7.2: Ciclo Celular y División Celular

¡Tantas células!

El bebé en Figura\(\PageIndex{1}\) tiene mucho que crecer antes de que sea tan grande como su mamá. La mayor parte de su crecimiento será el resultado de la división celular. Para cuando el bebé sea adulto, su cuerpo constará de billones de células. La división celular es solo una de las etapas por las que atraviesan todas las células durante su vida. Esto incluye células que son dañinas, como las células cancerosas. Las células cancerosas se dividen con más frecuencia que las células normales y crecen fuera de control. De hecho, así es como las células cancerosas causan enfermedades. En este concepto, leerás sobre cómo se dividen las células, qué otras etapas atraviesan las células y qué hace que las células cancerosas se dividan fuera de control y dañen el cuerpo.

Figura\(\PageIndex{1}\): Bebé y madre

El ciclo celular

La división celular es el proceso en el que una célula, llamada célula padre, se divide para formar dos nuevas células, denominadas células hijas. Cómo sucede esto depende de si la célula es procariota o eucariota. La división celular es más simple en procariotas que en eucariotas porque las propias células procariotas son más simples. Las células procariotas tienen un solo cromosoma circular, sin núcleo y pocos orgánulos más. Las células eucariotas, por el contrario, tienen múltiples cromosomas contenidos dentro de un núcleo y muchos otros orgánulos. Todas estas partes de celda deben ser duplicadas y luego separadas cuando la celda se divide. La división celular es solo una de las varias etapas por las que atraviesa una célula durante su vida útil. El ciclo celular es una serie repetida de eventos que incluyen crecimiento, síntesis de ADN y división celular. El ciclo celular en procariotas es bastante simple: la célula crece, su ADN se replica y la célula se divide. Esta forma de división en procariotas se llama reproducción asexual. En los eucariotas, el ciclo celular es más complicado.

Ciclo celular eucariota

La Figura\(\PageIndex{2}\) representa el ciclo celular de una célula eucariota. Como puede ver, el ciclo celular eucariota tiene varias fases. La fase mitótica (M) incluye tanto la mitosis como la citocinesis. Esto es cuando el núcleo y luego el citoplasma se dividen. Las otras tres fases (G ₁, S y G ₂) generalmente se agrupan como interfase. Durante la interfase, la célula crece, realiza procesos de vida rutinarios y se prepara para dividirse. Estas fases se discuten a continuación.

Interfase

La Interfase del ciclo celular eucariota se puede subdividir en las siguientes fases (Figura\(\PageIndex{2}\)).

• Fase de crecimiento 1 (G ₁): La célula pasa la mayor parte de su vida en la primera fase de brecha (a veces denominada crecimiento), G ₁. Durante esta fase, una célula experimenta un rápido crecimiento y realiza sus funciones rutinarias. Durante esta fase, las actividades biosintéticas y metabólicas de la célula ocurren a un ritmo elevado. La síntesis de aminoácidos y cientos de miles o millones de proteínas que son requeridos por la célula ocurre durante esta fase. Las proteínas producidas incluyen las necesarias para la replicación del ADN. Si una celda no se está dividiendo, la celda ingresa a la fase G ₀ a partir de esta fase.
• Fase G ₀: La fase G ₀ es una fase de reposo donde la célula ha dejado el ciclo y ha dejado de dividirse. Las células que no se dividen en organismos eucariotas multicelulares ingresan a G ₀ de G ₁. Estas células pueden permanecer en G ₀ por largos periodos de tiempo, incluso indefinidamente, como con las neuronas. Las células que están completamente diferenciadas también pueden entrar en G ₀. Algunas células dejan de dividirse cuando surgen problemas de sustentabilidad o viabilidad de sus células hijas, como con el daño o degradación del ADN, un proceso llamado senescencia celular. La senescencia celular ocurre cuando las células diploides normales pierden la capacidad de dividirse, normalmente después de aproximadamente 50 divisiones celulares.
• Fase de Síntesis (S): Las células en división entran en la fase de Síntesis (S) a partir de G ₁. Para que se formen dos células hijas genéticamente idénticas, el ADN de la célula debe copiarse a través de la replicación del ADN. Cuando se replica el ADN, ambas cadenas de la doble hélice se utilizan como moldes para producir dos nuevas cadenas complementarias. Estas nuevas hebras luego se unen hidrógeno a las hebras de la plantilla y se forman dos hélices dobles. Durante esta fase, la cantidad de ADN en la célula se ha duplicado efectivamente, aunque la célula permanece en un estado diploide.
• Fase de crecimiento 2 (G ₂): La segunda fase de brecha (crecimiento) (G ₂) es un periodo de crecimiento acortado en el que se reproducen o fabrican muchos orgánulos. Las partes necesarias para la mitosis y la división celular se realizan durante G ₂, incluyendo los microtúbulos utilizados en el huso mitótico.

Figura\(\PageIndex{2}\): Ciclo celular eucariota. Las fases Primer Gap (G1), Síntesis (S) y Segundo Gap (G2) conforman la interfase (I). La fase mitótica (M amarilla) incluye mitosis (M púrpura) y citocinesis. Durante la citocinesis resultan dos células. Algunas células no se dividen y entran en el fago G ₀.

Fase mitótica

Antes de que una célula eucariota se divida, se replica todo el ADN en los múltiples cromosomas de la célula. Sus orgánulos también están duplicados. Esto sucede en la interfase. Entonces, cuando la célula se divide (fase mitótica), ocurre en dos etapas principales, llamadas mitosis y citocinesis, ambas de las cuales se describen con mayor detalle en el concepto Fase Mitótica: Mitosis y Citocinesis.

• El primer paso en la fase mitótica de una célula eucariota es la mitosis, un proceso multifásico en el que se divide el núcleo de la célula. Durante la mitosis, la envoltura nuclear (membrana) se descompone y posteriormente se reforma. Los cromosomas también se clasifican y separan para asegurar que cada célula hija reciba un conjunto completo de cromosomas.
• El segundo paso importante es la citocinesis. Este paso, que ocurre también en las células procariotas, es cuando el citoplasma se divide y se forman dos células hijas.

Tabla\(\PageIndex{2}\): Resumen del ciclo celular

Estado	Nombre	Descripción
Senescente quiescente	Fase de reposo (G0)	Una fase de reposo donde la célula ha dejado el ciclo y ha dejado de dividirse.
Interfase	1ª fase de crecimiento (G 1) Fase de síntesis (S) 2ª fase de crecimiento (G 2)	Las células aumentan de tamaño en G1. Las células realizan sus actividades normales. La replicación del ADN ocurre durante esta fase. La célula seguirá creciendo y muchos orgánulos se dividirán durante su fase.
División celular	Mitosis (M)	El crecimiento celular se detiene en esta etapa. La mitosis divide el núcleo en dos núcleos, seguido de citocinesis que divide el citoplasma. Resultado de dos células hijas genéticamente idénticas.

Control del Ciclo Celular

Si el ciclo celular ocurriera sin regulación, las células podrían pasar de una fase a la siguiente antes de que estuvieran listas. ¿Qué controla el ciclo celular? ¿Cómo sabe la célula cuándo crecer, sintetizar ADN y dividirse? El ciclo celular está controlado principalmente por proteínas reguladoras. Estas proteínas controlan el ciclo mediante la señalización de la célula para iniciar o retrasar la siguiente fase del ciclo. Aseguran que la celda complete la fase anterior antes de continuar. Las proteínas reguladoras controlan el ciclo celular en puntos de control clave, los cuales se muestran en la Figura\(\PageIndex{3}\). Hay una serie de puntos de control principales:

1. El punto de control G1: justo antes de entrar en la fase S, toma la decisión clave de si la celda es lo suficientemente grande como para dividirse. Si la celda no es lo suficientemente grande, entra en el periodo de descanso (G ₀)
2. Punto de control de síntesis de ADN: El punto de control S determina si el ADN se ha replicado correctamente.
3. El punto de control de la mitosis: Este punto de control asegura que todos los cromosomas estén correctamente alineados antes de permitir que la célula se divida.

Figura\(\PageIndex{3}\): Los puntos de control en el ciclo celular eucariota aseguran que la célula está lista para proceder antes de pasar a la siguiente fase del ciclo.

El cáncer y el ciclo celular

El cáncer es una enfermedad que ocurre cuando el ciclo celular ya no está regulado. Esto sucede porque el ADN de una célula se daña. Esto da como resultado mutaciones en los genes que regulan el ciclo celular. El daño puede ocurrir debido a la exposición a peligros como radiación o productos químicos tóxicos. Las células cancerosas generalmente se dividen mucho más rápido que las células normales. Pueden formar una masa de células anormales llamadas tumor (ver Figura\(\PageIndex{4}\)). Las células que se dividen rápidamente ocupan los nutrientes y el espacio que necesitan las células normales. Esto puede dañar tejidos y órganos y eventualmente conducir a la muerte. Cuando ocurre una división celular incontrolada en la médula ósea, se producen células sanguíneas anormales y no funcionales porque la división está ocurriendo antes de que la célula esté lista para la división. En estos tipos de cáncer, no hay ningún tumor evidente.

Figura\(\PageIndex{4}\): Apariencia gruesa de una muestra abierta de intestino grueso que contiene un carcinoma colorrectal invasivo y dos pólipos adenomatosos. Las células cancerosas han crecido fuera de control y formando un tumor.

Reportaje: La biología humana en las noticias

Henrietta Lacks buscó tratamiento para su cáncer en el Hospital de la Universidad Johns Hopkins en un momento en que los investigadores intentaban cultivar células humanas en el laboratorio para realizar pruebas médicas. A pesar de muchos intentos, las células siempre murieron antes de haber sufrido muchas divisiones celulares. El médico de la señora Lacks tomó una pequeña muestra de células de su tumor sin su conocimiento y se las entregó a un investigador de Johns Hopkins, quien intentó cultivarlas en una placa de cultivo. Por primera vez en la historia, las células humanas cultivadas en una placa de cultivo siguieron dividiéndose... y dividiendo y dividiendo y dividiendo. Copias de las células Lacks de Henrietta —llamadas células HeLa por su nombre— siguen vivas hoy en día. De hecho, ¡actualmente hay muchos miles de millones de células HeLa en laboratorios de todo el mundo!

Figura\(\PageIndex{5}\): Células HeLa teñidas fluorescentemente. La mujer llamada Henrietta Lacks murió en 1951 de una forma inusual de cáncer cervicouterino, tenía apenas 31 años de edad. Una pobre agricultora de tabaco afroamericana y madre de cinco hijos, ella (o al menos sus células) eventualmente sería llamada inmortal.

Por qué las células de Henrietta Lacks vivieron cuando otras células humanas no lo hicieron sigue siendo una especie de misterio, pero claramente son células extremadamente resistentes y resilientes. Para 1953, cuando los investigadores se enteraron de su capacidad para seguir dividiéndose indefinidamente, se establecieron fábricas para comenzar a producir las células comercialmente a gran escala para la investigación médica. Desde entonces, las células HeLa se han utilizado en miles de estudios y han hecho posibles cientos de avances médicos. Por ejemplo, Jonas Salk utilizó las células a principios de la década de 1950 para probar su vacuna contra la polio. A lo largo de las décadas desde entonces, las células HeLa se han utilizado para realizar importantes descubrimientos en el estudio del cáncer, el SIDA y muchas otras enfermedades. Las células incluso fueron enviadas al espacio en las primeras misiones espaciales para aprender cómo responden las células humanas a la gravedad cero. Las células HeLa también fueron las primeras células humanas jamás clonadas, y sus genes fueron algunos de los primeros mapeados. Es casi imposible sobreestimar la profunda importancia de las células HeLa para la biología y la medicina humanas.

Se pensaría que el nombre de Henrietta Lacks sería bien conocido en la historia médica por sus inigualables contribuciones a la investigación biomédica. Sin embargo, hasta 2010, su historia era prácticamente desconocida. Ese año, una escritora científica llamada Rebecca Skloot publicó un libro de no ficción sobre Henrietta Lacks, llamado La vida inmortal de Henrietta Lacks. Basado en una década de investigación, el libro es remachador, y se convirtió en un best seller casi instantáneo. A partir de 2016, Oprah Winfrey y colaboradores planeaban hacer una película basada en el libro, y en los últimos años, numerosos artículos sobre Henrietta Lacks han aparecido en la prensa.

Irónicamente, la propia Henrietta nunca supo que le habían tomado las celdas, y tampoco su familia. Mientras sus células ganaban mucho dinero y construían carreras científicas, sus hijos vivían en la pobreza, demasiado pobres para pagar un seguro médico. La historia de Henrietta Lacks y sus células inmortales plantea cuestiones éticas sobre los tejidos humanos y quién los controla en la investigación biomédica. No obstante, no cabe duda de que Henrietta Lacks merece mucho más reconocimiento por su contribución al avance de la ciencia y la medicina.

Revisar

1. ¿Cuáles son las dos fases principales del ciclo celular en una célula eucariota?
2. Describir las tres fases de interfase en una célula eucariota.
3. Explicar cómo se controla el ciclo celular.
4. ¿Cómo se relaciona el cáncer con el ciclo celular?
5. ¿Cuáles son los dos pasos principales de la división celular en una célula eucariota?
6. ¿En qué fase del ciclo celular eucariota suelen pasar las células la mayor parte de su vida?
7. ¿Qué fases del ciclo celular tendrán células con el doble de la cantidad de ADN? Explica tu respuesta.
8. Si hay daño en un gen que codifica para una proteína reguladora del ciclo celular, ¿qué cree que podría pasar? Explica tu respuesta.
9. Verdadero o Falso. Las celdas entran en G ₀ si no pasan el punto de control G ₁.
10. ¿En qué fase dentro de la interfase hace la célula los preparativos finales para dividirse?
    1. Mitosis
    2. Citocinesis
    3. G ₂
    4. S
11. ¿Qué intentaban hacer los científicos cuando tomaron células tumorales de Henrietta Lacks? ¿Por qué utilizaron específicamente células tumorales para tratar de lograr su objetivo?

Explora más

https://bio.libretexts.org/link?16754#Explore_More

El siguiente video analiza el ciclo celular y cómo se relaciona con el cáncer.

Atribuciones

1. Mujer sosteniendo bebé por M.T ElGassier, vía licencia Unsplash
2. Ciclo celular por Zephyris, CC BY-SA 3.0 Wikimedia Commons
3. Puntos de control del ciclo celular por Lumen Learning, CC BY 4.0
4. Cáncer de colon por Emmanuelm, CC BY 3.0 vía Wikimedia Commons
5. Células HeLa de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH), dominio público vía Wikimedia Commons
6. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0