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BIOLOGA MENCIN BM-11
R E P R O D U C C I N C E L U L A R I
Surco de segmentacin Cromosoma
Temprana Tarda
ANAFASE
2
Sabas que...?
Las clulas diferenciadas de algunos tejidos, por ejemplo, las neuronas del sistema
nervioso, no pueden experimentar divisin celular in vivo (poblaciones celulares estticas
o terminalmente diferenciadas); en el otro extremo se sitan las poblaciones celulares
regenerantes, como las clulas del epitelio intestinal o de la epidermis, que sufren
continuos ciclos de divisin celular durante toda la vida del organismo. En medio, hay
otras clulas, por ejemplo, los hepatocitos (clulas del hgado), que no suelen
experimentar divisin celular, pero que mantienen la capacidad de llevarla a cabo cuando
surge la necesidad (poblaciones celulares estables o proliferantes facultativas).
INTRODUCCIN
"Omnis cellula e cellula": Todas las clulas provienen de otras clulas pre-existentes. As Rudolf
Virchow completaba, en 1858, la teora celular. Posteriormente, en 1860, Pasteur ampla el
aforismo sealando: Omne vivum e vivo" (todo lo vivo proviene de lo vivo) y refuta definitivamente la idea de la generacin espontnea. Al respecto, hoy sabemos que todos los
organismos vivos utilizan la divisin celular, como mecanismo de reproduccin, mecanismo de
desarrollo, formacin de rganos, reparacin de tejidos y crecimiento del individuo.
Los organismos unicelulares utilizan la divisin celular para la
reproduccin y perpetuacin de la especie, una clula se divide en dos
clulas hijas genticamente idnticas entre s e iguales a la original
(progenitora), manteniendo el nmero cromosmico y la identidad
gentica de la especie. En cambio, en los organismos pluricelulares la
divisin celular se convierte en un proceso cclico destinado a la
produccin de mltiples clulas, todas idnticas entre s, pero que
posteriormente pueden derivar en una especializacin y diferenciacin
dentro del individuo. Lo anterior permite la formacin de distintos
tejidos, rganos y sistemas. Es as como en los seres humanos podemos
encontrar unas 1014 clulas, todas originadas por divisiones sucesivas
de una clula progenitora, el cigoto, todas genticamente iguales, pero
diferentes en morfologa y funcin. Cmo podras explicar esta
aparente contradiccin, clulas idnticas genticamente y diferentes en
forma y funcin?
El axioma de Rudolf Virchow, lleva implcito el concepto de divisin celular. Esto significa que, una
vez terminado su desarrollo, toda clula tiene dos posibilidades: dividirse hasta alcanzar un cierto
tamao o, por el contrario, diferenciarse o morir si ha perdido la capacidad de divisin. En el primer
caso se habla de ciclo celular para describir el proceso que se inicia al trmino de una divisin
celular y acaba con el final de la siguiente divisin, en la que se habrn formado dos nuevas clulas.
Dicho de otro modo, el ciclo celular es la serie de eventos que transcurren desde que una
clula se forma por divisin de una preexistente hasta que se divide y da origen a dos
clulas hijas.
La caracterstica que mejor distingue a los
organismos vivos de
la materia no viva es:
la capacidad de
reproducirse
Esta nica capacidad de procrear, como
todas las funciones
biolgicas, tiene una
base celular
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1. DIVISIONES CELULARES
En los procariontes el proceso de divisin es sencillo y recibe el nombre de fisin binaria o simple
biparticin. En cambio, en los eucariontes el proceso divisional es mucho ms complejo, debido a
que en los eucariontes el ADN est organizado en forma de cromatina, la que se compacta antes
de llevarse a efecto la divisin del material gentico propiamente tal, formando unidades
denominadas cromosomas. A pesar de las diferencias observadas entre procariontes y
eucariontes, existen numerosos puntos en comn entre la divisin celular de ambos tipos de
clulas. Todas las clulas deben pasar por cuatro etapas.
1. Crecimiento
2. Duplicacin del ADN.
3. Separacin del ADN.
4. Formacin de clulas "hijas" con lo que finaliza la divisin celular.
Divisin en procariontes
Los procariotas se reproducen tpicamente por fisin binaria o simple biparticin. Una clula "madre"
duplica su material gentico y celular, que se reparte equitativamente dando lugar a dos clulas "hijas"
genticamente idnticas a la original. Se trata de una reproduccin asexual. Luego de numerosas
multiplicaciones a partir de una clula, se obtiene un clon o colonia de clulas iguales. En este caso, los
genes se transfieren verticalmente, de generacin en generacin, de la clula madre a las clulas hijas.
Figura 1. El material gentico se reparte equitativamente entre las clulas hijas de las clulas procariontes, gracias a una estructura membranosa denominada mesosoma que forma parte de la membrana.
Reproduccin
asexual
Las bacterias se multiplican por biparticin o divisin binaria, tras la
replicacin del ADN, que est dirigida por la ADN polimerasa de los
mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal
que separa las dos nuevas bacterias (Simple divisin).
cromosoma
Replicacin
mesosoma
divisin
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Divisin en eucariontes
La divisin celular en eucariontes es un proceso complejo, regulado por numerosos genes. En
general, cuando una clula eucarionte es estimulada para dividirse, sta debe iniciar una serie de
procesos secuenciales, que en definitiva culminan con la divisin celular. Dado que esta secuencia
de procesos siempre debe darse, se habla de un ciclo celular (Figura 2). As, toda vez que una
clula es estimulada para dividirse repite paso a paso lo experimentado por las clulas que a su
vez la originaron. Es importante recordar, que las clulas originadas en estas divisiones son
genticamente idnticas entre s e idnticas con las clulas precursoras (progenitoras). Por esto,
puede afirmarse que las clulas formadas constituyen clones de las clulas anteriores.
Figura 2. Ciclo Celular.
Otra forma de presentar el ciclo, es la siguiente:
Figura 3. Ciclo celular, esquema tradicional.
En una clula en proceso de divisin, la fase mittica (M) se alterna con la interfase o perodo de
crecimiento. La primera parte de la interfase, llamada G1, va seguida de la fase S, cuando los
cromosomas se duplican; la ltima parte de la interfase se llama G2. En la fase M, la mitosis divide
el ncleo y distribuye sus cromosomas de manera equilibrada, y la citocinesis divide el citoplasma
para producir dos clulas hijas. A continuacin se revisan estos procesos en detalle.
FASE M CITOCINESIS
INTERFASE
Mitosis Citocinesis
Interfase Profase Metafase Anafase Telofase
Replicacin del ADN
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INTERFASE
La interfase es de gran importancia para el adecuado desarrollo del ciclo celular. No es un
momento de reposo, pues en ella tiene lugar una gran actividad metablica, caracterizada por
la sntesis de importantes tipos de macromolculas e incluso la duplicacin de organelos celulares.
La interfase se puede subdividir para su estudio en tres periodos: G1, S y G2.
Figura 4. Interfase.
G1: este periodo sigue a la mitosis anterior y corresponde a la fase de crecimiento celular. No se aprecian los cromosomas, ya que el material gentico se encuentra disperso en el interior
del ncleo celular en forma de cromatina (ADN asociado a mltiples tipos de protenas de las
que sobresalen las Histonas). Los genes se transcriben de acuerdo con los requerimientos
metablicos que presenta la clula en cada momento. En el citoplasma se suceden los
diferentes procesos metablicos y los organelos celulares se multiplican, mientras la clula
crece.
Es en G1, una vez que la clula ha crecido, donde deber decidir si inicia un nuevo camino que la lleve a volver a dividirse o bien, se encamine hacia un estado no proliferativo (llamado
estado G0). Este ltimo estado se caracteriza por la adquisicin de funciones especficas de
cada tipo de tejido en el individuo pluricelular (diferenciacin celular). Si la clula es estimulada
para iniciar un nuevo proceso divisional, la clula inicia las sntesis de sustancias que se
requerirn en la siguiente fase.
No hay sntesis de ADN, s puede haber reparacin del DNA daado.
S: Es el perodo de sntesis de ADN. En l, la doble hlice se abre en diversos puntos (horquillas de replicacin) donde se inicia la sntesis del ADN (replicacin del ADN).
G2: periodo que antecede a la mitosis. En este periodo el ADN ya est duplicado, es decir, la clula contiene el doble de ADN que una clula en estado G1. Adems, al final de este perodo
se inicia un lento pero sostenido empaquetamiento que conducir, durante la mitosis, a la
formacin de los diferentes cromosomas.
Tambin existe reparacin del DNA daado y comienza la sntesis de protenas necesarias para
la conformacin de la cromatina que inicia lentamente su enrollamiento y compactacin.
Centriolos duplicados
ADN duplicado
membrana Envoltura nuclear
Nuclolo
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Duplicacin cromosmica y distribucin durante la divisin celular.
La clula eucarionte se prepara para dividirse duplicando cada uno de sus cromosomas, esto ocurre en la interfase, periodo S.
Luego las copias de cada cromosoma se distribuyen entre las dos clulas hijas durante la divisin celular (M y citoquinesis o citodiresis)
0.5 m Una clula eucarionte
tiene mltiples
cromosomas, uno de
los cuales est
representado aqu.
Antes de la duplicacin,
cada cromosoma tiene
una nica molcula de
DNA.
Una vez duplicado un
cromosoma se compone
de dos cromtidas
hermanas conectadas
en el centrmero. Cada
cromtida contiene una
copia de la molcula de
DNA.
Procesos mecnicos
separan las
cromtidas hermanas
en dos cromosomas y
los distribuyen en dos
clulas hijas.
Centrmeros Cromtidas hermanas
Cromtidas hermanas
Separacin
de cromtidas
hermanas
Centrmero
Duplicacin
cromosmica
(incluye sntesis
de DNA)
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FASE M
Es la ltima etapa de ciclo celular y culmina produciendo a la vez dos sucesos; mitosis y
citocinesis, en la que los cromosomas y el contenido citoplasmtico (organelos) se distribuyen
equitativamente entre las clulas hijas. En esta fase no se aprecia actividad metablica, la
clula est comprometida con la divisin.
La Mitosis corresponde a la divisin del ncleo, por ello es importante recalcar que una clula
no se divide por mitosis, sino que en la divisin celular el material gentico primero se reparte
equitativamente y ese proceso recibe el nombre de mitosis. Recuerda que puede haber mitosis y
no citodiresis, en cuyo caso no ha existido divisin celular.
Aunque la mitosis es un proceso continuo se acostumbra a dividirlo para su estudio y
reconocimiento en cuatro fases distintas llamadas: profase, metafase, anafase y telofase (Figura 5).
Se puede destacar que aunque el estudio lo haremos en una clula animal, este proceso se
produce de una manera similar en las clulas de otros tipos de eucariontes, incluidos vegetales.
Figura 5. Fases de la mitosis.
Se inicia la
CITOCINESIS
PROFASE
huso aster
centrmero
Envoltura
Nuclear
desorganizada cinetocoro
microtbulos
del huso
huso
placa metafsica constriccin
cromtidas polo
huso
envoltura
nuclear
en formacin
cromosoma (dos cromtidas)
METAFASE ANAFASE TELOFASE
Temprana Tarda
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a) Profase
Es la fase ms larga y en ella suceden una serie de fenmenos tanto en el ncleo como en el
citoplasma. La envoltura nuclear empieza a fragmentarse y los nuclolos van desapareciendo
progresivamente (Figura 6).
Figura 6. Profase.
Durante la mayor parte de la vida de una clula eucarionte, el ADN se encuentra confinado en el
ncleo asociado a protenas y ARN, constituyendo cromatina. Sin embargo, cuando las clulas
estn en divisin, la cromatina se compacta formando estructuras discretas visibles al
microscopio, los cromosomas. La compactacin de la cromatina es tal que el cromosoma es
aproximadamente 10.000 veces ms corto que la macromolcula de ADN que contiene.
Puesto que el ADN se duplic en el periodo S de la interfase, cada cromosoma est formado por
dos cromtidas, las que se mantienen unidas por el centrmero. Cada cromtida est constituida
por una fibra de cromatina idntica a la de la otra cromtida. Cada fibra de cromatina porta una
macromolcula de ADN bicatenario.
En las clulas animales un par de centriolos (ubicados en el centrosoma) se han duplicado en
interfase (fase S y G2) y han dado lugar a dos pares de centriolos que constituirn los focos de los
steres (distribucin radial de microtbulos). Los dos steres que al principio estn juntos se
separan a polos opuestos de la clula y los haces de microtbulos se alargan y forman un huso
mittico o huso acromtico bipolar.
Las clulas vegetales no tienen centriolos y el huso acromtico se forma a partir del centrosoma
acentriolado. Estos husos sin centrolo se llaman husos anastrales y estn menos centrados en
los polos. En este punto, es importante hacer notar que en las clulas animales, en las que se han
destruido los centrolos, la mitosis se lleva a efecto normalmente.
centrmero con
cinetocoros unidos
envoltura nuclear intacta
citoplasma
cromosomas en condensacin con dos cromtidas unidas al centrmero
centrosomas separados
que formarn los polos
del huso
La envoltura nuclear se desorganiza
centrmero con cinetocoros unidos
nuclolo en dispersin
membrana plasmtica
envoltura nuclear intacta
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centrosoma
(polo del huso)
cinetocoro
microtbulos astrales microtbulos cinetocricos microtbulos apolares
0,5
los microtbulos cinetocricos
se acortan a medida que la
cromtida (cromosoma) es
arrastrada hacia los polos
microtbulo polar
alargndose
microtbulo
cinetocrico
acortndose
microtbulo astral
Se organiza la
envoltura nuclear
Duplicacin
cromosmica
(Fase S)
Centrmero
Separacin de
cromtidas
hermanas
Cromtidas
hermanas
b) Metafase
El huso mittico ya est perfectamente desarrollado. Los cinetocoros de los cromosomas
interaccionan por medio de unos microtbulos con los filamentos del huso y los cromosomas son
alineados en la placa ecuatorial de la clula o placa metafsica. En esta fase los cromosomas
se encuentran todos en la zona ecuatorial, orientados perpendicularmente a los microtbulos que
forman el huso acromtico constituyendo la denominada placa ecuatorial (Figura 7).
Figura 7. Placa ecuatorial.
c) Anafase
Los cinetocoros se separan y cada cromtida es arrastrada hacia un polo de la clula. El
movimiento se produce por un desensamblaje de los microtbulos, fundamentalmente a nivel de
los cinetocoros. Al desplazarse cada cromtida, sus brazos se retrasan formando estructuras en V
con los vrtices dirigidos hacia los polos (Figura 8).
Figura 8. Anafase.
d) Telofase
Los cromosomas son revestidos por fragmentos del retculo endoplasmtico que terminarn
soldndose para constituir la envoltura nuclear. Poco a poco los cromosomas van desenrollndose y se desfiguran adquiriendo el ncleo un aspecto cada vez ms interfsico, los
nuclolos comienzan a reaparecer. Los microtbulos del huso se agrupan en haces por la aparicin
en la regin 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 clula se divide en dos.
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CITOCINESIS
La divisin del citoplasma se inicia ya al final de anafase y contina a lo largo de la telofase. Se
produce de manera distinta en las clulas animales y en las vegetales. En las clulas animales
tiene lugar por simple estrangulacin de la clula a nivel del ecuador del huso. La estrangulacin
se lleva a cabo gracias a protenas ligadas a la membrana que formarn un anillo contrctil (Figura 9).
En las clulas vegetales aparece un sistema de fibras formado por microtbulos en forma de
barril: el fragmoplasto. En su plano ecuatorial se depositan pequeas vesculas que provienen de
los dictiosomas del aparato de Golgi. Estas vesculas contienen sustancias pcticas que formarn
la lmina media. Todo ello crece de dentro a fuera. La divisin no es completa entre ambas
clulas hijas, mantenindose algunos poros de comunicacin: los plasmodemos. Posteriormente
se depositan el resto de las capas que forman la pared celular. Es ms, cada clula hija depositar
a su alrededor una nueva pared celular. Las paredes celulares de las clulas vegetales se estiran y
se rompen permitiendo a las clulas hijas crecer (Figura 10).
Figura 10. Citocinesis de clula vegetal.
G1
G2
Figura 9. Citocinesis de clula animal.
par de centriolos que
identifican la localizacin
del centrosoma
anillo contrctil que genera
el surco de segmentacin
envoltura nuclear completa
que rodea los cromosomas
en descondensacin
reparacin del nuclolo
cuerpo medio: regin de
soplamiento de microtbulos
restos comprimidos de los
microtbulos polares del huso
nueva formacin del
conjunto de microtbulos
interfsicos nucleados
por el centrosoma
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2. CROMOSOMAS Y ADN DURANTE EL CICLO CELULAR
El nmero de cromosomas por clula es igual al nmero de centrmeros y el nmero de
molculas de ADN equivale al nmero de cromtidas.
Figura 12. Comparacin del nmero de cromosomas y de molculas de ADN durante el curso del ciclo celular.
Figura 11. Estructura de un cromosoma eucarionte.
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3. PLOIDA
Si se preguntara, cuntos cromosomas podemos observar en una clula humana de mujer en
metafase?, la respuesta sera 46, lo cual no sera sorpresa. Pero, si la pregunta fuera, en trminos
coloquiales, cuntos cromosomas diferentes podemos encontrar en aquella clula?, la respuesta
sera otra, en este caso diramos 23. Por qu dos respuestas distintas? Para entender esto,
tendremos que tener en cuenta que una clula humana lleva duplicada su informacin gentica,
diramos que sus cromosomas estn literalmente repetidos. Portamos para cada tipo de
cromosomas dos unidades, una materna y otra paterna (cromosomas homlogos).
En general los dos cromosomas de un par homlogo se parecen en su estructura y tamao y cada
uno contiene informacin gentica para el mismo conjunto de caractersticas hereditarias. Por
ejemplo si un gen de un cromosoma particular codifica una caracterstica como el color del cabello
otro gen denominado alelo en la misma posicin (locus), en su cromosoma homlogo tambin
codifica el color del cabello, sin embargo no es necesario que los alelos sean idnticos: uno puede
determinar el cabello negro y el otro alelo el cabello rubio (Figura 13).
Como se observa si una clula posee doble informacin gentica es diploide (2n) pero no todas
las clulas eucariontes son diploides: las clulas reproductoras como los vulos y los
espermatozoides poseen un solo conjunto de cromosomas clulas denominadas haploides (n).
Las clulas haploides poseen una sola copia de cada gen.
Figura 13. Un organismo diploide posee dos alelos ubicados en un par de cromosomas homlogos.
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CARIOTIPOS
Para estudiar la constitucin cromosmica de un individuo, y, por extensin, la de
la especie a la cual pertenece, los cromosomas son fotografiados a partir de clulas
detenidas en metafase, la fase ms adecuada para la observacin de los
cromosomas. Para ello se rompe la clula, por ejemplo: mediante choque osmtico,
los cromosomas se tien, se aplastan para que se extiendan y a continuacin se
fotografan, se ordenan de mayor a menor tamao en parejas de homlogos. Luego
se usa un segundo criterio que corresponde a la ubicacin del centrmero y
finalmente los pares homlogos se enumeran, en este ejemplo, del 1 al 22 los
pares de cromosomas autosmicos y sin numerar el par sexual. Este ordenamiento
se denomina cariotipo.
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En rigor, la cantidad de ADN de una clula se expresa en masa (picogramos, pg).
4. VARIACIN DE LA CANTIDAD DE ADN (c) DURANTE UN CICLO
CELULAR.
Anteriormente se hizo hincapi que una misma clula puede mantener la cantidad de cromosomas
(mantener la ploida) y sin embargo, ver modificado su contenido de ADN (Figura 14).
Figura 14. Cantidad de ADN durante el ciclo celular.
Las clulas que se encuentran en G1 o que se encuentran en reposo proliferativo (G0), formaran,
si fuesen inducidos, cromosomas simples. En consecuencia, por cada cromosoma habra una
macromolcula de ADN. En la especie humana, por ejemplo, 46 cromosomas y 46
macromolculas de ADN. Diramos que por cada n habra un nmero idntico de ADN, que llamaremos c. Luego como la clula humana es diploide es 2n y tendra, 2c en cantidad de ADN. Sin embargo, esto puede cambiar, dado que durante la fase S se duplica la cantidad de ADN
y no se altera la cantidad de cromosomas. As, en G2 se induciran cromosomas de aspecto similar
a los formados en Profase, cromosomas dobles; es decir, en G2 por cada n habr 2c, por consiguiente diramos que estamos en presencia de una clula 2n y 4c.
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5. CONTROL DE LA DIVISIN CELULAR
Durante el proceso de divisin celular la clula pasa por al menos tres puntos de control
(checkpoints). Estos puntos son responsables de verificar la integridad del material gentico,
reparando daos producidos durante la sntesis de ADN o durante la mitosis (figura 15), ellos son:
Punto de control G1, en este punto el sistema de control de la clula pondr en marcha el
proceso que inicia la fase S. El sistema evaluar la integridad del ADN (que no est daado), la
presencia de nutrientes en el entorno y el tamao celular. Aqu es donde generalmente actan las
seales que detienen el ciclo (arresto celular).
Punto de control G2, en l se pone en marcha el proceso que inicia la fase M. En este punto, el
sistema de control verificar que la duplicacin del ADN se haya completado (que no est
daado), si es favorable el entorno y si la clula es lo suficientemente grande para dividirse.
Punto de control de la Metafase o del Huso, verifica si los cromosomas estn alineados
apropiadamente en el plano metafsico antes de entrar en anafase. Este punto protege contra
prdidas o ganancias de cromosomas.
Figura 15. Puntos de Control e Ingreso de la informacin reguladora al Sistema de Control del Ciclo Celular.
Entrada en M Salida de M
Punto de control G2
Est todo el ADN replicado? maquinaria de la replicacin del ADN
Es favorable el entorno? entorno
Es la clula bastante grande? crecimiento celular
Punto de control de la
Metafase
Estn todos los cromosomas
alineados en el huso?
maquinaria de la mitosis
Punto de control G1
Es la clula bastante grande?
crecimiento celular
Es favorable el entorno?
Inicio
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ACTIVIDAD 1
Ejercicios
1. El esquema presenta los cambios experimentados por el ADN en el ciclo celular:
Al respecto, conteste en relacin con el ADN en las casillas numeradas: (conteste brevemente en
la lnea de puntos).
En la casilla 5 hay ms ADN o ms cromosomas que en la casilla 3?
.
Cul es la diferencia del ADN de la casilla 3 comparado con el ADN de la casilla 4?
.
Es correcto, plantear que en la casilla 5 y 4 hay la misma cantidad de molculas de ADN?
.
Es correcto asegurar que si se tratase de una clula humana en la casilla 5 habran 92
cromosomas simples?
.
En la casilla 6 se forman dos ncleos, si se tratase de una clula humana, cuntos
cromosomas habra en cada ncleo?
.
Seale las fases de la mitosis que representan las casillas numeradas con:
3... 4... 5...... 6......
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Problemas:
1. Si clulas en reposo proliferativo (G0) son inducidas a entrar en divisin y al mismo tiempo
son incubadas en presencia del nucletido de Timina marcado radiactivamente. Si la
clula contina con la mitosis, la distribucin de la marca en los cromosomas durante la
metafase ser cmo lo muestra el cromosoma A o el cromosoma B?
Respuesta: Es el cromosoma. porque.....
.
2. El frmaco citoclastina B bloquea la funcin de la actina.
a) Qu aspecto del ciclo celular de la clula animal sera el ms afectado por este
frmaco?
b) Por qu no se afecta el ciclo celular de la clula vegetal?
Protena p53, el guardin del genoma
Como hemos mencionado en los prrafos precedentes, tanto en el punto de control G1 como G2
se verifica la integridad del ADN. Ante la presencia de ADN daado se genera una seal que
retrasa la entrada en fase M. El mecanismo depende de una protena llamada p53, que se
acumula en la clula 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 ms conocidos, que no solo detiene el ciclo (arresto celular), sino
tambin participa en la apoptosis (muerte celular programada) forzando a las clulas al
suicidio cuando el dao en el ADN es irreparable.
Las clulas que presentan los dos alelos del gen p53 mutados (recuerda que somos
diploides), tendrn protena p53 no activa y por lo tanto continuarn dividindose a pesar del
dao en su genoma, por lo tanto desarrollarn cncer. Las mutaciones del gen p53 presenta
una alta incidencia en la mayora de los cnceres humanos (aproximadamente un 50% de los
cnceres humanos muestran alteraciones en el gen p53).
A) B)
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6. CNCER
El cncer no es una enfermedad, sino ms bien muchas enfermedades, de hecho, hay 100 tipos
diferentes de cncer. Estos diferentes tipos de cncer se desarrollan a partir de clulas normales,
proceso que se denomina transformacin. El primer paso de ste es la iniciacin en donde un
cambio en el material gentico de la clula la prepara para ser transformada en cancerosa. Este
cambio es causado por un agente carcingeno el que puede ser un producto qumico, un virus,
radiacin o luz solar, etc., pero no todas las clulas son igualmente sensibles a los agentes
carcingenos. Una alteracin provocada por un agente a nivel gentico en la clula, conocido
como promotor, pueden aumentar la posibilidad de que las clulas se conviertan en cancerosas. El
siguiente paso es la promocin, donde una clula que ha iniciado su cambio se transforma en
cancerosa. La promocin no tiene efecto sobre las clulas que no han sido sometidas al proceso
de iniciacin. Por lo tanto, son necesarios varios factores, a veces la combinacin de una clula
sensible y un agente cancergeno para causar el cncer.
Las clulas tumorales presentan un set especfico de caractersticas que las distinguen de las
clulas normales. Estas caractersticas le permiten a cada clula individual formar una masa de
tumor y eventualmente invadir a otras partes del cuerpo.
Las clulas tumorales experimentan cambios morfolgicos y estructurales.
Generalmente son ms redondeadas que las normales, porque se han alterado las molculas
de adhesin celular que posibilitan las uniones intercelulares. La reducida adhesividad
intercelular y las alteraciones en el citoesqueleto contribuyen a sus cambios morfolgicos.
Las clulas cancerosas tienen un ndice mittico elevado, es decir se dividen con mayor
rapidez que las normales. Estas se multiplican en ausencia de factores estimulantes del
crecimiento, requeridos por las clulas normales para su proliferacin. Sin embargo, las clulas
cancerosas sintetizan sus propios factores de crecimiento que actan en forma autocrina y
paracrina, estimulando las clulas tumorales circundantes. Por lo tanto se ha producido en
ellas una alteracin del ciclo celular, con modificacin de los reguladores naturales de la
mitosis. Esto se evidencia en cultivos in vitro de clulas tumorales, las cules han perdido la
inhibicin por contacto.
Existe una relacin ncleo citoplasmtica elevada, con nuclolos prominentes.
Las clulas tumorales malignas pueden desprenderse del tumor primario, pasar a la circulacin
y formar tumores secundarios en otros rganos, fenmeno denominado metstasis.
Las clulas cancerosas son angiognicas, es decir que generan factores que inducen la
formacin de nuevos vasos sanguneos a fin de suministrarle los recursos materiales y
energticos para su desarrollo y metstasis secundarias.
No todos los tumores son cancerosos. Los tumores pueden ser benignos o malignos. Los tumores
benignos no son cancerosos. Generalmente se pueden extraer (extirpar). En la mayora de los
casos, estos tumores no vuelven a crecer. Las clulas de los tumores benignos no se diseminan o
riegan a otros tejidos o partes del cuerpo. En cambio los tumores malignos son cancerosos. Las
clulas en estos tumores pueden invadir el tejido a su alrededor y diseminarse (regarse) a otros
rganos del cuerpo (metstasis) (Figura 16 y 17).
19
Figura 16. Cncer de mamas: desde la formacin del tumor hasta la propagacin (metstasis).
Bases Genticas del Cncer
El cncer puede aparecer al provocarse daos en el material gentico o mutaciones en un grupo
de genes que regulan la normal reproduccin celular. Cuando se producen mutaciones en los
protooncogenes, se transforman en oncogenes. Adems estn los genes supresores o
inhibidores de tumores llamados antioncogenes, los que se inactivan. Tambin se altera el
funcionamiento de una serie de genes que regulan la migracin celular y por lo tanto, se
promueven la invasin a los tejidos.
RESUMEN DE LAS BASES GENTICAS DEL CNCER Protooncogenes
Promueve el crecimiento y divisin celular Mutaciones Oncogenes
Antioncogenes Inhiben la formacin de tumores
Mutaciones Se inactivan
Genes
Reguladores de la
migracin celular
Mutaciones
Promueven
Metstasis
Figura 17. Apoptosis, tumores cancerosos y metstasis.
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Causas del Cncer
Estn los factores hereditarios y los ambientales. Menos del 20% de los cnceres son de causa
hereditaria y casi un 80% de esta patologa son de causa ambiental (virus, radiaciones,
alimentaria, etc.). A continuacin se presenta una tabla que resume los factores causantes del
cncer.
Factores Caractersticas
Hereditarios
En algunos, la fragilidad intrnseca cromosmica conlleva un riesgo
elevado de cncer. Algunas formas de cncer son de mayor frecuencia
familiar; como por ejemplo el cncer de mama. El cncer de colon es
ms frecuente en las familias con tendencia a presentar plipos de
colon.
Ambientales
Virales: Los virus oncognicos pueden insertar sus genes en
diferentes lugares del genoma animal. Un oncogen viral se inserta en
conexin con un oncogen celular, influye en su expresin e induce
cncer.
Los oncogenes tienen una localizacin dentro del cromosoma prximos
a los puntos frgiles o puntos de ruptura.
En el ser humano: el virus de Epstein-Barr se asocia con el linfoma
de Burkitt y los linfoepiteliomas; el virus de la hepatitis con el
hepatocarcinoma; y el virus herpes tipo II, virus del herpes
genital y virus papiloma humano con el carcinoma de crvix.
Todos estos virus asociados a tumores humanos son del tipo DNA.
Radiaciones: Las radiaciones ionizantes produce cambios en el
DNA, como roturas o trasposiciones cromosmicas Acta como
iniciador de la carcinognesis, induciendo alteraciones que progresan
hasta convertirse en cncer despus de un periodo de latencia de
varios aos.
Productos Qumicos: Algunos actan como iniciadores. Los
iniciadores producen cambios irreversibles en el DNA.
Otros son promotores, no producen alteraciones en el DNA, pero s
un incremento de su sntesis y una estimulacin de la expresin
de los genes. Su accin solo tiene efecto cuando ha actuado
previamente un iniciador, y cuando actan de forma repetida. El humo
del tabaco, por ejemplo, contiene muchos productos qumicos
iniciadores y promotores. El alcohol es tambin un importante
promotor. Los carcingenos qumicos producen tambin roturas
y translocaciones cromosmicas.
El humo de tabaco, inhalado de forma activa o pasiva; es responsable
de cerca del 30% de las muertes por cncer.
Inmunes: Algunas enfermedades o procesos que conducen a una
situacin de dficit del sistema inmunolgico son la causa del
desarrollo de algunos cnceres. Esto sucede en el SIDA, enfermedades
deficitarias del sistema inmunolgico congnitas, o debido a la
administracin de frmacos inmunodepresores.
Alimentarios: Dieta con un alto contenido en grasas saturadas y
pobre en fibra, es decir, en frutas y verduras puede ser responsable
del 40% de los casos de cncer.
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ACTIVIDAD 2
Conteste:
1. El cncer presenta la incidencia del cncer en mujeres en relacin con la edad. Al respecto,
por qu el siguiente grfico es tan empinado y curvado si las mutaciones se producen con
una frecuencia similar durante toda la vida de las personas?
......................................................................
..
2. Defina:
Metstasis:
Protena p53:.
Oncogn:
Anticongen:
3. Por qu una persona con cncer, en tratamiento con medicamentos antimitticos, sufre
como efectos secundarios cada de pelo, anemia y diarreas?
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Qu son las clulas madre?
Podra decirse que las clulas madre son clulas que no tienen un papel asignado en el organismo.
De la misma forma que un actor espera la llamada de un casting que le asigne un papel, las
clulas madre esperan una seal que les diga en qu se tienen que convertir, ya que son capaces
de originar muchos tipos de clulas diferentes. Este proceso es lo que se conoce como
diferenciacin celular o transformacin. Mientras esa seal llega, las clulas madre aguardan
pacientemente y se dividen en forma lenta, constante e indefinidamente para originar nuevas
clulas madre.
Las clulas madre se han clasificado en clulas madre embrionarias o totipotenciales y
clulas madre rgano-especficas o pluripotenciales.
Las clulas madre embrionarias o totipotenciales derivan de la masa celular interna del
embrin de hasta 16 clulas y son capaces de generar TODOS los diferentes tipos celulares del
cuerpo.
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CLULA MADRE HEMATOPOYTICA
Proeritroblasto Mieloblasto Linfoblasto Monoblasto Megacarioblasto
Progranulocito
Eritroblasto basfilo
Desintegracin del megacariocito
Megacariocito
Plaquetas Monocito
Linfocito
Mielocito basfilo
Mielocito eosinfilo
Mielocito neutrfilo
Eritroblasto policromtico
Reticulocito
Clula en
banda basfila
Clula en
banda eosinfila
Clula en
banda neutrfila
Eritrocitos Basfilo Eosinfilo Neutrfilo
Granulocitos Agranulocitos
Leucocitos
En cambio las clulas madre rgano-especficas o pluripotenciales derivan, tras muchas
divisiones celulares, de las clulas madre embrionarias y son capaces de originar las clulas de un
rgano concreto en el embrin, y tambin, en el adulto. El ejemplo ms claro de clulas madre
rgano-especficas, es el de las clulas madre hematopoyticas, que son capaces de generar
todos los tipos celulares de la sangre y del sistema inmune. Pero estas clulas madre existen en
muchos ms rganos del cuerpo humano, como la piel, tejido graso subcutneo, msculo cardaco
y esqueltico, cerebro, retina, pncreas, etc. Al da de hoy, se han conseguido cultivar
(multiplicar) estas clulas tanto in-vitro (en el laboratorio), como in-vivo (en un modelo animal)
utilizndolas para la reparacin de tejidos daados.
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GLOSARIO
Alelos: Formas alternativas de un gen que codifican para un mismo tipo de carcter (ejemplo
color de ojos) y ocupan una misma ubicacin dentro de cromosomas homlogos.
Locus: Localizacin especfica en un cromosoma de un gen determinado (lugar).
Loci: Plural de locus (lugares).
Huso mittico: Ensamblaje de microtbulos y protenas asociadas que interviene en los
movimientos de los cromosomas durante la mitosis.
Mitosis: divisin nuclear que conduce a la formacin de dos ncleos hijos cada uno con un
complemento de cromosomas idnticos al del ncleo original.
Cromosomas homlogos: pares de cromosomas del mismo largo, posicin del centrmero, que
contiene genes para los mismos caracteres en los loci correspondientes. Un cromosoma homlogo
es heredado del padre y el otro de la madre.
Apoptosis: cambios que se producen en una clula cuando sufre la muerte celular programada, y
que son iniciados por seales que desencadenan la activacin de una cascada de protenas
suicidas en la clula destinada a morir.
Telomerasa: enzima que cataliza el alargamiento de los telmeros. La enzima contiene una
molcula de ARN cuya funcin es actuar como molde para los nuevos segmentos telomricos.
Telmero: corresponde al ADN repetitivo en tndem de los extremos de la molcula de ADN en
los cromosomas. (un cromosoma simple de una cromtida posee dos telmeros; un cromosoma
doble, de dos cromtidas, posee cuatro telmeros). Se le atribuye funcin protectora.
Oncogen: gen con funcionamiento anmalo implicado en el origen del cncer. Tambin han sido
encontrados en los virus como parte de su genoma normal.
Neoplasia: Significa literalmente nueva materia y se refiere a un crecimiento celular anormal, tambin llamados tumores. Las neoplasias suelen dividirse en benignas y malignas, estas ltimas
se denominan cnceres y son capaces de difundirse migrando a travs de vasos linfticos o
sanguneos, metstasis.
Carcinomas: tumores malignos que se desarrollan a partir de los tejidos epiteliales. Ejemplos son
el melanoma (cncer de las clulas pigmentadas de la piel), adenocarcinoma (cncer glandular).
Sarcomas: son tumores malignos desarrollados a partir de los tejidos conjuntivos. Ejemplos son
el linfoma (cncer linftico) osteosarcoma (cncer seo) y fibrosarcoma (cncer del tejido
conjuntivo fibroso)
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Revisin de preguntas oficiales PSU DEMRE con referencia curricular y
comentario
1. Con respecto a la cantidad de ADN que presentan las clulas somticas durante el ciclo
celular, es correcto afirmar que
I) en G1 y G2 la clula posee la misma cantidad de ADN.
II) en G2 la cantidad de ADN es 4c.
III) existe la misma cantidad de ADN en la profase y anafase de la mitosis.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo II y III.
E) I, II y III.
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
Mdulo Electivo
rea / Eje Temtico: Organizacin, estructura y actividad celular.
Nivel: II Medio
Contenido: Cromosomas como estructuras portadoras de los genes: su comportamiento en la
mitosis y meiosis.
Habilidad: Comprensin.
Clave: D.
Dificultad: Alta.
COMENTARIO:
Esta pregunta requiere que el postulante conozca las caractersticas de las distintas etapas del
ciclo celular (interfase y mitosis), y las variaciones en la cantidad de ADN en las diferentes etapas
del ciclo. Los contenidos corresponden a segundo ao de Enseanza Media.
El ciclo celular involucra fases consecutivas caracterizadas por cambios celulares a
nivel gentico y estructural. Estas son: interfase, mitosis y citocinesis.
La secuencia de estas etapas para una clula con una dotacin inicial de 2n cromosomas
(dos juegos de cromosomas o diploide) y una cantidad de ADN de 2c (cada miembro del par
homlogo presenta una sola copia de la molcula de ADN) se representa en la siguiente figura:
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La interfase, mitosis y citocinesis presentan una distribucin temporal dismil, caracterizada por
los eventos que ocurren en cada una de ellas. Durante la interfase, etapa de mayor duracin
dentro del ciclo, ocurren cambios que le permiten a la clula preparar el material gentico y las
estructuras utilizadas para iniciar y concluir adecuadamente la divisin celular. Como resultado
final del proceso de divisin, se obtienen dos clulas con las mismas caractersticas que la clula
que les dio origen. La interfase comprende las etapas G1, G0 (en casos especficos), S y G2.
Durante la etapa G1, solo las estructuras citoplasmticas aumentan en nmero, y se
mantiene constante la dotacin inicial de
2n cromosomas y 2c cantidad de ADN. En la fase S, ocurre la duplicacin del material gentico,
pero se mantiene constante el nmero de cromosomas. Por lo tanto, la dotacin de la clula,
concluida la etapa S y ya en G2, es de 2n y 4c.
Adems de ocurrir la duplicacin del ADN durante la etapa S, tambin hay sntesis de histonas
(protenas sobre las cuales se compacta el ADN), entre otras protenas. Durante la etapa G2 de la
interfase, comienza la condensacin de los cromosomas y el ensamblado de las estructuras
requeridas para la mitosis y la citocinesis. De acuerdo con lo anterior, la afirmacin I, en G1 y G2,
la clula posee la misma cantidad de ADN, es incorrecta, mientras que la afirmacin II, en G2, la
cantidad de ADN es 4c, es correcta.
Durante la mitosis, que comprende las etapas profase, metafase, anafase y telofase, la dotacin
cromosmica (2n) y la cantidad de material gentico (4c) no se modifica. Cuando ocurre
citocinesis (divisin del citoplasma), los dos ncleos resultantes constituyen cada uno parte de
una clula independiente, con la misma dotacin 2n y 2c que la clula progenitora. Es por esto
que la afirmacin III es verdadera, y la clave de la pregunta es la opcin D).
Esta pregunta fue contestada correctamente por el 23% de los postulantes, lo que clasifica a la
pregunta como difcil. El porcentaje de omisin, que alcanz el 52%, sugiere que los contenidos
relacionados con el ciclo celular, y en particular los que guardan relacin con las variaciones en la
cantidad de ADN y el nmero de cromosomas en la divisin celular, deben ser reforzados.
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2. El cncer es una enfermedad que se caracteriza porque
I) las clulas afectadas exhiben una proliferacin descontrolada.
II) su origen siempre se debe a la exposicin de contaminantes ambientales.
III) las clulas afectadas tienen alteraciones en genes que controlan directa o
indirectamente el ciclo celular.
A) Solo I
B) Solo III
C) Solo I y II
D) Solo I y III
E) I, II y III
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
Mdulo Comn
Contenido: Ciclo celular; cncer.
Eje temtico: Organizacin, Estructura y Actividad Celular.
Curso: 2 Ao Medio.
Clave: D
Habilidad intelectual medida: Reconocimiento.
Dificultad: Media; fue contestada correctamente por el 46% de los postulantes. Present una
omisin del 12%.
COMENTARIO:
La repuesta correcta a esta pregunta requiere del postulante un conocimiento general, pero
acabado, de las causas o factores que provocan la prdida de la regulacin del ciclo celular;
llevando a las clulas afectadas a una reproduccin acelerada y sin control (cncer). Si bien es
cierto que casi la mitad de los postulantes excluye a la aseveracin III, por referirse sta a un
factor NO siempre conducente al desarrollo de la enfermedad, un 24% de postulantes de alto
rendimiento considera a esta aseveracin como correcta.
De la misma forma un 6% de postulantes, tambin de buen rendimiento, reconoce slo a la
aseveracin I como una caracterstica de la enfermedad. Estos resultados sugieren, en conjunto,
un conocimiento parcial y bsico del tema, a pesar de estar fuertemente relacionado con el ciclo
celular y del gran impacto social de esta patologa.
DMCA-BM11