El ciclo celular

Pregunta esencial

¿Por qué una célula debe crecer y copiar su ADN antes de dividirse?

Tu cuerpo produce células nuevas todo el tiempo, para crecer, para reparar daños y para reemplazar las células que se desgastan. Pero una célula no puede simplemente partirse en dos. En esta lección verás por qué se dividen las células, seguirás a una célula por las fases del ciclo celular y usarás datos para calcular cuánto dura cada fase y qué tan rápido crece una población de células que se dividen.

Por qué se dividen las células

• Crecimiento: más células forman un organismo más grande
• Reparación y reemplazo de células dañadas o desgastadas
• Una célula que crece demasiado tiene muy poca superficie para su volumen
• Dividirse mantiene a las células lo bastante pequeñas para funcionar

Los organismos crecen agregando células, reparan lesiones reemplazando las células dañadas y reemplazan las células que se desgastan. La división celular también mantiene pequeñas a las células. Como muestran los cubos, un objeto más grande tiene menos área superficial por cada unidad de volumen (la relación entre área superficial y volumen de la Unidad 6). Los nutrientes y los desechos cruzan la membrana celular, así que una célula que crece demasiado no puede intercambiar materiales con la rapidez suficiente para abastecer todo su volumen. Dos células más pequeñas tienen más área superficial en total que una célula grande con el mismo volumen.

El ciclo celular tiene fases

• Interfase: G₁, S y G₂
• Fase M: mitosis y después citocinesis
• La mayor parte del ciclo es interfase
• Algunas células salen del ciclo y dejan de dividirse (G₀)

El ciclo celular es la serie de eventos que ocurren de una división celular a la siguiente. Tiene dos partes principales. Durante la interfase, la célula crece y se prepara para dividirse. La interfase tiene tres fases: G₁ (la primera fase de intervalo, cuando la célula crece), S (síntesis, cuando se copia el ADN) y G₂ (la segunda fase de intervalo, cuando la célula termina de crecer y se prepara para dividirse). Durante la fase M, la célula se divide. La mitosis divide el núcleo y la citocinesis divide el citoplasma. En muchos tipos de células, una célula pasa cerca de 90 por ciento o más del ciclo en interfase y solo un tiempo corto en la fase M. Los tiempos del anillo son valores de muestra para una célula humana que se divide rápido en una caja de cultivo. La duración de los ciclos varía mucho. Algunas células se dividen en menos de un día, mientras que otras, como la mayoría de las neuronas maduras, salen del ciclo y ya no se dividen (un estado llamado G₀).

Copiar el ADN en la fase S

• Cada cromosoma es una molécula de ADN larga
• Fase S: se copia cada molécula de ADN
• Un cromosoma copiado tiene 2 cromátidas hermanas
• Las cromátidas hermanas son idénticas y están unidas en el centrómero

Un cromosoma es una sola molécula de ADN muy larga enrollada alrededor de proteínas. Como viste en la lección de los ácidos nucleicos, el ADN es una doble hélice formada por nucleótidos. Antes de dividirse, una célula debe hacer una copia completa de cada cromosoma, y esto ocurre en la fase S. Después de la copia, cada cromosoma consta de dos copias idénticas del ADN, llamadas cromátidas hermanas, unidas en una región llamada centrómero. La célula lo sigue contando como un solo cromosoma. Cuando la célula se divide, las cromátidas hermanas se separan, así que cada célula nueva recibe una copia completa del ADN. (La Unidad 9 explica cómo se copia el ADN.)

Seguir a una célula por el ciclo

• G₁: la célula crece y produce proteínas
• S: se copia el ADN
• G₂: la célula revisa las copias y se prepara
• M: la célula se divide en dos células

Los dibujos siguen a una célula que tiene 4 cromosomas. En G₁, cada cromosoma es una sola molécula de ADN, y la célula crece y produce proteínas y organelos. En la fase S se copia el ADN, así que cada cromosoma recibe dos cromátidas hermanas. En G₂, la célula sigue creciendo y se prepara para dividirse. En la fase M se divide el núcleo y después se divide el citoplasma, y se forman dos células nuevas. Cada célula nueva empieza su propio ciclo celular en G₁ con 4 cromosomas. (Una célula del cuerpo humano tiene 46.)

Las poblaciones crecen duplicándose

• Una vuelta por el ciclo: 1 célula se convierte en 2
• Cada ciclo duplica el número de células
• Después de n ciclos: 2ⁿ veces más células
• Las poblaciones reales crecen más despacio

Cada vez que una célula completa el ciclo celular, una célula se convierte en dos. Si cada célula se divide una vez por ciclo, el número de células se duplica en cada ciclo. La gráfica muestra datos de muestra para 1,000 células con un ciclo celular de 24 horas. Después de n ciclos hay 1,000 × 2ⁿ células. La curva se hace más inclinada a medida que avanza, y a esto se le llama crecimiento exponencial. Las poblaciones reales crecen más despacio, porque algunas células mueren, otras salen del ciclo y las células se pueden quedar sin espacio y sin nutrientes.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Porcentaje del tiempo en cada fase

En una célula humana que crece en una caja de cultivo, las fases duran 11 h (G₁), 8 h (S), 4 h (G₂) y 1 h (M). Halla la duración de todo el ciclo celular, el porcentaje del ciclo que se pasa en cada fase y el porcentaje que se pasa en interfase.

Fase	Tiempo (h)
G1	11
S	8
G2	4
M	1

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1. Total: 11 h + 8 h + 4 h + 1 h = 24 h
2. Porcentaje en cada fase: G₁: 11 ÷ 24 × 100 = 45.8%; S: 8 ÷ 24 × 100 = 33.3%; G₂: 4 ÷ 24 × 100 = 16.7%; M: 1 ÷ 24 × 100 = 4.2%
3. Interfase: 11 h + 8 h + 4 h = 23 h, y 23 ÷ 24 × 100 = 95.8% (o 100% − 4.2%)
4. Respuesta: El ciclo dura 24 h. G₁ es 45.8%, S es 33.3%, G₂ es 16.7%, M es 4.2% y la interfase es 95.8%.

Ejemplo 2: Una población de células que se dividen

Una caja de cultivo empieza con 1,000 células. Cada célula se divide una vez cada 24 horas y no muere ninguna. ¿Cuántas células hay en la caja después de 6 días? ¿Cuántos días pasan hasta que hay más de 100,000 células?

Día	Células
0	1,000
1	2,000
2	4,000
3	8,000
4	16,000
5	32,000
6	64,000

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1. Cada día: el número de células se duplica, así que después de n días hay 1,000 × 2ⁿ células.
2. Día 6: 1,000 × 2⁶ = 1,000 × 64 = 64,000 células
3. Más de 100,000: el día 6 da 64,000, que no es suficiente. El día 7 da 1,000 × 2⁷ = 128,000 células.
4. Respuesta: 64,000 células después de 6 días. Se necesitan 7 días para pasar de 100,000 células.

Ejemplo 3: ¿Cuándo se duplica el ADN?

La gráfica muestra la cantidad de ADN en una célula durante un ciclo celular de 24 horas. Escribe una afirmación, evidencia y razonamiento: ¿en qué fase copia su ADN la célula y por qué debe hacerlo antes de dividirse?

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1. Afirmación: la célula copia su ADN en la fase S.
2. Evidencia: el ADN por célula se mantiene en 1 unidad durante G₁ (de 0 a 11 h), sube a 2 unidades entre las 11 h y las 19 h (fase S) y se mantiene en 2 unidades hasta que la célula se divide a las 24 h. Después de la división, cada célula hija tiene 1 unidad.
3. Razonamiento: la célula produce dos juegos completos de ADN antes de dividirse, así que hay un juego para cada célula nueva. Una célula que se dividiera sin copiar antes su ADN solo podría transmitir la mitad.
4. Respuesta: La fase S. El ADN se duplicó de 1 a 2 unidades, así que cada célula hija puede recibir una copia completa.

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Práctica

Nombra las fases del ciclo celular, explica qué le pasa a un cromosoma en la fase S, calcula el porcentaje del tiempo que se pasa en cada fase y predice qué tan rápido crece una población de células que se dividen. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.

• Hoja de práctica: El ciclo celular (PDF) (en inglés)
• Clave de respuestas: El ciclo celular (PDF) (en inglés)

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Diapositivas de la lección

• Diapositivas 7.1: El ciclo celular (PDF) (en inglés)

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Ideas clave

• Las células se dividen para crecer, reparar tejidos y mantenerse lo bastante pequeñas para funcionar
• El ciclo celular tiene interfase (G₁, S, G₂) y fase M
• La fase S copia el ADN, así que cada cromosoma tiene 2 cromátidas hermanas
• La mayor parte del ciclo se pasa en interfase
• Cada vuelta por el ciclo duplica el número de células

De vuelta a la pregunta esencial: una célula tiene que crecer para que cada célula nueva tenga suficiente citoplasma y organelos, y tiene que copiar su ADN para que cada célula nueva reciba un juego completo. Esas tareas ocurren en G₁, S y G₂, antes de que la fase M divida la célula. A continuación seguirás a los cromosomas durante la mitosis, la etapa que reparte el ADN copiado entre las dos células nuevas.

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