La vida secreta de las células

18 02 2009

Dado que me dedico a la ciencia, he pensado que ya iba siendo hora de tocar algun tema científico en mi blog, ya que hasta ahora lo mas cercano a la ciencia de lo que he hablado ha sido el pensamiento crítico. Así pues, he decidido que de ahora en adelante voy a escribir, ya veremos con qué frecuencia, entradas de caracter científico. Mi objetivo en estos casos será introducir los aspectos básicos de cuestiones científicas importantes, de forma que cualquiera lo pueda entender y pueda luego utilizar ese saber, si es preciso, para participar en los debates referentes a cómo nuestra sociedad gestiona los conocimientos científicos disponibles.

Como biólogo celular, a menudo tomo fotos de células, y ahora vais a ver unas cuantas que muestran importantes detalles sobre una tarea que las células dominan a la perfección: dividirse para dar lugar a dos células donde originalmente sólo había una.

Este proceso de división celular es crítico para nuestras vidas, ya que de él dependen cosas tan importantes como el desarrollo embrionario (cómo un huevo fecundado se convierte en un bebé), la regeneración de nuestros tejidos (como cuando las células que constantemente se descaman de nuestra piel o mucosa intestinal son sustituídas por otras nuevas), la curación de heridas, el cáncer (debido a una división celular excesiva y descontrolada), el sistema inmunitario y muchas más.

Antes de poder partirse en dos, las células deben hacer una copia de todo su material genético (o sea, de su disco duro…), de modo que ambas células hijas puedan heredar un conjunto completo de instrucciones genéticas (el software). Como ya sabreis, el soporte físico (el hardware) donde las células almacenan su información genética es una molécula llamada ADN (o DNA para los amigos), que se halla dentro del núcleo celular. Por lo tanto, antes de dividirse las células hacen una copia de todo su DNA. El proceso completo por el cual las células primero copian su DNA y luego se dividen en dos recibe el nombre de ciclo celular y es un area de intensa investigación en el campo de la biomedicina.

Observad la foto que muestro a continuación:

g1-s-cropped1

La foto anterior muestra una célula que no se está dividiendo. En realidad, la foto no muestra toda la célula, sino solamente dos cosas dentro de la misma: (1) el DNA, el cual lo teñí con una sustancia que emite fluorescencia azul, y (2) otra estructura celular, en rojo, llamada centrosoma y de la que hablaré más adelante. En esta imagen quiero que presteis atención a dos hechos: (1) todo el DNA, o sea el azul de la foto, se halla confinado dentro de una estructura aproximadamente esférica, que es el núcleo de la célula. (2) el DNA se observa en dos formas distintas: por un lado hay puntos o manchas brillantes, y por otro hay zonas donde el color azul está más difuminado. Interesantemente, las regiones más difuminadas corresponden a genes (conjuntos de instrucciones) que la célula está leyendo activamente, mientras que las manchas brillantes contienen genes cuyas instrucciones la célula ignora. En otras palabras, el DNA es como una gran biblioteca, y las células sólo leen, en un momento dado, algunos de los libros (genes) que tienen disponibles, mientras que el resto de libros permanecen cerrados en las estanterías de la biblioteca. Del mismo modo que los libros cerrados en los estantes de la biblioteca ocupan menos espacio que los libros abiertos en las mesas, el DNA que no se lee también es empaquetado más densamente, lo cual explica porque la tinción azul es más intensa en esas zonas.

Antes de pasar a la siguiente foto, a lo mejor os estais preguntando porque las células leen ciertos libros/genes, e ignoran el resto. El hecho es que el conjunto entero de instrucciones genéticas (el genoma) contiene información sobre cómo llevar a cabo múltiples tareas, pero no todas las células tienen que realizar todas esas tareas: por ejemplo, una célula de músculo tiene que leerse los libros relativos a como contraerse y estirarse, pero puede y debe ignorar los libros sobre cómo emitir señales eléctricas o cómo fabricar insulina, libros que leerán, en cambio, las neuronas y las células del páncreas, respectivamente.  

Segunda foto:

profase-merge-cropped

Dos cambios importantes respecto a la primera foto: en primer lugar, ahora casi todo el DNA está compactado y aparece como manchas brillantes. Eso significa que la célula está empezando a empaquetar sus libros, o sea su DNA, para llevarlos de viaje. Dicho de otra forma, el DNA se está preparando para ser transportado a las células hijas, como veremos en las siguientes fotos. Durante el viaje a las nuevas bibliotecas, los libros permanecerán cerrados, por lo que la célula deberá usar conocimientos aprendidos previamente para llevar a cabo el viaje (es decir, la división celular). Afortunadamente, las células tienen memoria: los genes, cuando están activos, dan lugar a la formación de proteínas, y éstas permanecen en la célula durante la división y le dictan los caminos a seguir. En términos de libros, diríamos que las células han tomado apuntes de los libros antes de empaquetarlos y por tanto ahora pueden pasar sin ellos durante un cierto tiempo. Por otro lado, ahora hay dos puntos rojos (centrosomas) en la foto, lo cual también es una indicación de que la célula se va a dividir en breve: la célula ha copiado también su centrosoma para que ninguna de las dos células hijas se quede sin cuando la célula se divida en dos (como podeis ver, las células son muy previsoras). Cuando una célula que tiene dos centrosomas ha empezado a empaquetar su DNA, como la de la foto, se dice que esta célula se halla en profase, que es la primera fase de la división celular, también llamada mitosis.

Siguiente foto:

metafase-mergecropped

La célula ahora está en metafase, la segunda fase de la mitosis. En primer lugar, el DNA ya ha sido empaquetado completamente, o sea que ahora todos los libros, o genes, se han guardado en múltiples cajas, o cromosomas: la razón de que no veamos los cromosomas individuales en la foto es que están todos apelotonados en el centro de la célula. Dado que esta célula es de ratón, debe contener 40 cromosomas (20 de papá-ratón y 20 de mamá-ratona: si fuera una célula humana serían 46=23+23), pero como antes de empezar a dividirse la célula ha hecho una copia de todo, ahora tiene en realidad 80 cromosomas (2 copias de los de mamá y 2 de los de papá). Estos 80 cromosomas, aunque no lo veamos, van por pares, cada copia pegadita a su original. No sólo la célula ha terminado de hacer su equipaje, sino que además ha colocado dicho equipaje en el centro de la célula, que es justamente por donde la célula acabará partiéndose en dos. Por su parte, los dos centrosomas se hallan uno a cada lado de ese plano central, y su tarea consistirá en hacer de botones, es decir, coger el equipaje de cada célula hija y subírselo a su habitación. Pese a no verse bien en la foto, cada centrosoma es como un pulpo, cuyos tentáculos agarran a los cromosomas y los estiran hacia ellos. Sin embargo, aquí los botones/pulpos/centrosomas todavía no han empezado a estirar, sino que por el momento se están asegurando de que agarran bien todas las maletas/cajas/cromosomas.

Pasemos a la siguiente foto, que muestra una célula en anafase:

anafase2mergecropped

Pues aquí lo teneis: los dos botones ya están subiendo el equipaje a los nuevos aposentos de las células hijas. Por supuesto, el equipaje de cada celula hija incluye 40 cromosomas (20+20), algunos de los cuales serán los originales y otros serán las copias (no hay una célula que se lleve todos los originales y la otra todas las copias de los libros, sino que las cajas se distribuyen al azar: cada célula recibe algunas cajas de libros originales y otras de copias. En cualquier caso, dado que las células son muy buenas copiadoras, unas cajas y otras son difícilmente distinguibles. Y ahora que los contenidos de la célula madre ya han sido distribuídos equitativamente, lo único que queda es que la célula se parta físicamente en dos, lo cual ocurre por estrangulamiento en el plano central (si se tratara de células de plantas simplemente se construiría un tabique en medio y las celulas hijas pasarían a ser vecinas, pero en los animales las células se separan, con lo cual las células hijas luego pueden irse cada una por su cuenta si así lo exigen las circunstancias de sus vidas.

Para finalizar nuestro viaje a través de la división celular, una última foto:

recentlydivided-merge1

El equipaje ya ha llegado a las habitaciones y ha sido desempaquetado (telofase), y la célula madre ya se ha autoestrangulado por la mitad (citocinesis), de modo que ahora tenemos dos células donde al principio sólo había una. Misión cumplida!

Si alguno de vosotros ha llegado hasta aquí, señal que sois personas curiosas y por tanto os animo a que me pregunteis si hay algo que no os cuadra (a veces hay que simplificar las cosas para hacerlas más comprensibles, lo cual puede dejar algunos cabos sin atar). 

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2 responses

10 03 2009
Ramon

Excelent explanation about a very interesting matter.
I kindly ask you if can inform me about some article (in catalan or spanish is possible) about diferent theories or hypotesis of evolution. I read article from Wikipedia but I want to know more, mainly concerning:
– “finalism” or not
– ambient influence or not
– quick or slow processes
so a friend inform me that there is a 2^3 (2 elevated to exponent 3 = 8) different ways to understand evolution. Thanks a lot and congratulations for your interesting blog.

17 10 2009
Nathaly

Primero excelente explicación. Segundo en que especies de animales o plantas al finalde meiosis 2 quedan 4 celulas, es decir en telofase 1 no hay citocinesis y en telofase 2 quedan 4 celulas unidas en el mismo citoplasma

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