El Ciclo Celular
Las células que pierde un organismo deben ser sustituidas por otras, para ello, las células sufren un proceso de división que permite obtener dos células hijas idénticas a la progenitora. Este proceso supone:
- Duplicar el material genético.
- Dividir el citoplasma.
El ciclo celular de una célula es el conjunto de cambios que sufre desde que se forma hasta que sufre la mitosis para dar dos células hijas. Las células eucariotas se dividen en dos fases:
Interfase
En la interfase, la célula crece, fabrica sus proteínas y enzimas y duplica su ADN. Durante esta fase existe una gran actividad metabólica, donde la célula crece. Esta interfase se divide en varias fases:
Fase G1
En ella tiene lugar la síntesis de proteínas, necesarias para el crecimiento de la célula. Comienza cuando acaba la mitosis, hasta la fase S. Existen células que no entran en mitosis, sino que, entran en una fase de reposo.
Fase S
En esta fase se produce la replicación del ADN y se sintetizan las histonas. Cuando termina esta fase los cromosomas están formados por dos cromátidas.
Fase G2
En ella se forman las proteínas y las enzimas necesarias para la división de la célula. Se duplican los centriolos. Finaliza en el momento en que empieza la condensación de los cromosomas.
Fase M
Es la fase donde la célula sufre la división tanto del material genético como de su citoplasma. La división celular es un proceso biológico que en los seres unicelulares permite su multiplicación y en los pluricelulares el crecimiento, el desarrollo, la regeneración de órganos y tejidos y las funciones de reproducción. En una división celular típica, la célula madre, divide su núcleo en dos con la misma información genética que es la misma que la de la célula madre. Al dividirse la célula, el citoplasma y los diferentes orgánulos celulares quedan repartidos y durante la posterior interfase se producirán nuevos orgánulos a partir de los que cada célula hija ha recibido. En una división celular hay que distinguir dos aspectos distintos:
- División del núcleo: mitosis.
- División del citoplasma: citocinesis.
Replicación del ADN
Ocurre en la fase S de la interfase. El ADN es una molécula formada por dos cadenas complementarias y antiparalelas. Para la replicación del ADN se estudiaron tres hipótesis:
- Modelo conservativo: la doble hélice conserva las dos cadenas antiguas y la otra doble hélice está formada por las cadenas nuevas.
- Modelo dispersivo: cada una de las cadenas hijas contiene fragmentos de la cadena original y fragmentos de nueva síntesis.
- Modelo semiconservativo: propuesto por Watson y Crick, según este modelo la doble hélice se abre y las dos cadenas de nucleótidos se separan y a partir de cada una de las dos cadenas se forma una nueva.
Fases de la Replicación
Proceso según el cual una molécula de doble hélice da lugar a otras dos moléculas de ADN con las mismas secuencias de bases. La replicación se divide en dos etapas: iniciación y elongación.
Fase de Iniciación
Consiste en el desenrollamiento y apertura de la doble hélice. Se inicia en el punto de iniciación, es una secuencia de bases reconocida por las proteínas específicas que se unen a él. Las enzimas helicasas rompen los enlaces de hidrógeno y abren la doble hélice. A continuación se unen las girasas y las topoisomerasas para evitar tensiones. Las proteínas SSB, se une a la hebra molde e impiden que se vuelva a enrollar. Se forma una burbuja de replicación, que se va extendiendo a lo largo del cromosoma. La dirección de la replicación es bidireccional.
Fase de Elongación
En esta fase intervienen las ADN polimerasas, de varios tipos, con una doble función:
- Actividad polimerasa: seleccionan el nucleótido trifosfato complementario a la hebra molde y lo unen.
- Actividad exonucleasas: actividad correctora de pruebas, eliminan los nucleótidos cuyas bases están mal apareados.
La ADN polimerasa necesita un fragmento de 10 nucleótidos de ARN, denominado cebador, con extremo hidroxilo 3′ libre, donde empieza a añadir nucleótidos. Lo forma la ARN polimerasa primasa. Debido a que la ADN polimerasa solo puede unir nucleótidos en el extremo 3′, la replicación de las dos hebras de ADN que son antiparalelas es distinta.
a) Síntesis continua de la hebra que va en sentido 3′-5′: la replicación de esta hebra no presenta ningún problema y se realiza de forma continua. Una vez separadas las dos hebras, la ADN polimerasa 3 va a alongar la cadena en dirección 5′-3′, a partir de un cebador que después será eliminado, se le denomina conductora.
b) Síntesis discontinua de la hebra orientada en sentido 5′-3′: esta hebra se va a replicar de forma discontinua en dirección 5′-3′. Se sintetiza un pequeño cebador y sobre él se añaden nucleótidos, de forma que se va a producir la síntesis de pequeños fragmentos de ADN que se denominan fragmentos de Okazaki, posteriormente la ADN polimerasa 1 elimina el cebador y lo sustituye por ADN y finalmente la ADN ligasa sella todos los fragmentos. A esta hebra que no se sintetiza de forma continua se denomina hebra retardada.
Replicación en Eucariotas
La replicación en eucariotas es prácticamente igual que en procariotas excepto algunas diferencias:
- En eucariotas se inician muchas horquillas de replicación, denominadas replicones, de esta forma el proceso es mucho más rápido.
- Existen cinco tipos diferentes de ADN polimerasas.
- Conjuntamente a la replicación del ADN hay una duplicación de histonas de forma paralela.
- En los telómeros la hebra retardada queda incompleta, este hecho hace que el telómero se vaya acortando cada vez que la célula se divide.