Ciclo celular

Ciclo celular: las células eucariotas pasan por un ciclo vital al final del cual se dividen o mueren.

La división celular es necesaria para:

• El desarrollo desde el cigoto.
• El crecimiento, la reparación y la renovación de tejidos.
• La reproducción de organismos unicelulares.

1. Ciclo celular: fases generales

El ciclo celular es el conjunto de etapas que atraviesa una célula desde que se forma hasta que se divide. Tiene dos grandes fases:

• Interfase
• División celular (fase M): mitosis o meiosis.

Interfase

Ocupa aproximadamente el 90% del ciclo celular. La célula crece, funciona y se prepara para la división. Se divide en G1, S y G2:

Fase G1

• Crecimiento celular.
• Síntesis de ARN y proteínas.
• La célula tiene una sola copia de ADN.
• Algunas células entran en G0 (estado de reposo): por ejemplo, neuronas y ciertas células musculares.
• Al final de G1 está el punto R (punto de no retorno), donde la célula decide si continúa el ciclo.

Fase S

• Replicación del ADN.
• Cada cromosoma pasa a tener dos cromátidas hermanas.
• Se sintetizan histonas.
• En células animales se duplican los centriolos.

Fase G2

• Segundo periodo de crecimiento.
• La célula se prepara para la mitosis y se comprueba que el ADN esté bien replicado.

División celular (fase M)

Incluye:

• Cariocinesis: división del núcleo.
• Citocinesis: división del citoplasma.

Mitosis

La mitosis produce dos células hijas genéticamente idénticas, con el mismo número de cromosomas.

Fases:

• Profase: condensación de cromosomas, desaparición de la membrana nuclear y formación del huso mitótico.
• Metafase: cromosomas alineados en la placa ecuatorial.
• Anafase: separación de cromátidas hermanas.
• Telofase: descondensación de cromosomas y formación de dos núcleos.

Citocinesis

• Células animales: estrangulamiento mediante anillo contráctil.
• Células vegetales: formación del fragmoplasto y de la nueva pared celular.

Meiosis

La meiosis es una división reduccional, propia de células germinales, que produce células haploides (n). Hay dos divisiones y una sola replicación del ADN.

Meiosis I

Caracterizada por sinapsis, recombinación genética y separación de cromosomas homólogos.

Profase I (con subfases):

1. Leptoteno: los cromosomas se condensan.
2. Cigoteno: los cromosomas homólogos se aparean formando tétradas.
3. Paquiteno: ocurre el crossing-over (intercambio de fragmentos entre cromátidas).
4. Diploteno: los cromosomas homólogos comienzan a separarse, pero siguen unidos en los quiasmas (lugares del crossing-over).
5. Diacinesis: cromosomas completamente condensados, la membrana nuclear se desintegra y se prepara la metafase I.

Metafase I: cromosomas homólogos alineados en el centro.

Anafase I: se separan los cromosomas homólogos.

Telofase I: se forman dos células haploides.

Meiosis II

Similar a la mitosis:

• Profase II: cromosomas se preparan en cada célula haploide.
• Metafase II: cromosomas alineados en el centro.
• Anafase II: se separan las cromátidas hermanas.
• Telofase II: se forman cuatro células haploides.

Significado biológico de la mitosis y la meiosis

• Mitosis: crecimiento, desarrollo y regeneración; reproducción asexual; mantiene la información genética.
• Meiosis: reduce el número de cromosomas y aumenta la variabilidad genética, base de la evolución.

Control del ciclo celular

El ciclo celular está estrictamente controlado para que la célula solo se divida cuando las condiciones son adecuadas y el ADN está en buen estado. Este control lo ejercen las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina (CDK), que al unirse forman complejos CDK-ciclina que permiten el paso entre fases.

Existen puntos de control (checkpoints):

• G1 o punto R: se comprueba el tamaño, los nutrientes y el estado del ADN; si se supera, la célula pasa a fase S.
• G2: se verifica que el ADN esté correctamente duplicado.
• Metafase: se comprueba la correcta unión de los cromosomas al huso mitótico.

Si hay daños graves, el ciclo se detiene y puede activarse la apoptosis, evitando la división descontrolada.

Apoptosis, genes supresores y cáncer

Apoptosis: muerte celular programada; elimina células dañadas o innecesarias y no produce inflamación. Se diferencia de la necrosis, que es una muerte celular descontrolada y asociada a inflamación.

Cáncer: se produce por alteraciones en el control del ciclo celular. Intervienen:

• Protooncogenes → oncogenes (estimulan la división).
• Genes supresores de tumores (por ejemplo, p53, p51), que frenan el ciclo o inducen apoptosis.

Si los genes supresores fallan, la célula no se detiene ni muere y se produce una proliferación descontrolada.

Metabolismo. Catabolismo

Glucólisis

Proceso catabólico y anaerobio que degrada la glucosa de 6 carbonos a 2 moléculas de piruvato de 3 carbonos.

Localización: citoplasma.

Balance: Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP.

Resultado: 2 piruvato, 2 ATP, 2 NADH.

Destino del piruvato

Tras la glucólisis, el piruvato puede seguir fermentación o respiración celular aerobia según la presencia de oxígeno.

Fermentación

Proceso anaerobio que regenera NAD+.

Localización: citoplasma.

ATP obtenido: 2 ATP por glucosa.

Fermentación láctica

El piruvato se convierte en lactato. Ocurre en bacterias lácticas y en músculo esquelético.

Balance: Glucosa → 2 lactato + 2 ATP.

Fermentación alcohólica

El piruvato se convierte en etanol y CO2. Ocurre en levaduras.

Balance: Glucosa → 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP.

Respiración celular aerobia

Oxidación completa de la glucosa con producción de gran cantidad de ATP. El oxígeno es el aceptor final de electrones.

Localización: mitocondria en eucariotas.

Descarboxilación oxidativa del piruvato

El piruvato se transforma en acetil-CoA, liberando CO2 y reduciendo NAD+ a NADH.

Localización: matriz mitocondrial.

Balance: 2 piruvato + 2 NAD+ + 2 CoA → 2 acetil-CoA + 2 CO2 + 2 NADH.

Ciclo de Krebs

El acetil-CoA se oxida a CO2, produciendo coenzimas reducidas.

Localización: matriz mitocondrial. En procariotas ocurre en el citoplasma.

Balance: 2 acetil-CoA → 4 CO2 + 6 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP.

Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa

Etapa final del catabolismo:

• Su función principal es transferir electrones desde NADH y FADH2 hacia el oxígeno, formando agua.
• Los electrones se trasladan a través de una serie de proteínas y complejos en la membrana interna mitocondrial: complejo I, II, III y IV.
• Durante el transporte se bombearon protones (H+) al espacio intermembrana, creando un gradiente electroquímico.
• Este gradiente impulsa la síntesis de ATP mediante la ATP sintasa; proceso llamado fosforilación oxidativa.
• Es la etapa que produce más ATP en la respiración celular.

Rendimiento teórico aproximado: 1 NADH → 3 ATP; 1 FADH2 → 2 ATP.

Balance final de la respiración celular

• Glucólisis → 2 ATP
• Ciclo de Krebs → 2 ATP
• Cadena respiratoria → aproximadamente 34 ATP

Total: hasta 38 ATP por glucosa.

Ecuación global: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP