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Regulación del ciclo celular eucariota
En primer lugar, definamos qué es el ciclo celular.
El ciclo celular se define como la secuencia de acontecimientos que da lugar a la proliferación celular.
En los eucariotas, el ciclo celular consta de dos fases: la interfase y la mitosis.
Veamos la interfase. Aquí, la célula pasa por toda la preparación necesaria para la división celular. La interfase se divide en tres fases: Fase G1, Fase S y Fase G2. La primera etapa de la interfase es la fase G1 o primera fase intermedia. En esta fase, la célula crece y se prepara para la replicación del ADN. Además, es la fase más larga del ciclo celular.
La fase S es la etapa en la que se produce la replicación del ADN. La replicación del ADN puede dividirse en tres etapas: iniciación, elongación y terminación.
Paso 1: Inici ación - En este paso, un complejo de prerreplicación busca los orígenes de replicación, que son secuencias específicas de nucleótidos a lo largo de la cadena de ADN. A diferencia de los procariotas, los eucariotas tienen múltiples orígenes de replicación.
A continuación, la enzima helicasa se une a los orígenes de replicación y desenrolla/separa la cadena de ADN, creando una horquilla de replicación. Ambas cadenas de ADN se utilizarán entonces como molde para sintetizar una nueva cadena complementaria. Para evitar que el ADN monocatenario se vuelva inestable, las proteínas de unión del ADN monocatenario se unen a cada hebra.
Mientras la ADN helicasa desenrolla la cadena de ADN,la ADN topoisomerasa trabaja por delante de la ADN helicasa para evitar el superenrollamiento aguas abajo de la horquilla de replicación.
Básicamente, ayudan a aflojar la tensión en los espirales de ADN.
Paso 2: Elongación - Ahora que tenemos las cadenas de ADN listas para la síntesis, es hora de reclutar a la enzima ARN primasa. Su trabajo consiste en sintetizar aleatoriamente pequeñas longitudes de ARN, llamadas cebadores de ARN. Por suerte, uno de esos cebadores de ARN será complementario de la cadena de ADN recién abierta y se unirá a ella.
Entonces, la ADN polimerasa se une a este nuevo lugar de doble cadena y empieza a añadir nucleótidos complementarios a la cadena molde. Como la ADN polimerasa sintetiza ADN en dirección 3' a 5', la cadena complementaria se forma en la dirección opuesta (5' - 3'). Esta cadena de ADN recién formada se denomina cadena principal.
Ahora bien, en el caso de la otra cadena de ADN, la replicación del ADN no va tan fluida. En este caso, la ARN primasa crea muchos cebadores de ARN que se unen a diferentes puntos a lo largo de la cadena de ADN, ¡ofreciendo básicamente a la ADN polimerasa muchos extremos 3' a los que unirse y añadir nucleótidos! Estos fragmentos crecientes de ADN se denominan fragmentos de Okazaki.
Sin embargo, la ADN polimerasa no puede unir dos fragmentos Okazaki. Así que es bueno que tengamos una enzima que lo haga: ¡la ADN ligasa! Después de que la ADN ligasa una los fragmentos de Okazaki, obtenemos una cadena de ADN acabada llamada cadena rezagada.
Paso 3: Terminación - Cuando la ADN polimerasa llega a una región de ADN en la que hay secuencias repetidas de TTAGGG (también conocida como la región telomérica del cromosoma), ¡entonces la ADN polimerasa sabe que es hora de irse!
La tercera fase de la interfase es la fase G2, o fase de separación dos. En esta fase, los orgánulos se duplican y las células se preparan para la mitosis, o fase M.
Se denominamitosis a la división de una célula en dos células hijas idénticas.
Proteínas que regulan el ciclo celular
Las distintas fases del ciclo celular pueden activarse y desactivarse mediante proteínas y enzimas. Estos reguladores del ciclo celular son las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas (Cdk).
Las ciclinas son proteínas reguladoras del ciclo celular que "activan y desactivan" quinasas.
Las ciclinas pueden clasificarse en ciclinas D, E, A o B, y cada ciclina regula una parte diferente del ciclo celular.
Las quinasas dependientes de ciclinas (Cdk) son enzimas quinasas de control del ciclo celular reguladas por ciclinas.
Básicamente, las cinasas dependientes de ciclinas (Cdk) regulan los acontecimientos que tienen lugar en el ciclo celular fosforilando (añadiendo un grupo fosfato) y desfosforilando (quitando un grupo fosfato) proteínas diana como forma de activarlas/desactivarlas. Sin embargo, una Cdk sólo puede activarse si una ciclina se une a ella, creando un complejo ciclina-Cdk.
La concentración de Cdk permanece relativamente constante durante el ciclo celular, pero la concentración de proteína ciclina varía en función de la fase del ciclo celular, ya que controlan la activación/desactivación de las Cdks.
No te preocupes ahora por cuál es la función de cada ciclina. ¡Hablaremos de ello dentro de un rato!
Puntos de control y regulación del ciclo celular
Para garantizar que todos los acontecimientos del ciclo celular ocurren en el momento correcto, el ciclo celular tiene cuatro puntos de control.
Los puntos de control son interrupciones en el ciclo celular que verifican la exactitud.
El primer punto de control es el punto de control G1, también conocido como punto de restricción. Este punto de control busca daños en el ADN y condiciones favorables antes de entrar en la fase S. Si encuentra algún daño en el ADN, intentará repararlo. Pero, si no es posible, desencadenará la apoptosis. Ahora bien, si las condiciones no son favorables, enviará a la célula a una fase especial llamada fase G0.
Si todo es correcto, la célula pasará a la fase S. En esta fase, tenemos el punto de control S , cuyo trabajo consiste en comprobar cualquier daño en el ADN que pueda producirse antes o durante la replicación del ADN. El punto de control S también impide la reduplicación del ADN, y después de que dé luz verde, la célula pasa a lafase G2.
En lafase G2, el punto de control G2 se asegura de que todo el ADN se ha duplicado, y también comprueba si hay daños en el ADN. Por último, en la fase de Mitosis, el punto de control de ensamblaje del huso (M ) garantiza que todos los cromosomas estén alineados en la placa metafásica y unidos a las fibras del huso antes de pasar a la anafase.
Pero, ¿por qué hablamos de puntos de control? Porque la progresión de una célula a través del ciclo celular requiere la activación por ciclinas de Cdks específicas.
Regulación del ciclo celular ciclina-cdk
Las quinasas dependientes de ciclinas ( Cdks) contribuyen a la regulación delos puntos de control del ciclo celular. La tabla siguiente muestra algunos complejos ciclina-Cdk importantes implicados en la regulación del ciclo celular.
| Ciclina | Cinasa dependiente de ciclina (Cdk) | Función |
| D | Cdk 4, Cdk 6 | Impulsa la transición G1- S. (También conocido como complejo G1/Cdk). |
| E | Cdk 2 | Regula la transición G1 - S. Compromete a la célula en la replicación del ADN. (Complejo también conocido como G1/S-Cdk) |
| A | Cdk 2 | Inicio de la replicación del ADN en la fase S temprana. (Complejo conocido como S-Cdk). |
| B | Cdk 1 | Transición de la fase G2 a la fase M. Las ciclinas promueven los acontecimientos de la mitosis (También conocido como complejo M-CDK). |
Describe cómo se regula el ciclo celular
Ahora que hemos aprendido sobre el ciclo celular, sus diferentes puntos de control y las proteínas que lo regulan, vamos a ponerlo todo junto y examinar los complejos ciclina-Cdk y cómo ayudan a regular el ciclo celular.
En primer lugar, se forman diferentes complejos ciclina-cdk (Cdk 4,6-ciclina D, Cdk 2-ciclina E). La proteína Rb (pRb), producto del gen del retinoblastoma (RB), se fosforila para iniciar la transiciónde la fase G1a la fase S. A su vez, esto activa varios genes necesarios para la replicación del ADN en la fase S.
- El retinoblastoma es un supresor tumoral que también ayuda a regular el ciclo celular.
Cuando la célula entra en la fase S, la ciclina D se degrada y se forma el complejo S-Cdk. Este complejo desencadena la fase S. Tras la replicación del ADN, el complejo S-Cdk se destruye.
La formación del complejo M-Cdk desencadena entonces el inicio de la mitosis.
No cabe duda de que la regulación del ciclo celular es muy importante para garantizar que una célula se divida correctamente. ¡Un fallo en la regulación del ciclo celular puede conducir a la formación de células cancerosas en el organismo!
Reguladores del ciclo celular - Puntos clave
- El ciclo celular se define como la secuencia de acontecimientos que da lugar a la proliferación celular.
- Las principales proteínas y enzimas implicadas en la regulación del ciclo celular son cicl inasy quinasas dependientes de ciclinas (Cdk).
- Las ciclinas son proteínas reguladoras del ciclo celular que "activan y desactivan" las quinasas.
- Las cinasas dependientes de ciclinas (Cdk) son enzimas cinasas de control del ciclo celular reguladas por las ciclinas.
Referencias
- AP Central, AP Biología, College Board, 30 de mayo de 2017.
- Princeton Review, Fast track biology : essential review for AP, honors, and other advanced study, The Princeton Review, 2020.
- Pack, P. E., Biología AP, 2013.
- Hartwell, L., Goldberg, M. L., Fischer, J. A., & Hood, L. E., Genética : de los genes a los genomas, Mcgraw Hill Education, 2021.
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