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Comunicación Celular y Ciclo Celular

AP Biología · Tema 4

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7:34

Comunicación Celular y Ciclo Celular

Mira de cerca. Estas son células reales, fotografiadas en medio de la división. Dentro de tu cuerpo, millones de nuevas células se producen cada segundo — piel, sangre, intestino…

Narración en inglés · Subtítulos en inglés + 中文 quemados en pantalla

4.1

Comunicación Celular

Syllabus

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

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Las células se coordinan enviando y recibiendo señales químicas 信号. Una célula emisora libera un ligando 配体 que se une a un receptor 受体 en una célula diana. Las señales viajan a diferentes distancias: contacto directo (uniones celulares), señalización local (células cercanas, como los neurotransmisores) y señalización de larga distancia (hormonas 激素 a través de la sangre).

Una molécula de señal (ligando) se une a un receptor correspondiente en la célula diana
Una molécula de señal (ligando) se une a un receptor correspondiente en la célula diana
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
signals/ˈsɪɡnlz/ 信号 xìn hào
ligand/ˈlɪɡænd/ 配体 pèi tǐ
receptor/rɪˈseptə/ 受体 shòu tǐ
hormones/ˈhɔːməʊnz/ 激素 jī sù
Signal transduction/ˈsɪɡnl trænsˈdʌkʃn/ 信号转导 xìn hào zhuǎn dǎo
4.2

Introducción a la Transducción de Señales

Syllabus

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.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

La transducción de señales 信号转导 convierte una señal externa en una respuesta celular en tres etapas: recepción (el ligando se une al receptor), transducción (una cascada de moléculas dentro de la célula) y respuesta (un cambio en la actividad de la célula, como activar un gen). Los receptores son específicos, por lo que una célula solo responde a las señales que puede recibir.

Una sinapsis química: la transducción de señales transmite un mensaje a través de una hendidura con un ligando y un receptor
Una sinapsis química: la transducción de señales transmite un mensaje a través de una hendidura con un ligando y un receptor
4.3

Vías de Transducción de Señales

Syllabus

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.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

En la etapa de transducción, la señal pasa a través de una vía – a menudo una cascada de proteínas que se activan entre sí, amplificando frecuentemente la señal para que unos pocos ligandos desencadenen una gran respuesta. Los segundos mensajeros (como el AMP cíclico o los iones de calcio) propagan rápidamente la señal por toda la célula. Un cambio en un paso puede alterar todo el resultado.

Una cascada de señalización amplifica el mensaje dentro de la célula
Una cascada de señalización amplifica el mensaje dentro de la célula
4.4

Retroalimentación

Syllabus

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

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

La retroalimentación 反馈 mantiene los sistemas equilibrados:

La retroalimentación negativa detecta y corrige un cambio
La retroalimentación negativa detecta y corrige un cambio
  • La retroalimentación negativa 负反馈 contrarresta un cambio para restaurar un punto de ajuste (como un termostato) – mantiene la homeostasis 稳态.
  • La retroalimentación positiva 正feedback amplifica un cambio para llevar un proceso a su conclusión (como las contracciones del parto o la coagulación sanguínea).
Explorar

La retroalimentación negativa mantiene las cosas estables

La retroalimentación negativa detecta un cambio y lo revierte, manteniendo una variable (como la glucosa sanguínea) cerca de un punto de ajuste. Empújala fuera de ese punto y observa cómo el sistema corrige.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
Feedback/ˈfiːdbæk/ 反馈 fǎn kuì
Negative feedback/ˈneɡətɪv ˈfiːdbæk/ 负反馈 fù fǎn kuì
homeostasis/ˌhəʊmiːəˈstɑːsiz/ 稳态 wěn tài
Positive feedback/ˈpɒzɪtɪv ˈfiːdbæk/ 正反馈 zhèng fǎn kuì
4.5

Ciclo Celular

Syllabus

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.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Células de la punta de raíz de cebolla en diferentes etapas de la mitosis (micrografía óptica)
Células de la punta de raíz de cebolla en diferentes etapas de la mitosis (micrografía óptica)

El ciclo celular 细胞周期 es la vida de una célula desde una división hasta la siguiente: interfase 间期 (crecimiento G1, replicación del ADN en S, preparación G2) seguida de mitosis 有丝分裂 (M) y citocinesis, que producen dos células hijas idénticas. La interfase ocupa la mayor parte del tiempo; el ADN se copia solo en la fase S.

El ciclo celular: interfase, luego mitosis y citocinesis
El ciclo celular: interfase, luego mitosis y citocinesis
Un fibroblasto dividiéndose: la citocinesis divide una célula en dos después de que termina la mitosis
Un fibroblasto dividiéndose: la citocinesis divide una célula en dos después de que termina la mitosis
Punta de raíz de cebolla en metafase: los cromosomas se alinean antes de que se separen las cromátidas hermanas
Punta de raíz de cebolla en metafase: los cromosomas se alinean antes de que se separen las cromátidas hermanas
Explorar

Recorrer el ciclo celular

El ciclo celular copia el ADN (fase S) y luego lo divide equitativamente en mitosis, produciendo dos células idénticas. Recorre las etapas.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
cell cycle/sel ˈsaɪkl/ 细胞周期 xì bāo zhōu qī
interphase/ˌɪntəˈfeɪz/ 间期 jiān qī
mitosis/maɪˈtəʊsɪs/ 有丝分裂 yǒu sī fēn liè
checkpoints/ˈtʃekpɔɪnts/ 检查点 jiǎn chá diǎn
cancer/ˈkænsə/ 癌症 ái zhèng
4.6

Regulación del Ciclo Celular

Syllabus

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).

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

El ciclo está controlado en puntos de control 检查点 que verifican las condiciones antes de continuar (¿Está intacto el ADN? ¿Están unidos los cromosomas?). Las señales internas (ciclinas y sus quinasas) y las señales externas impulsan el ciclo hacia adelante. Cuando este control falla –por ejemplo, una mutación que ignora un punto de control–, las células se dividen de forma incontrolada, lo cual es la base del cáncer 癌症.

La división incontrolada por puntos de control fallidos forma un tumor
La división incontrolada por puntos de control fallidos forma un tumor

Ejemplo resuelto. Amplificación de señales en una cascada: una hormona activa un receptor, el cual enciende aproximadamente 100 proteínas de relevo, y cada una de esas produce alrededor de 1,000 moléculas de segundo mensajero —entonces una sola señal produce aproximadamente $100 \times 1000 = 10^{5}$ moléculas de producto. Por eso una concentración de hormona tan baja como $10^{-9}\,\text{M}$ puede desencadenar una gran respuesta celular.

4.6

Consejos para el examen

  • En la transducción de señales, nombra las tres etapas: recepción → transducción → respuesta.
  • La retroalimentación negativa invierte un cambio para mantener las condiciones estables (homeostasis); la retroalimentación positiva amplifica un cambio hasta su conclusión (parto, coagulación).
  • Ordena el ciclo celular: interfase (crecer, copiar ADN en la fase S) luego mitosis → dos células hijas idénticas.
  • El ADN se copia una sola vez, en la fase S, por lo que cada célula hija recibe una copia completa.
  • Los puntos de control fallidos permiten la división incontrolada → cáncer.

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

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