Fases de la Mitosis y sus Mecanismos Moleculares

Entrada en Mitosis

El complejo CDK-M + ciclina induce los acontecimientos de la profase:

• Inicio de la condensación de la cromatina.
• Desintegración de la lámina nuclear, lo que lleva a la desintegración de la envuelta nuclear.
• Ensamblaje del huso mitótico.
• Unión de cromátidas hermanas a polos opuestos.
• Reorganización del citoesqueleto y orgánulos.

Profase

• El aparato de Golgi y el RE se fragmentan.
• Se empiezan a visualizar las fibras debido a la condensación de la cromatina, cuyo objetivo es formar los cromosomas metafásicos.
• Comienza la formación del huso mitótico.
• Desensamblaje del citoesqueleto.

Prometafase (Final de la Profase)

• La envuelta nuclear se fragmenta.
• Unión de los microtúbulos cinetocóricos a los cromosomas.
• Los cromosomas se desplazan al ecuador del huso mitótico.

Metafase

• Se observan los cromosomas alineados en la placa metafásica y anclados a los microtúbulos cromosómicos en ambos polos.
• En la formación de la placa metafásica, se observa el desplazamiento de microtúbulos y cromosomas mediado por proteínas motoras y fuerzas de «push and pull».

Formación del Huso Mitótico

• Formación de microtúbulos (3 tipos):
  • Microtúbulos cinetocóricos: se unen al cinetocoro del cromosoma.
  • Microtúbulos polares/discontinuos: se dirigen hacia el polo opuesto sin llegar a él, solapándose entre ellos.
  • Microtúbulos astrales/del áster: se extienden desde el huso mitótico en todas direcciones cerca de la membrana. Determinan la orientación del huso.
• Nucleación a partir de anillos γ-TURC en los centrosomas duplicados.
• Se inicia en la profase y se completa en la metafase.

Formación de la Placa Metafásica y Proteínas Motoras

• Ensamblaje y función (movimiento de microtúbulos y cromosomas).
• Quinesinas (+):
  • Quinesina-5: separa los polos (similar a la dineína en la anafase).
  • Quinesina-14: se mueve hacia el extremo (-) (excepción, crea solapamiento en la profase).
  • Quinesinas-4 y 10: se unen a los centrómeros (en la profase).

Telofase

Formación de dos núcleos hijos:

• Desensamblaje del huso mitótico.
• Descondensación de la cromatina.
• Formación de las envueltas nucleares.
• Desfosforilaciones.
• Fragmentos de membrana nuclear se unen a los cromosomas.
• Fusión por coalescencia.
• Incorporación de complejos del poro.
• Asociación con el RE.
• Entrada de proteínas nucleares.
• Reorganización de la cromatina.
• Reinicio de la transcripción.

Citocinesis

• Células animales: formación de un surco ecuatorial (4 fases):
  • Iniciación: aparición del surco ecuatorial.
  • Contracción: anillo contráctil de haces contráctiles de actina-miosina II (contracción gradual) mediada por microfilamentos.
  • Inserción de membrana.
  • Finalización: incorporación de nueva membrana mediante la fusión de vesículas intracelulares procedentes del aparato de Golgi.
• Células vegetales: formación del fragmoplasto.

Significado de la Mitosis

• División de células somáticas.
• Crecimiento y reparación de tejidos.
• Generación de dos células hijas genéticamente idénticas entre sí y a la célula madre (clones).
• Mantenimiento de la misma dotación genética que la célula parental.

Transporte Intracelular: Importación y Exportación Nuclear

Importación al Núcleo

Se asocian tres componentes (si no se asocian, no hay proceso):

1. Una proteína con una señal de localización nuclear (NLS).
2. Importina α.
3. Importina β. Estas importinas son receptores solubles citosólicos.

La carga se une a la importina α, y esta a su vez se une a la importina β. El complejo completo se une a los filamentos del anillo citoplasmático y se transporta hacia el interior mediante cambios conformacionales. En el nucleoplasma, se une a Ran-GTP, una proteína que provoca el desensamblaje del complejo y la liberación de la carga. La importina β regresa al citosol unida a Ran-GTP, y la hidrólisis del GTP permite la separación de β y Ran-GDP. Finalmente, Ran-GDP libera el GDP e introduce GTP.

Exportación del Núcleo

La carga se une a la exportina para formar el complejo carga/exportina, al cual se le une Ran-GTP. Este complejo atraviesa el complejo del poro nuclear (CPN) hacia el medio extracelular. La hidrólisis del GTP produce la separación de Ran-GDP del complejo, y la exportina se desancla de la carga y regresa al núcleo. Se exportan principalmente ARNm maduros, subunidades ribosomales (ARN ribosómicos unidos a proteínas) y ARNt.

Meiosis: Fases y Diferencias con la Mitosis

Metafase I

• Los cromosomas homólogos se alinean en el plano ecuatorial.
• Los centrómeros se unen a las fibras cinetocóricas.
• Las cromátidas hermanas se unen a los microtúbulos del mismo polo.
• Los cinetocoros homólogos se unen a fibras de polos opuestos, mientras que los cinetocoros hermanos se unen a fibras del mismo polo, asegurando que cada par de cromosomas se dirija a polos opuestos con sus dos cromátidas.

Anafase I

Los cromosomas homólogos se desplazan hacia los polos opuestos. Esto implica:

• Disolución de los quiasmas mediante la proteólisis de las cohesinas y la activación de la separasa.
• Unión fuerte entre centrómeros hermanos como protección ante la proteólisis.

Telofase I

• Dispersión de la cromatina.
• Desaparición del huso mitótico.
• Formación de las envueltas nucleares.
• Comienzo de la citocinesis.

Intercinesis: Periodo entre las divisiones meióticas. Las células haploides con n cromosomas (espermatocitos y ovocitos secundarios) NO se duplican.

Segunda División Meiótica

El proceso es similar al de la mitosis, pero partiendo de 23 cromosomas (células haploides) en lugar de 46 (células diploides).

• Profase II: Similar a la de la mitosis.
  • Desintegración de la envuelta nuclear.
  • Recondensación de la cromatina.
  • Los cromosomas se unen a las fibras del huso mitótico.
• Metafase II: Si NO hay fecundación, los ovocitos se detienen en esta fase debido a la inhibición de APC/C y la no degradación de la ciclina B (o ciclina M), el factor promotor de la mitosis. La fecundación permite salir de esta parada. Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial. Los cinetocoros se dirigen a polos opuestos.
• Anafase II:
  • División sincrónica de los centrómeros.
  • Cada cromátida hermana se dirige a un polo opuesto del huso.
• Telofase II:
  • La cromatina se desenrolla.
  • Desaparece el huso mitótico.
  • Se forman las envueltas nucleares.
  • Comienza la citocinesis (anillo contráctil o fragmoplasto).

Se obtienen células totalmente diferentes.

Diferencias clave entre la primera y segunda división meiótica: En la primera división se separan cromosomas homólogos enteros, mientras que en la segunda división se separan las cromátidas hermanas. Por lo tanto, en la segunda división, la cohesina que une a las cromátidas hermanas se destruye.

Transporte de Vesículas y Función del Aparato de Golgi

Vesículas de Transición (RER-Golgi)

• Vesículas de avance (COP2): Se originan en zonas del RER sin ribosomas.
• Vesículas de retorno (COP1): Recuperan sustancias «coladas» y las devuelven al RER o a compartimentos anteriores del Golgi.
• Vesículas con cubierta de clatrina: Se forman en el aparato de Golgi para el transporte a lisosomas y en la endocitosis mediada por receptor.

Selección de Carga y Formación de Vesículas COP2

1. Selección de la carga en la zona de gemación: unión directa (proteínas de membrana) o indirecta (proteínas solubles que se unen a receptores transmembrana de salida).
2. SAR1 (proteína adaptadora) + GDP + hélice α anfipática.
3. Unión de SAR1-GEF: Intercambio de GDP por GTP. La hélice se despliega y se inserta en la bicapa del RER, iniciando la formación de la vesícula.
4. Sec24 y Sec23: proteínas adaptadoras que reclutan la carga y se unen a Sec13 y Sec31.
5. Sec13 + Sec31: forman la malla que completa la cubierta COP2.
6. SAR1 se desensambla y la cubierta se suelta por hidrólisis del GTP.

Direccionamiento y Fusión de Vesículas

• RAB: Dirigen las vesículas durante la fusión. Son GTPasas monoméricas activas con GTP.
• Aproximación inicial: v-SNARE (en la vesícula) + t-SNARE (en la membrana diana, 2-3 cadenas polipeptídicas) forman un complejo de 4 hélices enrolladas.

Recuperación de Materiales (COP1)

• Movimiento por microtúbulos: transporte retrógrado (retroceso).
• Señales de recuperación:
  • Proteínas de membrana: secuencia Lys-Lys-X-X-C-terminal (KKXX).
  • Proteínas solubles: secuencia Lys-Asp-Glu-Leu-C-terminal (KDEL). Receptores KDEL en el cis-Golgi y en el Golgi intermedio.

Aparato de Golgi

• Localización: Cerca del núcleo debido a la interacción con microtúbulos unidos a dineínas (-).
• Síntesis de glúcidos:
  • Hacia la pared vegetal: pectina, hemicelulosa (desde el Golgi) por exocitosis.
  • En animales: mucus (células caliciformes), GAGs (se sulfatan y se unen a proteínas formando proteoglucanos mediante O-glucosilación sobre Ser y Thr, catalizada por glucosiltransferasas, añadiendo 1 N-acetilgalactosamina (NAcGal) y hasta 10 monosacáridos).
• Estructura: Cisternas aplanadas, más anchas en los extremos, apiladas (4-6 cisternas).
  • Red Cis-Golgi: Recibe vesículas de transición del RE y de retroceso. Es la primera cisterna.
  • Red Trans-Golgi: Envía vesículas a otros orgánulos. También recibe vesículas de retroceso.
  • Cara cis: Proximal, convexa, de formación, conectada a la membrana nuclear y al RE.
  • Zona media: Modificaciones químicas.
  • Cara trans: Distal, cóncava, genera vesículas de secreción.
• Proteínas del Golgi: Integrales de membrana de un solo paso. Incluyen glucosidasas (acortan oligosacáridos) y glucosiltransferasas (alargan oligosacáridos).
• Modificaciones de N-oligosacáridos:
  • Se añade manosa-6-fosfato en la cara de entrada del aparato de Golgi. Esta es una señal reconocida en la cara de salida para enviar sustancias a los lisosomas.
  • En algunas cisternas intermedias se añaden residuos de N-acetilglucosamina (GlcNAc o NAG), galactosa, ácido siálico (NANA) o manosa (Man).
  • Cuando se retiran manosas, no se añaden otros azúcares.
  • Según la posición del oligosacárido en la proteína:
    • Oligosacáridos internos (menos accesibles): Se quedan sin algunas manosas pero no se les añade nada más (ricos en manosa).
    • Oligosacáridos más accesibles: Oligosacáridos complejos.
• Sulfatación de tirosinas y carbohidratos en la cara de salida del aparato de Golgi.

Reciclaje de Membranas

Si la célula está en crecimiento, hay más exocitosis que endocitosis, aumentando la superficie y el volumen celular. La fagocitosis, la citocinesis y pequeñas roturas en la membrana plasmática requieren un ajuste en la superficie de la membrana. Si la rotura es pequeña, se autosella. Si es grande, las regiones hidrofóbicas no pueden interactuar, y se necesita aumentar la superficie de la membrana. La entrada de Ca²⁺ a través de la rotura induce la fusión de vesículas, que se autosellan con la membrana plasmática, proporcionando nueva membrana.