Ciclo Celular

Etapas del ciclo celular

El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que conducen al crecimiento de la célula y la división en dos células hijas. Las etapas, como se muestran en el dibujo , son:

• G1 (Gap 1): Intervalo o hueco. Dura aproximadamente 8 horas.
• S (Síntesis): Ocurre la replicación del ADN. Dura aproximadamente 8 horas.
• G2 (Gap 2): Intervalo 2. Dura aproximadamente 4 horas.
• M (Fase M): Incluye la mitosis o meiosis (reparto del material genético nuclear) y citocinesis (división del citoplasma). Dura aproximadamente 7-8 horas.

Las células en el ciclo celular se denominan proliferantes, mientras que las que se encuentran en la fase G₀ se llaman quiescentes. Toda célula se origina únicamente de otra célula preexistente.

El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula descendiente de otra que se divide y termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas. Consiste en:

1. Interfase: Comprende las 3 etapas (G1, S, G2).
2. División celular: Mitosis o meiosis.

Interfase

La interfase es la etapa que media entre las divisiones celulares, durante la cual las células desempeñan su trabajo especializado.

Fase S

La fase S (síntesis) es el periodo de la interfase en el cual se sintetiza nuevo ADN. Dura de 7 a 8 horas.

Fase G1

G1 es el intervalo entre el final de la fase M y el comienzo de la fase S. Dura de 7 a 8 horas.

Fase G2

G2 es el intervalo entre la fase S y el comienzo de la mitosis. Dura 4 horas. Aquí se observa la duplicación de los centriolos (4).

Fase G0

El estado G₀ es un estado permanente, no cíclico y especial. Se encuentra dentro de G1 y se utiliza para referirse a células que no están en proliferación y han entrado en una fase quiescente, estando fuera del ciclo durante un tiempo.

Renovación Celular

1. Casi todos los tipos de células con función especializada existen en una fase G1 duradera, o han abandonado el ciclo celular, convirtiéndose en células terminales.
2. Se necesitan nuevas células para regenerar tejidos lesionados, por lo que la mitosis es absolutamente necesaria en algunos tipos de poblaciones celulares.
3. Cuanto mayor sea el nivel de especialización de la célula, menor será la posibilidad de que conserve su capacidad de división mitótica.

Poblaciones celulares

Poblaciones que no se renuevan

Estas poblaciones carecen de capacidad de proliferación y son células terminales. Ejemplos: neuronas y células del miocardio.

Poblaciones en renovación continua

La renovación celular se logra a partir de células indiferenciadas de la misma línea o familia, que no se han especializado al grado de perder su capacidad mitótica.

Importancia de la célula de origen

1. Términos importantes que describen células en renovación: intermediarias, progenitoras y células de origen (o stem cells).
2. Las células de origen o stem cells se reservan para la célula central quiescente, que permanece en un estado de diferenciación incompleta durante toda la vida.

Las células de origen se manifiestan así:

1. Pasar por mayor diferenciación y terminar siendo células progenitoras.
2. No diferenciarse más y seguir como células de origen.
3. Autorrenovación: Permite crear otra generación de células de origen idénticas.
4. Las células de origen tienen una extraordinaria capacidad de autorrenovación.
5. Las células hijas de las células de origen tienen la capacidad de diferenciarse en varias direcciones, por lo que se las llama células de origen pluripotenciales o totipotenciales.

Células reproductoras

1. Tienen un grado de diferenciación bajo, por lo que sus células hijas no están limitadas al mismo nivel que la célula original.
2. Muestran proliferación rapidísima y generan un gran número de células terminales, pero comúnmente tienen una capacidad de auto-reproducción limitada o nula.
3. Su potencial latente (no expresado libremente) de proliferación es extenso; se activa cuando se necesitan en mayor número.

Poblaciones potencialmente renovables

Las células altamente diferenciadas no se dividen, pero hay algunos casos de células especializadas que viven largo tiempo y conservan la capacidad de asumir el estado de división cíclica activa (ej. hígado totalmente desarrollado).

Mitosis

La mitosis es la fase de división celular (1-1.5 horas de duración) que reproduce una célula madre en dos células hijas, las cuales entran en la fase S del ciclo celular. Característica de las células eucariotas, se distinguen dos periodos mayores: la interfase (duplicación del ADN) y la mitosis (reparto idéntico del material duplicado). La mitosis es relativamente corta comparada con la interfase.

Fases de la mitosis

Comprende cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase.

Profase

El material cromosómico (cromatina) se condensa y aparece gradualmente como barras cortas. Los cromosomas se observan al microscopio; cada cromosoma consta de dos hebras (cromátidas) unidas por el centrómero, que posee una zona externa llamada cinetocoro. La membrana nuclear y el nucléolo se desintegran, apareciendo el huso mitótico (micro túbulos que se extienden por la célula) que guía a los cromosomas en sus movimientos.

Metafase

Los pares de cromosomas se mueven hacia el centro (ecuador) de la célula. Las cromátidas se disponen en una fila formando ángulos rectos con las fibras del huso mitótico; el centrómero de cada cromátida se pega a una fibra del huso.

Anafase

Los cromosomas se separan y se mueven hacia los polos (fase más corta, 2-10 min). La anafase comienza cuando los centrómeros duplicados de cada par de cromátidas hermanas se separan, y los nuevos cromosomas se mueven hacia los polos opuestos de la célula, debido a las fibras del huso. Dependiendo de la localización del centrómero, los cromosomas adoptan una forma característica (V o J). Al final de la anafase, un juego completo de cromosomas se agrupa en cada polo.

Telofase

(10-30 min) Los cromosomas están en los polos y son más difusos. Se vuelve a formar la membrana nuclear, el nucléolo y el huso desaparece. La división nuclear por mitosis está completa. La citocinesis (división del citoplasma) suele estar en progreso antes de que la división nuclear se complete. En células animales, implica la formación de un surco de división.

Identificación de Cromosomas

No hay un método único para la identificación de cromosomas. Se realizará por grupos:

Hay que tener en cuenta que la tinción y condensación de los cromosomas puede variar entre células, por lo que su aspecto puede ser ligeramente distinto.

• Grupo A (1-3): Los más grandes. El cromosoma 1 es el más grande, con dos bandas en el brazo corto y el resto más claro. El cromosoma 2 es metacéntrico (ambos brazos con muchas bandas). El cromosoma 3 es el más pequeño del grupo, también metacéntrico.
• Grupo B (4-5): El cromosoma 4 tiene varias bandas en el brazo largo. El cromosoma 5 tiene una banda en el brazo corto y un bloque más teñido en el brazo largo.
• Grupo C (6-12, X): 7 pares de cromosomas medianos submetacéntricos, incluyendo los cromosomas X (brazo corto grande con una banda intermedia, y una banda equidistante del centrómero en el brazo largo) e Y.
• Grupo D (13-15):
• Grupo E (16-18):
• Grupo F (19-20):
• Grupo G (21-22, Y): El cromosoma Y suele estar muy teñido y en la periferia celular.

Funciones especializadas de la célula en interfase

Estas funciones se realizan en el citoplasma, donde se obtienen la energía necesaria para las actividades metabólicas a partir de la oxidación de alimentos y nutrientes. Para ello, las células necesitan:

1. Oxígeno para el metabolismo oxidativo.
2. Nutrientes que aportan energía.
3. Componentes químicos anabólicos para el crecimiento, conservación celular y síntesis de productos secretores. Esto se realiza gracias a los orgánulos citoplasmáticos y al citoesqueleto (microtúbulos y filamentos).

Membranas celulares y su importancia

Para cumplir sus funciones, la célula se basa en orgánulos membranosos y no membranosos.

Orgánulos citoplasmáticos membranosos

1. Mitocondrias
2. Retículo endoplasmático rugoso
3. Aparato de Golgi
4. Vesículas secretoras
5. Lisosomas
6. Vesículas recubiertas
7. Endosomas
8. Peroxisomas
9. Retículo endoplasmático liso

Orgánulos citoplasmáticos no membranosos

1. Ribosomas libres y polisomas
2. Microtúbulos
3. Centriolos
4. Cilios y flagelos
5. Filamentos

Inclusiones citoplasmáticas

1. Nutrientes almacenados: glucógeno, lípidos.
2. Pigmentos: exógenos (carotenos, partículas de carbono) y endógenos (hemoglobina, hemosiderina, bilirrubina, melanina, lipofuscina).

Matriz citoplasmática (citosol): contiene innumerables proteínas solubles, incluyendo las que ensamblan los orgánulos y participan en reacciones enzimáticas.

Membrana celular

La membrana celular es la estructura más externa de la célula. Es muy difícil de observar en el microscopio óptico común (8-10 nm de grosor). En cortes teñidos con hematoxilina y eosina, a veces se observa una franja fina de color rosa. En el microscopio electrónico, se observa su estructura tridimensional. Las membranas internas son más finas (7 nm) y tienen composición molecular y complemento enzimático característico. La membrana celular se diferencia de las demás por poseer una región externa de cadenas de carbohidratos (glicocálix).

La base estructural de la membrana es una bicapa lipídica, con afinidad por sustancias liposolubles. Las sustancias hidrosolubles interactúan con las proteínas de membrana. Las proteínas de membrana están dispuestas de dos maneras:

• Proteínas integrales o intrínsecas.
• Proteínas periféricas o extrínsecas.

La membrana celular no es simétrica y posee dos funciones importantes: especificidad antigénica e intervención en el reconocimiento celular. Los lípidos de membrana se comportan como líquidos. El fraccionamiento celular se realiza mediante centrifugación diferencial.

Mitocondrias

Las mitocondrias son orgánulos que albergan las cadenas de enzimas del metabolismo respiratorio, produciendo ATP a partir de ADP. Su estructura guarda relación con las actividades enzimáticas y electroquímicas que producen la fosforilación oxidativa. Se las considera las “centrales energéticas” de la célula. Parecen ser herederas de bacterias aerobias.

Ribosomas

Los ribosomas son partículas nucleoproteicas (20-30 nm de diámetro) que se encuentran libres en el citoplasma o unidos al retículo endoplasmático rugoso. Son orgánulos no membranosos, compuestos por ARN ribosómico y proteínas ribosómicas. Al teñir las células con hematoxilina y eosina, se observan como basofilia citoplasmática (abundancia de ribosomas libres). Pueden estar unidos formando polisomas o polirribosomas. Su función es proveer los sitios intracelulares donde las moléculas de aminoácidos se unen para formar cadenas polipeptídicas. Los ribosomas y polisomas intervienen en la traducción del ARNm que codifica las proteínas citoplasmáticas.

Retículo endoplasmático rugoso

Este orgánulo membranoso es notable en células que elaboran proteínas secretoras o glucoproteínas. Las secreciones son liberadas a través del borde luminal de la célula. Células con abundante retículo endoplasmático rugoso son basófilas (ej. fibroblastos, osteoblastos). El retículo endoplasmático rugoso consiste en dos regiones distintas: una para las enzimas lisosomales y otra para las proteínas secretoras. La hipótesis de la señal explica por qué los ribosomas que sintetizan proteínas secretoras o lisosomales se unen selectivamente al retículo endoplasmático rugoso. El retículo endoplasmático rugoso es sitio de incorporación de proteínas integrales y lípidos de membrana, y de modificación de proteínas segregadas.

Aparato de Golgi

Orgánulo presente en casi todas las células. Al microscopio, se identifica a veces como una zona pálida de citoplasma cerca del núcleo (imagen negativa de Golgi). Carece de ribosomas. Su unidad estructural es una vesícula membranosa aplanada (sáculo o cisterna de Golgi). No sintetiza proteínas (estas son sintetizadas en el retículo endoplasmático rugoso). Una de sus funciones principales es modificar los productos secretores. La tinción citoquímica detecta el sitio de las enzimas individuales del aparato de Golgi. El aparato de Golgi selecciona y empaqueta sus proteínas segregadas en dos compartimentos intracelulares diferentes. Es el centro principal de tránsito de membrana intracelular, interviene en la secreción de glucoproteínas y en el procesamiento de prohormonas.

Vesículas secretoras

Tienen aspecto de gránulos secretores limitados por una membrana (hasta 1.5 µm de diámetro). Cuando están libres se conocen como vacuolas de condensación. La exocitosis es el mecanismo por el que se liberan los productos secretores en la superficie celular.

Lisosomas

Orgánulos membranosos esféricos (0.2-0.4 µm de diámetro) que contienen hidrolasas ácidas capaces de destruir los constituyentes macromoleculares de la célula (fosfatasas, proteasas, nucleasas, lipasas, fosfolipasas, glucosidasas y sulfatasas). Las células utilizan sus hidrolasas lisosomales como un sistema de devolución interna mediante:

1. Endocitosis: la célula engloba material de su medio.
2. Fagocitosis: la célula capta partículas y agregados macromoleculares.
3. Pinocitosis: la célula engloba una pequeña muestra de líquido extracelular.

Peroxisomas

Microcuerpos (1 µm de diámetro) limitados por membrana, de forma, tamaño y contenido enzimático variable. Contienen enzimas que forman peróxido de hidrógeno, sustancia que participa en algunas reacciones metabólicas y es utilizada por las células fagocíticas para destruir microorganismos ingeridos.

Células Hemáticas

Eritrocitos

También llamados glóbulos rojos. Son las células hemáticas más comunes (5 millones/mm³ de sangre). Tienen forma de disco bicóncavo (2.7 µm de diámetro). Un eritrocito menor de 6 µm se denomina microcito, y uno mayor de 9 µm, macrocito. Alrededor del 66% de su contenido es agua y el 33% es hemoglobina (globina + hem). La membrana celular del eritrocito evita que la hemoglobina se escape y presenta selectividad con respecto al pasaje de iones.

Antígenos de grupos sanguíneos

Algunas glucoproteínas y glucolípidos de la membrana celular del eritrocito poseen cadenas oligosacáridas que presentan especificidad para los antígenos de los grupos sanguíneos (sistema ABO y Rh). Los individuos del grupo AB poseen ambos antígenos (A y B) y no producen anticuerpos, siendo receptores universales. Los del grupo O no tienen antígenos A ni B, siendo donadores universales. La incompatibilidad de antígenos puede causar aglutinación y lisis (hemólisis). El factor Rh es importante clínicamente, ya que una madre Rh- puede producir anticuerpos contra el antígeno Rh si está gestando un feto Rh+. El intercambio transplacentario de anticuerpos maternos puede provocar la lisis de eritrocitos fetales.

Los eritrocitos intervienen en el transporte de oxígeno y dióxido de carbono. La anemia puede deberse a:

1. Eliminación acelerada o destrucción de eritrocitos (hemólisis).
2. Pérdida severa de sangre (hemorragia).
3. Producción insuficiente de eritrocitos.

El recuento de reticulocitos proporciona información útil para determinar si el problema radica en la producción o destrucción de eritrocitos. Las anemias pueden clasificarse como hipocrómicas o hipercrómicas, y son resultado de deficiencia de hierro o vitamina B12. La eritropoyetina estimula la producción de eritrocitos.

Plaquetas (Trombocitos)

Fragmentos de citoplasma granular (2-3 µm de diámetro), sin núcleo, que se desprenden de los megacariocitos (150.000-400.000/mm³ de sangre). Juegan un papel importante en la hemostasia (detención del sangrado) y en el mecanismo de la coagulación sanguínea. Al microscopio, aparecen como discos aislados biconvexos y ovales. La adherencia de plaquetas puede originar la reacción de liberación. La trombopoyetina estimula la producción de plaquetas. Su vida media es de 8-10 días.

Leucocitos

(5.000-9.000/mm³ de sangre). Poseen antígenos HLA en sus membranas.

Neutrófilos

Importantes para la defensa contra bacterias y otros microorganismos. Se clasifican en neutrófilos en banda o cayados y en neutrófilos segmentados.

Linfocitos

Células esféricas u ovoides (8-12 µm de diámetro). El núcleo (azul oscuro) ocupa el 90% de la célula. El citoplasma es delgado y se tiñe de azul claro.

Eosinófilos

Tienen actividad fagocítica. Sus gránulos contienen sustancias para degradar lo que incorporan.

Basófilos

Poseen gránulos de heparina e histamina (mediadores químicos de la inflamación).

Monocitos

Células fagocíticas con gran capacidad bactericida. Siguen a los neutrófilos en la reacción inflamatoria.

Tejido Mieloide

En el adulto, el tejido mieloide está limitado a la médula ósea (cavidad interior de los huesos). La médula ósea experimenta cambios con la edad; su función no es igualmente activa en el recién nacido que en el adulto. En su evolución pasa por etapas: médula roja (intensamente activa en el feto y recién nacido) y médula amarilla (inactiva, invadida por tejido adiposo en el adulto). En el adulto, la médula roja se halla en el diploe de los huesos del cráneo, costillas, esternón, cuerpos vertebrales, algunos huesos cortos y los extremos de los huesos largos. La composición citológica de la médula ósea puede estudiarse mediante cortes histológicos o extensiones (obtenidas por punción).

Para realizar un medulograma, se punciona cualquier hueso que contenga médula roja hematopoyética. En algunos procesos patológicos, es necesario el estudio citológico simultáneo de la sangre periférica y de los órganos hematopoyéticos.

El estroma de la médula ósea está constituido por una trama de fibras reticulares y colágenas con abundantes vasos sanguíneos (sinusoides) y células del estroma: fibroblastos, macrófagos, células reticulares, células endoteliales, células adiposas y células osteógenas.

El parénquima de la médula ósea está constituido por células libres: eritrocitos, leucocitos (neutrófilos, eosinófilos, basófilos), y plaquetas, además de todas las células precursoras. Este proceso de formación de células sanguíneas se conoce como hematopoyesis.