Fase S: ¿Qué Sucede Durante el Ciclo Celular?

Introducción a la Fase S del Ciclo Celular

El ciclo celular es un proceso fundamental en la vida de todas las células, ya que permite su crecimiento, reproducción y reparación. Entre las distintas etapas que lo componen, la fase S (fase de síntesis) juega un papel crucial, ya que es el momento en el que se replica el material genético para garantizar que cada célula hija reciba una copia idéntica del ADN. Durante esta fase, la célula duplica su genoma en preparación para la división celular, ya sea mitosis o meiosis. Este proceso es esencial para mantener la integridad genética y evitar mutaciones que podrían derivar en enfermedades como el cáncer.

La fase S ocurre después de la fase G1 (Gap 1), donde la célula crece y se prepara para la replicación del ADN, y antes de la fase G2 (Gap 2), en la que la célula continúa su crecimiento y se alista para la división. El ciclo celular está altamente regulado por puntos de control que aseguran que cada etapa se complete correctamente antes de avanzar a la siguiente. Si durante la fase S se detectan errores en la replicación del ADN, la célula activa mecanismos de reparación o, en casos extremos, puede entrar en apoptosis (muerte celular programada) para evitar la propagación de mutaciones.

Además de su función principal en la replicación del ADN, la fase S también está relacionada con la duplicación de los centrosomas en células animales, estructuras clave para la formación del huso mitótico durante la división celular. La correcta ejecución de la fase S es, por lo tanto, fundamental para la estabilidad genómica y la supervivencia de los organismos.

Mecanismos de Replicación del ADN en la Fase S

La replicación del ADN durante la fase S es un proceso altamente coordinado que involucra numerosas enzimas y proteínas especializadas. El ADN se duplica mediante un mecanismo semiconservativo, lo que significa que cada nueva molécula de ADN contiene una hebra original y una hebra recién sintetizada. Este proceso inicia en secuencias específicas del genoma conocidas como orígenes de replicación, donde las enzimas helicasas separan las dos hebras de ADN, formando una estructura llamada burbuja de replicación.

Una vez que las hebras están separadas, la enzima ADN polimerasa comienza a sintetizar nuevas hebras complementarias utilizando las hebras originales como molde. Dado que la ADN polimerasa solo puede trabajar en dirección 5’ a 3’, una de las hebras (la hebra líder) se sintetiza de manera continua, mientras que la otra (hebra retardada) se produce en fragmentos discontinuos llamados fragmentos de Okazaki. Estos fragmentos son posteriormente unidos por la enzima ADN ligasa para formar una cadena continua.

Además de las ADN polimerasas, otras proteínas clave participan en la replicación, como las topoisomerasas, que alivian la tensión torsional generada durante la apertura de la doble hélice, y las proteínas de unión a ADN de cadena simple (SSB), que estabilizan las hebras separadas. La precisión de este proceso es crítica, ya que errores en la replicación pueden generar mutaciones. Para minimizarlos, las ADN polimerasas tienen actividad de corrección de pruebas (proofreading), que les permite detectar y corregir nucleótidos mal incorporados.

Regulación de la Fase S y Puntos de Control

La entrada y progresión de la fase S están estrictamente controladas por un sistema de regulación molecular que asegura que la replicación del ADN ocurra solo cuando las condiciones son óptimas. El complejo Ciclina-CDK (quinasa dependiente de ciclina) es uno de los principales reguladores del ciclo celular. En la fase S, la Ciclina E y la CDK2 promueven la activación de los orígenes de replicación y la iniciación de la síntesis de ADN.

Además, la célula cuenta con puntos de control (checkpoints) que monitorean la integridad del ADN. El checkpoint de daño en el ADN detecta roturas o errores en la replicación y puede detener el ciclo celular hasta que estos sean reparados. Si el daño es irreparable, la célula puede activar vías de senescencia o apoptosis para evitar la proliferación de células defectuosas.

Otro mecanismo clave es la licencia de replicación, que asegura que cada segmento del ADN se replique una sola vez por ciclo celular. Las proteínas ORC (Complejo de Reconocimiento del Origen) y Cdc6 marcan los orígenes de replicación y reclutan a las helicasas, pero solo se activan cuando la célula entra en fase S. Una vez que un origen ha sido utilizado, se desactiva para evitar una replicación excesiva.

Conclusión: Importancia de la Fase S en la Salud y la Enfermedad

La fase S es esencial para la vida celular, ya que garantiza la transmisión precisa de la información genética a las células hijas. Fallos en este proceso pueden conducir a inestabilidad genómica, mutaciones y enfermedades como el cáncer. Por esta razón, entender los mecanismos moleculares de la fase S es crucial para el desarrollo de terapias contra enfermedades genéticas y oncológicas.

Investigaciones futuras podrían enfocarse en cómo modular la replicación del ADN para tratar trastornos asociados con defectos en la fase S, así como en mejorar las estrategias de quimioterapia que atacan específicamente a células cancerosas durante esta etapa.