CICLE CEL·LULAR, MITOSI I MEIOSI (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Biologia Cel·lular
Año del apunte 2014
Páginas 20
Fecha de subida 18/10/2014
Descargas 36
Subido por

Descripción

Professora: Laura Tusell

Vista previa del texto

CICLE CEL·LULAR I MITOSI Perquè una cèl·lula es pugui dividir, han de passar unes quantes coses abans: - La cèl·lula ha de créixer.
S’ha de replicar l’ADN i els centríols.
S’han de repartir correctament els cromosomes duplicats.
S’ha de dividir el citoplasma.
En el cicle cel·lular, diferenciem dues parts: interfase i mitosi. La interfase comprèn les fases G1, S i G2, i la mitosi la fase M. Interfase i mitosi es poden diferenciar mirant només el nucli, per diferenciar les diferents fases dins de la interfase necessitem tenir en compte més característiques.
G ve de GAP1 o GAP2. G1 i G2 són les fases de creixement cel·lular, i la S és la de replicació de l’ADN i els centríols. En la M, es dóna la cariocinesi (divisió del nucli) i la citocinesi (divisió del citoplasma).
Les cèl·lules, si creuen que no es convenient replicar-se en un determinat moment, decideixen entrar en un estat de repòs: és el que s’anomena fase G0 (les cèl·lules funcionen però no es divideixen).
El cicle cel·lular té diferents temps per diferents cèl·lules. Hi ha cèl·lules que no es divideixen mai, i altres que ho fan cada 30 minuts. Un exemple d’aquest últim cas són les cèl·lules embrionàries, que tenen un cicle que quasi només consisteix en S i M, de manera que hi ha moltes divisions i les cèl·lules cada cop són més petites perquè no hi ha creixement cel·lular (G1 i G2).
CONTROL DEL CICLE CEL·LULAR S’han de controlar tots els esdeveniments que es donen en un cicle cel·lular perquè es produeixin correctament, en la seqüència correcta: - Creixement cel·lular en G1 i G2.
Replicació del DNA.
Distribució equitativa dels cromosomes.
Divisió del citoplasma.
Cada fase s’ha de completar abans de que comenci l’altra. Per això, hi ha un sistema de control format per unes proteïnes molt conservades durant l’evolució (són molt similars en tots els eucariotes).
A més, aquest sistema de control també considera les condicions externes del medi on es troba la cèl·lula. Per exemple: en organismes unicel·lulars, no hi haurà divisió si en el medi no hi ha suficients nutrients per 2 individus. En éssers pluricel·lulars, les cèl·lules es divideixen quan arriba una senyal extracel·lular que indica que s’han de dividir.
Aquests són els factors de creixement.
Hi ha quatre punts de control.
1) G1: és el punt d’inici START o punt de restricció. Determina si l’ambient extracel·lular és òptim per replicar-se i si el DNA està malmès o és correcte. Si està lesionat, el cicle no avançarà a S.
2) S: No està gaire clar com funciona el punt de control que està dins aquesta fase.
3) G2: Regula l’entrada a la mitosi. Mira que el DNA no estigui lesionat i s’hagi replicat correctament, així com que la replicació s’hagi donat només una vegada.
4) M: Es controla la transició de metafase a anafase. Quan se separen els cromàtides germanes es controla que els cromosomes estiguin ben orientats i units al fus.
Els punts de control (les proteïnes) funcionen amb fosforilacions i desfosforilacions.
Els components d’aquest sistema de control són: cinases dependents de ciclina (Cdk) i ciclines, formen un complex.
- - Cdk: fosforilen residus de serines i threonines (AA). Tenen una concentració constant en totes les fases del cicle, però l’activitat és cíclica, ja que varia durant el cicle.
Ciclines: la concentració és cíclica al llarg del cicle cel·lular. Quan hi ha un pic de la concentració de ciclines, hi ha un pic de l’activitat del complex. Això és perquè les ciclines activen l’acció enzimàtica de les Cdk.
Els complexos fosforilen substrats, de manera que canvien la seva activitat i això provoca un canvi de comportament de la cèl·lula.
Activació dels complexos Cdk-ciclina Hi ha quatre maneres diferents d’activar la capacitat enzimàtica de les proteïnes Cdk: 1) Quan la ciclina s’uneix a la proteïna Cdk, la fosforila en un punt determinat i li provoca un canvi conformacional. Llavors la Cdk és activa, i tot el complex pot dur a terme la seva funció específica.
Aquesta fosforilació es dóna en un lloc determinat de la Cdk que és un lloc activador, però també es pot donar una segona fosforilació en un lloc diferent, també determinat, que tingui una funció inhibitòria, i que per tant el complex Cdkciclina quedi inactiu.
2) Els complexos Cdk-ciclina poden ser inactivats amb proteïnes inhibitòries.
Aquestes són una família de proteïnes que inclou diferents tipus que actuen en diferents complexos cada una (p15, p16, p18, p19...).
3) Es duu a terme una proteòlisi depenent d’ubiqüitina, és a dir, es crea la cua poliubiqüitina que indica que una proteïna s’ha d’anar a degradar al proteosoma.
Pot actuar a dos nivells: - Degradant la proteïna inhibitòria: el complex és actiu.
- Regulant la quantitat de ciclina: si la concentració és molt baixa, no es formarà el complex i les Cdk no seran actives.
4) Inhibició o activació de la transcripció dels gens que codifiquen per Cdks i ciclines (gens promotors).
CICLE CEL·LULAR L’explicarem en tres parts: G1, S i G2, i M. La divisió està d’acord amb els llocs on es troben els sistemes de control (tot i que a S se’n troba un però no es coneix gaire).
G1  Fase de repòs i creixement  + 11 hores S  Replicació  10-12 hores G2  creixement més curt  + 4 hores M  mitosi i citocinesi Interfase: G1 És on hi ha el primer punt de control: regula l’entrada de la cèl·lula a la fase S. Té en compte dos fets fonamentals: - Condicions del medi al voltant de la cèl·lula favorables pel procés de divisió cel·lular.
Que el DNA no estigui lesionat, i si ho està reparar-lo.
Si no es compleixen aquestes necessitats, la cèl·lula es bloquejarà i no passarà a la fase S. Per això la major part de les cèl·lules de l’organisme es troben en G0, perquè no es troben en les condicions òptimes per dividir-se. Si les lesions en el DNA són molt greus, la cèl·lula provoca apoptosi (mort cel·lular programada).
En organismes pluricel·lulars, la divisió comença perquè a l’exterior es troben factors de creixement. La membrana d’una cèl·lula té receptors específics que els capten. Aquests receptors dimeritzen, s’autofosforilen i provoquen l’inici d’una cascada de senyalització cel·lular. Així la informació arriba al nucli (divideix-te!), i es comencen a transcriure i sintetitzar ciclines D.
Una de les proteïnes més importants en els sistemes de control és la pRB (retinoblastoma). Normalment (és a dir, quan no hi ha factors de creixement), pRB està activa i inhibeix un factor de transcripció (E2F).
El factor de creixement provoca la síntesi de ciclina D, de manera que es formen els complexos Cdk-ciclina D. Aquests són els encarregats de fosforilar la proteïna pRB, de manera que aquesta pateix un canvi conformacional i es desuneix d’E2F. Ara el factor de transcripció ja pot transcriure gens. Aquests gens seran els necessaris per la proliferació de la cèl·lula, és a dir, els que codifiquen per ciclines E i A.
  Ciclina E – Cdk 2 : és activa durant el final de G1 i S.
Ciclina A – Cdk 2: és activa durant tot S.
Si no hi ha cap problema, es supera el control i la cèl·lula es dividirà. Només errors molt greus poden causar que no ho pugui fer i que hi hagi apoptosi.
Si s’identifiquen lesions en el DNA, la cèl·lula té maneres de reparar-lo, i si no es possible de cap manera, es provocarà l’apoptosi.
Hi ha una quinasa, la proteïna ATM, que fosforila a p53. Normalment p53es troba unida a MDM2. MDM2 és una ubiqüitina-ligasa que afegeix cues d’ubiqüitines a p53 fent que es degradi al proteosoma.
Quan hi ha un dany, la quinasa ATM fosforila a p53, de manera que pateix un canvi conformacional i s’allibera de MDM2. Així, p53 ja no es degrada al proteosoma. Ara les funcions de p53 són aturar el cicle cel·lular.
1) Indueix la transcripció d’una proteïna inhibitòria (p21) de complexos cdk-ciclina.
Concretament, els complexos inhibits són els necessaris per passar de G1 a S: ciclina E- Cdk 2, i ciclina A – Cdk 2.
A més, p21 s’uneix també a una subunitat de la DNA-polimerasa i bloqueja la síntesi d’ADN.
2) Indueix la transcripció de gens involucrats en la reparació.
Si finalment no s’aconsegueix reparar, hi ha apoptosi.
p53 i p21 es troben mutades a la majoria de càncers. Si són errònies, p53 no detecta el dany i la cèl·lula es divideix, per tant la mutació/dany es manté a les cèl·lules filles, i així es va passat  càncer.
Interfase: S i G2 En la fase S, bàsicament s’ha de replicar l’ADN i els centríols (se n’encarreguen complexos cdk-ciclina diferents). El DNA té condensines i cohesines. Com després de S, cada cromosoma té 2 cromàtides germanes, aquestes estan unides per cohesines.
Les cohesines es mantenen durant s i G2, i es comencen a degradar quan comença la mitosi.
Replicació ADN Diverses proteïnes van arribant als orígens de replicació i van formant complexes prereplicatius a punt de ser activats. Això succeeix durant al G1.
Les forquetes de replicació es disparen (s’obren perquè pugui entrar la DNA-polimerasa) quan els complexos Cdk-ciclina de la fase S (els ciclina E-Cdk 2 i ciclina A-Cdk 2) fosforilen les proteïnes dels complexos pre-replicatius.
Llavors es possible començar la replicació de l’ADN.
Per això, si fusionem dues cèl·lules, una en G1 i l’altre en S, la que està en G1 passarà a S, perquè té els complexos pre-replicatius formats i els complexos Cdk-ciclina de S que es troben en l’altra cèl·lula els activen, fent que entri en fase S.
Replicació centríols S’inicia amb la separació dels centríols al final de G1. És una replicació semiconservativa com la del DNA. En cada centrosoma nou que es creï, hi haurà un centríol “antic” i un de nou.
La replicació es comença amb la fosforilació de proteïnes que duen a terme altres complexos Cdk-ciclina.
____ Quan s’acaba S, en l’entrada a G2, un sistema bloqueja el cicle i controla que el DNA no es dupliqui dues vegades. No es munten complexos pre-replicatius nous si no es desfosforilen els anteriors. Per això la fosforilació dels complexos es manté durant S, G2 i M, perquè no comenci un altra cop una segona replicació. Al final de M, es desfosforilen i es poden tornar a muntar complexos pre-replicatius en G1.
Per això, si es fusionen dues cèl·lules, una en S i l’altra en G2, la que està en G2 no passa a estar en S, com passava abans.
G2 també controla la presència de DNA no replicat o malmès. El DNA no replicat és detectat per la cèl·lula com un trencament de DNA simple.
Si tot està bé, al final de G2 una fosfatasa elimina el fosfat que hi ha als complexos Cdk1 i Cdk-2, fet que provoca la seva activació, i això produeix l’entrada en mitosi.
Si hi ha trencaments de la cadena de DNA o DNA no replicat, això no s’ha de produir. Llavors les proteïnes ATM i ATR detecten les lesions: ATR detecta les cadenes no replicades, i ATM les cadenes trencades. ATR fosforila CHK1 i l’activa, i CHK1 es dedica a fosforilar Cdc25C. Aquest és un fosfat inhibitori que no deixa a aquesta proteïna dur a terme la seva tasca, que és activar Cdk1, la qual cosa provoca la parada del cicle en G2.
ATM fosforila CHK2 i l’activa, i CHK2 fosforila i per tant inactiva a Cdc25A. Cdc25A no pot posar un fosfat activador a Cdk2, la qual cosa provoca parades en S i G2.
La cèl·lula no progressa a mitosi.
Però sí fins aquí tot és correcte, els complexos cdk-ciclina necessaris s’activaran i la cèl·lula entrarà en mitosi.
MITOSI Es divideix en cariocinesi (divisió del nucli) i citocinesi (divisió del citoplasma). La citocinesi es cavalca amb el final de la cariocinesi. La cariocinesi té diferents fases diferenciables observant al microscopi l’ADN en el nucli: - Profase: encara hi ha embolcall nuclear però la cromatina ja es comença a veure condensada.
Prometafase: els cromosomes totalment condensats queden lliures pel citoplasma de la cèl·lula perquè ja no hi ha embolcall. Són pescats pel fus mitòtic.
Metafase: els cromosomes s’alineen a l’equador de la cèl·lula formant la placa metafàsica. Estan units al fus mitòtic.
Anafase: les cromàtides germanes dels cromosomes se separen, dirigint-se cada un cap a un pol oposat de la cèl·lula.
Telofase: es forma un altre cop l’embolcall nuclear separant així dos nuclis, i els cromosomes comencen a descondensar-se.
A més, a la fase M calen altres modificacions a la cèl·lula: - Condensació dels cromosomes.
Organització del cinetocor dels cromosomes, perquè puguin ser pescats pel fus mitòtic.
Reorganització del citoesquelet: s’han de formar els pols del fus, els microfilaments d’actina es mouen trencant la làmina nuclear, la qual cosa provoca el trencament de l’embolcall nuclear, les cèl·lules han de trencar els enllaços amb la matriu extracel·lular, i s’ha d’organitzar l’anell contràctil.
Entrada a mitosi S’han d’activar els complexos Cdk-ciclina propis d’aquesta fase. Concretament són la unió de Cdk1 amb ciclina B. Aquest complex també s’anomena MPF (factor promotor de la mitosi).
Els components de MPF són sintetitzats durant G2, es formen els complexos però són inactius, perquè les Cdk tenen units dos fosfats. Un és activador, però l’altre inhibidor.
Aquests dos fosfats són col·locats per unes kinases determinades. Perquè el complex passi a ser actiu, la proteïna Cdc25 (que porta unit un fosfat que l’activa) treu el fosfat inhibidor.
Quan MPF és actiu, duu a terme diverses accions: - Fosforila unes kinesines encarregades de separar els centrosomes per formar els dos pols del fus.
Fosforila miosines per bloquejar l’anell contràctil (encara no ha d’actuar).
Fosforila les condensines, perquè condensin la cromatina en cromosomes.
Fosforila les lamines de la làmina nuclear provocant el trencament de l’embolcall nuclear.
Fosforila MAPs dels microtúbuls perquè ajudin a formar el fus mitòtic.
Profase Hi ha una condensació progressiva de l’ADN i es pot veure ja bastant condensat. També s’observen microtúbuls i els dos pols del fus. Encara hi ha forma de nucli, perquè l’embolcall no s’ha trencat.
  Condensació progressiva del DNA. Es fosforilen condensines, i també pot estar relacionada la fosforilació de la histona H3. Com a conseqüència, desapareix progressivament el nuclèol.
Es degraden les cohesines que ajunten els braços cromosòmics de cromàtides germanes. Al principi de la fase G2 són fosforilades, la qual cosa les fa més susceptibles a ser tallades. Això fa que quan la cèl·lula arriba a profase, es degradin.
Però al voltant del centrosoma hi ha unes fosfatases que eliminen la fosforilació de les cohesines, fent que no puguin ser degradades, i per tant al final de la profase estan totes les cohesines degradades menys les del voltant del centròmer.
  S’inicia la formació del cinetocor. És una placa proteica gran que es troba unida a la cromatina centromèrica (és un DNA satèl·lit que conté una proteïna H3 variant). El cinetocor és on s’ancoren els microtúbuls del fus mitòtic.
En els llevats, a cada cinetocor hi arriba únicament un microtúbul, però en mamífers a cada cinetocor hi ha units uns 30-40 microtúbuls del fus, és el que s’anomena una k-fiber.
Formació del fus mitòtic. Hi ha els dos centrosomes junts, i s’han de separar, en direccions oposades. Per això actuen les dineïnes i les kinesines.
A més, al principi de la profase desapareixen tots els microtúbuls citoplasmàtics, i es formen dos àsters molt dinàmics (tenen una vida mitjana molt més curta que els microtúbuls citoplasmàtics; duren com a molt 15 segons, mentre que els altres ho feien 5 minuts).
Aquest canvi és degut a un canvi de MAPs estabilitzadores i desestabilitzadores.
La unió de kinesines unides a microtúbuls provinents dels dos centrosomes, provoca que aquests s’alineïn. Ara, per separar els cromosomes actuen kinesines als microtúbuls interpolars. Aquestes es mouen cap al pol+, desplaçant així els microtúbuls i fent que els centrosomes s’allunyin l’un de l’altre.
Les dineïnes estan unides als microtúbuls astrals, i també a la membrana plasmàtica. Caminen cap al pol- i així estiren els centrosomes cap a la membrana.
Prometafase Comença quan l’embolcall nuclear es trenca. Això passa perquè les lamines A, B i C de la làmina nuclear es fosforilen i això provoca la seva desorganització. A més, els microtúbuls s’adhereixen a l’embolcall nuclear tibant d’ell i fent que es fragmenti. Tot això en conjunt és el que provoca la ruptura de l’embolcall nuclear.
Els trossos de l’embolcall nuclear trencat s’uneixen al RE, l’únic que no es pot “salvar” són els porus nuclears, que queden sols pel citoplasma. Les lamines queden “guardades” al RE.
Continua la condensació dels cromosomes.
S’activen els cinetocors i s’uneixen els microtúbuls del fus. Al cinetocor trobem moltes proteïnes. Una de les més importants és la Ndc80, que és com un cercle que abraça el microtúbul per no deixar-lo escapar i l’enganxa al cinetocor.
Hi ha unes altres proteïnes que són com fibres que sobresurten i tenen unides dineïnes i kinesines que interactuen amb els microtúbuls. Com hi ha dels dos tipus, hi pot haver moviment cap als dos pols.
Els microtúbuls units als cinetocors també tenen dinamisme: poden polimeritzar i despolimeritzar pel pol+, que és el que s’uneix amb els cinetocors.
Hi ha dos models per explicar com els microtúbuls s’uneixen als cinetocors: - Model del pescador (search and capture model): es diu així perquè és com tirar la canya i recollir-la. Els microtúbuls creixen des dels centrosomes i si troben un cinetocor s’estabilitzen, sinó es despolimeritzen i se n’ha de tornar a formar un de nou per buscar un cinetocor.
L’altre cinetocor d’un mateix cromosoma l’agafa un microtúbul provinent de l’altra centrosoma, perquè el cromosoma quedi biorientat.
- Congression: La RAN-GTP s’acumula a la cromatina i promou la polimerització de microtúbuls al cinetocor. Concretament, promou l’arribada de MAPs nucleadores, que es queden molt a prop del cinetocor i polimeritzen un microtúbul, que s’uneix pel pol+ al cinetocor. Per tant, aquests microtúbuls no sorgeixen dels centrosomes.
Ara aquest cromosoma que ja té un MT unit al seu cinetocor, s’ha d’ajuntar a la resta del fus mitòtic. No se sap com es fa, només que hi tenen alguna cosa a veure les MAPs motores.
Els dos mecanismes passen a la vegada. El de congression passa quan un cromosoma, pel que sigui, queda sense unir-se amb cap microtúbul del fus.
Quan tots els cromosomes tenen els cinetocors units a microtúbuls del fus, per alinearse i formar la placa metafàsica cal: - Polimerització i despolimerització dels microtúbuls.
Acció de MAPs motores.
Així s’aconsegueix el moviment dels cromosomes cap a l’equador de la cèl·lula. Els microtúbuls més llargs provoquen una atracció més forta cap al pol del qual surten.
Hi ha unes kinesines unides directament a la cromatina que interactuen amb els microtúbuls interpolars i empenyen el cromosoma cap al centre de la placa metafàsica.
Hi ha un moment en que les forces en els dos sentits es compensen i els cromosomes s’estabilitzen. És llavors que s’ha format la placa metafàsica.
Incís: MT astrals  del centrosoma a la membrana plasmática.
MT cinetocòrics  del centrosoma als cinetocors.
MT interpolars  s’uneixen amb un MT provinent de l’altre pol. Són als que s’uneixen les kinesines de la cromatina.
Metafase A la placa metafàsica trobem els tres tipus de microtúbuls. Els interpolars i cinetocòrics es troben fent intercanvi rotatori: s’afegeixen subunitats de tubulina pel pol+ (cinetocor o punts d’unió amb altres MT en cas dels interpolars) i surten pel pol- (pol del fus o centrosoma). Aquest fet es pot observar si unim a la tubulina una GFP, i irradiem energia perquè només mostrin fluorescència les tubulines del pol+. Quan l’intercanvi rotatori es vagi produint, veurem que aquestes subunitats de tubulina amb fluorescència es van movent cap al pol-.
Els microtúbuls astrals també poden tenir inestabilitat dinàmica, sempre i quan no estiguin ancorats a la membrana citoplasmàtica.
L’inestabilitat dinàmica fa que, tot i estar tots els cromosomes alineats a l’equador de la cèl·lula, no estiguin quiets durant la metafase. Es mouen una mica però mantenen l’alineació.
Quant tots els cromosomes estan alineats, es dispara l’anafase, que és el principi de la sortida de la mitosi. Però això només passa si tots els cromosomes estan biorientats.
Aquí és on trobem un altre checkpoint, o punt de control, que concretament controla la sortida de la mitosi.
Bàsicament, aquest sistema de control mira que hi hagi les tensions al fus que hi haurien d’haver si els cromosomes estiguessin col·locats correctament. Per exemple, hi poden haver cromosomes monoorientats.
(Dibuix cromosoma monoorientat).
Si un cromosoma no està biorientat, el sistema de control desestabilitza els ancoratges dels cinetocors amb els microtúbuls, el cromosoma torna a quedar sol i pot tornar a començar el procés d’unió amb el fus mitòtic, per intentar que ara es doni bé.
Aquest checkpoint que controla el disparament de l’anafase, sempre que tot en la metafase sigui correcte, s’anomena SAC: Spindle Assembly Checkpoint.
La molècula més important d’aquest punt de control és la APC (Complex Promotor de l’Anafase). APC és una ubiqüitina-ligasa, que marcarà diferents substrats amb una poliubiqüitina fent que vagin al proteosoma a degradar-se. APC es pot unir a dues proteïnes diferents. Depenent de quina sigui aquesta proteïna a la qual estigui unida, posarà una cua de poliubiqüitina a substrats diferents.
A grans trets, aquestes són les dues vies que duu a terme la APC: - - APC + Cdc20: s’activaran unes separases que tallaran les cohesines centromèriques. Aquestes eren les úniques que quedaven mantenint juntes les cromàtides germanes. En ser degradades, les cromàtides germanes es podran separar.
APC + Cdh1: es degradarà la ciclina B, de manera que el complex MPF quedarà inactiu. Per tant es revertiran tots els efectes que havia provocat aquest complex i la cèl·lula sortirà de mitosi i entrarà en G1.
Activitat de la APC segons la proteïna a la que s’uneixi.
Punt de control M (1) – APC + Cdc20 APC només s’activa quan està unida a Cdc20.
Hi ha unes altres proteïnes de checkpoint: Bub i Mad. Mad circula pels cinetocors lliures (no units a microtúbuls) i això fa que pateixi un canvi conformacional que la fa unir-se a Cdc20. Així no deixa que Cdc20 activi APC, i llavors no es dispara l’anafase.
Però quan tots els cromosomes estan biorientats, tots els cinetocors estan ocupats.
Llavors Mad no pot circular-hi i no pot canviar la seva conformació, la qual cosa fa que no pugui unir-se a Cdc20 i que per tant aquesta pugui activar a APC.
Abans de tot això, trobem al citosol uns complexos de separasa + securina. La securina inhibeix l’activitat de la separasa. Quan APC està unida a Cdc20 i està activa, afegeix la cua de poliubiqüitina a la securina, de manera que es degrada al proteosoma i ara la separasa pot dur a terme la seva funció.
Aquesta funció és degradar les cohesines centromèriques que quedaven, de manera que ara les cromàtides germanes sí que es podran separar. Les separases actuen trencant l’enllaç entre les dues subunitats de les cohesines.
En la formació dels cromosomes biorientats hi pot haver errors, com l’ancoratge merotèlic, que quan es dispara l’anafase poden provocar problemes: La cromàtide queda al pla de divisió de la cèl·lula, i és possible que es trenqui.
Anafase Podem distingir dues parts: anafase A i anafase B.
Anafase A Les cromàtides germanes es comencen a separar cap als pols del fus. Als extrems (cinetocors i centrosomes) dels microtúbuls hi ha l’activació d’unes proteïnes que indueixen a la despolimerització. La reducció de la llargada d’aquests estira les cromàtides cap als pols.
La despolimerització es pot donar als dos pols, però majoritàriament succeeix al pol+, al cinetocor. Depèn dels organismes, pot haver despolimerització als dos pols o només al positiu.
Anafase B Hi ha un allargament de la cèl·lula: els pols se separen i el fus mitòtic s’allarga.
Això succeeix per separar al més possible les cromàtides separades i els pols del fus, ja que la citocinesi tallarà la cèl·lula pel mig i no poden ser tallats.
L’allargament del fus i la separació dels dos pols es fa amb les mateixes eines utilitzades en la profase per separar els centrosomes: - Les dineïnes unides a la membrana plasmàtica i els microtúbuls astrals caminen cap al pol-, tibant dels centrosomes cap a la membrana.
Els microtúbuls interpolars polimeritzen, de manera que les kinesines poden continuar caminant cap al pol+, i empènyer els centrosomes cap a la membrana.
Així, els dos centrosomes es van separant encara més en direccions oposades, i arrosseguen els cromosomes també amb ells.
L’allargament del fus causa l’allargament de la cèl·lula.
Punt de control M (2) – APC + Cdh1 Es produeix quan la primera part del punt de control ha acabat, a la anafase tardana, perquè la APC ja acabat la seva activitat amb la Cdc20 i torna a estar lliure.
Ara APC s’uneix amb la Cdh1, fet que fa que se’n vagi a afegir la cua de poliubiqüitina a la ciclina B, i que aquesta vagi a degradar-se al proteosoma. La ciclina B té una seqüència específica que és reconeguda per la APC i és on s’afegeix aquesta cua.
La ciclina B, juntament amb la Cdk1, formava el complex MPF. Ara aquest complex queda inactivat, la Cdk1 no pot continuar fent tot el que feia (fosforilacions sobre diferents substrats que feien entrar la cèl·lula en mitosi). S’activaran a més unes fosfatases que eliminaran tots els fosfats afegits per la MPF, i per tant es revertiran tots els efectes que havien fet entrar la cèl·lula en mitosi: - - L’anell contràctil estava bloquejat per aquestes fosforilacions perquè encara no era hora de que actués. Ara sí que ho és, per tant s’eliminen les fosforilacions i fa la seva funció.
Les condensines estaven fosforilades per condensar la cromatina. Ara passaran a estar inactives, i els cromosomes començaran a descondensar-se.
Les lamines de la làmina nuclear tenien fosforilacions que provocaven el trencament de l’embolcall nuclear. Ara es tornarà a generar l’embolcall.
El fus mitòtic s’havia format gràcies a la fosforilació de MAPs dels microtúbuls.
Ara el fus mitòtic desapareixerà.
Telofase – Citocinesi En la telofase els cromosomes arriben als pols dels fus i la cromatina es descondensa.
Es torna a formar l’embolcall nuclear i comença a ser visible el nuclèol, per tant es reinicia la síntesi d’ARN. La citocinesi va cavalcada a la telofase.
Formació de l’embolcall nuclear Les nucleoporines s’uneixen als cromosomes i indueixen als fragments de la làmina nuclear que havien quedat units al RE se’n vagin a envoltar la cromatina. Es van unint tots fins a formar l’embolcall, i es van estructurant els porus nuclears. Quan aquests són funcionals, importen lamines i ajuden a acabar de formar la làmina nuclear.
Ara entre els dos nuclis queden els microtúbuls interpolars sense estar units a cap centrosoma.
Aquests mouen vesícules exocítiques cap a la membrana plasmàtica, per augmentar la superfície d’aquesta, ja que ara tindrà lloc la citocinesi i ha d’haver augmentat.
Model alternatiu a la formació de l’embolcall nuclear. Unes vesícules van envoltant els cromosomes fins a fusionar-se i donar lloc a l’embolcall.
Divisió de la cèl·lula: citocinesi En animals tenim l’anell contràctil (format per feixos paral·lels de microfilaments d’actina amb miosina tipus II). L’anell contràctil és una mena de cinturó que estreny la cèl·lula fins a fissionar-la en dos.
L’anell és format al principi de la mitosi, gràcies a la proteïna Rho. Aquesta, unida a GTP és activa, i el que fa és: - Activar, la formina, una proteïnes nucleador de microfilaments d’actina.
Afegir a les miosines el fosfat activador.
Però a l’inici de la mitosi, la miosina II també és fosforilada per la MPF. Aquesta afegeix un fosfat inactivador que fa que les miosines siguin inactives i en conseqüència ho sigui tot l’anell contràctil.
Concretament, les dues fosforilacions es troben a la cadena lleugera de les miosines. Quan la MPF s’inactiva, les fosfatases eliminen només el fosfat inhibidor i les miosines poden funcionar. Llavors l’anell contràctil ja és funcional.
On s’organitza l’anell contràctil i qui ho determina? Hi ha tres models que ho expliquen, no excloents entre ells: 1) Els microtúbuls astrals estimulen la formació de l’anell contràctil, tot marcant el lloc on s’ha de formar.
2) L’únic lloc de la membrana plasmàtica on no hi hagi microtúbuls astrals és on es forma l’anell contràctil.
3) La zona on es solapen els microtúbuls interpolars procedents de diferents centrosomes és on es forma l’anell.
Citocinesi en cèl·lules vegetals És la única fase diferent de la mitosi respecte les cèl·lules vegetals, ja que la cariocinesi és igual.
En aquestes cèl·lules no hi ha anell contràctil. Són cèl·lules rígides amb paret cel·lular, i el que es fa per separar el citoplasma en dos després de la cariocinesi és formar una nova paret entre els dos nou nuclis.
Hi ha uns microtúbuls al costat de la membrana plasmàtica que tenen contacte amb ella que s’anomenen fragmoplast. Marquen on s’ha de formar la nova paret, i es van fusionant els components fins a formar-la. Els components es mouen pels microtúbuls fins a una part central, que és una banda de microfilaments d’actina i microtúbuls.
Finalment, hi ha mes deposicions de material com la cel·lulosa.
fragmoplast MEIOSI És un tipus especial de divisió nuclear, associada a la reproducció sexual. És bo que es produeixi per incrementar la variabilitat: es barreja el genoma de dos progenitors i s’obtenen descendents genèticament diferents. Això genera una diversitat dins d’una espècie, de manera que hi ha alguns individus dins la població adaptables a certs ambients. Per tant tot això dóna lloc a l’evolució.
Però si s’unís el genoma de dos progenitors en el descendent, hi hauria el doble de quantitat d’ADN. Això no ha de ser així, la quantitat d’ADN s’ha de mantenir. Per això s’alternen períodes 2n (fecundació) i n (meiosi).
Hi ha dos tipus de meiosi, la gamètica (la duen a terme organismes diploides) i la zigòtica (organismes haploides).
Els dos tipus de meiosi: gamètica i zigòtica.
La meiosi gamètica la fan els mamífers, i només té lloc en les cèl·lules germinals.
Diferències bàsiques entre mitosi i meiosi En la mitosi s’obtenen dues cèl·lules 2n genèticament idèntiques (si no hi ha mutacions).
De la meiosi en resulten quatre cèl·lules haploides genèticament diferents entre elles.
Per tant, els punts clau de la meiosi són que es redueix el nombre de cromosomes a la meitat, i que s’aconsegueix variabilitat genètica gràcies a: - Recombinació gènica.
Distribució independent/a l’atzar.
Com que les cèl·lules germinals que han de donar lloc als gàmetes parteixen de 2n2c (nombre diploide de cromosomes amb 2 cromàtides cada un), i els gàmetes son n c, hi ha d’haver dues divisions: Meiosi I i Meiosi II. Cada una té les fases normals de divisió.
Entre una meiosi i l’altra no hi ha G1, ni fase S ni G2. Pot ser que simplement no hi hagi gens d’interfase, però a vegades sí que hi ha un breu període que s’anomena intercinesi.
En la meiosi I és on trobem més diferències amb la mitosi. Quan la cèl·lula germinal acaba de replicar el DNA i tenim 2n2c, els cromosomes patern i matern (homòlegs) s’aparellen i intercanvien ADN (trencament i reparació). Aquesta recombinació crea quiasmes, que mantenen els cromosomes homòlegs aparellats a la primera placa metafàsica.
Després de la primera divisió queden dues cèl·lules n2c, i després de la segona, ja tenim quatre cèl·lules nc.
MEIOSI I Profase I: els cromosomes es condensen i els homòlegs s’aparellen duent a terme així la recombinació genètica.
Metafase I: les parelles de cromosomes homòlegs s’alineen al centre de la placa metafàsica.
Anafase I: els cromosomes homòlegs se separen. De cada parella, el patern se’n va cap a un fus i el matern cap a l’altre a l’atzar.
Telofase I: separació en dues cèl·lules dels cromosomes, les dues son n.
Profase I És la fase més llarga i activa de la meiosi I. S’acaba la síntesi de DNA, es dóna la condensació dels cromosomes, s’aparellen els cromosomes homòlegs i es dóna la recombinació gènica i es poden visualitzar quiasmes.
Tot això es divideix en cinc fases: leptotè, zigotè, paquitè, diplotè i diacinesi.
Aparellament cromosomes homòlegs Els homòlegs s’uneixen gràcies a un complex proteic anomenat complex sinaptonemal.
Aquest té components laterals i transversals. La cromatina està unida als components laterals, i els laterals d’un i l’altre cromosoma homòleg s’uneixen amb els components transversals.
Durant el leptotè apareixen els components laterals del complex sinaptonemal, al zigotè es comencen a formar els transversals i al paquitè ja hi ha una sinapsi completa: els cromosomes homòlegs estan totalment aparellats.
Al diplotè es comencen a separar i continua a la diacinesi. Ara es poden veure els punts on hi ha hagut recombinació gènica perquè els homòlegs continuen units en aquests punts. És el que s’anomenen quiasmes.
Recombinació gènica Es dóna durant el zigotè, i hi ha un trencament dirigit de la cromatina. La proteïna sp11 talla la cromatina en determinats llocs. Hi ha zones on s’ha observat que hi talla molt freqüentment, s’anomenen hot spots. I altres zones que no talla quasi mai, són les cold spot.
Després vénen unes proteïnes que busquen homologia amb la cromàtide de l’altre cromosoma i interaccionen per reparar l’ADN, unint un altre cop el tros tallat. Si troben homologia, el tros tallat s’unirà a la cromàtide de l’altre cromosoma homòleg, sinó retornarà al seu.
Als llocs on hi ha hagut recombinació s’acumulen proteïnes de reparació del DNA. Al paquitè es poden veure com nòduls de recombinació, i més tard, quan en el diplotè els homòlegs es comencin a separar, es veuran com quiasmes.
En el paquitè, cada bivalent (parella d’homòlegs) té com a mínim un nòdul de recombinació, que després es convertirà en quiasme.
Esquema de tota la profase I.
Durant la profase a més també es donen tots els fets necessaris per la divisió: l’embolcall nuclear es trenca, es forma el fus mitòtic...
Metafase I Els bivalents es troben a l’equador de la cèl·lula. Ara s’han de separar els cromosomes, i no les cromàtides com en la mitosi. Com s’aconsegueix això? - En la meiosi I, només hi ha un cinetocor per cromosoma. La proteïna monopolina MAM1 enganxa els dos cinetocors d’un homòleg perquè funcionin com un.
Els cromosomes homòlegs es disposen junts durant la metafase perquè estan units pels quiasmes i les cohesines.
Les cohesines ajunten dues cromàtides que han recombinat, mantenint els homòlegs junts. Si no haguessin recombinat ara les cohesines no els mantindrien junts, i cada cromosoma homòleg s’alinearia per separat a la placa metafàsica.
Per això és important que hi hagi com a mínim una recombinació en tots els bivalents.
Amb aquests mecanismes, quan es dispara l’anafase i el fus estira dels cinetocors, se separen cromosomes homòlegs.
A més, hi ha un altre mecanisme que augmenta la variabilitat: - Distribució a l’atzar dels cromosomes homòlegs. No van tots els paterns cap a un pol i els materns cap a l’altre, sinó que és aleatori. En funció del nombre de cromosomes, hi ha més possibilitats de distribuir de forma diferents els cromosomes homòlegs en els gàmetes.
Anafase I Succeeix de la mateixa forma que l’anafase en la mitosi. Però ara no es degraden totes les cohesines, sinó només les dels braços, i queden les dels centròmers. El mètode per aconseguir això és el mateix que en la mitosi: unes fosfatases eliminen els fosfats de les cohesines centromèriques i no són degradades.
Ara encara estan unides les cromàtides germanes d’un mateix cromosoma, però els homòlegs no. Això permet que cada cromosoma homòleg se’n vagi cap a un pol diferent.
Telofase I – Citocinesi Es comença a descondensar la cromatina, i en funció de l’espècie pot o no formar-se un embolcall nuclear transitori.
L’activitat de la MPF no desapareix del tot. Per exemple, no es desfosforilen els orígens de replicació, i per tant no es torna a replicar el DNA.
MEIOSI II Pot anar seguida de la primera, o separada per una intercinesi (petita interfase que no té res a veure amb les interfases normals).
La meiosi II funciona de la mateixa manera que una mitosi: - Profase II: els cromosomes es tornen a condensar i desapareix un altre cop l’embolcall nuclear (si és que s’havia format).
Metafase II: ara cada cromosoma es situa individualment a la placa metafàsica.
Els cromosomes no tenen cromàtides germanes idèntiques.
- - Anafase II: es degraden les cohesines centromèriques que havien quedat en la meiosi I, de manera que ara es poden separar les cromàtides germanes d’un mateix cromosoma. A més, ara no actua la monopolina, per tant cada cromàtide té el seu cinetocor, no només un per cromosoma.
Les cromàtides germanes migren cap a pols oposats.
Telofase II – Citocinesi: tenim quatre cèl·lules haploides genèticament diferents.
FORMACIÓ DE GÀMETES – GAMETOGÈNESI Són processos diferents segons el sexe.
En l’espermatogènesi, de cada cèl·lula germinal 2n obtenim 4 gàmetes.
La oogènesi comença en estat fetal però a l’ictiotè (fase de la formació del fetus) s’atura en profase I. A partir de l’adolescència cada mes un o dos d’aquests oòcits continua la meiosi.
Però aquesta torna a quedar parada en metafase II, i només continua fins al final si és fecundat per un espermatozou.
Després de la meiosi I, una de les dues cèl·lules es queda tot el citoplasma, i l’altre queda com un corpuscle polar. En la meiosi II, hi torna a haver una divisió. Una de els resultants es tornar a quedar tot el citoplasma, i el corpuscle polar també es divideix, de manera que queda un gàmeta i tres corpuscles polars.
En la oogènesi, per cada cèl·lula germinal, només s’obté un òvul que pot ser fecundat.
*Malalties associades en problemes a l’hora de distribuir els cromosomes en la meiosi.
En un 90% dels casos amb problemes en la meiosi, el resultat és el síndrome de Down.
El que es dóna és un procés de no disjunció en la meiosi I.
Si dos cromosomes homòlegs no formen quiasmes, no estan aparellats a la placa metafàsica en metafase I. Cada un té un únic cinetocor. Quan els microtúbuls del fus mitòtic estiren els cromosomes cap als pols, pot ser que els dos cromosomes vagin cap al mateix pol o cap a diferents. Si anessin cap al mateix, llavors una de les cèl·lules resultants tindria dos cromosomes homòlegs. I en els quatre gàmetes finals, tindríem: dos n+1, i dos n-1.
La fecundació amb un gàmeta n+1 donaria lloc a un nen amb síndrome de Down. En un 80% dels casos, el gàmeta amb el nombre erroni de cromosomes prové de la mare.
La mala distribució dels cromosomes sexuals X i Y pot donar lloc a síndromes com ara la de Turner, la trisomia X, la de l’extra Y (XYY)...
...