Cicle Cel·lular i Càncer: Fonaments i Patologies

I 18 flashcards i 12 preguntes més al document.

Text del document

Tema 7 CICLE CEL·LULAR I CÀNCER 1. CICLE CEL·LULAR El cicle cel·lular és el conjunt ordenat de processos pels quals passa una cèl·lula des de que es forma per la divisió d'una altra, fins que es torna a dividir. Consta de dos períodes, la interfase (G1, S i G2) i la fase M (mitosi i citocinesi): INTERFASE Període que va entre dues divisions, consta de tres etapes consecutives, la G1, la S i la G2; G0 La fase de quiescència o repòs és una etapa on cèl·lules molt diferenciades, com les neurones o altres cèl·lules del múscul esquelètic, es queden en repòs (hi segueix havent molta activitat metabòlica) i simplement no es divideixen.

G1 Interval que hi ha entre l'acabament de la fase M (de la cèl·lula x) i el començament de la fase S (cèl·lula y). En aquesta es duu a terme la sintetització de l'ARN i proteïnes (enzims necessaris per a la replicació de l'ADN). A més a més, és el moment on es repliquen els orgànuls i altres estructures del citoplasma, fet que fa que la cèl·lula creixi. Aquesta etapa és molt important, ja que hi ha un punt de control per determinar si la cèl·lula ha crescut el suficient i es troba en condicions de seguir augmentant el tamany i passar a la següent fase o quedar-se en repòs.

Per reincorporar-se a la fase S, aquestes cèl·lules en repòs requereixen d'una substància activadora que estimuli la seva divisió. S Hi té lloc la replicació de l'ADN per tal que es pugui repartir a cada cèl·lula filla (passem a tenir dues cromàtides), a més es produeix la transcripció i síntesi de proteïnes, concretament de les histones, i per últim també es duplica el centrosoma. G2 Fase abans de la divisió, en aquesta es produeix l'últim creixement cel·lular i la transcripció i traducció de gens per sintetitzar les proteïnes necessàries per la divisió.

FASE M La fase M és el període en el que la cèl·lula es divideix i comprèn dues fases que van seguides, la cariocinesi (divisió del nucli) i citocinesi (divisió del citoplasma). En les cèl·lules somàtiques la divisió del nucli es produeix per mitosi i origina dues cèl·lules idèntiques a la cèl·lula mare. Aquestes cèl·lules filles repeteixen el procés i van creixent exponencialment. 1 La durada del cicle i de cada fase és molt variable segons l'espècie i el tipus de teixit. En mamífers, la G1 (11h) i S (8h) són les més llargues i ocupen al voltant d'un 80 i 90 % del cicle, la G2 té una durada de 4h i la mitosi de 1h.

Per mitosi es produeix la reproducció asexual dels organismes, és a dir, s'originen organismes idèntics als progenitorss. En les cèl·lules germinals per formar gàmetes, es produeix un altre tipus de divisió, la meiosi, procés en el que s'obtenen 4 cèl.lules haploides (1n, meitat ADN). Es tracta d'una reproducció sexual, és a dir, es dóna lloc a individus genèticament diferents als progenitors.

MITOSI Profase: Dins el nucli, les fibres d'ADN començen a condensar-se i formar les dues cromàtides, desapareixent així el nucleol (capa del nucli), en el citoplasma, al voltant del centrosoma, s'hi organitzen radialment els microtúbuls, formant les fibres de l'aster i aquests microtúbuls es converteixen en microtúbuls polars per col.locar-se a pols oposats. Al centre de cada cromosoma s'hi formen els citocineticors, punts d'unió on s'enganxaran els microtúbuls cineticòrics (els que van de pol a pol amb els cromosomes són els microtúbuls polars).

Metafase: Els cromosomes arriben al punt de condensació més gran, a més els microtúbuls del cinetocor desplacen els cromosomes a l'equador de la cèl·lula i es forma la placa equatorial. Cada cromosoma té dos cinetocors, un unit als microtúbuls que provenen d'un altre pol i l'altre provinent de l'altre pol. D'aquesta manera, cada cromàtide està orientada cap a un pol de la cèl·lula. Anafase: Separació sincronitzada de les cromàtides germanes de cada cromosoma. Cadascuna de les cromàtides és arrossegada cap a un pol diferent de la cèl·lula pel fet que els microtúbuls cinetocòrics s'escurcen per la despolimerització de la tubulina.

Per altra banda, els pols s'allunyen l'un de l'altre per la polimerització dels microtúbuls polars, fet que contribueix al distanciament entre cromosomes. Cadascuna de les cromàtides separades constitueix un cromosoma independent d'una cromàtide, a diferència dels cromosomes de les fases anteriors, que estaven formats per dues cromàtides. Els cromosomes anafàsics tenen una forma característica de V. 2 Telofase: Es desintegra el fus mitòtic i es forma la membrana nuclear, que envolta cada grup de cromosomes situats als dos pols de la cèl·lula. Els cromosomes es descondensen i formen cromatina. Reapareix el nuclèol, ja que l'ADN descondensat es pot fer la transcripció de l'ADNn.

Un cop finalitzada la fase, ja hem obtingut la replicació del material genètic, ara per obtenir dues cèl·lules filles idèntiques, caldrà que passi pel procés de la citocinesi. CITOCINESI És la divisió del citoplasma per formar dues cèl·lules filles. - Animals: Hi ha el fus mitotic (grup de microtúbuls fibres de l'aster) units al centrosoma. És a dir el fus mitotic s'organitza gràcies a l'astral. - Plantes: El fus mitotic s'organitza a partir d'una zona clara, per la qual cosa, al cap d'un temps queda envoltada de microtúbuls, per això es diu que és un fus anastral.

Està format per microtúbuls i vasícules (fragmoplast), posteriorment es fusionen les vasícules, formant una placa cel·lular primarenca i seguidament una paret cel·lular. Aquesta paret conté uns orifícis o canals anomenats plasmodesmes, comuniquen els citoplasmes de les cèl·lules filles. Significat biològic de la mitosi És un procés molt necessari per la reproducció asexual, en organismes eucariotes unicel·lulars, com per exemple els protozous i llevats, a més d'alguns pluricel·lulars com les estrelles de mar. També és un procés necessari pel creixement dels organismes pluricel·lulars, a més regenera i repara teixits perquè han desaparegut cèl·lules o s'han lesionat i cal reparar-les.

3 MEIOSI Es produeix en cèl·lules sexuals o gàmetes. Com que aquests no poden tenir l'ADN complet, les cèl·lules mare diploides s'han de dividir i reduïr a la meitat, per durant la fecundació unir-se i obtenir l'ADN compet per parts dels dos progenitors. - Ovogènesi (de 2n a n) - Espermatogènesi (de 2n a n) Meiosi I (primera divisió meiòtica) És una divisió reduccional, ja que es redueix el nombre de cromosomes a la meitat, a partir de 2n obtenim n. Profase I: Fase llarga on hi tenen lloc els esdeveniments principals. 1. Leptotè: La cromatina es condensa i els cromosomes, formats per dues cromàtides, s'observen. Els telòmers estan units a la membrana del nucli per una placa d'unió. 2.

Zigotè: S'aparellen els cromosomes homòlegs o sinapsi. Es van unint punt per punt i no es fusionen sinó que entre un i l'altre hi ha un espai format per un complex proteic anomenat complex sinaptonèmic, que permet la unió de cada gen amb el seu homòleg. 3. Paquitè: Els cromosomes homòlegs aparellats s'anomenen bivalents, perquè van de dos en dos i cada un d'ells té 4 cromàtides que es diuen tètrades. El fet que s'aparellin permet que hi hagi un intercanvi recíproc de fragments entre cromàtides no germanes, aquest intercanvi s'anomena entrecreuament. Com a conseqüència de l'entrecreuament, es produeix la recombinació genètica (intercanvi de fragments d'ADN entre cromosomes homòlegs). 4.

Diplotè: Els complexos sinaptonemics desapareixen i els bivalents es van separant, però encara tenen punts units gràcies a l'entrecreuament i s'anomenen quiasmes. Formen una X entre les cromàtides dels cromosomes homòlegs. 5. Diacinesi: Els homòlegs se segueixen separant tot i que continuen els quiasmes, els cromosomes segueixen compactant-se fins que al final de l'etapa, desapareixen la membrana del nucli i el nuclèol i es comença a formar el fus acromàtic. 4 Metafase I: Els cromosomes homòlegs es col·loquen al centre de la cèl.lula, a la placa equatorial, uns a sobre dels altres, encara estan units pels quiasmes.

La distribució dels cromosomes en la pla equatorial, és a l'atzar, per tant, a cada pol aniran cromosomes d'origen patern o matern a l'atzar. Anafase I: Els quiasmes es trenquen i cada cromosoma se separa del seu homòleg. Aquests es desplaçen a pols oposats de la cèl·lula. En cada pol hi ha una sèrie haploide (n) de cromosomes. Degut als entrecreuaments, tindran informació genètica diferent a la original. Telofase I: Torna aparèixer la membrana del nucli i el nuclèol, però desapareix el fus acromàtic, a més, els cromosomes es descondensen.

Després de la Meiosi I es produeix una citocinesi que fa dividir el citoplasma i dona lloc a dues cèl·lules filles amb la meitat de cromosomes que la original. Meiosi II (segona divisió meiòtica) És molt semblant a la mitosi i comprèn totes les fases de la mitosi i meiosi. A diferència de la meiosi I, aquesta no duplica el seu ADN, sinó que el seu objectiu és tornar-se a dividir i obtenir la meitat del material genètic. Profase II: Es trenca la membrana del nucli i apareixen les fibres del fus acromàtic. Metafase II: Els cromosomes es situen aliniats a la placa equatorial de la cèl·lula. Anafase II: Se separen les cromàtides de cada cromosoma i migren cap als pols oposats de les cèl·lules.

Telofase II: Apareix la membrana nuclear en cadascun dels quatre nuclis, de la mateixa manera que torna el nuclèol i els cromosomes es descondensen. Citocinesi II: Obtenim quatre cèl·lules filles haploides (n) amb la meitat de cromosomes que la cèl·lula mare i diferents entre sí. Significat biològic de la meiosi Manté constant el nombre de cromosomes d'una espècie, ja que en la fecundació és necessari obtenir un zigot 2n a través de la suma de la n del espermatozoide i la n de l'òvul. Aquest fet genera variabilitat genètica i diversitat d'organismes, molt important per l'evolució de les espècies.

Això es produeix mitjançant l'entrecreuament i les diferents possibilitats d'orientació dels bivalents en la metafase I. Comparació de la mitosi i la meiosi: Taula de la pàg 106 5 DIFERÈNCIES ENTRE LA REPRODUCCIÓ SEXUAL I ASEXUAL ASEXUAL La asexual és ràpida i senzilla i més eficient energèticament. Tota la descendència és idèntica. Si l'ambient és favorable, pot produir un gran nombre de descendents en poc temps de manera que es poden colonitzar amb més rapidesa, però no en qualsevol ambient poden reproduir-se Estrategues R TIPUS Divisió binària: La cèl·lula s'estrangula per la meitat Esporulació: L'organisme produeix espores per mitosi que germinaran.

Gemmació: Es formaran petites gemmes que creixen i formen nous individus. Multiplicació vegetativa: A partir d'esqueixos o bulbs d'un planta es desenvolupa un nou individu. SEXUAL La sexual és més lenta i complexa (requereix de la producció de gàmetes i la fecundació). Requereix de més energia i no és tant eficient. Dona variabilitat a la descendència i major capacitat d'adaptació.

Hi ha un nombre més reduït de descendents Estrategues K CONTROL DEL CICLE CEL·LULAR El cicle cel·lular ha de tenir un control per evitar que la cèl·lula es començi a multiplicar sense control, per exemple, si l'ADN està malmès o bé, si no hi ha suficient espai entre les cèl·lules d'un teixit o òrgan, s'ha de parar la divisió. Existeixen uns punts de control específics que són: 1. Punt de control R (punt de no retorn o restricció): Està situat al final de la G1, ja que si la cèl·lula supera el punt, passarà a la fase S i les següents fins que es divideixi. Ara bé, si la cèl·lula no té la mida adeqüada o bé l'ADN està malmès, la cèl·lula no es podrà dividir i quedarà en la fase G0. 2.

Punt de control G2-M: Es comprova que el material genètic s'hagi duplicat del tot i que no hi hagi danys, en el cas de trobar errors, s'aturaria el cicle en G2 i es repara l'ADN, si els danys no es poden reparar, es produiria la mort de la cèl·lula. 3. Punt de control M: Se situa entre la metafase i l'anafase, aquí es comprova que els cromosomes estiguin ben units a les fibres del fus mitotic, s'aturarà la mitosi si no estan ben units. 6 MOL·LÈCULES QUE REGULEN EL CICLE CEL·LULAR CICLINES: Són unes proteïnes que tenen una variació de concentració al llarg de les etapes del cicle cel·lular durant el dia.

Cada ciclina (G1, G1/S, S i M) quan s'uneixen a una CDK fa iniciar els esdeveniments propis de cada fase i el pas a la següent. CDK (quinases depenents de ciclina): Són uns enzims que activen o desactiven altres proteïnes mitjançant la fosforilació (és a dir, si afegeixen àcid fosfòric o fosfat a la proteïna, l'activen). Només poden fer aquesta funció si estan unides a les ciclines. Exemples: Perquè la cèl·lula entri en la fase M, cal l'anomenat factor promotor de la mitosina (MPF) (la unió de ciclina M + Cdk), aquest fa activar a proteïnes necassàries perquè es dongui la mitosi.

Quan aquesta acaba, l'MPF activa la seva destrucció, ja que disminueix la concentració de la ciclina de la fase M, per això la cèl.lula comença una nova interfase. Hi ha altres factors similars com per exemple els RPF (factor promotor de la replicació), ja que el punt de control és del la R-S, s'acaba la fase G1 i passa a la S amb la replicació. Quan la concentració de ciclina baixi, les cdk s'alliberen i el complex RPF es desactiva i el cicle comença de nou. Si els danys en l'ADN són irreparables, es pot produir la mort cel·lular programada, l'apoptosi.

El cicle cel·lular meiotic, també està regulat per les mateixes mol·lècules i a més, en la interfase (entre la primera i segona dividió) hi ha un altre control que assegura que no es dongui la replicació de l'ADN APOPTOSI És la mort programada de la cèl.lula, per tant, es tracta d'una mort de cèl.lules que s'han malmès o bé que són cèl·lules no desitjades, per exemple, durant el desenvolupament embrionari, les persones eliminen mitjançant apoptosi les cèl.lules de les membranes interdigitals.

En l'apoptosi es trenca el nucli i es formen bombolles a la membrana plasmàtica, originant aixió fragments envoltats de membrana, fet que provoca la desintegració de la cèl·lula (fagocitats pels macròfags). El contingut cel.lular no s'aboca a l'exterior, i per això l'apotosi no provoca resposta inflamatòria. 7 La necrosi és un altre tipus de mort cel·lular, però és provocada per alguna causa accidental que implica danys geus: cops, exposició a toxines, manca d'oxigen, etc. La cèl.lula es trenca i aboca el seu contingut a l'exterior, fet que origina una inflamació i que en ocasions pot causar problemes greus a l'organisme, fins i tot la mort si la necrosi és molt extensa. 2.

EL CÀNCER Per lluitar contra el càncer és important el control del cicle cel.lular perquè les cèl·lules canceroses han perdut la capacitat de regular-lo. Les cèl.lules que han perdut el control, es començen a dividir i originant-se així una massa de cèl.lules, anomenada tumor o neoplàsia. Aquest tumor pot ser benigne quan les cèl.lules es reprodueixen lentament i no s'escampa cap a altres teixits, ara bé, també pot ser maligne, en aquest moment ja parlem de càncer, en aquest cas, les cèl.lules creixen ràpidament i s'escampa a altres teixits, fet que anomenem metàstasi. COM ES DESENVOLUPA EL CÀNCER?

L'acomulació d'errors fa que s'acabi desenvolupant el càncer, aleshores, amb l'edat és més fàcil que s'acumulin aquests. El cicle cel.lular falla i això pot ser causat per o bé, l'existència d'un error en els inhibidors del cicle, fent que les cèl.lules es divideixin amb l'error, o també per una activació massa gran dels estimuladors de la divisió. Agents carcinògens Físics: Raigs UV del Sol, raigs X, radiacions ionitzants de les desintegracions nuclears.

Químics: Benzopirens presents en el fum del tabac, l'alcohol, les aflatoxines que poden trobar-se en alguns aliments, l'arsènic que pot localitzar-se en l'aigua i l'amiant, utilitzat àmpliament en materials de construcció (el seu ús està actualment prohibit en alguns països). Les partícules que surten del tub d'escapament dels cotxes (òxids de nitrogen), ja que s'instal·len als pulmons. Biològics: Virus o bacteris que poden ser agents carcinogens: El virus del papil·loma humà, pot causar càncer de coll d'uter. El virus de l'hepatitis B , podria desenvolupar càncer de fetge. El bacteri Helicobacter Pylori, pot desencadenar cançer d'estomac.

8 Maneres de prevenir el càncer: No ser fumador, ni actiu ni passiu (Fumar augmenta el risc de càncer de pulmó) No consumir alcohol (La consumició de alcohol aumenta la posibilitat de càncer de estómac ) Evitar àrees amb aire contaminat L'obesitat, el consum excessiu de aliments processats (Controlar el consum de sal) Genètica del càncer El càncer es pot considerar una malaltia genètica que es pot donar en la majoria de teixits, i en tot tipus de cèl·lules somàtiques (cèl·lules del cos). Actualment, es considera que també existeix en el cáncer una contribució important d'alteracions que es diuen epigenètiques, vol dir, que a part de la genètica hi contribueixen factors ambientals.

La transformació d'una cèl·lula normal en cancerígena o maligna té lloc per acumulació de mutacions en gens específics, i que estan agrupats en dos famílies: Els Protooncogens: Aquests gens dirigeixen la producció de proteïnes que són importants en els cicles cel·lulars, per tant, determinen les divisions d'aquestes cèl·lules i la seva diferenciació (cèl·lules del fetge, del múscul…). De manera que quan aquest gen pateix d'una mutació, es transforma en un oncogen. Gens supresors de tumors o gens supresors: Aquests gens quan l'organisme està sa, controla la divisió cel·lular, perquè el que fan es inhibir que hi hagi aquesta divisió excessiva (serien com uns reguladors pel creixement).

Quan no hi son els gens supresors, o estan inactius per mutacions, les cèl·lules deixen de créixer de forma normal i començen a dividir-se sense control. 9 Exercici: interpreta la imatge sobre l'acció de les dues famílies de gens: Imatge 1: Observem que hi ha un equilibri entre el protoncogen i el gen supresor, per tant, en aquest cas no es pot produir cap tumor. Imatge 2: Veiem que es produeix una mutació en el protooncogen i aquest queda activat, per tant, es forma un tumor, ja que el gen supresor no té suficient força per parar-lo i el protooncogen s'ha convertit en un oncogen.

Imatge 3: El gen supresor està inactivat, per tant, no fa la seva funció i no pot frenar al protooncogen i es forma un tumor. Oncogens Per exemple, les mutacions del prootoncogen RAS, que produeixen proteïna estimuladora del cicle cel·lular, aquestes mutacions del gen RAS origina el 30% dels càncers humans. Aleshores aquestes mutacions que poden patir el oncogens son: (Qualsevol d'aquests causes portarà a un excés de proteïna del creixement cel·lular) - Canvis epigenètics: una mutació pot produïr una condensació anormal de la cromatina i modificar la expressió d'un oncogen. - Translocació o transposició: es modifiquen els elements de control del gen.

- Amplificació genètica: Producció de copies múltiples d'un gen. - Mutacions puntuals: En un element de control o en la seqüència del protooncogen. Gens supresors de tumors Un exemple de gens supresors de tumors es un TSG, aquest està implicat en el control de la divisió cel·lular i la reparació de l'ADN es el p53. Si les mutacions l'inactiven, les seves funcions s'aturen i pot desenvolupar-se un cancer. En l'ésser humà, les mutacions que afecten a aquest hem es donen en un 50% dels càncers. 10 11