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División celular y muerte programada (División celular (Mitosis (Profase,…
División celular y muerte programada
Muerte programada
Necrosis
Muerte por daño externo, violenta, rápida y accidental en respuesta a alteración severa de condiciones ambientales o traumas físicos
Apoptosis
Muerte programada genéticamente por la célula. Mecanismo innato del organismo para eliminar células innecesarias, desarrolladas inapropiadamente con daño genético irreparable.
Proceso controlado, activo y dependiente de energía, ocurre de forma habitual en desarrollo embrionario, remodelación de tejidos, regulación de respuesta inmunitaria y regresión de tumores
Características
Cambios morfológicos: Desarrollan secuencia concreta de de cambios morfológicos y bioquímicos. Como formación de blebs en la membrana y condensación de cromatina en forma de parches. - Volumen celular. Formación de cuerpos apostólicos. Fragmentación nuclear.
Cambios bioquímicos: cambio de localización de fosfatidilserina de membrana, - volumen citoplasma tico por pérdida de K+ y Cl-. AND condensado y fragmentado. Rotura especifica de múltiples estructuras celulares por caspasas.
Mecanismos moleculares
Vía extrínseca
Activada por actuación de moléculas externas.
Mediada por activación de receptores de muerte (de superfamilia receptores de factor de necrosis tumoral al TNFR)
Miembros de esta superfamilia, receptores trimericos con subdominios celulares ricos de cisteína
Vía intrínseca o mitocondrial
Inducida por estrés celular y ausencia de factores de crecimiento en el medio.
Proteína esencial en respuesta a daño en ADN es p53, induce parada de ciclo celular si el daño se repara, sino produce apoptosis
Traslocacion a mitocondria y formación de oligómeros por Ps proapoptóticas desestabiliza membrana mitocondria mediante formación de poros que ocasionan liberación de Ps mitocondriales internas como citicromo C. Se une a Ps citoplasmatica Apaf-1 y con reacciones dependiente de ATP se oligomeriza y constituye apoptosomas que activan la procaspasa 9 que activa procaspasas 3, 7 y 6 resultando la muerte celular.
Ps Bid une las dos vías.
Características moléculas reguladoras
Familia BCL-2
Oncogen asociado a locus de inmonuglobulinas generado por traslocacion en linfomas de células B humanas.
Poseen varias secuencias en alfa hélice altamente conservadas (dominios homología Bcl-2)
Miembros antiapoptólicos. Ps Bcl-2 y Bcl-XL. Presencia de dominio BH1, 2 y 3. Secuestran a sus homólogos proapoptóticos, formando heterodímeros.
Miembros proapoptóticos. En forma monómerica en citosol.
Miembros proapoptópicos con múltiples dominios BH. Bax y Bak. Dominios BH1, 2 y 3.
Miembros proapoptóticos de la dubfamilia BH3 only. PUMA, Noxa, Bid, Bad y Bim. Dominio BH3, interacción para la participación de ps de esta subfamilia en proceso de muerte celular.
Familia de proteínas inhibidas
Pertenecen al grupo denominado IAP
Actuándome mediante union a forma activa de caspasas, inhibiendo la capacidad que tienen para inducir la apoptosis
Dominios BIR formados por dominios proteicos esenciales para actividad antiapoptótica de IAP
Dominio Ring localizado en extremo C-terminal de c-IAP1, 3 y XIAP. Actividad ubiquitina ligada E3
Caspasas
Familia de proteínas que poseen especial relevancia en el proceso de muerte celular apoptosis.
Actividad catalitica depende de un residuo cisterna localizado en pentapéptido altamente conservado en sitio activo de la enzima. Reconocen secuencia tetrapéptidica en el sustrato y cortan después de residuo de acido aspartico.
Miembros, estructura y función
12 caspasas en humanos.
Sintetizadas como cimógenos inactivos (procaspasas), divididas en 3 dominios
Extremo C-terminal contiene dominio de subunidad menor
Dominios de la subunidad mayor de la caspasa
Predominio localizado en extremo N-terminal, se elimina para que se active la protejas. Dominios Efectores de Muerte (DED) o CARD
Divididas en 2 grupos
Inflamatorias. Caspasas 1, 4 y 5, con dominio CARD
Proapoptóticas. inducen apoptósis.
Iniciadoras. Caspasas 2 y 9, dominio CARD. Caspasas 8 y 10, dominio DED. Activan otras caspasas.
Efectoras o ejecutoras. Caspasas 3, 6 y 7. Proteolizan sustratos celulares para ejecutar apoptósis.
Mecanismos de regulación
Regulación transcripcional. solo en algunos casos.
Regulación dependiente de ATP. Activación depende de si hay energia o no
Modificaciones postraduccionales.
Regulación por inhibición. inhibe activación proteolitica que tiene lugar por las IAP.
Patología por alteración
Disminución en proceso de apoptosis
Cáncer, autoinmunidad, infecciones persistentes.
Aumento en proceso de apoptosis
Patologías neurodegenerativas; alzheimer, Parkinson, Huntington, así como autoinmunidad, SIDA e isquemia
Autofagia
Muerte mediada por actividad de lisosomas, autodigestión
División celular
Mitosis
Metafase
12 minutos = 20% de la división
Cromosomas empaquetadas y en plano ecuatorial de la célula
Cromatidas hermanas en separación por digestion de cohesinas, unidas por centrómero.
Cariocinesis. 2 núcleos hijo, reciben un paquete de cromosomas idéntico a célula progenitora.
Anafase
6 minutos = 10% de la división
Anafase A.
Segregación de cromosomas bajo control de eje APC/C-segurina-separasa, con activación de APC/C por expresión, fosforilación y liberación de Cdc20 secuestrado por Mas y Bub
Rotura de equilibrio de fuerzas al que estaban sometidos los cromosomas.
Anafase B.
Aumento de distancia entre centrosomas y elongacion de huso = célula en elipse. Por Ps dineína y quinesina 5
Prometafase
Desorganización de envoltura nuclear = cromosomas premetafásicos en citoplasma = extremos + del huso se anclan a cromosomas por centrómero mediante cinetocoro. Ps quinesina 4 y 10 se unen a brazos de cromosomas y avanzan arrastrándolos al centro del huso
Telofase
18 minutos = 30% de la división
Paquete de cromátidas a polos, huso se desensambla, envoltura nuclear se reconstruye por fosforilación de Ps de complejo laminar y del poro, nucléolo reaparece
Degradación de ciclina S y M --> inactivacion de complejos Cdk-ciclina S y M, + actividad Ps fosfatasa
Profase
24 minutos = 40% de la división
Condensación de los cromosomas y desorganización parcial de envoltura nuclear
Centrosomas duplicados a diferentes polos a comenzar
huso mitótico
**Separación. centrosomas giran alrededor de núcleo y quedan enfrentados creando el MTOC. Por (des)polimerización de microtúbulos y fosforilacion de componentes centrosoma y Ps motoras
Proteinas separadoras. Dineína y quinesina 5
Proteínas aproximadoras. Quinesina 14
Envoltura nuclear se fragmenta. Dentro 2 cromatidas hermanas emparejadas en toda su longitud. Disgregación de nucléolo. Por Fosforilacion de láminas y poros
Factores que condensan cromosomas : condensinas. De unión de cromatidas: cohesinas
Citoesqueleto sufre cambios, microfilamentos de actina en citosol, + y-tubulina, microtúbulos fragmentados.
Ciclina M inicia la probase. Configuración de cromosomas por fosforilación de condensinas e Histonas H1 y H3
Cariocinesis. división núcleo (mitosis, en células germinales meiosis)
Citocinesis. división citoplasma
Fase M del ciclo celular, después de duplicación de ADN.
En células somáticas se dividen por mitosis, en células germinales por meiosis
Citocinesis posmitótica
Aparece anillo de segmentación en superficie interna de membrana, aumenta de profundidad al acercarse a centro celular y radio disminuye hasta que célula progenitora se escinde por la mitad
Por la formación de anillo contráctil de actina y miosina anclado a córtex de membrana en anafase.
Final de telofase, anillo contraído y cerrado arrastrando membrana plásmatica
Por fosforilación de moléculas de miosina por quinas activada por Rho, activada por Ps RhoA
Por proceso de estrangulación en plano ecuatorial
Meiosis
4 núcleos haploides partir de 1 núcleo diploide
Mantiene número cromosómico
Produce gametos genéticamente distintos
Primera división meiótica (Meiosis I)
Sufrida por espermatocitos y ovocitos de primer orden de las gónadas. Conseguir reordenación genética y reducción cromosómica
Profase I
Leptoteno
Cromatina se condensa y forma cromosomas con 2 cromátidas. Surgen cromómeros (regiones de condensación de ADN e histonas). Cromosomas se adhieren por placas de unión para que al finalizar esta etapa busquen así homólogo
Cigoteno
Necesario que cromosomas materno y paterno se apareen en toda su longitud para asegurar entrecruzamiento producido entre secuencias homólogas -->
23 bivalentes (estructuras formadas por 2 cromosomas) en espermatocitos o en ovocitos, cromosomas homólogos ahora bivalentes formados por 4 cromátidas
Complejo sinaptonémico. espacio entre 2 elementos laterales de cromosomas. Cada cromátida esta unido por uno de estos a una cromátida del cromosoma homólogo, existen 2n complejos (46 en humanos)
En espermatocitos, cromosomas X y Y no son totalmente homólogos: es imposible su apareamiento punto por punto. Existe región de homología (seudoautosómica) permite apareamiento parcial y entrecruzamiento.
Paquiteno
Entrecruzamiento entre cromátidas homólogas no hermanas = recombinación génetica catalizada por nódulos de recombinación situados en complejo sinaptonémico
Para que se de el intercambio de genes, una endonucleasa debe cortar las 2 cadenas de ADN de uno de los cromosomas homólogos. Después, una exonucleasa recorta los extremos 5' de cadenas cortadas, generando extremos 3'protuberantes monocatenarios. Extremos invaden doble cadena de ADN homóloga y producen sinapsis entre cadena sencilla y doble hélice. Esto catalizado por Rad51
Alineamiento inapropiado de cromosomas y se entrecruzan, se producen
mutaciones cromosómicas
(estructura celular alterada) = número incorrecto de genes u orden alterado --> En cromosoma X y Y, causa pérdida o ganancia de genes
Gameto con cromosoma X pero sin gen SRY (da caracteres sexuales masculinos)
Con cromosoma Y pero sin gen SRY
Gameto X normal
Gameto Y normal
Inversión.
entrecruzamiento desigual entre secuencias repetidas de la misma cromátida. Ej, Hemofilia
Translocación.
entre cromosomas no homólogos que comparten secuencias similares
Diploteno
Desamble de ejes proteicos formadores de complejo sinaptonémico y los cromosomas homólogos empiezan a separarse, pero se mantienen unidos por el quiasma (lugar donde hubo recombinación) por las cohesinas
Debe de haber un entrecruzamiento, para que se mantengan unidos por los quiasmas. Sino, los cromosomas homólogos se separarían y los gametos formados tendrían exceso o falta de cromosomas.
Ovocitos humanos comienzan meiosis en embrion, sin embargo se detienen en diploteno. Cuando se alcanza la pubertad, el ovocito ovulado en cada ciclo continuará con meiosis hasta metafase II, se terminará cuando sea fecundado.
Diacinesis
Quiasmas se desplazan a los extremos del bivalente.
Desaparecen los quiasmas, nucléolo y memebrana = fibras del huso se unen a centrímeros de cada bivalente por cinetocoros.
Metafase I
Pares de cromosomas homólogos migran a a plano ecuatorial y se disponen emparejados al azar
Anafase I
Enzima separada degrada cohesinas que formaban los quiasmas y mantenían cromosomas homólogos unidos; causa su separación --> 2 cromátidas de un mismo cromosoma se van al mismo polo, cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos a polos separados.
Cuando no se separan da lugar a aneuploidías (mutaciones de número de cromosomas alterado) Ej. Trisonomía de cromosoma 21 causa Síndrome de Down.
Telofase I
Cromosomas cons 2 cromátidas hermanas llegan a cada polo. Nucléolo reaparece. Ocurre citocinesis--> 2 células hija con número haploide de cromosomas y genes maternos y paternos. Si no se realiza esta separación, causa euploidía (mutación en numero de cromosomas distinto a 2n, poliploidías son letales en humanos)
Segunda División meiótica
Profase II
Microtúbulos se unen a cinetocoros
Metafase II
Cromosomas a plano ecuatorial, pero microtúbulos orientados en sentidos opuestos y cromosomas ya no forman bivalentes
Ovocitos y espermatocitos de segundo orden. 2n de ADN, necesita 2da división
Anafase II
Microtúbulos se acortan, centrómero se rompe, cohesinas se degradan y migran en direcciones diferentes.
Telofase II
Cromátidas llegan a cada polo.
Espermiogénesis. Al finalizar meiosis, proceso de diferenciación celular de las 4 células hija resultantes para que formen gametos funcionales
Mantenimiento de homeostasis por equilibrio entre las células que mueren y las que se regeneran por división celular