23-05-2013 Preuniversitario de ciencias Prof.: Pablo García Gallardo 1 23-05-2013 La función de la reproducción es permitir la perpetuación de las especies. Gracias a ella, surgen nuevos individuos semejantes a sus progenitores. En realidad, la reproducción evita que las especies desaparezcan, ya que la vida de los individuos es finita. Las dos posibilidades con las que cuentan los seres vivos para perpetuarse son la reproducción asexual y la sexual. En la reproducción asexual tan sólo interviene un individuo del que por diferentes vías, como la bipartición, la gemación o la división múltiple, se originan nuevos seres idénticos al progenitor Es un proceso rápido, por ejemplo, en el caso de algunas bacterias tan sólo se requieren veinte minutos para que, por bipartición, aparezcan dos nuevas bacterias La reproducción asexual es un método bastante simple y utilizado por seres poco complejos como las bacterias, los protistas o animales muy sencillos, pero muy difundido en plantas. En la reproducción sexual todo es más complejo y costoso. Se requieren dos progenitores y unas células especiales, los gametos, que se formarán tan sólo cuando el individuo madure sexualmente. Los descendientes no son idénticos a sus progenitores, ni son iguales entre sí. La reproducción sexual es un mecanismo de reproducción más complejo que la reproducción asexual y que a diferencia de la última, permite la variabilidad genética. 2 23-05-2013 La reproducción sexual implica la singamia o fecundación, o sea la fusión de gametos masculinos y femeninos para producir un cigoto, que al desarrollarse formará un embrión y éste a su vez un nuevo individuo. Su importancia se debe a que en el cigoto se combinan caracteres paternos y maternos, resultando diferente genéticamente a cada uno de los padres La reproducción sexual permite la variación por recombinación genética, lo que facilita la selección natural (no se puede seleccionar a partir de una población clonal – individuos genéticamente idénticos). La reproducción sexual siempre involucra dos hechos: fecundación y meiosis. La fecundación es el medio por el cual las dotaciones genéticas de ambos progenitores se reúnen y forman una nueva identidad genética, la de la progenie. La meiosis es un tipo especial de división nuclear en el que se redistribuyen los cromosomas y se producen células especializadas (gametos) que tienen un número haploide de cromosomas (n). La fecundación restablece el número diploide (2n) de la especie. Es importante tener claro, que la reproducción sexual no podría existir sin meiosis. ¿Qué ocurriría si los gametos de individuos diploides se formaran por división celular mitótica? Cada una de las células haploides (gametos) producidas por meiosis contiene un juego único de cromosomas (los gametos no poseen cromosomas homólogos) los cuales presentan recombinaciones genéticas propias y diferentes de la de otros gametos del individuo. Esto es consecuencia del entrecruzamiento o crossing-over y a la permutación cromosómica o distribución independiente de los cromosomas homólogos. De esta manera, la meiosis constituye una fuente de variabilidad en la descendencia. 3 23-05-2013 Entrecruzamiento o Crossing- over: Fuente de variabilidad genética durante la meiosis. Permutación cromosómica, otra fuente de Variabilidad genética durante la meiosis La meiosis, un tipo especial de división nuclear Consiste en dos divisiones nucleares sucesivas, designadas convencionalmente como Meiosis I y Meiosis II. Durante este proceso de división se redistribuyen los cromosomas y se producen células que tienen un número haploide de cromosomas (n). Las únicas células que sufren el proceso meiótico son las de la línea germinal, es decir, aquellas que van a formar los gametos masculinos y femeninos. 4 23-05-2013 Profase I: En esta fase suceden los acontecimientos más característicos de la meiosis. La envoltura nuclear se desorganiza al final, al mismo tiempo desaparece el nucléolo y se forma el huso. En términos generales se puede señalar que en profase I: Los pares de cromosomas homólogos aparecen íntimamente unidos: bivalentes o tétradas Los cromosomas homólogos intercambian segmentos de material genético, proceso denominado entrecruzamiento o crossing-over. METAFASE I Los bivalentes se disponen sobre el plano ecuatorial de la célula, pero lo hacen de tal forma que los dos cinetocoros que tiene cada homólogo se orientan hacia el mismo polo, y en el otro cromosoma ocurre lo mismo, pero orientados al polo opuesto. 5 23-05-2013 ANAFASE I Debido a que los cromosomas presentan un sólo centrómero para las dos cromátidas, éstos se separan a polos opuestos como cromosomas completos - con sus dos cromátidas. Esta disyunción o separación de los cromosomas homólogos da lugar a una reducción cromosómica. TELOFASE I En una telofase normal se originan dos células hijas cuyos núcleos tienen cada uno una dotación haploide de cromosomas, cada uno con dos cromátidas. Al finalizar la primera división existe una etapa llamada intercinesis, la que puede ser variable en su duración, incluso puede faltar por completo, de manera que tras la telofase I se inicia sin interrupción la segunda división. En cualquier caso, nunca hay síntesis de ADN. En todo sentido puede interpretarse como una mitosis normal en la que las células a dividirse son haploides. Durante la segunda división meiótica, Las cromátidas hermanas se separan durante anafase II. Surgen así dos células haploides por cada célula que se divide. 6 23-05-2013 7 23-05-2013 El entrecruzamiento da lugar a nuevas combinaciones de genes en los cromosomas Por otra parte, cada una de las cuatro células finales dispone de un conjunto de cromátidas que no es idéntico al de las otras. Tanto el entrecruzamiento como el reparto de las cromátidas dependen del azar y dan lugar a que cada una de las cuatro células resultantes tenga un pool de genes diferentes. Estos pool de alelos se verán más adelante sometidos a las presiones de la selección natural de tal forma que solamente algunas combinaciones alélicas podrán proyectarse en sucesivas generaciones. A nivel genético, la meiosis es una de las fuentes de generación de nuevas combinaciones (variación) de la información genética. La meiosis da lugar a la reducción cromosómica. Las células diploides se convierten en haploides. Las células haploides resultantes de la meiosis se van a convertir en las células sexuales reproductoras: los gametos o en células asexuales reproductoras: las esporas. En muchos organismos los gametos llevan cromosomas sexuales diferentes y son los responsables de la determinación del sexo, en estos casos la meiosis está implicada en los procesos de diferenciación sexual. Recuerda que la meiosis no forma parte de un ciclo celular, dado que las células que se forman no vuelven a dividirse (es un callejón sin salida) 8 23-05-2013 Comparación Mitosis - Meiosis La Meiosis es parte de un proceso mayor llamado Gametogénesis, la cual ocurre en las gónadas y tiene por objetivo la formación de gametos haploides, por lo tanto la gametogénesis y por ende la meiosis ocurren solamente en células germinales localizadas en las gónadas de los organismos sexuados. Existe una gametogénesis femenina llamada Ovogénesis y una gametogénesis masculina, la Espermatogénesis. 9 23-05-2013 La ovogénesis y la espermatogénesis tienen algunas diferencias en cuanto a la duración de las etapas, distribución de citoplasma de las células hijas y a la modificación de éstas, pero tienen etapas similares, las cuales se indican a continuación. Etapas de la Gametogénesis Ovogénesis Espermatogénesis Ocurre solamente en la etapa embrionaria. En esta etapa las células germinales primordiales (CPG) se dividen por mitosis dando origen a los ovogonios (2n y 2c) Comienza en la etapa embrionaria pero se detiene, para continuar en la pubertad. En esta etapa las CPG se dividen por mitosis dando dan origen a los espermatogonios (2n y 2c) Crecimiento Ocurre solamente en la etapa embrionaria. En esta etapa los ovogonios crecen, aumentan de tamaño y duplican su material genético; transformándose en ovocitos I (2n y 4c) Comienza en la pubertad. En esta etapa los espermatogonios crecen, aumentan de tamaño y duplican su material genético transformándose en espermatocitos I (2n y 4c) Maduración o Meiosis La primera parte de la meiosis ocurre en la etapa embrionaria, quedando los ovocitos I detenidos en profase I ,permaneciendo así muchos años(desde 10 hasta 55 o 60 años,)que es más o menos el tiempo que puede transcurrir para que por efecto hormonal, se reinicie la Meiosis en cada ciclo ovárico. En cada ovulación la mujer da origen a un ovocito II (n y 2c) (pero detenido en Metafase II) y un polocito I, estas últimas células son útiles solo para la reducción cromosómica y rara vez se dividen. La segunda división meiótica del ovocito II solo finaliza cuando hay Fecundación dando por resultado un único gameto llamado óvulo (n y c). Comienza en la pubertad y es un proceso continuo durante el resto de la vida del varón. Su duración es de solo semanas (6 a 8 semanas). La primera división meiótica da por resultado 2 células hijas llamadas espermatocitos II (n y 2c), luego estas células experimentan su segunda división meiótica y originan 4 células haploides de pequeño tamaño, denominadas espermátidas (n y c). Finalmente las espermátidas experimentan un cuarto proceso llamado espermiohistogénesis, el cual consiste en un cambio morfológico, para transformar a las espermátidas en espermatozoides (n y c). Proliferación (Multiplicación) 10 23-05-2013 En los cromosomas a veces ocurren cambios que pueden afectar el número de estos o su estructura, tales alteraciones pueden ser clasificadas como mutaciones numéricas y mutaciones estructurales. A veces estas alteraciones pueden provocar consecuencias perjudiciales a los individuos, alterando su viabilidad o su fertilidad. También puede ocurrir, que los cambios cromosómicos se mantengan como parte de la variabilidad genética entre los organismos, contribuyan al cambio evolutivo y al origen de nuevas especies. Las alteraciones numéricas pueden tener su origen en la mitosis o en la meiosis y en general se producen por una falla en la migración de los cromosomas Se reconocen dos tipos de alteraciones numéricas: las Aneuploidías y las Poliploidías. Aneuploidías Implican el déficit o el exceso de uno o más cromosomas. La condición disómica normal es tener un par de cromosomas homólogos de cada tipo. Si se tiene un cromosoma extra en un par se denomina trisomía, la más frecuente es la trisomía para el cromosoma 21 que da lugar al Síndrome de Down. La frecuencia del síndrome de Down en la población es de aproximadamente 1 cada 800 nacimientos. La mayoría de los individuos afectados tienen complementos cromosómicos 47, XX,+21 si son mujeres o 47, XY,+21 si son varones. Como vemos, en este caso la nomenclatura nos dice que hay 47 cromosomas, indica el sexo del individuo representado por el par de cromosomas sexuales, y denota la existencia de un cromosoma 21 extra. 11 23-05-2013 Si carece de un miembro del par cromosómico se denominan monosomías, las cuales son generalmente letales. En la especie humana, la única viable es la monosomía para el cromosoma X y da lugar a un síndrome genético llamado Síndrome de Turner. Las mujeres con síndrome de Turner tienen ciertos rasgos fenotípicos característicos (talla baja, cuello corto, gónadas rudimentarias, ausencia de menstruación) y son estériles. La frecuencia del síndrome de Turner es de 1 a 2% del total de las concepciones humanas, aunque la mayoría de los embriones se pierde como aborto espontáneo. La nomenclatura correspondiente a una mujer que posee síndrome de Turner, se escribe 45, X. Estas alteraciones suelen ser el resultado de una división meiótica o mitótica, en la cual los cromosomas no se separan en la anafase, es decir, no hay disyunción. En la meiosis, la no disyunción cromosómica puede ocurrir en la primera o segunda división meiótica o en ambas. Poliploidías Los individuos que sufren estas mutaciones poseen un número de cromosomas múltiplo del número normal. Las poliploidías se producen espontáneamente en la historia de la evolución. Este fenómeno se observa principalmente en plantas donde es un proceso importante en la especiación. El 47% de las plantas con flores (angiospermas) actuales son poliploides. La diferencia con la aneuploidía es que aquí se trata de juegos cromosómicos extras, por lo tanto el organismo posee 3n, 4n, 6n, etc. 12 23-05-2013 Corresponden a rupturas que sufren espontáneamente los cromosomas y como consecuencia de ello, se pierden o intercambian fragmentos entre cromosomas no homólogos Esto origina cambios en el orden de los genes y patrones hereditarios alterados, dentro de estas mutaciones se encuentran: Delección: se “pierde” un segmento completo del cromosoma, si la deleción es muy grande los organismos suelen ser no viables Duplicación: el segmento “perdido” puede incorporarse a su homólogo, por lo tanto en el cromosoma homólogo el segmento aparece repetido. Inversión: ocurren dos rupturas en un mismo cromosoma, el segmento gira en 180º y luego se reincorpora al mismo cromosoma. Translocación: a veces se transfiere una porción de un cromosoma a otro cromosoma no homólogo. El óvulo tiene el mismo número de cromosomas y cantidad de ADN que un(a) I) polocito II. II) espermátida. III) espermatozoide. A) Sólo I. B) Sólo III. C) Sólo I y II. D) Sólo II y III. E) I, II y III. 13 23-05-2013 La meiosis se caracteriza por I) contribuir a la variabilidad genética de las especies. II) generar células haploides a partir de células diploides. III) presentar dos etapas de reducción del material genético. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) I, II y III. Al momento de la ovulación se expulsa un A) polocito II. B) ovogonio. C) ovocito primario. D) folículo primordial. E) ovocito secundario. 14