Comunicación Celular y Ciclo Celular

Idea Central 3 — Almacenamiento y Transmisión de Información: Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a la información esencial para los procesos vitales.

Objetivo de Aprendizaje 4.1.A: Describir las formas en que las células pueden comunicarse entre sí.

• 4.1.A.1 Las células se comunican entre sí mediante contacto directo con otras células o a distancia a través de señalización química.
  • Ejemplos ilustrativos para 4.1.A.1:
    • Las células inmunitarias interactúan mediante contacto célula-célula, incluyendo células presentadoras de antígenos (CPA), células T auxiliares y células T citotóxicas.

Objetivo de Aprendizaje 4.1.B: Explicar cómo las células se comunican entre sí a cortas y largas distancias.

• 4.1.B.1 Las células se comunican a corta distancia utilizando reguladores locales que actúan sobre células cercanas a la célula emisora de la señal.
  • Ejemplos ilustrativos para 4.1.B.1:
    • Neurotransmisores
    • Respuesta inmune en plantas
    • Detección de densidad poblacional (quorum sensing) en bacterias
    • Morfogenes en el desarrollo embrionario
• 4.1.B.2 Las señales liberadas por un tipo celular pueden viajar largas distancias hacia células diana de otro tipo.
  • Ejemplos ilustrativos para 4.1.B.2:
    • Insulina
    • Hormona del crecimiento humano
    • Hormonas tiroideas
    • Testosterona
    • Estrógeno

Idea Central 3 — Almacenamiento y Transmisión de Información: Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a la información esencial para los procesos vitales.

Objetivo de Aprendizaje 4.2.A: Describir los componentes de una vía de transducción de señales.

• 4.2.A.1 Las vías de transducción de señales vinculan la recepción de señales con las respuestas celulares.
• 4.2.A.2 Muchas vías de transducción de señales incluyen modificaciones proteicas e implican cascadas de fosforilación.

Objetivo de Aprendizaje 4.2.B: Describir el papel de los componentes de una vía de transducción de señales en la producción de una respuesta celular.

• 4.2.B.1 La señalización comienza con el reconocimiento de un mensajero químico —un ligando— por una proteína receptora en una célula diana.
  • i. El dominio de unión al ligando de un receptor reconoce un mensajero químico específico, que puede ser un péptido (proteína) o una molécula pequeña.
  • ii. Los receptores acoplados a proteínas G son un ejemplo de una proteína receptora en eucariotas.
  • iii. Los receptores pueden estar ubicados en la superficie de una célula diana o en el citoplasma o núcleo de la célula diana.
• 4.2.B.2 Las cascadas de señalización transmiten las señales desde los receptores hacia los objetivos celulares, a menudo amplificando las señales entrantes, lo que resulta en las respuestas apropiadas de la célula. Las respuestas podrían incluir el crecimiento celular, la secreción de moléculas o la expresión génica.
  • i. Después de que el ligando se une, el dominio intracelular de una proteína receptora cambia de forma, iniciando la transducción de la señal.
  • ii. Las enzimas y los segundos mensajeros como el AMP cíclico (AMPc) relayan y amplifican la señal intracelular.
  • iii. Las hormonas son un ejemplo de un mensajero de señalización que puede viajar largas distancias en el torrente sanguíneo.
  • iv. La unión de ligandos a canales dependientes de ligandos puede causar la apertura o cierre del canal.

Idea principal 3 — Almacenamiento y transmisión de información: Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a la información esencial para los procesos vitales.

Objetivo de aprendizaje 4.3.A: Describir los diferentes tipos de respuestas celulares desencadenadas por una vía de transducción de señales.

• 4.3.A.1 La transducción de señales puede resultar en cambios en la expresión génica y la función celular, lo que puede alterar el fenotipo o provocar la muerte celular programada (apoptosis).
  • Ejemplos ilustrativos para 4.3.A.1:
    • Uso de mensajeros químicos por parte de microbios para comunicarse con otras células cercanas y regular vías específicas en respuesta a la densidad poblacional (detección de quorum)
    • Estimulación de la descomposición del glucógeno en mamíferos mediante epinefrina

Objetivo de aprendizaje 4.3.B: Explicar cómo un cambio en la estructura de cualquier molécula señalizadora afecta la actividad de la vía de señalización.

• 4.3.B.1 Los cambios en las vías de transducción de señales pueden alterar las respuestas celulares. Las mutaciones en cualquier dominio de la proteína receptora o en cualquier componente de la vía de señalización pueden afectar a los componentes downstream al alterar la posterior transducción de la señal.
  • Ejemplos ilustrativos para 4.3.B.1:
    • Las citocinas regulan la expresión génica para permitir la replicación y división celular.
    • Las feromonas de apareo en levaduras activan la expresión de genes de apareo.
    • Los niveles de etileno causan cambios en la producción de diferentes enzimas permitiendo que las frutas maduren.
    • Los genes HOX regulan los planes corporales animales durante el desarrollo embrionario.
• 4.3.B.2 Los productos químicos que interactúan con cualquier componente de la vía de señalización pueden activar o inhibir la vía.

Gran Idea 2 — Energetismo: Los sistemas biológicos utilizan energía y bloques de construcción moleculares para crecer, reproducirse y mantener una homeostasis dinámica.

Objetivo de Aprendizaje 4.4.A: Explicar cómo la retroalimentación positiva y negativa ayuda a mantener la homeostasis.

• 4.4.A.1 Los organismos utilizan mecanismos de retroalimentación para mantener sus entornos internos en respuesta a cambios internos y externos.
  • i. Los mecanismos de retroalimentación negativa mantienen la homeostasis al reducir el estímulo inicial para regular los procesos fisiológicos. Si un sistema se ve perturbado o alterado, los mecanismos de retroalimentación negativa devuelven el sistema a su punto de ajuste objetivo. Estos procesos operan a nivel molecular, celular y orgánico.
    • Ejemplos ilustrativos para 4.4.A.1.i:
      • Regulación del azúcar en sangre por insulina/glucagón
  • ii. Los mecanismos de retroalimentación positiva amplifican las respuestas y los procesos en los organismos biológicos. La variable que inicia la respuesta se aleja aún más del punto de ajuste inicial. La amplificación ocurre cuando el estímulo se intensifica aún más, lo que, a su vez, inicia una respuesta adicional que produce un cambio en el sistema.
    • Ejemplos ilustrativos para 4.4.A.1.ii:
      • Lactancia en mamíferos
      • Inicio del parto en el alumbramiento
      • Maduración de frutas

Idea Principal 3 — Almacenamiento y Transmisión de Información: Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a la información esencial para los procesos vitales.

Objetivo de Aprendizaje 4.5.A: Describir los eventos que ocurren en el ciclo celular.

• 4.5.A.1 El ciclo celular es una serie altamente regulada de eventos que controla el crecimiento y la reproducción de las células eucariotas.
  • i. El ciclo celular consiste en etapas secuenciales de interfase (G1, S, G2), mitosis y citocinesis.
  • ii. Fase G1: La célula está metabólicamente activa, duplicando orgánulos y componentes citosólicos.
  • iii. Fase S: El ADN se encuentra en forma de cromatina y se replica para formar dos cromátidas hermanas conectadas en un centrómero.
  • iv. Fase G2: Ocurre la síntesis de proteínas, se produce ATP en grandes cantidades y se replican los centrosomas.
  • v. Una célula puede entrar en una etapa (G0) en la que ya no se divide, pero puede reentrar al ciclo celular en respuesta a estímulos adecuados.
  • vi. Las células no divididas pueden salir del ciclo celular o mantenerse en una etapa particular del mismo.

Objetivo de Aprendizaje 4.5.B: Explicar cómo la mitosis resulta en la transmisión de cromosomas de una generación de células a la siguiente.

• 4.5.B.1 La mitosis es un proceso que asegura la transferencia de un genoma completo de una célula madre a dos células hijas genéticamente idénticas en eucariotas.
  • i. La mitosis juega un papel en el crecimiento, la reparación de tejidos y la reproducción asexual.
  • ii. La mitosis ocurre en pasos secuenciales (profase, metafase, anafase, telofase) y alterna con la interfase en el ciclo celular.
  • iii. Profase: Las cromátidas hermanas se condensan, comienza a formarse el huso mitótico y los centrosomas se mueven hacia polos opuestos de la célula.
  • iv. Metafase: Las fibras del huso alinean los cromosomas a lo largo del ecuador de la célula.
  • v. Anafase: Las cromátidas hermanas emparejadas se separan mientras las fibras del huso tiran de las cromátidas hacia los polos.
  • vi. Telofase: El huso mitótico se descompone, se desarrolla una nueva envoltura nuclear y luego el citoplasma se divide.
  • vii. Citocinesis: Se forma un surco de escisión en las células animales o una placa celular en las células vegetales, resultando en dos nuevas células hijas.

Idea principal 3 — Almacenamiento y transmisión de información: Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a la información esencial para los procesos vitales.

Objetivo de aprendizaje 4.6.A: Describir el papel de los puntos de control en la regulación del ciclo celular.

• 4.6.A.1 Una serie de controles internos o puntos de control regulan la progresión a través del ciclo celular.
• 4.6.A.2 Las interacciones entre ciclinas y quinasas dependientes de ciclinas controlan el ciclo celular.
  • Afirmación de exclusión: El conocimiento de pares específicos de ciclina-CdK o factores de crecimiento está fuera del alcance del Examen AP.

Objetivo de aprendizaje 4.6.B: Describir los efectos de las alteraciones en el ciclo celular sobre la célula u organismo.

• 4.6.B.1 Las alteraciones en el ciclo celular pueden dar lugar al cáncer o a la apoptosis (muerte celular programada).