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El ciclo celular es el proceso mediante el cual una célula se duplica y se divide para dar lugar a dos células hijas genéticamente idénticas. Este proceso se divide en dos fases principales: la interfase y la mitosis. La interfase a su vez se subdivide en tres fases: la G1 (fase de crecimiento 1), la S (fase de síntesis) y la G2 (fase de crecimiento 2). A continuación, se describe el ciclo celular en detalle:

Interfase:

Fase G1 (Fase de crecimiento 1):

La fase G1, también conocida como la primera fase de crecimiento, es una etapa del ciclo celular en la que la célula se prepara para la replicación del ADN y el inicio de la división celular. Esta fase ocurre después de la división celular previa (mitosis o meiosis) y antes de la fase S (síntesis de ADN) en el ciclo celular.

• Crecimiento y función celular: Durante la fase G1, la célula experimenta un crecimiento significativo en tamaño y función. Durante este período, la célula acumula energía y recursos necesarios para la próxima división celular, sintetiza proteínas y orgánulos necesarios, y realiza las funciones específicas requeridas por su tipo celular y su entorno.
• Monitoreo de condiciones ambientales: La fase G1 es una fase crítica en la que la célula evalúa su entorno y verifica si las condiciones son favorables para continuar con el ciclo celular. Las células pueden detenerse temporalmente en la fase G1 si detectan daño en el ADN, señales de estrés celular o insuficiencia de nutrientes y factores de crecimiento.
• Checkpoint G1/S: En la fase G1, la célula pasa por un punto de control crítico llamado el checkpoint G1/S. En este punto de control, la célula evalúa si las condiciones son adecuadas para iniciar la replicación del ADN en la fase S. Se verifican factores como la integridad del ADN, la disponibilidad de nutrientes y factores de crecimiento, y la señalización adecuada desde el entorno celular.
• Inicio de la replicación del ADN: Si la célula pasa exitosamente el checkpoint G1/S y todas las condiciones son favorables, se inicia la fase S y la replicación del ADN comienza. Durante la fase G1, se sintetizan las proteínas necesarias para la replicación del ADN y se preparan los complejos de replicación.
• Duración variable: La duración de la fase G1 puede variar ampliamente entre diferentes tipos celulares y condiciones ambientales. En algunas células, la fase G1 puede ser relativamente corta, mientras que en otras puede ser más prolongada. Por ejemplo, las células en rápido crecimiento, como las células embrionarias o las células cancerosas, pueden tener una fase G1 más corta que las células especializadas y en reposo.

Fase S (Fase de síntesis):

La fase S, que significa “síntesis”, es una etapa del ciclo celular en la que se lleva a cabo la replicación del ADN. Durante esta fase, el material genético de la célula se duplica para prepararse para la división celular subsiguiente. La fase S sigue a la fase G1 (fase de crecimiento temprano) y precede a la fase G2 (fase de crecimiento tardío).

• Replicación del ADN: La característica principal de la fase S es la síntesis de nuevo ADN. Durante esta etapa, la molécula de ADN se desenrolla y se separa en dos hebras complementarias. Cada una de estas hebras actúa como una plantilla para la síntesis de una nueva cadena de ADN complementaria. Como resultado, se producen dos moléculas idénticas de ADN a partir de una molécula original, lo que garantiza que cada célula hija tenga una copia completa del material genético.
• Proteínas de replicación: Durante la fase S, se sintetizan y activan numerosas proteínas especializadas que participan en la replicación del ADN. Estas proteínas incluyen enzimas como la ADN polimerasa, helicasas, topoisomerasas y ligasas, entre otras. Cada una de estas proteínas desempeña un papel específico en el proceso de replicación y asegura su precisión y eficiencia.
• Checkpoint de replicación del ADN: La fase S está regulada por puntos de control celulares que garantizan la integridad y la precisión de la replicación del ADN. En particular, existe un checkpoint de replicación del ADN que supervisa la corrección de errores durante la síntesis de ADN y detiene el ciclo celular si se detectan daños en el ADN o si la replicación no se completa correctamente.
• Duración variable: La duración de la fase S puede variar según el tipo celular y las condiciones ambientales. En general, esta fase puede ser relativamente corta en células que se dividen rápidamente y necesitan duplicar su ADN con frecuencia, como las células embrionarias o las células cancerosas. Por otro lado, puede ser más larga en células que se dividen con menos frecuencia o en células especializadas.
• Preparación para la división celular: La fase S prepara la célula para la división celular subsiguiente, asegurando que cada célula hija tenga una copia completa y exacta del material genético. Después de la fase S, la célula entra en la fase G2, donde continúa creciendo y se prepara para la división celular mediante mitosis (en células somáticas) o meiosis (en células germinales).

Fase G2 (Fase de crecimiento 2):

La fase G2 es la tercera etapa del ciclo celular, que sigue a la fase S (síntesis) y precede a la fase M (mitosis o meiosis). Durante la fase G2, la célula continúa creciendo y se prepara activamente para la división celular subsiguiente.

• Crecimiento y preparación: Durante la fase G2, la célula continúa creciendo y acumulando recursos necesarios para la división celular. Se sintetizan proteínas, orgánulos y otros componentes celulares para garantizar que cada célula hija tenga todos los elementos necesarios para funcionar correctamente. Además, se verifica que el ADN se haya replicado correctamente durante la fase S.
• Verificación de daños en el ADN: La célula activamente verifica la integridad del ADN durante la fase G2. Se realizan controles para detectar daños en el ADN o errores de replicación que puedan haber ocurrido durante la fase S. Si se detectan daños significativos, se pueden activar mecanismos de reparación del ADN o, en caso de daños irreparables, se puede inducir la apoptosis para eliminar la célula dañada.
• Checkpoint G2/M: La fase G2 incluye un punto de control crucial llamado checkpoint G2/M. En este punto de control, la célula verifica si todas las condiciones son óptimas para la entrada en la fase de división celular (fase M). Se verifica la integridad del ADN, la finalización de la replicación del ADN y la presencia de factores de crecimiento y señales adecuadas del entorno celular.
• Preparación para la división celular: La fase G2 es una etapa de preparación intensiva para la división celular subsiguiente. Después de pasar exitosamente el checkpoint G2/M y verificar que todas las condiciones son favorables, la célula está lista para entrar en la fase de división celular (mitosis o meiosis). Durante la fase G2, se forman los componentes necesarios para la división celular, como el huso mitótico en la mitosis o los complejos de sinapsis en la meiosis.
• Duración variable: La duración de la fase G2 puede variar según el tipo celular y las condiciones ambientales. En general, esta fase puede ser relativamente corta en células que se dividen rápidamente y necesitan prepararse rápidamente para la división celular. Por otro lado, puede ser más larga en células que se dividen con menos frecuencia o en células especializadas.

Mitosis:

La mitosis es el proceso de división celular y consta de varias etapas:

Profase:

La profase es la primera fase de la mitosis, el proceso de división celular que resulta en la formación de dos células hijas genéticamente idénticas. Durante la profase, los cromosomas se condensan y se vuelven visibles bajo el microscopio óptico, lo que marca el comienzo de la división celular.

• Condensación de cromosomas: Durante la profase, los cromosomas experimentan un proceso de condensación en el que se enrollan y se compactan, volviéndose visibles bajo un microscopio óptico. Antes de la profase, los cromosomas se encuentran en una forma extendida y difusa conocida como cromatina. La condensación de los cromosomas ayuda a asegurar que el material genético se distribuya de manera uniforme durante la división celular.
• Desaparición de la envoltura nuclear: A medida que los cromosomas se condensan, la envoltura nuclear que rodea el núcleo celular comienza a desaparecer. Los poros nucleares, que normalmente permiten el intercambio de moléculas entre el núcleo y el citoplasma, se cierran a medida que la envoltura nuclear se desintegra. Esto facilita la liberación de los cromosomas del núcleo celular para que puedan alinearse en el plano ecuatorial durante la siguiente fase de la mitosis, la metafase.
• Formación del huso mitótico: Durante la profase temprana, comienza a formarse el huso mitótico, una estructura compuesta por microtúbulos que se extienden desde los centriolos en dirección opuesta en la célula. Los microtúbulos del huso mitótico ayudan a mover y alinear los cromosomas en el plano ecuatorial de la célula durante la metafase y a separar las cromátidas hermanas durante la anafase.
• Desaparición del nucléolo: El nucléolo, una estructura dentro del núcleo que está involucrada en la síntesis de ribosomas, desaparece durante la profase a medida que se desintegra la envoltura nuclear. La desaparición del nucléolo es un indicador adicional de que la célula está entrando en una fase activa de división celular.
• Organización de los cromosomas: Durante la profase, los cromosomas se organizan y se alinean en el plano ecuatorial de la célula, preparándose para la siguiente fase de la mitosis, la metafase. Esta alineación precisa de los cromosomas asegura que se distribuyan de manera uniforme a las células hijas durante la división celular.

Metafase:

La metafase es la segunda fase de la mitosis, el proceso de división celular que resulta en la formación de dos células hijas genéticamente idénticas. Durante la metafase, los cromosomas se alinean de manera precisa en el plano ecuatorial de la célula, preparándose para su separación hacia los polos opuestos durante la siguiente fase de la mitosis, la anafase.

• Alineación en el plano ecuatorial: Durante la metafase, los cromosomas condensados se alinean en el centro de la célula, formando una estructura conocida como placa metafásica o placa equatorial. Esta alineación precisa asegura que cada cromosoma esté posicionado de manera adecuada para la separación durante la fase siguiente, la anafase.
• Conexión con el huso mitótico: Los cromosomas están unidos al huso mitótico a través de estructuras especializadas llamadas cinetocoros, que se encuentran en el centrómero de cada cromosoma. Los microtúbulos del huso mitótico se conectan a los cinetocoros, permitiendo que los cromosomas sean movidos y alineados de manera precisa en el plano ecuatorial de la célula.
• Checkpoint metafásico: Durante la metafase, se activa un punto de control llamado checkpoint metafásico, que verifica si todos los cromosomas están alineados correctamente en la placa metafásica. Este checkpoint asegura que todos los cromosomas estén unidos al huso mitótico de manera adecuada y que no haya errores en la alineación antes de proceder a la siguiente fase de la mitosis.
• Comprobación de la tensión: Además de verificar la alineación correcta de los cromosomas, el checkpoint metafásico también monitorea la tensión ejercida sobre los cromosomas por parte del huso mitótico. Si algún cromosoma no está conectado correctamente al huso mitótico o si hay una tensión inadecuada, se detiene temporalmente la progresión de la metafase hasta que se resuelvan los problemas.
• Preparación para la separación: La alineación precisa de los cromosomas en la placa metafásica es crucial para asegurar que se distribuyan de manera equitativa hacia las células hijas durante la siguiente fase, la anafase. La metafase proporciona el tiempo necesario para que la célula verifique que todos los cromosomas estén listos para su separación antes de continuar con la división celular.

Anafase:

La anafase es la tercera fase de la mitosis, el proceso de división celular que resulta en la formación de dos células hijas genéticamente idénticas. Durante la anafase, los cromosomas se separan y se mueven hacia polos opuestos de la célula, lo que asegura que cada célula hija reciba una copia completa y idéntica del material genético.

• Separación de las cromátidas hermanas: Durante la anafase, las cromátidas hermanas, que son las dos copias idénticas de cada cromosoma que se formaron durante la fase S de la mitosis, se separan. Esto se logra gracias a la acción de los microtúbulos del huso mitótico, que ejercen fuerza sobre los cinetocoros de las cromátidas hermanas.
• Movimiento hacia los polos opuestos: Una vez que las cromátidas hermanas se separan, los microtúbulos del huso mitótico comienzan a acortarse, tirando de las cromátidas hacia los polos opuestos de la célula. Este movimiento asegura que cada célula hija reciba una copia completa y exacta del material genético.
• Formación de los cromosomas hijas: A medida que las cromátidas hermanas se mueven hacia los polos opuestos de la célula, se convierten en cromosomas hijas individuales. Cada cromosoma hija consiste en una sola cromátida y contiene una copia completa del material genético de la célula madre.
• Alargamiento de la célula: Durante la anafase, la célula se alarga a medida que los microtúbulos del huso mitótico continúan empujando los polos opuestos de la célula hacia fuera. Este alargamiento contribuye a la separación física de los cromosomas y a la formación de dos células hijas separadas durante la siguiente fase, la telofase.
• Checkpoint anafásico: Durante la anafase, se activa un punto de control llamado checkpoint anafásico, que verifica si todos los cromosomas se han separado correctamente y si están siendo movidos hacia los polos opuestos de la célula. Este checkpoint asegura que la célula no progrese a la siguiente fase, la telofase, hasta que todos los cromosomas se hayan segregado de manera adecuada.

Telofase:

La telofase es la cuarta y última fase de la mitosis, el proceso de división celular que resulta en la formación de dos células hijas genéticamente idénticas. Durante la telofase, los cromosomas que se separaron durante la anafase comienzan a descondensarse y a desaparecer, y se restablecen las estructuras celulares normales en cada una de las células hijas.

• Descondensación de los cromosomas: Durante la telofase, los cromosomas que se movieron hacia polos opuestos de la célula durante la anafase comienzan a descondensarse y a volver a su estado extendido de cromatina. Este proceso implica la relajación de la estructura de los cromosomas, lo que permite que el material genético sea accesible para las actividades celulares normales.
• Reformación de la envoltura nuclear: A medida que los cromosomas se descondensan, la envoltura nuclear comienza a formarse alrededor de cada conjunto de cromosomas en cada célula hija. La envoltura nuclear se origina a partir de fragmentos de la membrana nuclear que se disgregaron durante la profase y la prometafase y se reensamblan alrededor de los cromosomas.
• Reaparición del nucléolo: Durante la telofase, el nucléolo, que desapareció durante la profase, comienza a reaparecer en el núcleo de cada célula hija. El nucléolo es responsable de la síntesis de ribosomas y su reaparición indica la restauración de la actividad celular normal en la célula hija.
• Separación de los cromosomas: A medida que la telofase progresa, los cromosomas se separan completamente y cada conjunto de cromosomas se encuentra en un polo opuesto de la célula hija. Esto marca el final de la división cromosómica y la preparación para la división citoplasmática, o citocinesis, que dará lugar a la formación de dos células hijas separadas.
• Citoquinesis: La telofase generalmente se superpone con el inicio de la citoquinesis, el proceso de división del citoplasma. Durante la citoquinesis, el citoplasma de la célula madre se divide entre las células hijas, dando lugar a la formación de dos células hijas separadas y genéticamente idénticas.

Ciclo Completo:

Después de la mitosis y la citocinesis, las células resultantes entran en la interfase nuevamente, completando así el ciclo celular.

El ciclo celular es regulado cuidadosamente por una serie de proteínas y factores de control para asegurar la replicación precisa del ADN y la división celular. Las células somáticas (células del cuerpo) pasan por este ciclo con el objetivo de crecimiento, reparación y reemplazo celular. Por otro lado, las células sexuales pasan por un proceso llamado meiosis para producir gametos.

Contenido relacionado

• Estructura de la célula