Introducción a las Fases G1 y G2

En esta publicación, discutiremos lo que sucede en las Fases G1 y G2 del Ciclo Celular. La división celular implica la creación de más celdas mediante la duplicación del contenido de una celda y luego dividir esta celda en dos celdas iguales e idénticas. Estas células son idénticas a la célula madre. Así es como crecemos y reemplazamos las células dañadas.

La clave para una división celular exitosa es mantener idénticas las células resultantes. Esto se debe a que mantener la integridad de la célula y el ADN que contiene es fundamental para la supervivencia de las especies. Muchos organismos mueren debido a mutaciones letales resultantes de la integridad del ADN comprometida.

La clave de cuán importante es la integridad del ADN reside en la cantidad de células de control de calidad que se implementan para garantizar que puedan proliferar con éxito cuando deberían o cuando no deberían. Las células pasan por el ciclo celular y las comprobaciones asociadas para garantizar que cada célula creada esté en perfectas condiciones. El ciclo celular tiene dos fases principales, la fase mitótica y la interfase.

La interfase es la fase más larga del ciclo celular. El crecimiento celular es fundamental para el ciclo celular y este es el propósito principal de la interfase. Al final de esta fase, hay el doble de ADN, los centríolos se han replicado y la célula es lo suficientemente grande para la división celular. La interfase se divide en la primera fase de crecimiento (G1), síntesis (S) y la segunda fase de crecimiento (G2) (figura 1). Las fases de crecimiento son, como habrás sospechado, para el crecimiento de la célula, durante la fase de síntesis se produce la replicación del ADN en preparación para la segunda fase de crecimiento.

Aquí echaremos un vistazo al Fases G (primer y segundo crecimiento) de la interfase. Veremos lo que sucede en estas fases, lo que sigue y por qué son tan importantes para nuestra comprensión de la biología.

¿Qué sucede en G1 del ciclo celular?

En algunos casos, como la inanición o cuando el tejido en generación ha alcanzado su tamaño objetivo, las células saldrán del ciclo celular y permanecerán en estasis llamado G0 (figura 1). La mayoría de estas células son capaces de volver a entrar en el ciclo celular en G1 si alguna vez surge la necesidad. Las células nerviosas normalmente no se regeneran; permanecen en estasis.

En G1, las células logran la mayor parte de su crecimiento; aumentan de tamaño y producen proteínas y orgánulos necesarios para las funciones normales de la síntesis de ADN. Aquí, se sintetizan proteínas y ARN y, más especialmente, se forman el centrómero y los demás componentes de los centrosomas. Las células son completamente funcionales; además de estar en una misión divisoria, también pueden realizar sus funciones normales. En los vertebrados y las levaduras diploides el número de cromosomas es 2n en esta fase, mientras que en las levaduras haploides el número de cromosomas es 1n.

En resumen, la primera fase de crecimiento es el momento en que justo después del nacimiento (en la mitosis) el la célula se está preparando para la síntesis de ADN (en la fase S).

¿Qué sucede en G2 del ciclo celular?

Hemos analizado lo que sucede en la primera fase de crecimiento y lo que sucede en la fase S está en el artículo «Qué sucede en la Fase S», los detalles de la replicación del ADN se proporcionan en «Qué es el ADN». Ahora hagamos un viaje rápido a través de la segunda fase de crecimiento, G2.

La segunda fase de crecimiento sigue a la fase S (síntesis). Pasada la fase S, la célula pasa por un punto de control de calidad donde (como en cada punto de transición del ciclo) se comprueba la integridad del ADN. Después de esto, la célula entra en la segunda fase de crecimiento donde la envoltura nuclear envuelve el núcleo. En esta fase se han formado dos centrosomas (cortesía de la primera fase de crecimiento); en las células animales, estos centrosomas tienen dos centriolos.

Es importante tener en cuenta que el ADN replicado en la fase S aún no se ha condensado en cromosomas. Los orgánulos necesarios para la división celular (en fase M) también se sintetizan en la fase S. Los microtúbulos que se utilizarán para movilizar los cromosomas en la fase M se ensamblan en G2.

Ahora, todas las tareas logradas durante G2 solo pueden lograrse correctamente si los eventos anteriores a G2 han salido según lo planeado. Las paradas en boxes denominadas puntos de control están presentes con el único propósito de garantizar que la celda haya completado con éxito todas las tareas que se supone que debe lograr después de cada fase.El ciclo celular consta de tres puntos de control, a saber, M / G1 (Salida M), G1 / S (Ingrese S) y G2 / M (Ingrese M).

Puntos de control

El Puntos de control de salida M y entrada S

Antes de que la celda entre en la fase G1 de la interfase, pasa por el punto de control de salida M. Aquí se comprueba la célula para asegurarse de que ha completado la fase de mitosis y está lista para la primera fase de crecimiento. Específicamente, las células se revisan para ver si han completado la división celular y si los cromosomas se han alineado correctamente y para asegurarse de que estén adheridos a los husos.

Antes de que la célula se comprometa con la fase S, pasa por el punto de control G1 / S, también llamado Enter S, donde se verifica el estado nutricional de la célula y la integridad del ADN. Este es un paso especialmente importante para una célula que está a punto de entrar en la fase S. En la levadura, el tamaño de la célula se usa como un proxy para determinar si está listo para pasar a la siguiente fase.

Cuándo y cómo las células progresan a través del ciclo celular está estrictamente controlado por una plétora de proteínas reguladoras . Estas proteínas se dividen en dos grupos llamados ciclinas y quinasas dependientes de ciclina (Cdks). La actividad de los Cdks fluctúa junto con las ciclinas. Las ciclinas son proteínas que regulan la sincronización del ciclo celular. Sus niveles fluctúan en el ciclo celular, de ahí su nombre.

Al final de la mitosis, Cdc14 (una fosfatasa) se mantiene como rehén en los nucléolos; esto evita la activación del factor de especificidad de APC (Cdh1) que es necesario para poliubiquitinar ciclinas aguas abajo. Esto evita la necesaria disminución de la actividad del factor promotor de la maduración (un complejo ciclina / CDK) que detiene la progresión hacia la telofase.

La telofase se prolonga lo suficiente para comprobar que los cromosomas se han segregado correctamente. Una vez que esto se confirma, se libera Cdc14. La cascada de aguas abajo asociada conduce a niveles reducidos de MPF, lo que provoca la progresión de la célula más allá de la telofase, saliendo de la fase de mitosis y entrando en G1. Todo lo que sucede en la telofase y la citocinesis resultante es lo que llamamos salida de la mitosis.

Después de la fase de mitosis, la célula entra en la fase G1. Al entrar, los complejos de pre-replicación del ADN se colocan en los orígenes preparándose para la replicación del ADN en la fase S. La ciclina-CDK G1 (ciclina D / CDK2) desactiva Cdh1, activando así la expresión de los componentes ciclina-CDK de fase S (por ejemplo, ciclina E / CDK2). El inhibidor del complejo ciclina-CDK en fase S se fosforila, lo que lo marca para su degradación por 5 SCF / proteasoma. Esta acción deja al complejo ciclina-CDK libre para iniciar o mover la célula a la siguiente fase del ciclo, la fase S. Esta cascada de señalización en sí está bastante conservada en todos los grupos, pero las ciclinas específicas y sus CDK pueden variar.

El punto de control G1 parece ser el determinante del destino de la célula en el ciclo celular. Si una celda recibe luz verde en el punto de control G1, generalmente hace las rondas (completando el ciclo y dividiéndose). De lo contrario, sale del ciclo por completo, entrando en la fase G0.

Enter M y la Regulación de la Fase G2

El checkpoint Enter M influye en la salida de la fase G2. En cada transición del ciclo celular, las células se controlan continuamente para verificar la integridad del ADN, donde (en el caso de la transición de S a G2) el ADN recién duplicado se verifica en busca de mutaciones y se fija si es necesario. Una vez pasada esta fase de transición, la celda está lista para la fase G2. Las ciclinas y los complejos de quinasas dependientes de ciclina (CDK) también controlan las transiciones aquí, al igual que en G1.

La actividad de las ciclinas y sus CDK se regula mediante la fosforilación (por una quinasa que activa CDK; CAK) y desfosforilación (por una fosfatasa KAP) de residuos específicos (generalmente tirosina) del sitio de unión de ATP de las CDK.

El control del punto de control Enter M es mayormente similar en eucariotas, con la mayoría de las ciclinas y sus CDK que tienen homólogos en diferentes grupos eucariotas. Aquí nos centraremos en la levadura de fisión (Schizosaccharomycespombe) como ejemplo. Cuatro proteínas están involucradas en la regulación de la actividad proteína quinasa de la CDK en levadura de fisión en el control de la entrada en mitosis. Antes de continuar, vale la pena señalar que la levadura de fisión tiene solo una CDK, mientras que los vertebrados tienen una familia de CDK.

En la levadura de fisión, la ciclina mitótica, Cdc13, forma un complejo con CDK para formar un factor promotor de la maduración. (MPF). La proteína-tirosina quinasa llamada Wee1 actúa como inhibidor de este complejo al fosforilar la tirosina 15 de la subunidad CDK. Luego, un CAK fosforila una treonina 161 activadora. Esta fosforilación dual inactiva el MPF, retrasando la progresión de la célula desde la fase G2 a la fase M. Una fosfatasa, Cdc25, aparece y desfosforila la tirosina, activando así el MPF. El MPF altamente activo ahora puede aliviar la célula y llevarla a la fase mitótica.

Una vez más, la célula entra en mitosis, se sumerge y luego entra en G1.Aquí, se vuelve a hacer la misma pregunta: «¿Está la célula destinada a otro viaje del ciclo celular o debería salir?» Una vez que se toma la decisión, la celda pasa o sale.

¿En qué se diferencia G1 de G2?

Esperamos que ya haya medido esto en las secciones anteriores. Aquí está la esencia de ella, la interfase completa abarca el crecimiento celular y la división celular, esto lo sabemos. Una diferencia significativa entre las fases de crecimiento es que la primera fase de crecimiento se trata del crecimiento celular, mientras que G2 se trata de la división celular. Es importante comprender completamente las funciones de estas lagunas (descritas anteriormente).

¿Por qué las fases G1 y G2 de la interfase son tan importantes en nuestra comprensión de la biología?

El propósito principal del ciclo celular es la división celular. Si las fases de crecimiento Si no cumplen sus funciones, la célula se reducirá a la mitad en cada división celular hasta que no haya nada que dividir. Esto se debe a que la replicación del ADN no se lograría con éxito sin las proteínas y orgánulos necesarios sintetizados en la primera fase de crecimiento.

Para enfatizar la importancia de estas fases, veremos lo que sucedió. ns si salen mal. Un ejemplo famoso de ciclo celular que salió mal es el cáncer. En pocas palabras, el cáncer es un crecimiento celular descontrolado. En el cáncer, las células pierden la capacidad de saber cuándo están dañadas y deben salir del ciclo y, preferiblemente, pasar por la apoptosis (muerte celular programada).

El cáncer es el resultado de defectos en el control del ciclo celular (tumor supresores y protooncogenes). Si los supresores de tumores no ralentizan el ciclo celular para las comprobaciones de integridad celular, entonces la célula puede proceder a la síntesis de ADN antes de que esté lista, lo que resulta en una replicación defectuosa del ADN.

Para que una célula pase por la replicación del ADN antes está listo sería desastroso. ¿Cómo es eso, preguntas? Las proteínas que controlan la sincronización del ciclo celular están codificadas por el ADN. Por lo tanto, si algo sale mal en la replicación, es probable que los errores se acumulen y afecten potencialmente a muchas otras regiones de codificación, entre las que pueden estar otras regiones que codifican aún más reguladores. Esto llevaría a que el ciclo celular se descompusiera por completo, lo que provocaría la proliferación de células tumorales. Si estas células dañadas invaden otros órganos o tejidos, pueden provocar la muerte del individuo afectado.

Ahora que hemos atravesado la tristeza general, centrémonos en un problema específico: la falla de G1. En primer lugar, el G1 decide cuándo se puede dividir una célula en función de las condiciones ambientales, la salud y el tamaño de la célula. Si se tomara esta decisión, la salud de la célula no se controlaría y, una vez más, las células dañadas pasarían a la fase S antes de estar listas.

Supongamos que la célula pasa por la primera fase de crecimiento justo bien, pero choca con un obstáculo en G2. Esto significaría que los microtúbulos, por ejemplo, no se ensamblan aquí, lo que significa que los cromosomas no se movilizan. Lo más probable es que esto conduzca a la no disyunción y, por lo tanto, a células con un número desigual de cromosomas.

Los espacios (1 y 2) son esenciales para salvaguardar la replicación del ADN y la mitosis. ¿Cómo es eso, preguntas? Volvamos a la replicación del ADN que salió mal si el ADN en replicación se condensa antes de que esté listo, se rompe. Además, si la replicación ocurre justo antes de la mitosis, se obtiene una separación desigual del material genético. Por tanto, es importante mantener la replicación y la mitosis separadas por las fases G para preparar las células. La replicación del ADN y la mitosis son eventos tan importantes que tener la oportunidad (fases G y puntos de control) de verificar la integridad de la célula antes de que ocurran estos eventos es una precaución necesaria.

Comprender lo que sucede en estas fases es fundamental para nuestra comprensión de lo que sale mal en el cáncer.

Conclusión

Esta es una descripción general de biología introductoria de las fases G del ciclo celular; de ninguna manera es una cobertura exhaustiva de este complejo tema. El ciclo celular es una parte vital de la existencia de todos los eucariotas. Como tal, es importante que esté estrictamente controlado (mediante supresores de tumores y protooncogenes).

Las fases de crecimiento son, quizás, las fases más críticas del ciclo celular. ¿Qué sucede en G1 del ciclo celular? G1 prepara las células recién salidas de la mitosis para otra ronda de replicación del ADN al producir las proteínas y orgánulos necesarios. G1 y G2, aunque ambas son fases de crecimiento, son diferentes. Entonces, ¿qué sucede en G2 del ciclo celular? La segunda fase de crecimiento comienza a preparar las células con ADN recién replicado para entrar en la fase de mitosis colocando los orgánulos necesarios para la mitosis.

El ciclo celular es una parte vital de la persistencia continua de todos los eucariotas. y procariotas.

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