Ciclo celular y ciclo vital de la célula
El ciclo celular es el periodo de vida de una célula desde una división hasta la siguiente. No debe confundirse con el ciclo vital, que abarca desde el nacimiento de la célula hasta su muerte. La división en sí (mitosis) representa solo alrededor del 10% del ciclo celular, mientras que el 90% restante corresponde a la interfase, es decir, la preparación para la división.
En el organismo, las diferentes células permanecen en el ciclo celular durante tiempos desiguales:
- Células de división continua, por ejemplo, las células madre hematopoyéticas, que no salen del ciclo.
- Células quiescentes, por ejemplo, los hepatocitos, que en ausencia de daño hepático entran en reposo, pero ante una patología (cirrosis, regeneración) regresan al ciclo.
- Células terminalmente diferenciadas, por ejemplo, las neuronas, que han perdido la capacidad de división.
Estructura de la interfase
La interfase comprende tres periodos sucesivos:
- Presintético (G1): el más duradero, de hasta varios días.
- Sintético (S): aproximadamente 5 horas.
- Postsintético (G2): hasta 8 horas.
El objetivo de la interfase es la preparación correcta para la división y la transferencia precisa del material genético a las células hijas.
Periodo presintético (G1)
Comienza inmediatamente después de la mitosis. La célula crece activamente, recupera los orgánulos y el volumen citoplasmático; hay un intercambio metabólico intenso, síntesis de proteínas, lípidos y carbohidratos. El periodo concluye con la preparación para la replicación del ADN.
Un papel regulador clave lo desempeñan las quinasas dependientes de ciclinas (CDK). Son enzimas que realizan la fosforilación de proteínas y son activas únicamente en complejo con proteínas reguladoras, las ciclinas (grupos D, E, A, B). Las ciclinas se sintetizan a lo largo del ciclo y se degradan al inicio de la anafase.
Efectos del complejo ciclina-CDK:
- fosforilación de las proteínas de la envoltura nuclear y preparación para su desensamblaje;
- reorganización del citoesqueleto;
- activación de los genes de replicación del ADN.
Un ejemplo de la acción de las CDK es la regulación del factor de transcripción E2F. En estado inactivo, está unido a la proteína del retinoblastoma (Rb). La CDK, con participación de ATP, fosforila la Rb, liberando el E2F, el cual activa la transcripción de las enzimas de replicación.
Punto de restricción y función de la proteína p53
En cada periodo de la interfase existe un punto de restricción (de control) donde se verifica la integridad del ADN. Ante un daño en el ADN, se activa el gen P53 y se sintetiza la proteína homónima, la cual:
- inhibe la replicación y estimula la reparación del ADN con participación de las ADN polimerasas;
- activa los genes P21 y P27, cuyas proteínas inhiben las CDK y detienen el ciclo celular;
- si la reparación no es posible, dirige a la célula hacia la vía de la apoptosis.
Tras superar el punto de restricción, la célula pasa al periodo S independientemente de las señales externas. Las mutaciones de P53 conducen a la división de células con alteraciones en el ADN y a la formación de tumores. Las mutaciones dominantes del gen de la proteína del retinoblastoma provocan el desarrollo de retinoblastoma, ya que el E2F permanece libre de forma constante y la célula entra en el ciclo de manera ininterrumpida.
Periodo sintético (S)
En el periodo S ocurren:
- la replicación del ADN;
- la síntesis de histonas, necesarias para la condensación de la cromatina;
- la duplicación del centro celular;
- el segundo punto de control: verificación de la exactitud de la replicación y reparación repetida.
Los trastornos de la replicación se asocian a patologías como el síndrome de Louis-Bar (ataxia-telangiectasia), que se acompaña de dilataciones capilares y alteración de la coordinación, así como el xeroderma pigmentoso.
Periodo postsintético (G2) y MPF
En el periodo G2 se llevan a cabo:
- la síntesis de tubulinas para la construcción de los microtúbulos del huso mitótico;
- el desensamblaje de los satélites centriolares y la formación del halo en el centro celular;
- la reparación post-replicativa del ADN;
- la preparación para el desensamblaje del complejo de Golgi y del retículo endoplásmico;
- la síntesis del factor promotor de la mitosis (MPF, Mitosis Promoting Factor).
El MPF manifiesta sus efectos únicamente en la profase de la mitosis:
- fosforilación de las proteínas de las laminas y desensamblaje de la membrana nuclear;
- fosforilación de la histona H1 y condensación de los cromosomas;
- fosforilación de las proteínas del aparato contráctil de soporte y destrucción de los microtúbulos interfásicos para construir las fibras del huso mitótico.
Relación núcleo-citoplasma según los periodos
La dinámica del crecimiento celular se refleja en la relación núcleo-citoplasma:
- en G1 es menor que uno: crece predominantemente el citoplasma, recuperando el volumen tras la división;
- en S es mayor que uno: el núcleo aumenta activamente debido a la replicación del ADN;
- en G2 la relación se equilibra y se aproxima a uno.
Puntos clave
- El ciclo celular abarca desde una división hasta otra; la interfase ocupa aproximadamente el 90% de su duración.
- La interfase consta de los periodos G1 (presintético), S (sintético) y G2 (postsintético).
- Los reguladores del ciclo son los complejos ciclina-CDK, que fosforilan proteínas clave.
- El factor de transcripción E2F se libera del complejo con la proteína Rb tras su fosforilación y desencadena la replicación.
- En los puntos de restricción, la proteína p53 controla la integridad del ADN, activando la reparación o la apoptosis a través de p21 y p27.
- Las mutaciones de p53 conducen al crecimiento tumoral; las mutaciones del gen Rb, al retinoblastoma.
- En G2 se sintetiza el MPF, que ejerce sus efectos en la profase de la mitosis: el desensamblaje de la envoltura nuclear y la condensación de los cromosomas.
- La relación núcleo-citoplasma cambia de manera predecible: <1 en G1, >1 en S, ≈1 en G2.