Introducción División celular

Introducción
División celular
Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos
y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a
partir de una única célula inicial el óvulo fecundado por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide
y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la
célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso.
Salvo en la primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble
del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas (es decir,
el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos hacia un polo de
la célula en división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas que se
forman.
Las células que constituyen los distintos tejidos de un organismo pluricelular suelen presentar diferencias muy
notables en estructura y función. Las diferencias entre una célula nerviosa, una célula hepática y un eritrocito
de un mamífero, por ejemplo, son tan extremas que cuesta creer que todas ellas contengan la misma
información genética. Como todas las células de un animal o vegetal se forman a través de divisiones
sucesivas de un único óvulo fecundado, casi todas ellas tienen la misma información genética. Se diferencian
unas de otras porque sintetizan y acumulan juegos distintos de moléculas de ARN y proteínas sin alterar la
secuencia del ADN. Este proceso, llamado diferenciación, se basa en la activación y desactivación selectiva
de genes en una sucesión programada. Estos cambios orquestados de las características celulares suelen ser
irreversibles, de modo que una célula nerviosa humana no puede transformarse en leucocito ni volver al
estado de división rápida característico de las células embrionarias inmaduras de las que procede.
Uniones intercelulares
Para formar un organismo pluricelular, las células no sólo deben diferenciarse en tipos especializados, sino
también unirse para constituir tejidos y órganos. Los organismos eucariotas han satisfecho esta necesidad de
distintas formas a lo largo de la evolución. En las plantas superiores, las células no sólo se mantienen
conectadas por puentes citoplásmicos llamados plasmodesmos, sino que además están aprisionadas en las
cámaras rígidas de una especie de panal formado por paredes de celulosa que segregan las propias células
(paredes celulares. En casi todos los animales, las células están unidas por una red laxa de grandes moléculas
orgánicas extracelulares (la llamada matriz extracelular) y por adherencia entre membranas plasmáticas. A
menudo, las uniones entre células permiten que éstas se dispongan en forma de capa pluricelular o epitelio.
Las láminas epiteliales suelen formarse a partir del límite externo de los tejidos y órganos, y constituyen una
barrera superficial que regula la entrada y salida de materiales.
Señales celulares
Durante el desarrollo del embrión, cada tipo de célula queda programada para responder de una forma
concreta; por tanto, debe haber un sistema que haga circular mensajes o señales entre las células. La célula
debe asimismo trabajar en armonía con el medio en que se encuentra; en un organismo pluricelular, esto
significa colaborar con las células vecinas. La importancia de estos `controles sociales' se hace aparente
cuando fallan y la división celular se produce de forma descontrolada; se genera entonces un tumor canceroso.
Las células coordinan sus numerosas actividades por medio de un sistema de señalización de reacciones que
cumple una función comparable a la de la instalación eléctrica de un automóvil o el sistema nervioso de un
animal de pequeñas dimensiones. Una serie de moléculas, en muchos casos producidas por otras células,
actúan sobre receptores de la superficie celular que inician cascadas de reacciones bioquímicas dentro del
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citoplasma. Los cambios de concentración de determinados iones y moléculas regulan la actividad de las
proteínas y la expresión de los genes.
El 14 de mayo, la revista científica Cell publicó un importante hallazgo en el campo de la biología celular:
científicos del Centro Lineberger para el Estudio del Cáncer, perteneciente a la Universidad de Carolina del
Norte en Chapel Hill, y de la Universidad Rockefeller de Nueva York han descubierto que los cromosomas de
las células de los mamíferos terminan en forma de bucle.
Los cromosomas, que se encuentran en todas las células animales y vegetales, son estructuras cilíndricas que
contienen ácido desoxirribonucleico (DNA, las moléculas de material genético que determinan las
características y el desarrollo de un organismo). Los extremos de los cromosomas, llamados telómeros,
contienen secuencias especiales de DNA.
Cuando un cromosoma se divide en dos o más fragmentos, cosa que puede ocurrir cuando una célula es
expuesta a radiación u otro agente dañino, los mecanismos de reparación de la célula tratan de volver a
conectar los extremos seccionados de los cromosomas. Si el cromosoma no se puede reparar, la célula se
autodestruye, reduciendo el riesgo de que la información genética, peligrosa en potencia, se reproduzca.
Uno de los misterios que más han intrigado a los científicos es el de porqué las células no confundían los
extremos seccionados con los telómeros a la hora de iniciar una respuesta de reparación o la autodestrucción.
El estudio recién publicado parece dar la respuesta: los telómeros, que son sólo visibles a través de potentes
microscopios electrónicos, terminan en estructuras en forma de bucle. Según el microbiólogo y coautor del
estudio Jack Griffith, de la Universidad de Carolina del Norte, el bucle disimula el extremo de DNA,
manteniéndolo camuflado o escondido de los censores que inician la respuesta suicida de la célula.
Los biólogos han explicado que el descubrimiento significa un importante avance en la comprensión de
funciones celulares básicas, entre las que se incluye el envejecimiento y la muerte celular. Estudios previos
sobre división celular, por ejemplo, han demostrado que cada vez que la célula se divide, sus telómeros se
acortan hasta que, finalmente, la célula deja de subdividirse y muere. El nuevo hallazgo sugiere que tras un
cierto número de divisiones, los telómeros son demasiado cortos para formar terminaciones en forma de
bucle. Cuando esto sucede, se activa el mecanismo de autodestrucción de la célula.
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El núcleo es un organela confinada en una membrana que contiene la información genética en la forma de
cromatina, complejos de ácido desoxirribonucleico (ADN) con forma de una cinta altamente doblada y una
clase de proteínas llamadas histonas.
Cuando la célula se divide, las fibras de cromatina están muy dobladas, y son visibles en el microscopio
óptico como cromosomas. Durante la interfase (entre divisiones), la cromatina esta más extendida, la forma
usada para la expresión de la información genética.
El ADN de la cromatina esta envuelto alrededor de un complejo de histonas formando lo que puede aparecer
en el microscopio electrónico como "cuentas de un rosario" o núcleo somas. Los cambios en el doblado entre
la cromatina y los cromosomas mitóticos esta controlado por el empaquetado de los complejos de núcleo
somas.
El ADN o ácido desoxirribonucleico es una molécula grande formada por cadenas de unidades que se repiten
del azúcar desoxirribosa y fosfato unidos a cuatro diferentes bases abreviadas A, T, G, y C. Luego le
mostraremos como la simple estructura del ADN contiene la información para proteínas especificas que
permiten la vida. El proceso de la mitosis está diseñado para asegurar que copias exactas del ADN en los
cromosomas sean pasados a las células hijas.
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El ciclo celular es un conjunto ordenado de eventos que culmina con el crecimiento de la célula y la división
en dos células hijas. Las células que no están en división no se consideran que estén en el ciclo celular. Las
etapas, mostradas a la izquierda, son G1−S−G2−M. El estado G1 quiere decir "GAP 1"(Intervalo 1. El estado
S representa "Síntesis". Este es el estado cuando ocurre la replicación del ADN. El estado G2 representa
"GAP 2"(Intervalo 2). El estado M representa "mitosis", y es cuando ocurre la división nuclear(los
cromosomas se separan) y citoplasmática(citocinesis. La Mitosis además se divide en 4 fases.
Mitosis
¿Que es (y no es) mitosis?
Mitosis es la división nuclear más citocinesis, y produce dos células hijas idénticas durante la profase, pro
metafase, metafase, anafase y telofase. La interfase frecuentemente se incluye en discusiones sobre mitosis,
pero la interfase técnicamente no es parte de la mitosis, más bien incluye las etapas G1, S y G2 del ciclo
celular.
Interfase & mitosis
Interfase
Profase
La célula esta ocupada en la actividad
metabólica preparándose para la mitosis (las
próximas cuatro fases que conducen e
incluyen la división nuclear). Los
cromosomas no se disciernen claramente en
el núcleo, aunque una mancha oscura
llamada nucleolo, puede ser visible. La
célula puede contener un par de centríolos (
o centros de organización de microtubulos
en los vegetales ) los cuales son sitios de
organización para los microtubulos.
La cromatina en el núcleo comienza a
condensarse y se vuelve visible en el
microscopio óptico como cromosomas. El
nucleolo desaparece. Los centríolos
comienzan a moverse a polos opuestos de la
célula y fibras se extienden desde los
centrómeros. Algunas fibras cruzan la
célula para formar el huso mitótico.
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Prometafase
La membrana nuclear se disuelve,
marcando el comienzo de la pro metafase.
Las proteínas se adhieren a los centrómeros
creando los cinetocoros. Los microtubulos
se adhieren a los cinetocoros y los
cromosomas comienzan a moverse.
Metafase
Fibras del huso alinean los cromosomas a lo
largo del medio del núcleo celular. Esta
línea es referida como, el plato de la
metafase. Esta organización ayuda a
asegurar que en la próxima fase, cuando los
cromosomas se separan, cada nuevo núcleo
recibirá una copia de cada cromosoma.
Anafase
Los pares de cromosomas se separan en los
centriolos y se mueven a lados opuestos de
la célula. El movimiento es el resultado de
una combinación de: el movimiento del
cinetocoro a lo largo de los microtubulos
del huso y la interacción física de los
microtubulos polares.
Telofase
Los cromatidos llegan a los polos opuestos
de la célula, y nuevas membranas se forman
alrededor de los núcleos hijos. Los
cromosomas se dispersan y ya no son
visibles bajo el microscopio óptico. Las
fibras del huso se dispersan, y la citocinesis
o la partición de la célula puede comenzar
también durante esta etapa.
Citocinesis
En células animales, la citocinesis ocurre
cuando un anillo fibroso compuesto de una
proteína llamada actina, alrededor del
centro de la célula se contrae pellizcando la
célula en dos células hijas, cada una con su
núcleo. En células vegetales, la pared
rígida requiere que una placa celular sea
sintetizada entre las dos células hijas.
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Meiosis
Reproducción
Reproducción asexual (Vegetativa)
• Una forma de duplicación usando solo mitosis.
• Por ejemplo, una nueva planta crece desde la raíz o un brote crece de una planta existente.
• Produce solamente descendientes genéticamente idénticos porque todas las reproducciones se
realizan por mitosis.
• Los descendientes, llamados clones, son una copia exacta del organismo original.
• Este método de reproducción es rápido y efectivo permitiendo la diseminación de un organismo.
• En razón de que los descendientes son idénticos, no hay mecanismo para introducir diversidad.
Reproducción sexual
• Formación de un nuevo individuo por la combinación de dos células sexuales haploides (gametos).
• Fertilización− combinación de información genética de dos células distintas que tienen la mitad de la
información genética original.
• Los gametos para la fertilización generalmente vienen de padres distintos.
• La hembra− produce un óvulo.
• El macho produce esperma.
• Ambos gametos son haploides, con un juego, la mitad de los cromosomas.
• El nuevo individuo se llama zigota, con dos juegos, la totalidad de cromosomas (diploide).
• La Meiosis es un proceso para convertir una célula diploide en un gameto haploide, y causar un
cambio en la información genética para incrementar la diversidad de los descendientes.
Los cromosomas en la célula diploide
• Juego diploide de los humanos; 2n = 46
• Autosómicos; cromosomas homólogos, uno de cada padre (humanos = 22 juegos de 2)
• Cromosomas sexuales (los humanos tienen 1 juego)
• En la hembra− los cromosomas sexuales son homologos (XX)
• En el macho−los cromosomas no son−homólogos (XY)
Haploide: Numero de juegos de cromosomas en una célula
• Haploide (n)−− un juego de cromosomas
• Diploide (2n)−− dos juegos de cromosomas
• La mayoría de adultos de plantas y animales son diploides (2n)
• El óvulo y el esperma son haploides (n)
Meiosis 1 & 2
¿Que es la Meiosis 1?
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En meiosis 1, los cromosomas en una célula diploide se segregan nuevamente, produciendo cuatro células
hijas haploides. Este es el paso de la meiosis que genera diversidad genética.
Las fases de la meiosis 1 & 2
ProfaseI
La replicación del ADN precede el comienzo de la meiosis I. Durante la profase I, los cromosomas
homólogos se aparean y forman sinapsis, un paso que es único a la meiosis. Los cromosomas apareados se
llaman bivalentes, y la formación de quiasmas causada por recombinación genética se vuelve aparente. La
condensación de los cromosomas permite que estos sean vistos en el microscopio. Notese que el bivalente
tiene dos cromosomas y cuatro cromátidas, con un cromosoma de cada padre.
PrometafaseI
La membrana nuclear desaparece. Un cinetocoro se forma por cada cromosoma, no uno por cada cromátida,
y los cromosomas adosados a fibras del huso comienzan a moverse.
MetafaseI
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Bivalentes, cada uno compuesto de dos cromosomas (cuatro cromátidas) se alinean en el plato de metafase.
La orientación es al azar, con cada homologo paterno en un lado.
Esto quiere decir que hay un 50% de posibilidades de que las células hijas reciban él homologo del padre o
de la madre por cada cromosoma.
AnafaseI
Los quiasmas se separan. Los cromosomas, cada uno con dos cromátidas, se mueven a polos opuestos. Cada
una de las células hijas ahora es haploide (23 cromosomas), pero cada cromosoma tiene dos cromátidas.
TelofaseI
Las envolturas nucleares se pueden reformar, o la célula puede comenzar rápidamente meiosis 2.
Citocinesis
Análoga a la mitosis donde dos células hijas completas se forman.
La meiosis 2 es similar a la mitosis. Sin embargo no hay fase "S". Las cromátidas de cada cromosoma ya no
son idénticas en razón de la recombinación. La meiosis II separa las cromátidas produciendo dos células hijas,
cada una con 23 cromosomas (haploide), y cada cromosoma tiene solamente una cromátida.
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Comparación de Meiosis y Mitosis
• Comportamiento de los cromosomas
• Mitosis: Cromosomas homólogos independientes
• Meiosis: Cromosomas homólogos se aparean formando bivalentes hasta anafase I
• Numero de cromosomas− reducción en meiosis
• mitosis− células hijas idénticas
• meiosis− células hijas haploides
• Identidad genética de la progenie:
• Mitosis: células hijas idénticas
• Meiosis: Las células hijas tienen una nueva variedad de cromosomas paternos.
• Meiosis: Cromátidas no idénticas, intercambio de segmentos
Errores meioticos
• Homólogos sin desunir no se separan en meiosis 1
• Resultados en aneuploide
• Usualmente letal para el embrión
• Trisomia 21, excepción que conduce al síndrome de Downs.
• Cromosomas sexuales
• Síndrome de Turner: monosomia X
• Síndromes de Klinefelter: XXY
• Translocación y supresión: transferencia de una pieza de un cromosoma a otro o perdida de un
fragmento de un cromosoma.
Mitosis, Meiosis y Ploide
• La mitosis puede proceder independiente del ploide de la célula, los cromosomas homólogos se
comportan independientemente.
• La meiosis puede solamente proceder si el núcleo contiene un numero par de cromosomas (diploide,
tetraploide.
• Trisomia 21 no previene la meiosis
Resumen
En la practica de laboratorio observamos las diferentes fases del proceso miótico como parte de la división
celular , en la Allium cepa (raíz de la cebolla), e identificación de las mismas al observarlas al microscopio.
Esto después de aplicarle acabo una serie de procesos de preparación, para su posterior estudio.
Primero tomamos la raicilla de la cebolla que la profesora tenia en una solución 3:1 de alcohol (ácido acético)
durante aproximadamente 1 hora, y la observamos en el estereoscopio.
Ya en este, cortamos la parte mas blanca de la raíz aproximadamente a unos 2mm del extremo y agregamos
una gota de HCL (15%) y lo dejamos reposar (3min).
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Con un pedacito de servilleta secamos el exceso de HCL y lo lavamos con agua destilada (4 vese),
Secando cuidadosamente el exceso de agua destilada.
Teñimos la ricilla con una gota de orceína acética y le proporcionamos un poco de presión a la raicilla ya en el
cubre objetos, para macerar las células y separarlas.
Ya en este punto visualizamos en el estereoscopio la identificación de las fases mitóticas.
Visualizamos dichas fases en la cebolla y en la blástula de pez.
•
El crecimiento en un organismo es cuidadosamente controlado regulando el ciclo celular. En las plantas las
raíces continúan creciendo mientras buscan agua y nutrientes. Estas regiones de crecimiento sirven para
estudiar el ciclo celular porque en cualquier momento se pueden encontrar células que están sufriendo
mitosis.
Para examinar las células en la punta de una raíz de cebolla, un delgado corte de la raíz se coloca sobre un
porta objeto y se tiñe para que los cromosomas sean visibles. Las células que veremos en esta actividad
fueron fotografiadas con un microscopio óptico.
Figura 1 células de la raíz de
la cebolla
Aunque el corte de la raíz de cebolla captura muchas células en diferentes fases del ciclo celular, tenga
presente que el ciclo celular es un proceso continuo. Los científicos han dividido el proceso en 5 fases,
cada una caracterizada por importantes eventos, pero estas divisiones son arbitrarias.
Resultados obtenidos
Dibujos de las difentes fases de la mitosis, observadas en clase a través del microscopio de la raíz de la
cebolla.
Profase Metafase
Anafase Teloface
Dibujos de las difentes fases de la mitosis, observadas en clase a través del microscopio en la blástula de pez.
Profase Metafase
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Anafase Telofa
Materiales
• Estereoscopio
• Microscopio
• Ricillas de cebolla
• Blástula de pez
• Orceína acética
• HCL al 15%
• Agua destilada
• Papel absorbente
• Porta y cubre objetos
Discusión de resultados
En algunos casos no todas las fases de la meiosis muy claramente en el microscopio, por lo que tuvimos que
recurrir al material de algunos compañeros, para mí parecer la fases se notaban mas en la raíz de la cebolla
que en la de blástula de pez.
En la raicilla fue sencillo el observar como un agrupamiento, como de membranas las cuales son los
cromosomas, indicio de que estábamos frente a una Profase, más tarde si seguimos buscando por el
microscopio observamos, como algunas células tenían los cromosomas colocados en el centro indicios de una
Metafase, al observar el resto de las células que presentaba la raicilla de la cebolla, otras presentaban una
membrana que comentaba a dividir la célula lo cual es la citocinesis
Al estar en presencia de una Anafase, en donde los cromosomas se dirigen a los polos opuestos, por el uso
acromático.
Al encontrar una célula en donde se ha separado casi completamente sabemos que estamos en presencia de
una telofase, en donde los cromosomas se alargan y se hacen menos visibles y vuelve a parecer el nucleolo.
Cuestionario
• Describa la estructura del núcleo. ¿qué son la eucarina y la heterocromatina? ¿Cuál es el papel de los poros
en la envoltura nuclear?
R/ Regiones de la cromatina que permanecen envueltas de manera apretada durante todo el ciclo celular,
incluso en la interfase son visibles como fibras de tinción oscura, Se llama heterocromatina.
Los genes activos se asocian con una estructura cromalínica más laxamente empacad, llamada eucromatina.
La heterocromatina es una región inactiva del ADN.
Los poros nucleares permiten el paso de materiales hacia el citoplasma donde el interior de la célula es
viceversa.
• Exponga brevemente la estructura y función del nucleolo. ¿que es el organizador nucleolar?
R/ El nucleolo es un cuerpo granular que consiste en ARN y proteinas. Se realiza el ensable de los ribosomas
y la síntesis de ARN ribosomatico.
• Describa el ciclo de la célula eucariótica y el proceso de mitosis.
•
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R/
Interfase
G1
Crecimiento inicial
S
Replicación cromósomatica
G2
M
Profase
Anafase
Metafase Telofase
• ¿Qué es la meiosis, como se desarrolla y cual es su papel en el ciclo vital eucariótico?
R/ En los seres eucarióticos la reproducción sexual ocurre por fusión de 2 células sexuales para formar una
célula única. En las plantas y animales las células sexuales son óvulos espermatozoides. La meiosis consiste
en 2 divisiones nucleares y citoplasmáticas cada una comprende una profase, metafase, anafase y telofase.
Bibliografía
• Abate John Biología aplicada, 3 Edición, editorial Universidad Estatal a Distancia,
San José, Costa Rica, 1999.
• Bolaños Rodolfo, Folleto de Biología General, Universidad Nacional, 1993.
• Baltimor Md, Biología, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia, S.A, 1970.
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• Rand McNally, Biología el hombre y su ambiente, Editorial Norma, 1970.
• Búsqueda en Internet.
Universidad Nacional
Escuela de Biología
Reporte de laboratorio de Biología N°2
Reproducción Celular y Mitosis
Alumno :
Asignatura :
Laboratorio de Biología
Curso 2001
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