El ciclo celular es un proceso en el que una célula crece y se divide para crear una copia de sí misma. Algunos organismos se reproducen exclusivamente a través de este proceso, mientras que en la vida multicelular compleja, permite que un organismo crezca y reemplace las células a medida que se desgastan. En los animales, el ciclo dura alrededor de 24 horas de principio a fin para la mayoría de los tipos de células, aunque algunas, como las de la piel, pasan constantemente por este ciclo, mientras que otras pueden dividirse raramente, si es que lo hacen. Las neuronas, por ejemplo, no crecen ni se dividen una vez que están maduras.
Los organismos se pueden dividir en dos tipos, cada uno con su propio ciclo celular. En los procariotas, la información genética del organismo consiste en una sola hebra de ADN, conocida como cromosoma, que no está contenida en ninguna estructura especial. Las bacterias son ejemplos de procariotas, junto con algunos otros organismos unicelulares. Los eucariotas consisten en todos los organismos multicelulares, como plantas y animales, junto con algunos tipos de formas de vida unicelulares. Se diferencian de los procariotas principalmente en que tienen un núcleo, una estructura autónoma que contiene el material genético en forma de cromosomas formados por ADN.
Procariotas
La reproducción en procariotas se conoce como fisión binaria. En este proceso, el ADN, que flota libremente dentro de la célula, se replica. Las dos nuevas hebras de ADN luego migran a los extremos opuestos de la célula, que se divide en dos copias idénticas, cada una con su propio ADN; esta etapa de división se conoce como citocinesis. Las nuevas células luego crecerán hasta que alcancen un cierto tamaño, luego, si las condiciones son favorables, se dividirán nuevamente, comenzando un nuevo ciclo. Para estos organismos primitivos, el proceso suele ser muy rápido; en condiciones ideales, algunas bacterias se dividen cada 20 minutos, lo que lleva a una multiplicación muy rápida.
Eucariotas
Las células eucariotas son más complejas que las de los procariotas, lo que hace que la división sea más complicada. Además de un núcleo, tienen otras estructuras, conocidas como orgánulos, que tienen funciones específicas y que también deben duplicarse durante la división. El ciclo eucariota tiene varias fases distintas, siendo las dos principales la interfase y la mitosis.
Durante la interfase, que es, con mucho, la fase más larga, que representa la mayor parte del ciclo de 24 horas que es típico de la mayoría de las células animales, la célula normalmente crece y aumenta de tamaño. Los procesos involucrados en la división requieren energía, y la interfase tiene dos períodos durante los cuales se acumulan las reservas del compuesto de almacenamiento de energía trifosfato de adenosina (ATP) y se produce el crecimiento, separados por un período de duplicación del ADN en el núcleo. El primer período de crecimiento se conoce como Gap 1 (G1) y ocurre en las nuevas células después de la división. A esto le sigue la etapa de síntesis (S), durante la cual se sintetizan nuevas hebras de ADN que son idénticas a las originales. Entonces comienza la etapa Gap 2 (G2), antes de la mitosis.
A diferencia de la fase anterior, la mitosis es relativamente breve y, por lo general, solo toma alrededor de una hora. Este es el proceso mediante el cual los dos conjuntos idénticos de ADN se separan físicamente entre sí, formando dos conjuntos de cromosomas, que luego se atraen a diferentes extremos de la célula para formar núcleos separados. Durante esta fase, los orgánulos, como las mitocondrias en los animales y los cloroplastos en las plantas, también se dividen. Estas estructuras tienen su propio ADN, que se replica de la misma manera que en los procariotas, lo que lleva a algunos científicos a creer que alguna vez pudieron haber sido organismos procariotas independientes que se incorporaron a células eucariotas en algún momento del pasado distante.
La etapa final es la citocinesis. Aquí es cuando realmente tiene lugar la división en dos unidades distintas. En los animales, las paredes celulares opuestas se acercan entre sí alrededor del punto medio hasta que se encuentran, formando dos unidades que se separan entre sí. En las plantas, se construye una nueva pared celular en el punto de división, separando las dos nuevas células.
Regulación y errores
Cada parte del ciclo está regulada por proteínas que le dicen a la célula qué hacer. Estas proteínas también se utilizan durante la interfase para confirmar que las condiciones son adecuadas para la división. Si no hay suficientes nutrientes presentes o se identifican otros problemas, estas proteínas enviarán una señal a la célula para que permanezca inactiva y espere a que las condiciones mejoren, como una guardia de cruce para la división.
Los errores pueden ocurrir y ocurren durante el proceso. A veces, la información no se copia exactamente durante la interfase y se crean errores en el genoma. Estos errores pueden resultar fatales para la célula o pueden ser inofensivos. También pueden resultar en cáncer, donde un error provoca la repetición repetida y la división descontrolada, sin controles, formando un tumor.
Afortunadamente, existen proteínas que pueden detener el proceso si hay errores en la replicación del ADN. En algunos casos, el proceso de división se suspenderá para permitir la reparación del ADN, después de lo cual puede reanudarse. En otros, donde el ADN está muy dañado, estas proteínas pueden hacer que la célula muera para evitar una mayor replicación del ADN defectuoso. El cáncer a menudo es el resultado de cambios en el ADN que impiden el funcionamiento adecuado de estas proteínas, de modo que se permite que las células con ADN dañado se reproduzcan.