se puede subdividir para su estudio en tres periodos: G1, S y G2.

Figura 3. Interfase.

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G1: este periodo sigue a la mitosis anterior y corresponde a la fase de crecimiento celular. Nose aprecian los cromosomas, ya que el material genético se encuentra disperso en el interiordel núcleo celular en forma de cromatina (ADN asociado a múltiples tipos de proteínas de lasque sobresalen las Histonas). Los genes se transcriben de acuerdo con los requerimientosmetabólicos que presenta la célula en cada momento. En el citoplasma se suceden losdiferentes procesos metabólicos y los organelos celulares se multiplican, mientras la célulacrece.

Es en G1, una vez que la célula ha crecido, donde deberá “decidir” si inicia un nuevo caminoque la lleve a volver a dividirse o bien, se encamine hacia un estado no proliferativo (llamadoestado G0). Este último estado se caracteriza por la adquisición de funciones específicas decada tipo de tejido en el individuo pluricelular (diferenciación celular). Si la célula es estimuladapara iniciar un nuevo proceso divisional, la célula inicia las síntesis de sustancias que serequerirán en la siguiente fase.

No hay síntesis de ADN, sí puede haber reparación del DNA dañado.

S: Es el período de síntesis de ADN. En él, la doble hélice se abre en diversos puntos(horquillas de replicación) donde se inicia la síntesis del ADN (replicación del ADN).

G2: periodo que antecede a la mitosis. En este periodo el ADN ya está duplicado, es decir, lacélula contiene el doble de ADN que una célula en estado G1. Además, al final de este períodose inicia un lento pero sostenido empaquetamiento que conducirá, durante la mitosis, a laformación de los diferentes cromosomas.

También existe reparación del DNA dañado y comienza la síntesis de proteínas necesarias parala conformación de la cromatina que inicia lentamente su enrollamiento y compactación.

FASE M

Es la última etapa de ciclo celular y culmina produciendo a la vez dos sucesos; mitosis ycitocinesis, en la que los cromosomas y el contenido citoplasmático (organelos) se distribuyenequitativamente entre las células hijas. En esta fase no se aprecia actividad metabólica, lacélula está comprometida con la división.

La Mitosis corresponde a la división del núcleo, por ello es importante recalcar que una célulano se divide por mitosis, sino que en la división celular el material genético primero se reparteequitativamente y ese proceso recibe el nombre de mitosis. Recuerda que puede haber mitosis yno citodiéresis, en cuyo caso no ha existido división celular.

Aunque la mitosis es un proceso continuo se acostumbra a dividirlo para su estudio yreconocimiento en cuatro fases distintas llamadas: profase, metafase, anafase y telofase (Figura 4).Se puede destacar que aunque el estudio lo haremos en una célula animal, este proceso seproduce de una manera similar en las células de otros tipos de eucariontes, incluidos vegetales.

5Figura 5. Profase.

centrómero concinetocoros unidos

envoltura nuclear se desorganiza envoltura nuclear intacta

Figura 4. Fases de la mitosis.

a) Profase

Es la fase más larga y en ella suceden una serie de fenómenos tanto en el núcleo como en elcitoplasma. La envoltura nuclear empieza a fragmentarse y los nucléolos van desapareciendoprogresivamente (Figura 5).

zona o placaecuatorial

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centrosoma(polo del huso) cinetocoro

microtúbulos astrales microtúbulos cinetocóricos microtúbulos apolares

Durante la mayor parte de la vida de una célula eucarionte, el ADN se encuentra confinado en elnúcleo asociado a proteínas y ARN, constituyendo cromatina. Sin embargo, cuando las célulasestán en división, la cromatina se compacta formando estructuras discretas visibles almicroscopio, los cromosomas. La compactación de la cromatina es tal que el cromosoma esaproximadamente 10.000 veces más corto que la macromolécula de ADN que contiene.

Puesto que el ADN se duplicó en el periodo S de la interfase, cada cromosoma está formado pordos cromátidas, las que se mantienen unidas por el centrómero. Cada cromátida está constituidapor una fibra de cromatina idéntica a la de la otra cromátida. Cada fibra de cromatina porta unamacromolécula de ADN bicatenario.

En las células animales un par de centríolos (ubicados en el centrosoma) se han duplicado eninterfase (fase S y G2) y han dado lugar a dos pares de centríolos que constituirán los focos de losásteres (distribución radial de microtúbulos). Los dos ásteres que al principio están juntos seseparan a polos opuestos de la célula y los haces de microtúbulos se alargan y forman un husomitótico o huso acromático bipolar.

Las células vegetales no tienen centríolos y el huso acromático se forma a partir del centrosomaacentriolado. Estos husos sin centríolo se llaman husos anastrales y están menos centrados enlos polos. En este punto, es importante hacer notar que en las células animales, en las que se handestruido los centríolos, la mitosis se lleva a efecto normalmente.

b) Metafase

El huso mitótico ya está perfectamente desarrollado. Los cinetocoros de los cromosomasinteraccionan por medio de unos microtúbulos con los filamentos del huso y los cromosomas sonalineados en la placa ecuatorial de la célula o placa metafásica. En esta fase los cromosomasse encuentran todos en la zona ecuatorial, orientados perpendicularmente a los microtúbulos queforman el huso acromático constituyendo la denominada placa ecuatorial (Figura 6).

Figura 6. Placa ecuatorial.

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Figura 9. Citocinesis de célula vegetal.

los microtúbulos cinetocóricosse acortan a medida que lacromátida (cromosoma) esarrastrada hacia los polos

microtúbulo polaralargándose

microtúbulocinetocóricoacortándose

microtúbulo astral

Se organiza laenvolutra nuclear

Duplicacióncromosómica

(Fase S)

Centrómero

Separación decromátidashermanas

Cromátidashermanas

0,5 μm

c) Anafase

Los cinetocoros se separan y cada cromátida es arrastrada hacia un polo de la célula. Elmovimiento se produce por un desensamblaje de los microtúbulos, fundamentalmente a nivel delos cinetocoros. Al desplazarse cada cromátida, sus brazos se retrasan formando estructuras en Vcon los vértices dirigidos hacia los polos (Figura 7).

d) TelofaseLos cromosomas son revestidos por fragmentos del retículo endoplasmático que terminarán“soldándose” para constituir la envoltura nuclear. Poco a poco los cromosomas vandesenrollándose y se desfiguran adquiriendo el núcleo un aspecto cada vez más interfásico, losnucléolos comienzan a reaparecer. Los microtúbulos del huso se agrupan en haces por la apariciónen la región media de cilindros de una sustancia densa y pierden sus conexiones con los polos.Finalmente los cilindros se fusionan en un solo haz y la célula se divide en dos.

Citocinesis

La división del citoplasma se inicia ya al final de anafase y continúa alo largo de la telofase. Se produce de manera distinta en las célulasanimales y en las vegetales. En las células animales tiene lugar porsimple estrangulación de la célula a nivel del ecuador del huso. Laestrangulación se lleva a cabo gracias a proteínas ligadas a la membranaque formarán un anillo contráctil (Figura 8).

Figura 7. Anafase.

Figura 8. Citocinesis de célula animal.

par de centríolos queidentifican la localizacióndel centrosoma

anillo contráctil que generael surco de segmentación

envoltura nuclear completaque rodea los cromosomasen descondensación

reparación del nucleolo

cuerpo medio: región desoplamiento de microtúbulos

restos comprimidos de losmicrotúbulos polares del huso

nueva formación delconjunto de microtúbulosinterfásicos nucleadospor el centrosoma

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En las células vegetales aparece un sistema de fibras formado por microtúbulos en forma debarril: el fragmoplasto. En su plano ecuatorial se depositan pequeñas vesículas que provienen delos dictiosomas del aparato de Golgi. Estas vesículas contienen sustancias pécticas que formaránla lámina media. Todo ello crece de dentro a fuera. La división no es completa entre ambascélulas hijas, manteniéndose algunos poros de comunicación: los plasmodemos. Posteriormentese depositan el resto de las capas que forman la pared celular. Es más, cada célula hija depositaráa su alrededor una nueva pared celular. Las paredes celulares de las células vegetales se estiran yse rompen permitiendo a las células hijas crecer (Figura 9).

2. CROMOSOMAS Y ADN DURANTE EL CICLO CELULAR

Cuando una célula se encuentra en mitosis, el núcleo se desorganiza y se visualizan loscromosomas, en cambio, durante la interfase o en estado de reposo proliferativo (fuera del ciclocelular: G0), las células presentan un núcleo bien definido y es imposible observar cromosomas.Sin embargo, esta situación puede modificarse en el laboratorio, “obligando” a una célula eninterfase a condensar su ADN y formar cromosomas (Figura 10).

Figura 10. Cromosomas inducidos en distintas etapas de la interfase.

Como se aprecia en el esquema anterior, si una célula en fase G1 es “obligada”experimentalmente a formar cromosomas (cromosomas inducidos), éstos se aprecian alargados yformados por una sola “cromátida”. Recuerda que los cromosomas formados en profase estánconstituidos por dos cromátidas (cromosomas “dobles”). Podríamos decir que la cantidad decromosomas formados en G1 coincide con la cantidad de macromoléculas de ADN (uncromosoma – una macromolécula de ADN). Esta situación cambia en G2, en la cual loscromosomas inducidos se parecen a los formados naturalmente en mitosis (poseen doscromátidas) Figura 11. Así, en G2 cada cromosoma inducido está constituido por dosmacromoléculas de ADN (un cromosoma – dos macromoléculas de ADN).

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El número de cromosomas por célula es igual al número de centrómeros y el número demoléculas de ADN equivale al número de cromátidas (Figura 12).

Figura 12. Comparación del número de cromosomas y de moléculas de ADN durante el curso del ciclocelular

Figura 11. Estructura de un cromosoma eucarionte.

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3. PLOIDÍA

Si se preguntara, ¿cuántos cromosomas podemos observar en una célula humana de mujer enmetafase?, la respuesta sería 46, lo cual no sería sorpresa. Pero, si la pregunta fuera, en términoscoloquiales, ¿cuántos cromosomas diferentes podemos encontrar en aquella célula?, la respuestasería otra, en este caso diríamos 23. ¿Porqué dos respuestas distintas? Para entender esto,tendremos que tener en cuenta que una célula humana lleva duplicada su información genética,diríamos que sus cromosomas están literalmente repetidos. Portamos para cada tipo decromosomas dos unidades, una materna y otra paterna (cromosomas homólogos). En generallos dos cromosomas de un par homólogo se parecen en su estructura y tamaño y cada unocontiene información genética para el mismo conjunto de características hereditarias. Por ejemplosi un gen de un cromosoma particular codifica una característica como el color del cabello otro gendenominado alelo en la misma posición (locus), en su cromosoma homólogo también codifica elcolor del cabello, sin embargo no es necesario que los alelos sean idénticos: uno puededeterminar el cabello negro y el otro alelo el cabello rubio (Figura 13). Como se observa si unacélula posee doble información genética es diploide (2n) pero no todas las células eucariontesson diploides: las células reproductoras como los óvulos y los espermatozoides poseen un sóloconjunto de cromosomas células denominadas haploides (n). Las células haploides poseen unasola copia de cada gen.

¿Por qué el proyecto Genoma Humano en su estudio consideró, de los 46cromosomas, sólo 22 cromosomas autosómicos y el par de cromosomassexuales (X e Y)?

Figura 13. Un organismo diploide posee dosalelos ubicados en un par de cromosomashomólogos.

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4. VARIACIÓN DE LA CANTIDAD DE ADN (c) DURANTE UN CICLOCELULAR.

Anteriormente se hizo hincapié que una misma célula puede mantener la cantidad de cromosomas(mantener la ploidía) y sin embargo, ver modificado su contenido de ADN (Figura 14).

Figura 14. Cantidad de ADN durante el ciclo celular.

CariotiposPara estudiar la constitución cromosómica de un individuo, y, por extensión, la dela especie a la cual pertenece, los cromosomas son fotografiados a partir de célulasdetenidas en metafase, la fase más adecuada para la observación de loscromosomas. Para ello se rompe la célula, por ejemplo: mediante choque osmótico,los cromosomas se tiñen, se aplastan para que se extiendan y a continuación sefotografían, se ordenan de mayor a menor tamaño en parejas de homólogos. Luegose usa un segundo criterio que corresponde a la ubicación del centrómero yfinalmente los pares homólogos se enumeran, en este ejemplo, del 1 al 22 lospares de cromosomas autosómicos y sin numerar el par sexual. Este ordenamientose denomina cariotipo.

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En rigor, la cantidad de ADN de una célula se expresa en masa (picogramos, pg).

Las células que se encuentran en G1 o que se encuentran en reposo proliferativo (G0), formarían,si fuesen inducidos, cromosomas simples. En consecuencia, por cada cromosoma habría unamacromolécula de ADN. En la especie humana, por ejemplo, 46 cromosomas y 46macromoléculas de ADN. Diríamos que por cada “n” habría un número idéntico de ADN, quellamaremos “c”. Luego como la célula humana es diploide es “2n” y tendría, “2c” en cantidad deADN. Sin embargo, esto puede cambiar, dado que durante la fase S se duplica la cantidad de ADNy no se altera la cantidad de cromosomas. Así, en G2 se inducirían cromosomas de aspecto similara los formados en Profase, cromosomas dobles; es decir, en G2 por cada “n” habrá “2c”, porconsiguiente diríamos que estamos en presencia de una célula “2n” y “4c”.

5. CONTROL DE LA DIVISIÓN CELULAR

Durante el proceso de división celular la célula pasa por al menos tres puntos de control(checkpoints). Estos puntos son responsables de verificar la integridad del material genético,reparando daños producidos durante la síntesis de ADN o durante la mitosis (figura 14), ellos son:

Punto de control G1, en este punto el sistema de control de la célula pondrá en marcha elproceso que inicia la fase S. El sistema evaluará la integridad del ADN (que no este dañado), lapresencia de nutrientes en el entorno y el tamaño celular. Aquí es donde generalmente actúan lasseñales que detienen el ciclo (arresto celular).

Punto de control G2, en él se pone en marcha el proceso que inicia la fase M. En este punto, elsistema de control verificará que la duplicación del ADN se halla completado (que no estedañado), si es favorable el entorno y si la célula es lo suficientemente grande para dividirse.

Punto de control de la Metafase o del Huso, verifica si los cromosomas están alineadosapropiadamente en el plano metafásico antes de entrar en anafase. Este punto protege contrapérdidas o ganancias de cromosomas.

Figura 15. Puntos de Control e Ingreso de la información reguladora al Sistema de Control del Ciclo Celular.

Entrada en MSalida de M

Punto de control G2

¿está todo el ADN replicado?maquinaria de la replicación del ADN¿es favorable el entorno?entorno¿Es la célula bastante grande?crecimiento celular

Punto de control de la Metafase

¿Están todos los cromosomasalineados en el huso?maquinaria de la mitosis

Punto de control G1

¿es la célula bastante grande?crecimiento celular¿es favorable el entorno?entornoInicio

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6. CÁNCER

El cáncer no es una enfermedad, sino más bien muchas enfermedades, de hecho, hay 100 tiposdiferentes de cáncer. Estos diferentes tipos de cáncer se desarrollan a partir de células normales,proceso que se denomina transformación. El primer paso de éste es la iniciación en donde uncambio en el material genético de la célula la prepara para ser transformada en cancerosa. Estecambio es causado por un agente carcinógeno el que puede ser un producto químico, un virus,radiación o luz solar, etc., pero no todas las células son igualmente sensibles a los agentescarcinógenos. Una alteración provocada por un agente a nivel genético en la célula, conocidocomo promotor, pueden aumentar la posibilidad de que las células se conviertan en cancerosas. Elsiguiente paso es la promoción, donde una célula que ha iniciado su cambio se transforma encancerosa. La promoción no tiene efecto sobre las células que no han sido sometidas al procesode iniciación. Por lo tanto, son necesarios varios factores, a veces la combinación de una célulasensible y un agente cancerígeno para causar el cáncer.

Las células tumorales presentan un set específico de características que las distinguen de lascélulas normales. Estas características le permiten a cada célula individual formar una masa detumor y eventualmente invadir a otras partes del cuerpo.

Las células tumorales experimentan cambios morfológicos y estructurales.Generalmente son más redondeadas que las normales, porque se han alterado las moléculasde adhesión celular que posibilitan las uniones intercelulares. La reducida adhesividadintercelular y las alteraciones en el citoesqueleto contribuyen a sus cambios morfológicos.

Las células cancerosas tienen un índice mitótico elevado, es decir se dividen con mayorrapidez que las normales. Estas se multiplican en ausencia de factores estimulantes delcrecimiento, requeridos por las células normales para su proliferación. Sin embargo, las célulascancerosas sintetizan sus propios factores de crecimiento que actúan en forma autocrina yparacrina, estimulando las células tumorales circundantes. Por lo tanto se ha producido enellas una alteración del ciclo celular, con modificación de los reguladores naturales de lamitosis. Esto se evidencia en cultivos in vitro de células tumorales, las cuáles han perdido lainhibición por contacto.

Proteína p53, el guardián del genoma

Como hemos mencionado en los párrafos precedentes, 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 queretrasa la entrada en fase M. El mecanismo depende de una proteína llamada p53, que seacumula en la célula en respuesta a las alteraciones de ADN, deteniendo el sistema de controlen G1 y por lo tanto impidiendo la posterior entrada en mitosis. El gen p53 es uno de los genessupresores de tumores más conocidos, que no sólo detiene el ciclo (arresto celular), sinotambién participa en la apoptosis (muerte celular programada) forzando a las células alsuicidio cuando el daño en el ADN es irreparable.

Las células que presentan los dos alelos del gen p53 mutados (recuerda que somosdiploides), tendrán proteína p53 no activa y por lo tanto continuarán dividiéndose a pesar deldaño en su genoma, por lo tanto desarrollarán cáncer. Las mutaciones del gen p53 presentauna alta incidencia en la mayoría de los cánceres humanos (aproximadamente un 50% de loscánceres humanos muestran alteraciones en el gen p53).

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Existe una relación núcleo citoplasmática elevada, con nucléolos prominentes y mitosisabundantes.

Las células tumorales malignas pueden desprenderse del tumor primario, pasar a la circulacióny formar tumores secundarios en otros órganos, fenómeno denominado metástasis.

Las células cancerosas son angiogénicas, es decir que generan factores que inducen laformación de nuevos vasos sanguíneos a fin de suministrarle los recursos materiales yenergéticos para su desarrollo y metástasis secundarias.

No todos los tumores son cancerosos. Los tumores pueden ser benignos o malignos. Los tumoresbenignos no son cancerosos. Generalmente se pueden extraer (extirpar). En la mayoría de loscasos, estos tumores no vuelven a crecer. Las células de los tumores benignos no se diseminan oriegan a otros tejidos o partes del cuerpo. En cambio los tumores malignos son cancerosos. Lascélulas en estos tumores pueden invadir el tejido a su alrededor y diseminarse (regarse) a otrosórganos del cuerpo (Metástasis) (Figura 16).

Figura 16. Apoptosis, tumores cancerosos y metástasis.

Eliminación espontánea decélulas anormales (apoptosis)represión del cáncer

Células normalesTumor local

Células que migran aotros órganospudiendo provocartumores secundarios

Célula cancerosa(mitosis aceleradas)

Agentes cancerigenos (virus, rayos X,hidrocarburos, tabaco, etc.

Metástasis

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Bases Genéticas del Cáncer

El cáncer puede aparecer al provocarse daños en el material genético o mutaciones en un grupode genes que regulan la normal reproducción celular. Cuando se producen mutaciones en losprotooncogenes, se transforman en oncogenes. Además están los genes supresores oinhibidores de tumores llamados antioncogenes, los que se inactivan. También se altera elfuncionamiento de una serie de genes que regulan la migración celular y por lo tanto, sepromueven la invasión a los tejidos.

Causas del Cáncer

Están los factores hereditarios y los ambientales. Menos del 20% de los cánceres son de causahereditaria y casi un 80% de esta patología son de causa ambiental (virus, radiaciones,alimentaria, etc.). A continuación se presenta una tabla que resume los factores causantes delcáncer.

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Factores Características

Hereditarios

En algunos, la fragilidad intrínseca cromosómica conlleva un riesgoelevado de cáncer. Algunas formas de cáncer son de mayor frecuenciafamiliar; como por ejemplo el cáncer de mama. El cáncer de colon esmás frecuente en las familias con tendencia a presentar pólipos decolon.

Virales: Los virus oncogénicos pueden insertar sus genes en diferenteslugares del genoma animal. Un oncogen viral se inserta en conexióncon un oncogen celular, influye en su expresión e induce cáncer.Los oncogenes tienen una localización dentro del cromosoma próximos alos puntos frágiles o puntos de ruptura.En el ser humano: el virus de Epstein-Barr se asocia con el linfomade Burkitt y los linfoepiteliomas; el virus de la hepatitis con elhepatocarcinoma; y el virus herpes tipo II, virus del herpesgenital y virus papiloma humano con el carcinoma de cérvix. Todosestos virus asociados a tumores humanos son del tipo DNA.

Radiaciones: Las radiaciones ionizantes produce cambios en el DNA,como roturas o trasposiciones cromosómicas Actúa como iniciadorde la carcinogénesis, induciendo alteraciones que progresan hastaconvertirse en cáncer después de un periodo de latencia de varios años.

Productos Químicos: Algunos actúan como iniciadores. Losiniciadores producen cambios irreversibles en el DNA.Otros son promotores, no producen alteraciones en el DNA, pero sí unincremento de su síntesis y una estimulación de la expresión delos genes. Su acción sólo tiene efecto cuando ha actuado previamenteun iniciador, y cuando actúan de forma repetida. El humo del tabaco, porejemplo, contiene muchos productos químicos iniciadores y promotores.El alcohol es también un importante promotor. Los carcinógenosquímicos producen también roturas y translocacionescromosómicas.El humo de tabaco, inhalado de forma activa o pasiva; es responsable decerca del 30% de las muertes por cáncer.

Inmunes: Algunas enfermedades o procesos que conducen a unasituación de déficit del sistema inmunológico son la causa del desarrollode algunos cánceres. Esto sucede en el SIDA, enfermedades deficitariasdel sistema inmunológico congénitas, o debido a la administración defármacos inmunodepresores.

Ambientales

Alimentarios: Dieta con un alto contenido en grasas saturadas y pobreen fibra, es decir, en frutas y verduras puede ser responsable del 40%de los casos de cáncer.

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¿Qué son las células madre?

Podría decirse que las células madre son células que no tienen un papel asignado en elorganismo. De la misma forma que un actor espera la llamada de un casting que le asigneun papel, las células madre esperan una señal que les diga en qué se tienen que convertir,ya que son capaces de originar muchos tipos de células diferentes. Este proceso es lo quese conoce como diferenciación celular o transformación. Mientras esa señal llega, lascélulas madre aguardan pacientemente y se dividen en forma lenta, constante eindefinidamente para originar nuevas células madre.

Las células madre se han clasificado en células madre embrionarias o totipotencialesy células madre órgano-específicas o pluripotenciales.

Célula madretotipotenciales

Célula madrepluripotentes

otras célulasmadre especializadaspluripotentes

Células madre sanguíneas

Glóbulosrojos Plaquetas

Glóbulosblancos

Célulasespecializadas

Las células madre embrionarias o totipotenciales derivan de la masa celular internadel embrión de hasta 16 células y son capaces de generar TODOS los diferentes tiposcelulares del cuerpo.

Células madreEmbrionarias

en cultivo

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En cambio las células madre órgano-específicas o pluripotenciales derivan, tras muchasdivisiones celulares, de las células madre embrionarias y son capaces de originar las células de unórgano concreto en el embrión, y también, en el adulto. El ejemplo más claro de células madreórgano-específicas, es el de las células madre hematopoyéticas, que son capaces de generartodos los tipos celulares de la sangre y del sistema inmune. Pero estas células madre existen enmuchos más órganos del cuerpo humano como la piel, tejido graso subcutáneo, músculo cardíacoy esquelético, cerebro, retina, páncreas, etc. Al día de hoy, se han conseguido cultivar(multiplicar) estas células tanto in-vitro (en el laboratorio), como in-vivo (en un modelo animal)utilizándolas para la reparación de tejidos dañados.

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7. CLONACIÓN

La clonación puede definirse como el proceso por el que se consiguen copias idénticas de unorganismo ya desarrollado, de forma asexual. Estas dos características son importantes:

Se parte de un animal ya desarrollado, porque la clonación responde a un interés porobtener copias de un determinado animal que nos importa, y sólo cuando es adultoconocemos sus características.

Por otro lado, se trata de hacerlo de forma asexual. La reproducción sexual, comoestudiarás más adelante, no nos permite obtener copias idénticas, ya que este tipo dereproducción por su misma naturaleza genera diversidad.

¿Por qué es posible la clonación?

La posibilidad de clonar se planteó con el descubrimiento del ADN y el conocimiento de cómo setransmite y expresa la información genética en los seres vivos.

Para entender mejor esto hace falta recordar brevemente cómo “está hecho” un ser vivo. Undeterminado animal está compuesto por millones de células, que vienen a ser como los ladrillosque forman el edificio que es el ser vivo. Esas células tienen aspectos y funciones muy diferentes.Sin embargo todas ellas tienen algo en común: en sus núcleos presentan unas largas cadenas quecontienen la información precisa de cómo es y cómo se organiza el organismo: el ADN. Cadacélula contiene toda la información sobre cómo es y cómo se desarrolla todo elorganismo del que forma parte .Esto es así por una razón muy sencilla: todas las células de unindividuo derivan de una célula inicial, el cigoto. Todas las células de un individuo se han generadopor división (mitosis y citocinesis) de una única célula. Entonces, podemos decir que unorganismo pluricelular es un clon del cigoto (Figura 17).

Figura 17. Todas las células de un adulto proceden de una célula inicial por división y diferenciación.

célula muscular

célula glándulamamaria célula nerviosa

Células embrionarias(poco diferenciadas)

Células reproductoras(óvulos y espermatozoides)

zigoto

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Cultivo de células de ubrede oveja de raza Finn Dorset

Céluladonadora en G0

Óvuloenucleado

Óvulode oveja de raza carinegra

Descargaeléctrica

Fusión

Citoplasmaovular con elnúcleo de la

célula donadora

Embrión

Transferencia ala madrehuésped

Oveja Finn Dorset(Dolly)

Dolly con su madrehuésped carinegra

¿Cómo se clonó a Dolly?

Dolly ha sido el primer animal superior clonado, es decir, generado a partir de una céluladiferenciada o somática, sin que hubiese fecundación. Esa célula procedía de un cultivo de célulasobtenidas a partir de la ubre de la oveja que se quería clonar. Como hemos dicho antes, lascélulas de un determinado tejido cuando se mantienen vivas fuera del cuerpo -en cultivo-, no danespontáneamente embriones, sino más células diferenciadas como ellas: no “recuerdan” cómo selleva a cabo el programa embrionario.

Para lograr que una de esas células “recuperase la memoria” y diera lugar a un nuevo ser, serecurrió a una técnica denominada transferencia nuclear: se tomó el núcleo de esa célula, quees la parte que contiene el ADN y por tanto la información, y se fusionó con el citoplasma de unóvulo procedente de otra oveja, al que previamente se había eliminado el núcleo. Se utilizó unóvulo porque es una célula equipada para el desarrollo embrionario, y su citoplasma (el contenidoque rodea al núcleo) vendría a ser de algún modo el entorno adecuado para que el núcleo de lacélula adulta se reprogramara. Y, en efecto, así fue: esa célula se transformó en un embrión ycomenzó el complejo programa embrionario, de manera idéntica al que se obtiene por la fusiónde un óvulo y un espermatozoide. Tras unos días de crecimiento in vitro el embrión se implantóen una madre de alquiler y 148 días después nació Dolly, una oveja genéticamente idéntica deaquella desde la cual se obtuvo las células de la ubre (Figura 18).

Figura 18. El proceso de obtención de Dolly fue muy costoso, y en la actualidad no se ha mejorado mucho.Dolly fue el único resultado positivo de 277 intentos, a partir de los cuales se consiguieron 29 embriones,muchos de estos no llegaron a desarrollarse y otros murieron a poco tiempo de nacer.

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Blastocisto

Masa interna de células

de 6 días

La clonación humana confines terapéuticos.

En el año 1998 dos grupos deinvestigadores en Estados Unidospublicaron la obtención de células madreembrionarias a partir de embrioneshumanos que procedían de fecundación invitro. Esos embriones estaban en la fasellamada de blastocisto. Los blastocistosson embriones de 5-6 días y que tienenun aspecto esférico con una cavidadinterna. Se diferencian en ellos lo que espropiamente el embrión (un grupo decélulas llamado masa celular interna),de las células que darán lugar a laplacenta (llamadas trofoblasto). Loslogros de estos grupos fueron de tipotécnico: tomaron masas celularesinternas de varios blastocistos(destruyéndolos en el proceso) y laspusieron en cultivo. Consiguieron por unlado que esas células, llamadas célulasmadre embrionarias, viviesen y sedividieran activamente en cultivo; y porotro, lograron una especialización dirigidade esas células: tratándolas condiferentes factores de crecimientoconsiguieron que dieran lugar a células depiel (ectodermo), pancreáticas(endodermo) o musculares cardíacas(mesodermo) Figura 19.

Figura 19. Células madres embrionarias humanas.

Colonias de célulasmadre embrionarias

1

Colonia de célulasdel páncreas

Colonia de célulasde piel

Colonia de célulasmusculares cardíacas

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célula somática óvulo

1. Generar por clonaciónun embrión idéntico ala persona enferma

Cigoto

2. Destruir el embrión enfase de blastocisto yobtener las célulasmadre

transferencianuclear

blastocisto(6 días)

Cultivo de célulasmadre embrionarias

3. Diferenciar las células madre altipo celular que interese (Porejemplo, neuronas)

ectodermo

4. Introducir las célulasdiferenciadas en el paciente

Entonces ¿en qué consiste la clonación humana con fines terapéuticos? consistiría encombinar la técnica de clonación con la de obtención de células madre embrionarias, para curar aindividuos que tuviesen una enfermedad que se pudiera resolver mediante trasplante celular. Estose haría de la siguiente manera:

1. Mediante la técnica empleada en Dolly se generaría un embrión a partir de células diferenciadasde la persona que se quiere curar.

2. El embrión obtenido por clonación se destruiría a los 6 días para obtener a partir de él célulasmadre embrionarias.

3. Esas células se especializarían hacia el tipo celular necesario para curar a la persona encuestión.

4. Se implantarían esas células para curar a la persona.

Al proceder de un embrión idéntico a la persona de partida, las células no provocarían rechazo alser implantadas y además la posibilidad de mantener congelados los cultivos celularesproporcionaría una fuente casi ilimitada de tejidos. Hay que indicar que desde el punto de vistatécnico este proceso es aún una mera posibilidad y haría falta mucha investigación para ponerloen marcha: no se han conseguido todavía tipos celulares bien definidos a partir de células madreembrionarias y hay pocas evidencias de que de hecho puedan curar enfermedades (Figura 20).

Figura 20. Propuesta de clonación humana con fines terapéuticos.

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Existen otras alternativas a la clonación humana con fines terapéuticos que no presentanobjeciones éticas tan serias, como la anterior. La más interesante es la posibilidad de conseguircélulas madre de origen no embrionario (Figura 21). En el cuerpo humano existen célulasmadre de adulto que son precursoras de otros tipos celulares: células menos especializadas quepodrían dar lugar a varios tipos de células. En los últimos años se ha descubierto que estas célulasson mucho más versátiles de lo que se pensaba. Si se ponen en cultivo y se tratan con diversosfactores puede hacerse que se diferencien hacia tipos celulares muy diferentes de aquellos a losque habitualmente dan lugar en el cuerpo. Por ejemplo, a partir de células de médula ósea se hanconseguido células de músculo, hueso, células nerviosas, hepatocitos, etc. Las células madre seencuentran en el adulto en la médula ósea, el sistema nervioso y órganos diversos. Tambiénpueden obtenerse células madre pluripotenciales del cordón umbilical y de la placenta delrecién nacido.

Otras posibilidades serían la modificación genética de células madre procedentes de otraspersonas para que no provocaran rechazo, o la existencia de bancos de células a los que sepudiera acudir para buscar células compatibles con la persona que las va a recibir.En definitiva:hay muchas vías terapéuticas que van haciéndose posibles por el desarrollo de la ciencia y que novulneran el respeto debido a la vida humana en todas las fases de su desarrollo. Es deber detodos defender la vida humana y fomentar que se canalicen los esfuerzos de la investigación hacialo que son verdaderos avances.

Figura 21. Alternativa: obtención de células madres de adulto.

1. Obtener células madredel enfermo

Cultivo de célulasmadre adulto

ectodermo

3. Introducir las célulasdiferenciadas en el enfermo

2. Diferenciar las célulasmadre al tipo celularque interese (porejemplo, neuronas)

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Preguntas de selección múltiple

1. Para que cualquier célula eucarionte pueda iniciar su división celular, es condiciónfundamental que previamente se de

A) reemplazo de ADN por ARN.B) rompimiento de la membrana nuclear.C) duplicación del material genético.D) reducción del número cromosómico.E) migración de los centríolos.

2. La mitosis queda mejor definida como

A) división citoplasmática de la célula.B) duplicación del material genético.C) compactación de la cromatina.D) división del material genético.E) desorganización de la membrana nuclear.

3. La microfotografía muestra a una célula vegetal que se encontraría en

A) interfase.B) G1.C) M.D) G2.E) S.

4. Un tumor maligno (canceroso) se caracteriza por

I) mostrar células indiferenciadas o de fenotipos alterados.II) poseer células inmortales desde el punto de vista divisional.

III) ser capaz de invadir otros tejidos u órganos, mediante metástasis.

A) Sólo I.B) Sólo II.C) Sólo III.D) Sólo I y III.E) I, II y III.

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5. El huso mitótico participa directamente en el

I) alejamiento de los polos celulares entre si.II) separación de cromosomas durante la anafase

III) movimiento de cromosomas hacia el plano ecuatorial de la célula.

A) Sólo I.B) Sólo I y II.C) Sólo I y III.D) Sólo II y III.E) I, II y III.

6. La especie humana tiene un número cromosómico de 2n=46, de acuerdo a esto. ¿Cuántoscromosomas tendrá una célula somática humana que nunca se ha dividido y otra que acabade generarse por mitosis?

A) 46 y 23B) 46 y 46C) 23 y 46D) 23 y 23E) 92 y 46

7. En una célula vegetal en metafase mitótica no es posible observar

I) carioteca.II) centríolos.

III) huso mitótico.

A) Sólo I.B) Sólo II.C) Sólo III.D) Sólo I y II.E) Sólo II y III.

8. Si una célula durante la fase G1 contiene una cantidad de ADN de 1,5 pg (picogramos),¿cuánto ADN podría tener si se mide la cantidad de ADN al término de la fase S?

A) 0.7 pgB) 1,5 pgC) 2,0 pgD) 3,0 pgE) 4,5 pg

9. Estará impedida de realizar mitosis, una célula

A) haploide.B) eucarionte.C) diploideD) procarionteE) triploide

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10. Los gráficos siguientes muestran las variaciones en las cantidades de ADN de dos célulasidénticas genéticamente, sometidas a diferentes condiciones experimentales. En el gráfico 1se aprecia el resultado obtenido con las células sin tratamiento experimental. El gráfico 2muestra el resultado obtenido con células incubadas con una droga experimental. Las célulasobtenidas en el experimento con la droga son mostradas con la imagen adjunta.

De los resultados obtenidos, se puede concluir que en las células del grupo experimental ladroga

A) inhibe la replicación del ADN.B) bloquea la mitosis y no se dividen.C) provoca que se dividan lentamente.D) inhibe la formación del huso mitóticoE) sería ineficaz, dado que no bloquea la síntesis de ADN.

11. La imagen podría corresponder a

A) una división nuclear por fisión.B) la condensación de la cromatina.C) la citocinesis de una célula animal.D) la formación de la placa ecuatorial.E) la separación de cromátidas hermanas.

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12. Para la obtención de clones, mediante la técnica de transferencia de núcleos celulares acitoplasmas de ovocitos enucleados, el (los) tipo(s) celular(es) usado(s) como dador(es) denúcleo(s) podría(n) ser células

I) somáticas diferenciadas.II) madres totipotenciales.

III) madres pluripotenciales.

A) Sólo I.B) Sólo II.C) Sólo III.D) Sólo II y III.E) I, II y III.

13. Se presenta un experimento de clonación en vegetales utilizando células somáticasdiferenciadas.

Al respecto es correcto

I) afirmar que el embrión y la planta joven tienen en sus células igual número decromosomas.

II) asegurar que las células del corte de la zanahoria tienen la misma informacióngenética que la zanahoria resultante.

III) inferir que la célula aislada diferenciada conserva la capacidad dedesdiferenciarse.

A) Sólo I.B) Sólo II.C) Sólo I y II.D) Sólo II y III.E) I, II y III.

14. En una célula animal con dotación cromosómica 2n=20, en metafase, mitótica se puedenobservar

A) 40 cromátidas.B) 40 centrómeros.C) 10 cromosomas.D) 20 moléculas de ADN.E) 20 cromosomas simples.

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15. Del siguiente cariotipo humano del sexo femenino es correcto afirmar que

I) se obtuvo de una célula diploide en anafase mitóticaII) se observan 22 pares de cromosomas autosómicos y un par sexual.

III) los cromosomas se presentan ordenados por tamaño y posición del centrómero.

A) Sólo I.B) Sólo II.C) Sólo III.D) Sólo II y III.E) I, II y III.

DMON-BM10

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