(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Reproducción en los seres
vivos)( Reproducción
celular mitosis y meiosis) (Introducción) (El
ciclo celular) (Etapas
del ciclo celular) (Apoptosis)
(Historia
del ciclo celular) (Introducción
e historia de la mitosis) (Profase
de la mitosis, condensación) (Huso
mitótico) (Prometafase
mitotica) (Mitosis
de la metafase a la citocinesis) (Tipos
de mitosis) (Introducción
e historia de la meiosis) (Meiosis
I, profase I y recombinación genética) (Meiosis
I y meiosis II) (Importancia
de la recombinación genética) (No
disyunción durante la meiosis) (Referencias
bibliográficas)
La profase es la fase de promoción de los eventos posteriores de la mitosis y se inicia una vez que han completado dos requisitos críticos. Lo primero es que la célula tenga dos copias de cada uno de sus cromosomas, de modo tal que cuando el material sea dividido, el contenido genético de la célula durante la interfase sea constante en cualquier ocasión. El segundo prerequisitorio es la acumulación de energía y biomasa que soporten el esfuerzo que la célula realiza durante la mitosis. Durante la profase ocurren eventos de gran importancia, los cuales son:
Figura 11. Eventos que suceden durante la profase, condensación de la cromatina
en cromosomas, desaparición de la membrana del núcleo y formación del huso
mitótico "fibras".
La condensación de
los cromosomas. A pesar de lo que muchos esperarían, los cromosomas no son
estructuras permanentes en una célula, de hecho, son relativamente momentáneos.
Estos se forman al inicio de la profase por la condensación del material
genético distribuido de manera homogénea en el núcleo. También empieza la
síntesis de polímeros de proteína que formarán el huso mitótico, fibras de
proteína que serán empleadas sobre los cromosomas en fases posteriores. Finalmente,
el núcleo de la célula se disuelve, liberando a los cromosomas condensados para
las fases posteriores de la mitosis.
Condensación de la cromatina
El núcleo de la
célula durante la interfase contiene una tremenda cantidad de fibras de
cromatina. Estas fibras se encuentran en un estado disgregado y extendido,
ideal para que el material genético pueda expresar la información que almacena
en forma de proteínas generalmente. Sin embargo, en esta estructura dispersa,
la cromatina difícilmente puede organizarse de forma tal que permita una
adecuada separación de su contenido en los polos opuestos de la célula. Es por
esto, que para que una célula pueda experimentar adecuadamente la separación de
su material genético “proceso al cual denominaremos de aquí en adelante como
segregación”, este debe compactarse en estructuras que sea más fáciles de
guiar, separar y distribuir. Estas estructuras se denominan cromosomas. El
proceso por el cual un cromosoma se forma a partir de la condensación de la
cromatina del núcleo se denomina compactación cromosomal o condensación
cromosomal. La compactación cromosomal ocurre durante la primera parte de la
interfase.
(YouTube)
Empaquetamiento del ADN en los cromosomas.
Superenrollamiento del ADN. El proceso
comienza con las histonas "molécula purpura 0:17, la cual enrolla el ADN
como si fuera un tubito de hilo. Cuando cuatro histonas forman un giro o bucle
0:26 se las denomina nucleosoma, y una fibra de nucleosomas es lo que se
denomina la cromatina 0:33. En la
interfase, la cromatina alterna entre el estado mostrado en 0:33 y la fibra de
ADN desplegada en 0:15. Cuando la célula ingresa a la mitosis, otras proteínas
no mostradas en el modelo del video se anclan a la cromatina y empiezan a
enrollarla varias veces más hasta formar el cromosoma.
Todos sabemos que
el ADN almacena información genética, y que los cromosomas están hechos de ADN,
sin embargo, la parte que no se cuenta es el intermedio. El ADN se encuentra
altamente relacionado con proteínas estructurales que lo desenvuelven o lo
enrollan, las más comunes se llaman histonas "bolitas amarillas en el
video". En la interfase, el ADN se mantiene en un estado de enrollado
ligero o desplegado para poder expresar su información genética, pero cuando la
célula ingresa en mitosis sufre el proceso denominado super-enrollamiento.
La cromatina de una
célula en interfase se organizan en fibras de aproximadamente 30 nanómetros de
diámetro. Los cromosomas mitóticos están compuestos por fibras semejantes, tal
como se ve en las microfotografías de cromosomas completos de células aisladas
durante la mitosis. Aparentemente, la compactación de la cromatina en un
cromosoma no afecta de manera sustancial la naturaleza misma de la fibra de
cromatina. Una analogía que podemos emplear es la del hilo y un tejido. El
cromosoma es una entidad compuesta por fibras de cromatina que tejen una
estructura de tres dimensiones. Los cromosomas no se forman solos, requieren
del apoyo de proteínas relacionadas íntimamente al material genético que lo
controlan, lo regulan e incluso hasta lo alteran. Un ejemplo de estas proteínas
son las histonas, que sirven como un tubino de hilo. Las histonas siempre están
activas, por lo que durante la profase, otras proteínas las estimulan para
super-enrollarse.
En años recientes,
la investigación en la compactación de los cromosomas se ha enfocado en un
abundante complejo de múltiples proteínas denominado condensina. Las proteínas
de la condensina fueron descubiertas mediante la incubación de extractos de
núcleos de rana e identificando las proteínas que se asocian con los cromosomas
a medida que estos experimentan la compactación. Actualmente, los mecanismos
moleculares que le permiten a la condensina actuar son desconocidos, o
propuestos mediante modelos especulativos.
La condensación de la cromatina en un cromosoma se da mediante un proceso llamado super-enrollamiento, en el cual las fibras de cromatina son enrolladas varias veces para formar una estructura muy densa y compacta. El ADN super-enrollado ocupa un volumen mucho menor que el del ADN relajado en cromatina dispersa, y los estudios sugieren que el super-enrollamiento del ADN juega un papel fundamental en la compactación de la fibra de cromatina en el pequeñísimo volumen ocupado por un cromosoma. En presencia de proteínas como la topoisomerasa y una fuente de energía como ATP, la condensina es capaz de unirse al ADN in vitro y enrollarlo de manera efectiva.
Figura 12. El ADN es
enrollado en histonas, luego en nucleoidoe y posteriormente en cromatina tal
como se muestra en (YouTube). Posterior a la cromatina
otras proteínas como la topoisomerasa continúan enrollando más, formando los
bucles de solenoide y cromomero. El cromomero es la unidad estructural de la
cual está formado el cromosoma.
Estos hallazgos concuerdan muy bien con las observaciones de la compactación de los cromosomas, la cual durante la profase requieren de la presencia de la topoisomerasa II, la cual junto a la condensina son parte del sistema de enrollamiento de un cromosoma. La condensina es presumiblemente uno de los blancos que las quinasas dependientes de ciclina activan durante el cambio de fase del ciclo celular desde la G2 a la fase M.
Como resultado de
la compactación, los cromosomas de la célula que inicia la mitosis aparecen
como entidades individualizables, con apariencia de bastón. Las hebras en forma
de bastón no son las mismas siempre. Las que aparecen al inicio de la mitosis
tienen una estructura de hebra doble o de X, si a esto lo visualizamos como un
bastón doble, cada filamento recibirá el nombre de cromátide hermana. Las
cromátides hermanas son el resultado de la duplicación del material genético
durante la fase S del ciclo celular.
Antes de la
replicación en la fase S, el ADN es anclado por un complejo de proteínas
múltiples denominado cohesina. Una vez que el ADN es replicado, la cohesina
ancla el material genético de modo tal que cuando se condensen los cromosomas,
cada una de las cromatinas posea el material genético correcto y homologo al de
la cromátide hermana. Experimentos en los que la cohesina es inactivada, las
cromátides hermanas se separan antes de tiempo. La cohesina es retirada de los
cromosomas a mitad de la mitosis, debido a que las cromátides hermanas deben
separarse en eventos posteriores.
Una de las
características más notables del cromosoma es la formación de una constricción
primaria que marca la posición del centrómero.
Aunque en los modelos esquemáticos la posición del centrómero siempre o
casi siempre se ubica en el centro del cromosoma, en la realidad la ubicación
del centrómero puede variar, haciendo que los brazos de las cromátides tengan
longitudes variables entre los diferentes cromosomas. Lo anterior causa que la
forma de los cromosomas sea altamente variable, lo cual a su vez permite que
los pares de cromosomas puedan ser identificados con relativa facilidad
mediante microscopia. En los humanos, por ejemplo, todos los cromosomas son
identificables por la morfología de las Cromátides y la posición del
centrómero, asignándoles nombres del 1 al 22 donde la pareja 23 al no ser
homologas tienen nombres propios “cromosoma x y cromosoma y”.
El material
genético generalmente se asocia a la expresión de proteínas, pero en los
eucariotas, este ADN es una minoría generalmente. Dentro de la mayoría del ADN
se encuentran secuencias reguladoras, y otras secuencias de estabilización
estructural. Las primeras se encargan de controlar como, cuando y porqué un gen
es expresado. Las secuencias de estabilización estructural permiten que cuando
el ADN se empaqueta en el cromosoma, el ADN pueda ser protegido y controlado
por las proteínas durante la mitosis. Por lo general las secuencias de
estabilización estructural son secuencias de ADN altamente repetitivo y que
dependiendo de su ubicación en el cromosoma poseen una función diferente de las
anteriormente mencionadas.
El ADN que se ubica en el centrómero sirve como sitio de acoplamiento para las proteínas con forma de hilo llamadas huso y que sirven para mover a los pares homólogos en fases posteriores de la mitosis.
Figura 13. Consumo de los
telómeros (YouTube).
Por otra parte, las
secuencias que se ubican en las puntas de las cromátides se denominan telómeros.
Los telómeros juegan un rol importante en el envejecimiento somático de las
células. Cuando las células de un cuerpo se reproducen por mitosis, parte del
material genético ubicado en las puntas de las Cromátides se pierde. Se ha
propuesto que una vez que se pierden la mayoría de secuencias de telómeros, las
secuencias que codifican para proteínas empiezan a perderse generando
mutaciones graves en las células que conllevan al cáncer y al síndrome de
envejecimiento.
El cinetocoro es un
conjunto de proteínas que se ensamblan sobre los centrómeros y sirven como
lugar de ancla para las fibras del huso mitótico. Esta no es la única función
del cinetocoro, las proteínas del cionetocoro también funcionan como motores
del movimiento para el cromosoma. No todos los eucariotes poseen un cinetocoro
ubicado únicamente en el centromero, algunos gusanos redondos pueden llegar a
tener proteínas del cinetocoro difusos distribuidos relativamente distribuidos
por la cromátide.
No hay comentarios:
Publicar un comentario