Ciclo Celular y División de las Células: Mitosis y Meiosis, Apuntes de Biología

¡Descarga Ciclo Celular y División de las Células: Mitosis y Meiosis y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity! EL NUCLEO Reproducción celular Seguro has escuchado frases como “células muertas de la piel”, y ¡es cierto!, este órgano se renueva cada 20 o 30 días. La renovación y generación de células no compete sólo a la piel, sucede en todo el cuerpo. Si las células no se reprodujeran, los organismos no podrían vivir por mucho tiempo. Afortunadamente, las células se reproducen: reponen las células muertas y generan nuevas que permitan el crecimiento, desarrollo y/o reproducción de organismos u órganos. Durante este proceso existe una regla muy importante: una célula sólo puede surgir de otra, es decir, la única forma posible de producirlas ocurre a través de la división de las ya existentes; por ello, todos los seres vivos somos producto de ciclos repetidos de esta reproducción celular que se remonta a los comienzos de la vida hace millones años. Pero, ¿cómo sucede este proceso? Una célula se reproduce mediante una secuencia de acontecimientos conocidos como ciclo celular, el cual tiene ciertas singularidades dependiendo del organismo, pero siempre realiza una tarea fundamental: copiar y transmitir su información genética a la nueva generación de células. CICLO CELULAR Ciclo celular procariótico Recordemos: todos los organismos procariontes son unicelulares, por lo tanto, cuando llevan a cabo la división celular significa que todo el organismo se está reproduciendo. Generalmente, durante su reproducción también denominada fisión binaria, no hay intercambio genético, por lo que se obtiene un nuevo organismo idéntico al parental. Para que los procariontes entren al periodo de reproducción, necesitan señales externas que les indiquen que es momento de dividirse; las características de estas señales varían de especie a especie. El ciclo celular de los procariontes consta de tres periodos o fases: B, C y D. Periodo B 1. El ciclo celular inicia cuando el organismo procarionte recibe las señales de reproducción. A partir de ese momento la célula aumentará su tamaño. Durante esta fase todas las macromoléculas se multiplican: tanto la célula hija como la parental tendrán exactamente lo mismo. El periodo B puede volverse más corto e incluso, no aparecer en situaciones de estrés o de crecimiento exponencial de las poblaciones. Periodo C 2. El DNA que contiene el material genético se replica y el citoplasma se elonga un poco más, los dos cromosomas resultantes se separan. En ocasiones, las células pueden empezar a dividirse incluso antes de que el DNA se haya terminado de replicar. Periodo D. Fisión binaria o etapa de división 3. Al inicio los dos cromosomas duplicados se separan y alejan para asegurar que cada célula hija reciba un genoma completo. 4. Diversas proteínas específicas de la división celular se aglutinan en el lugar donde se llevará a cabo la división celular. En este lugar se forma un septo (tabique que divide) de proteínas y la membrana celular comienza a estrecharse: citocinesis. Ciclo celular eucarionte Muchos de los organismos eucariontes, como los seres humanos y las plantas, se originan a partir de una única célula: el óvulo fecundado, resultado de la unión de células sexuales (gametos) que provienen de un organismo parental femenino y otro masculino, los cuales proveerán de un material genético al nuevo organismo. Esta célula producto de la fecundación se replicará en los individuos pluricelulares; por ejemplo, un ser humano adulto tiene millones de células que se especializan en diferentes funciones, pero todas son el resultado de aquella primera. Al igual que en los procariontes, la división de células eucariontes implica señales de reproducción, duplicación del DNA y otros elementos de la célula, división nuclear (mitosis o meiosis) y del citoplasma. Cada célula cumple con sus funciones durante la mayor parte de su vida, crece gracias a que asimila materiales provenientes de su ambiente con los que sintetiza nuevas moléculas por medio de procesos regulados por su material genético. Cuando una célula aumenta hasta llegar a un determinado tamaño, su eficiencia metabólica entra en estado crítico, entonces se divide. Durante su vida, las células pasan por un ciclo regular de crecimiento y división. A esta secuencia de fases se le denomina CICLO CELULAR y en general consta de dos períodos. Uno donde ocurre un importante crecimiento celular y aumento de la cantidad de sus organelos (interfase) y otro período de división celular (mitosis o meiosis ). Ciclo celular. División y Muerte de las células En general, en los cromosomas, el material genético se encuentra organizado en secuencias de nucleótidos llamadas genes. Los genes portan información esencial para el funcionamiento de la célula y, por lo tanto, deben distribuirse en forma equitativa entre las células hijas. Las células se reproducen mediante un proceso conocido como división celular en el cual su material genético -el DNA- se reparte En cierto momento del ciclo celular, la célula “decide” si va a dividirse o no. Cuando las células normales cesan su crecimiento por diversos factores, se detienen en un punto tardío de la fase Gl, -el punto R ("restricción"), primer punto de control del ciclo celular-. En algunos casos, antes de alcanzar el punto R, las células pasan de la fase Gl a un estado especial de reposo, llamado GO, en el cual pueden permanecer durante días, semanas o años. Una vez que las células sobrepasan el punto R, siguen necesariamente a través del resto de las fases del ciclo, y luego se dividen. La fase Gl se completa rápidamente y, en la fase S, comienza la síntesis de DNA y de histonas. Existe otro mecanismo de control durante el proceso mismo de duplicación del material genético, en la fase S, que asegura que la duplicación ocurra sólo una vez por ciclo. Luego, la célula entra en la fase G2 del ciclo. En G2, existe un segundo punto de control en el cual la célula “evalúa” si está preparada para entrar en mitosis. Este control actúa como un mecanismo de seguridad que garantiza que solamente entren en mitosis aquellas células que hayan completado la duplicación de su material genético. El pasaje de la célula a través del punto R depende de la integración del conjunto de señales externas e internas que recibe. El sistema de control del ciclo celular está basado en dos proteínas clave, las ciclinas y las proteínas quinasas dependientes de ciclinas (Cdk), que responden a esta integración de señales. La célula duplica su tamaño y aumenta la / caridad de organel ci DNA y proteínas asociadas; existen ahora dos dela información genética de la célula para la división empiezan a montarse; los cromos empiezan a condensarse Durante la fase S (de síntesis) se duplica el material cromosómico. Entre la división celular y la fase S hay dos fases G (del inglés gap, intervalo). La primera de ellas (G1) es un período de crecimiento general y duplicación de las organelas citoplasmáticas. Durante la segunda (G2), comienzan a ensamblarse las estructuras directamente asociadas con la mitosis y la citocinesis. Después de la fase G2 ocurre la mitosis, que usualmente es seguida de inmediato por la citocinesis. En las células de diferentes especies o de diferentes tejidos dentro del mismo organismo, las diferentes fases ocupan distintas proporciones del ciclo celular completo. El número de veces que una célula se ha dividido anteriormente también influye en la división celular. Cuanto mayor edad tiene el organismo de donde se toman las células, menor será el número de veces que las células se dividan en cultivo. A este fenómeno se lo denomina senescencia $ o envejecimiento celular. Esta restricción en el número de divisiones se correlaciona con el acortamiento progresivo de los extremos de los cromosoas -los telómeros £- a lo largo de los sucesivos ciclos celulares. Esto no ocurre en ciertos tipos celulares, como en las células germinales o en algunas células de la sangre. En estas células, se encuentra activa una enzima llamada telomerasa 3, que agrega continuamente DNA a los extremos de los cromosomas, evitando su acortamiento. Esta enzima también se encuentra activa en células cancerosas. Mitosis La mitosis $ cumple la función de distribuir los cromosomas $ duplicados de modo tal que cada nueva célula obtenga una dotación completa de cromosomas. La capacidad de la célula para llevar a cabo esta distribución depende del estado condensado de los cromosomas durante la mitosis y del ensamble de microtúbulos 3 denominado huso 8. En los estadios tempranos de la mitosis, cada uno de los cromosomas consiste en dos copias idénticas, llamadas cromátides $ que se mantienen juntas por sus centrómeros 8. Simultáneamente se organiza el huso, cuya formación se inicia a partir de los centrosomas 8. Tanto en las células animales como en las vegetales, el entramado del huso está formado por fibras que se extienden desde los polos al ecuador de la célula. Otras fibras están unidas a las cromátides al nivel de los cinetocoros, estructuras proteicas asociadas con los centrómeros. La profase finaliza con la desintegración de la envoltura nuclear y la desaparición de los nucléolos 8. Durante la metafase, los pares de cromátides, dirigidos por las fibras del huso, se mueven hacia el centro de la célula. Al final de la metafase se disponen en el plano ecuatorial. Durante la anafase ¿se separan las cromátides hermanas, y cada cromátide -ahora un cromosoma independiente- se mueve a un polo opuesto. Durante la telofase se forma una envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas. El huso comienza a desintegrarse, los cromosomas se desenrollan y una vez más se extienden y aparecen difusos. a) Interfase. La cromatina ya está duplicada pero todavía no se ha condensado. Dos pares de centríolos se encuentran justo al lado de la envoltura nuclear. b) Profase. Los centríolos empiezan a moverse en dirección a los polos opuestos de la célula, los cromosomas condensados son ya visibles, la envoltura nuclear se rompe y comienza la formación del huso mitótico. c) Metafase temprana. Las fibras polares y cinetocóricas del huso tiran de cada par de cromátides hacia un lado y otro. d) Metafase tardía. Los pares de cromátides se alinean en el ecuador de la célula. e) Anafase. Las cromátides se separan. Las dos dotaciones de cromosomas recién formados son empujadas hacia polos opuestos de la célula. f) Telofase. La envoltura nuclear se forma alrededor de cada dotación cromosómica y los cromosomas se descondensan y adquieren, nuevamente, un aspecto difuso. Los nucléolos reaparecen. El huso mitótico se desorganiza y la membrana plasmática se invagina en un proceso que hace separar las dos células hijas. Citocinesis La citocinesis 5 es la división del citoplasma _8 y difiere significativamente en las células vegetales y en las animales. En las células animales, durante la telofase $ temprana la membrana comienza a constreñirse alrededor de la circunferencia de la célula, en el plano ecuatorial del huso $. La constricción se produce por la contracción de un anillo compuesto principalmente por filamentos de actina $5 y miosina $-elanillo contráctil $- que se encuentra unido a la cara citoplasmática de la membrana celular 8. El anillo contráctil actúa en la membrana de la célula materna, a la altura de su línea media, estrangulándola hasta que se separan las dos células hijas. En las células vegetales, una serie de vesículas 8 divide al citoplasma en la línea media. Estas vesículas, son producidas por los complejos de Golgi 8y contienen polisacáridos 8. Las vesículas migran hacia el plano ecuatorial, transportadas por los microtúbulos $ remanentes del huso mitótico; finalmente se fusionan y forman una estructura plana limitada por membrana, la placa celular 8. A medida que se agregan más vesículas, los bordes de la placa en crecimiento se fusionan con la membrana de la célula y se forma una capa de polisacáridos entre las dos células hijas, completándose su separación. Esta capa se impregna con pectinas y forma finalmente la laminilla media 8. Cada nueva célula construye, así, su propia pared celular, depositando celulosa 8 y otros polisacáridos sobre la superficie externa de su membrana celular. Cuando se completa la división celular, se han producido dos células hijas, más pequeñas que la célula materna, pero indistinguibles de ésta en cualquier otro aspecto. El plano de la división celular se establece en la fase G2 tardía del ciclo celular, cuando los microtúbulos del citoesqueleto se reorganizan en una estructura circular, conocida como banda de preprofase, justo por dentro de la pared celular. Aunque esta banda desaparece al comenzar la profase, determina la ubicación futura del ecuador y de la placa celular. Los microtúbulos de la banda se reensamblan luego en el huso, en una zona clara que se origina alrededor del núcleo en el curso de la profase. En la citocinesis, que comienza durante la telofase, la placa celular se extiende gradualmente hacia afuera hasta que alcanza la región exacta de la pared celular ocupada previamente por la banda de preprofase. Las vesículas que originan la placa celular son aparentemente guiadas a su posición por las fibras del huso que quedan entre los núcleos hijos. Apoptosis En la formación de un individuo, la muerte celular o apoptosis $ es tan importante como la división celular. La mayoría de las células fabrican las proteínas $ que forman parte de una maquinaria para su propia destrucción. Esta maquinaria letal está compuesta por enzimas $capaces de degradar proteínas (proteasas) cuya activación produce, directa o indirectamente, cambios celulares característicos. Las células que entran en apoptosis se encogen y se separan de sus vecinas; luego las membranas celulares 8se ondulan y se forman burbujas en su superficie; la cromatina $ se condensa y los cromosomas $se fragmentan; finalmente, las células se dividen en numerosas vesículas 5, los cuerpos apoptósicos, que serán engullidas por células vecinas. Las enzimas involucradas en el proceso de apoptosis permanecen normalmente inactivas en las células, respondiendo a mecanismos de control estrictos. Los mecanismos de control son los responsables de activar la maquinaria letal en momentos particulares de la vida de la célula, respondiendo a señales externas o En la segunda etapa de la meiosis, la meiosis Il, las cromátides hermanas de cada cromosoma se separan, como si fuese una mitosis 8. Cuando los dos núcleos se dividen, se forman cuatro células haploides. Durante la profase | de la meiosis, los cromosomas homólogos se disponen de a pares -se aparean-. Cada par homólogo está formado por cuatro cromátides por lo que también se conoce como tétrada (del griego, tetra que significa "cuatro"). Entre las cromátides de los dos cromosomas homólogos se produce el entrecruzamiento, es decir, el intercambio de segmentos cromosómicos. Los cromosomas homólogos permanecen asociados en los puntos de entrecruzamiento -o quiasmas- hasta el final de la profase |. c) Luego, los cromosomas comienzan a separarse. Como se puede ver, las cromátides hermanas de cada homólogo ya no son completamente idénticas; el entrecruzamiento da como resultado una recombinación del material genético de los dos homólogos. (a) Profase L final (b) Metafasel — (c)Anafasel (d)Telofasel (e) Interfase II (i) Telofase TI (5) Citocinesis Haploidía y diploidía Cada organismo tiene un número de cromosomas $ característico de su especie $. Sin embargo, en estos los organismos y en la mayoría de las otras plantas y animales conocidos, las células sexuales, o gametos 8, tienen exactamente la mitad del número de cromosomas que las células somáticas del organismo. El número de cromosomas de los gametos se conoce como número haploide 8, y en las células somáticas 8, como número diploide 8. Las células que tienen más de dos dotaciones cromosómicas se denominan poliploides 8. Utilizando una notación abreviada, el número haploide se designa como n y el número diploide como 2n. Cuando un espermatozoide $ fecunda a un óvulo 8, los dos núcleos haploides se fusionan, n + n=2n, y el número diploide se restablece. La célula diploide producida por la fusión de dos gametos se conoce como cigoto 8. En toda célula diploide, cada cromosoma tiene su pareja. Estos pares de cromosomas se conocen como pares homólogos $. Los dos se asemejan en tamaño y forma y también en el tipo de información hereditaria que contienen. Uno de los cromosomas homólogos proviene del gameto de uno de los progenitores y su pareja, del gameto del otro progenitor. Después de la fecundación $, ambos homólogos se encuentran presentes en el cigoto. En la meiosis 8, la dotación cromosómica diploide, que contiene los dos homólogos de cada par, se reduce a una dotación haploide, que contiene solamente un homólogo de cada par. Así, la meiosis compensa los efectos de la fecundación. Núcleo del espermatozoide. n=2 (haploide) Núcleo del óvulo Ds m2 (haploide) Cigoto 2n=4 (diploide) Durante la meiosis, los miembros de cada par de cromosomas homólogos se separan y cada gameto haploide (n), producido por una célula diploide (2n), lleva sólo un miembro de cada par de homólogos. En la fecundación, los núcleos del espermatozoide y del óvulo se unen en el cigoto, cuyo núcleo contiene, nuevamente, los cromosomas homólogos de a pares. Cada par está formado por un cromosoma homólogo proveniente de un progenitor y un homólogo proveniente del otro progenitor. Aquí se usan los colores rojo y negro para indicar los cromosomas paternos y maternos de cada par homólogo, respectivamente. Diferencias entre mitosis y meiosis Los acontecimientos que tienen lugar durante la meiosis ¿se asemejan a los de la mitosis 8, pero una comparación de los dos procesos muestra un buen número de diferencias importantes N A y £6- iZ me NA yo ÓN 1 Lt Mo E) Xx Y RU SI E) + Interfase Gl, S, G2 y; + División celular: mitosis y citocinesis. A continuación da clic en cada uno de los elementos del ciclo celular para que veas en qué consiste cada uno de ellos: REPLICACION DEL ADN Una célula embrion. se divide una y otra vez y otra vez, donde antes había una célula, después hay dos, luego cuatro, luego ocho... Cada una de estas nuevas células tiene toda la información genética necesaria para crear un ser vivo. Pero ¿cómo exactamente estas células hacen copias de sí mismas? Para contestar esta pregunta es necesario entender el proceso de la replicación del ADN. A pesar de este descubrimiento, fue hasta la década de 1940 que se comprendió que la síntesis de proteínas la controlan los genes (moléculas de nucleótidos que conforman el ADN). En 1953, y gracias a las aportaciones de Rosalind Franklin, James Watson y Francis Crick presentaron un modelo preciso de la estructura de la molécula de ADN. Una vez conocida la estructura del ADN como una molécula conformada por una doble Cadena retorcida en forma de espiral, en la que cada una de las cadenas está unidas por puentes de hidrógeno que enlazan moléculas de Adenina/Timina (A-T) y Guanina/Citosina (G-C), fue posible explicar el proceso del copiado o replicación las cadenas de ADN. El proceso de replicación del ADN se lleva a cabo, de manera general, de la siguiente manera: 1. Todo inicia cuando una enzima, la helicasa, desenrolla la doble cadena hasta dejarla como si estuviéramos viendo una escalera sobre una pared. 2. Posteriormente, otra enzima rompe los puentes de hidrógeno que unen ambos lados de la escalera. 3. Después, la ADN polimerasa, otra enzima, se encarga de ir apareando las bases con sus contrapartes en cada cadena para formar una nueva doble cadena a partir de la cadena molde. 4. Al final de este proceso tenemos dos dobles hélices, donde antes sólo había una, ahora hay dos con la misma información que su progenitora. A este tipo de replicación se le conoce como semiconservadora pues ambas hélices nuevas tienen una de las cadenas originales. 5. Sabemos que la replicación del ADN es un proceso difícil de entender, sigue revisando este material para que conozcas con más detalle la función de las diferentes enzimas en éste. Mecanismos de la replicación del ADN Para que se lleve a cabo el mecanismo de la replicación del ADN es necesario la intervención de enzimas y proteínas especializadas que tienen la función de desenrollar, separar, estabilizar, unir y formar nuevas cadenas. En este proceso intervienen: + La enzima helicasa que rompe los puentes de hidrogeno entre las bases complementarias del ADN con la finalidad de desdoblar la molécula y dejar expuestas las bases nitrogenadas. + Las proteínas estabilizadoras (SSB) evitan que la cadena desenrollada del ADN se vuelva a unir y que sus bases nitrogenadas recién expuestas vuelvan a su conformación original. De esta forma las cadenas quedan desenrolladas y separadas. + La enzima ADN polimerasa inserta los nucleótidos complementarios de acuerdo a la base nitrogenada expuesta, esto es, la Timina se complementa con Adenina (A-T) y la Guanina se complementa con Citosina (G-C). Esta enzima no puede constituir una nueva cadena, sólo complementa la cadena preexistente en dirección 5-3”. + La RNA Primasa coloca los primeros nucleótidos de la nueva cadena. El segmento resultante de RNA cebador proporciona un extremo 3” libre al que enlazarse. Después, un tipo diferente de DNA polimerasa reemplaza el RNA cebador por DNA. + La enzima ADN ligasa compacta las elongaciones de nuevos nucleótidos que son ensamblados sin continuidad en una de las cadenas madres. A continuación se presenta el proceso mediante el que se lleva a cabo la replicación o duplicación del ADN Paso 1 La hélice de ADN se abre por acción de la helicasa que rompe los puentes de hidrogeno y se forma una horquilla de replicación, en este punto las 2 hebras son inestables por lo que se requieren una serie de proteínas para estabilizar las dos hebras individuales que evitan que el ADN se vuelva a neutralizar o forme estructuras secundarias. Estas proteínas son las SSB. Paso 2 La ADN polimerasa se une a una de las hebras de ADN usándola de molde para adicionar los nucleótidos libres a la nueva cadena, tomando como molde la hebra progenitora, pero sólo es capaz de sintetizar nuevo ADN en sentido 5” -> 3” pues las polimerasas sólo colocan y unen nucleótidos en ese sentido. Como la replicación solo ocurre en un sentido y las dos hebras son antiparalelas, la Cadena5“-3” o cadena líder se sintetiza continuamente como una unidad, mientras que la otra cadena la 3-5 o cadena rezagada se forma de manera discontinua por una serie de fragmentos discontinuos o fragmentos de Okazaki para de esta manera sintetizarse en el sentido 5”-3"de manera retardada. Paso 3 Las ADN ligasas sellan la unión al conectar los fragmentos de las nuevas cadenas catalizando las reacciones de condensación que unen los grupos fosfato y azúcar de los nucleótidos contiguos. Paso 4 Una vez realizado el apareamiento de todos los fragmentos, la ADN polimerasa se libera y se completan las dos nuevas cadenas de ADN. Bibliografía Biología. Curtis, H; € Barnes, S. (2009). Panamericana, Buenos Aires. http://objetos.unam.mx/biologia/ reproduccionCelular/