El ciclo celular es el conjunto de procesos que hacen que la célula duplique su contenido y al final se divida. Estas fases son:

  • G0: cuando las células están en reposo, aunque solo para células que no van a dividirse.
  • G1: La célula empieza a activarse y empieza a duplicarse
  • S: se duplica todo el material genético, por lo que hay más ADN del habitual pero todavía no se ha producido la duplicación completa
  • G2: Se comprueba que todo está hecho correctamente y que se encuentra en el medio adecuado, y el ADN se encuentra completamente duplicado.
  • M: la mitosis y citocinesis.

La citometría pasa células de una en una y puedes observar una serie de cosas como puede ser una proteína mediante un fluoróforo, pues diferencia cuales lo llevan o no; por tamaño; etc. Para observar el ciclo, se utiliza una cantidad repetitiva de DNA por célula y se observa la curva en la fase G1, S, donde la cantidad es muy grande, y la fase G2 donde ya se ha producido la completa copia y se observa mucho más DNA. Sin embargo, la cantidad de células es mucho mayor en la G1, porque hay muchos menos cuerpos en división. Una de las maneras de ver las células es mediante la división. El tiempo de replicación depende del tipo de célula y su función.

Regulación del ciclo celular

Queremos controlar el ciclo celular porque si hay algún error, por ejemplo, en la duplicación en la fase S, se debe evitar que esta célula se duplique. Además, la proliferación debe ser controlada, pues si no se producen tumores y fallos de relación entre células.

El primer control está en la G1/S, donde se controla que la célula esté en las condiciones adecuadas para poder dividirse.

El otro control está entre G2/M, que realiza la misma función que el anterior y además comprueba que todo el material genético se ha dividido.

Por último, hay un punto de control en la fase M, en la transición de la metafase a la anafase, y se comprueba que todos los cromosomas están unidos al uso mitótico. Esto se hace para comprobar que va a haber una correcta separación entre las cromátidas de los cromosomas.

Mecanismos de control del ciclo celular

El sistema de control está compuesto por unos complejos formados por una subunidad llamada ciclina, y otra subunidad llamada quinasa dependiente de ciclina (Cdk), ambas proteínas. Las ciclinas se llaman así porque su producción es cíclica, solo se expresan en el momento del ciclo celular en el que son necesitadas, mientras que el complejo Cdk se activa por fosforilación/desfosforilación.

Cada ciclina es diferente: la Cdk G1/S se expresa en la fase G1, la Cdk S en la fase S, etc.

Los complejos se activan mediante la Cdk, que fosforilará solo cuando la ciclina esté unida. Así, el complejo se activa cuando se une la ciclina. El segundo paso es que unas proteínas quinasas fosforilan a la Cdk, pues no es capaz de fosforilarse a sí misma. Por último, para activarla completamente, se ha de quitar uno de los fosfatos. Esto es así para un mejor control. La kinasa tiene 3 sitios posibles para la fosforilación, uno para la activación, y 2 inhibitorios. Si solo fosforilaramos el sitio activo, solo habría dos sitios de regulación, mientras que así tenemos 3, en la unión de la ciclina, fosforilación y desfosforilación. Esta regulación es necesaria para que la proliferación sea la adecuada.

Además de las proteínas Cdk podemos observar, con todo esto la aparición de proteínas quinasas y fosfatasas. Otra manera de regular es viendo la concentración de quinasas y ciclinas, y se controlan mediante la degradación de proteínas, que se da por la ubiquitinación. Así, esta otra manera de regular es mediante la ubiquitinación.

Si tenemos un medio extracelular favorable en el CdkG1, continúa y pasa al siguiente complejo, CdkG1/S, con el que se comprueba si hay daño en el DNA; si lo hay, no pasa de fase, mientras que si no, pasa a las ciclinas de la fase S.

Si se forma la ciclina de la fase S se pasa por esta fase y la G2, y llega hasta el final de esta fase, donde se comprueba si el ADN se ha duplicado correctamente o no, permitiendo así el paso o impidiéndolo respectivamente, y si pasa el punto de control se activa el complejo Cdk, se pasa a la mitosis y se llega al siguiente punto de control, entre metafase y anafase, donde se comprueba que todos los cromosomas estén unidos al huso mitótico, y si es así, se activará la APC/C (proteína promotora de anafase [1]), que permite continuar con la división.

[1] Las microvellosidades se dividen muy rápido, formándose al principio y empujando hacia abajo, muriendo cuando llegan al fondo. Un pólipo es una proliferación excesiva de un grupo de célula, lo que indica un problema de replicación de células y de los complejos de replicación. Estudiando esto, se encontraron las proteínas APC, ya que la enfermedad de poliposis supone un cambio genético de estas proteínas y un salto en el punto de control de la mitosis, por lo que puede haber errores.

Otras proteínas importantes son p53 y p21, que actúan antes y después de la división.

El p53, llamado así por su peso molecular, también es conocido como el guardián del genoma. Este p53, si no hay daño celular, se degrada, mientras que si hay daño celular se activa y actúa como factor de transcripción, lo que significa que activa la transcripción, y futura traducción, de la proteína p21. Esta proteína se une al complejo Cdk e inactiva su actividad y evitando la continuación de la fase y la división.

Muerte celular y apoptosis

Cuando la célula no funciona como es debido y no cumple las regulaciones se queda parada o se repara en las primeras fases, mientras que si el error continúa en los últimos puntos se produce la apoptosis, que es la formación de vesículas llamadas cuerpos apoptóticos con parte del contenido celular que van rompiendo la célula, con lo que no daña a las demás células que la rodean (necrosis), pues no liberan su medio al exterior, y finalmente son atacados por los macrófagos.

La apoptosis se activa mediante señalización celular, que son internas, como un daño en el ADN, o externas, como los linfocitos citotóxicos, que detectan algo raro en la célula y la avisan de que tiene que morir. La señal de apoptosis supone la activación de una cascada de proteínas llamadas caspasas. En las células tenemos procaspasas, que indican que son precursores inactivos, y que se activan cuando llega la señalización y que se van activando en cadena unas a otras hasta que finalmente se da la apoptosis, cuyos efectos son el desensamblaje del citoesqueleto, que es lo que mantiene su conformación.

Otra señal posible es que aparezca en el citosol proteínas que no deberían estar ahí, como las proteínas del citocromo C, que se encuentra en la mitocondria, y que si se expone al exterior significa que se ha roto esta y que por tanto algo va mal, por lo que el citocromo se une a una serie de proteínas, que a la vez se unen entre sí, y acaban activando la cascada de caspasas.