División o reproducción celular

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BIOLOGÍA GENERAL
SEMANA 10
División o reproducción celular
Las células se reproducen duplicando tanto su contenido nuclear como el citoplasmático
y luego dividiéndose en dos. La etapa o fase de división posterior es el medio
fundamental a través del cual todos los seres vivos se
propagan.
En especies unicelulares como las bacterias y las levaduras,
cada división de la célula única produce un nuevo organismo.
Es especies pluricelulares se requieren muchas secuencias de
divisiones celulares para crear un nuevo individuo; la
división celular también es necesaria en el cuerpo adulto para
reemplazar las células perdidas por desgaste, deterioro o por
muerte celular programada.
Así, un humano adulto debe producir muchos millones de
nuevas células cada segundo simplemente para mantener el
estado de equilibrio y si la división celular se detiene el individuo moriría en pocos días.
El ciclo celular comprende el conjunto de procesos que una célula debe realizar para
cumplir la replicación exacta del ADN y la segregación (separación o división) de los
cromosomas replicados en dos células distintas.
La gran mayoría de las células también doblan su masa y duplican todos sus
orgánulos citoplasmáticos en cada ciclo celular: De este modo, durante el ciclo
celular un conjunto complejo de procesos citoplasmáticos y nucleares tienen que
coordinarse unos con otros.
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.
En lo que respecta a la división o reproducción del núcleo celular (segunda etapa
del ciclo celular), existen dos variantes, dependiendo del tipo de célula que deba
dividirse o reproducirse: la mitosis y la meiosis.
Dra. Flor Teresa García Huamán
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EL CICLO CELULAR
El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que conducen al crecimiento de
la célula y la división en dos células hijas. Las etapas, son G 1-S-G2 y M. El estado
G1 quiere decir "GAP 1"(Intervalo 1). El estado S representa la "Síntesis". Este es el
estado cuando ocurre la replicación del ADN. El estado G 2 representa "GAP
2"(Intervalo 2). El estado M representa «la fase M», y agrupa a
la mitosis o meiosis (reparto de material genético nuclear) y citocinesis (división del
citoplasma). Las células que se encuentran en el ciclo celular se denominan
«proliferantes» y las que se encuentran en fase G 0 se llaman células quiescentes. Todas
las células se originan únicamente de otra existente con anterioridad. El ciclo celular se
inicia en el instante en que aparece una nueva célula, descendiente de otra que se divide,
y termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos
nuevas células hijas.
Fases del ciclo celular
La célula puede encontrarse en dos estados claramente diferenciados:

El estado de no división o interfase. La célula realiza sus funciones específicas y, si
está destinada a avanzar a la división celular, comienza por realizar la duplicación
de su ADN.
 El estado de división, llamado fase M.
Interfase
Es el período comprendido entre mitosis. Es la fase más larga del ciclo celular,
ocupando casi el 90% del ciclo, trascurre entre dos mitosis y comprende tres etapas:
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
Fase G1 (del inglés Growth o Gap 1): Es la primera fase del ciclo celular, en la que
existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que
trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una
duración de entre 6 y 12 horas, y durante este tiempo la célula duplica su tamaño y
masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes, como resultado de la
expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de
su fenotipo particular. En cuanto a carga genética, en humanos (diploides) son 2n
2c.

Fase S (del inglés Synthesis): Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce
la replicación o síntesis del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y
queda formado por dos cromátidas idénticas. Con la duplicación del ADN,
el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene
una duración de unas 10-12 horas y ocupa alrededor de la mitad del tiempo que dura
el ciclo celular en una célula de mamífero típica.

Fase G2 (del inglés Growth o Gap 2): Es la tercera fase de crecimiento del ciclo
celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se
observa al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de
la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando la
cromatina empieza a condensarse al inicio de la mitosis. La carga genética de
humanos es 2n 4c, ya que se han duplicado el material genético, teniendo ahora dos
cromátidas cada uno.
Dra. Flor Teresa García Huamán
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Fase M (mitosis y citocinesis)
Es la división celular en la que una célula progenitora (células eucariotas, células
somáticas -células comunes del cuerpo-) se divide en dos células hijas idénticas. Esta
fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, anafase, telofase; y
la citocinesis, que se inicia ya en la telofase mitótica. Si el ciclo completo durara 24
horas, la fase M duraría alrededor de media hora (30 minutos).
Mitosis
La mitosis es la división nuclear asociada a
la división de las células somáticas.
Las células somáticas de un organismo
eucariótico son todas aquellas que no van a
convertirse en células sexuales.
La mitosis, entonces, es el proceso de
división o reproducción nuclear (del núcleo)
de cualquier célula que no sea germinal
(sexual). En ella, una de las estructuras más
importantes son los cromosomas, formados
por el ADN y las proteínas presentes en el
núcleo.
Una manera de describir un cromosoma en
forma sencilla sería: corresponde a dos
brazos, los cuales están unidos por el
centrómero, en los brazos se ordena el ADN.
Las etapas más relevantes de la mitosis son:
Profase: las hebras de ADN se condensan y
van adquiriendo una forma determinada llamada cromosoma. Desaparecen la membrana
nuclear y el nucléolo. Los centríolos se ubican en puntos opuestos en la célula y
comienzan a formar unos finos filamentos que en conjunto se llaman huso mitótico.
Nótese que el núcleo (ya sin membrana) y todos los componentes celulares están
dispersos dentro del citoplasma.
Metafase: las fibras del huso mitótico se unen a cada centrómero de los cromosomas.
Estos se ordenan en el plano ecuatorial
de la célula, cada uno unido a su
duplicado.
Anafase: los centrómeros se duplican,
por lo tanto, cada duplicado del
cromosoma se separa y es atraído a su
correspondiente polo, a través de las
fibras del huso. La anafase constituye
la fase crucial de la mitosis, porque en Esquema que muestra de modo resumido el
ella se realiza la distribución de las dos proceso de mitosis.
copias de la información genética original.
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Telofase: en ella se desintegra el huso mitótico, la membrana nuclear y el nucléolo
reaparecen, los nuevos cromosomas pierden su forma definida y se transforman en
hebras o largos filamentos de ADN.
Terminada la telofase se forman dos núcleos idénticos en relación con la cantidad y
calidad de ADN que posee cada célula nueva.
A medida que va ocurriendo la telofase, el citoplasma comienza a separarse en la
región de la línea ecuatorial en dos porciones iguales hasta que forma dos células
idénticas entre sí. Este proceso, que representa una verdadera división del
citoplasma que hasta allí contiene dos núcleos, se llama citoquinesis.
La mitosis (división del núcleo) junto con la citoquineis (división del citoplasma)
representa la forma de reproducción para los organismos unicelulares. A los
organismos pluricelulares, este mismo proceso les permite reemplazar células muertas o
desgastadas, el crecimiento, la cicatrización, la formación de nuevos tejidos, etcétera.
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Meiosis
Debemos recordar que los organismos superiores que se reproducen de forma sexual se
forman a partir de la unión de dos células sexuales especiales denominadas gametos.
Los gametos se originan mediante meiosis,
proceso exclusivo de división de las células
germinales (o células sexuales).
La meiosis es un mecanismo de división
celular que a partir de una célula
La meiosis consta de dos divisiones diploide (2n) permite la obtención de
celulares sucesivas (meiosis I y meiosis cuatro células haploides (n) con diferentes
II) con una sola replicación del combinaciones de genes.
material genético, previa a la primera La meiosis consta de dos divisiones
división.
sucesivas de la célula con una única
replicación del ADN (previa a la primera división o meiosis I). El producto final son
cuatro células con n cromosomas
La meiosis se diferencia de la mitosis en que sólo se transmite a cada célula nueva un
cromosoma de cada una de las parejas (hay 23 parejas, por tanto son 46 cromosomas) de
la célula original. Por esta razón, cada gameto contiene la mitad del número de
cromosomas que tienen el resto de las células del cuerpo (o sea, 23 cromosomas).
Cuando en la fecundación se unen dos gametos, la célula resultante, llamada cigoto,
contiene toda la dotación doble de cromosomas (46). La mitad de estos cromosomas
proceden de un progenitor y la otra mitad del otro.
La meiosis, entonces, consiste en dos divisiones sucesivas de una célula diploide
(primera y segunda división meiótica), acompañadas por una sola división de sus
cromosomas.
En los organismos multicelulares (el hombre es uno de ellos), la meiosis ocurre
únicamente en los órganos encargados de la formación de células sexuales. Estos
órganos se denominan gónadas en los animales y son los ovarios de la hembra, que
producen gametos femeninos u óvulos, y los testículos del macho, que generan gametos
masculinos o espermatozoides. En las plantas con flores (fanerógamas o
espermatófitas), la meiosis opera en determinadas estructuras florales: "ovario" y "
antera".
Debido a que la meiosis consiste en dos divisiones celulares, estas se distinguen
como Meiosis I y Meiosis II. Ambos sucesos difieren significativamente de los de la
mitosis.
Cada división meiotica se divide formalmente en los estados de: Profase, Metafase,
Anafase y Telofase. De estas la más compleja y de más larga duración es la Profase I,
que tiene sus propias divisiones: Leptoteno, Citogeno, Paquiteno, Diploteno y
Diacinesis.
Meiosis I
Las características típicas de la meiosis I solo se hacen evidentes después de
la replicación del ADN (primera etapa del ciclo celular), cuando en lugar de separarse
las cromátidas hermanas se comportan como bivalentes o una unidad, como si no
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hubiera ocurrido duplicación formando una estructura con el cromosoma homólogo
(también bivalente) con cuatro cromátidas.
Las estructuras bivalentes se alinean sobre el huso, posteriormente los dos homólogos
duplicados se separan desplazándose hacia polos opuestos, a consecuencia de que las
dos cromátidas hermanas se comportan como una unidad, cuando la célula meiótica se
divide cada célula hija recibe dos copias de uno de los dos homólogos. Por lo tanto, las
dos progenies de esta división contienen una cantidad doble de ADN, pero estas difieren
de las células diploides normales.
Profase I
Al comienzo de la profase I, los cromosomas aparecen como hebras únicas, muy
delgadas, aunque el material cromosómico (ADN) ya se ha duplicado en la interfase que
precede a la meiosis.
Muy pronto, los cromosomas homólogos se atraen entre sí, colocándose uno junto al
otro, para formar parejas que se correspondan y contactan íntimamente en toda su
extensión.
En este proceso de apareamiento, llamado sinapsis, cada pareja de homólogos incluye
un cromosoma de origen "paterno" y un cromosoma de origen "materno", ambos en
proceso de condensación.
A medida que continúan acortándose y
engrosando, se hace visible que cada
cromosoma
está
constituido
por
dos cromátidas hermanas unidas por un
centrómero, de modo que la pareja de
homólogos forma, en conjunto, una
estructura de cuatro cromátidas, la tétrada.
Mientras integran una tétrada, las Intercambio de fragmentos entre
homólogas
por
cromátidas no hermanas intercambian cromátidas
porciones homólogas, fenómeno conocido entrecruzamiento de cromosomas
como entrecruzamiento.
La homólogos.
recombinación de material hereditario en el entrecruzamiento contribuye a la variación
de la descendencia.
Durante la profase I, la célula sufre cambios similares a los estudiados en la
mitosis. Los centríolos (si existen) se separan y aparecen el huso y los ásteres. La
membrana nuclear y el nucléolo terminan desintegrándose.
En síntesis, la principal diferencia entre la profase I en la meiosis y la profase de la
mitosis radica en la sinapsis, proceso exclusivo de la meiosis, puesto que no ocurre en
la mitosis.
Dra. Flor Teresa García Huamán
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Etapas de la Profase I
Leptoteno:
En esta fase, los cromosomas se hacen visibles, como
hebras largas y finas. Otro aspecto de la fase leptoteno es el
desarrollo de pequeñas áreas de engrosamiento a lo largo del
cromosoma, llamadas cromómeros, que le dan la apariencia
de
un
collar
de
perlas.
Cigoteno:
Es un período de apareamiento activo en el que se hace
evidente que la dotación cromosómica del meiocito
corresponde de hecho a dos conjuntos completos de
cromosomas. Así, pues, cada cromosoma tiene su pareja,
cada pareja se denomina par homólogo y los dos miembros
de la misma se llaman cromosomas homólogos.
Paquiteno:
Esta fase se caracteriza por la apariencia de los
cromosomas como hebras gruesas indicativas de una sinapsis
completa. Así, pues, el número de unidades en el núcleo es
igual al número n.
A menudo, los nucléolos son muy importantes en esta fase.
Los engrosamientos cromosómicos en forma de perlas, están
alineados de forma precisa en las parejas homólogas,
formando en cada una de ellas un patrón distintivo
Diploteno:
Ocurre la duplicación longitudinal de cada cromosoma
homólogo, al ocurrir este apareamiento las cromátidas
homólogas parecen repelerse y separarse ligeramente y
pueden apreciarse unas estructuras llamadas quiasmas entre
las cromátidas. La aparición de estos quiasmas nos hace
visible el entrecruzamiento ocurrido en esta fase.
Diacinesis:
Esta etapa no se diferencia sensiblemente del diploteno,
salvo por una mayor contracción cromosómica. Los
cromosomas de la interfase, en forma de largos filamentos,
se han convertido en unidades compactas mucho más
manejables para los desplazamientos de la división meiótica.
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Metafase I
Esta etapa de la primera división meiótica también difiere sustancialmente de la mitosis.
Al llegar a esta etapa la membrana nuclear y los nucléolos han desaparecido y cada
pareja de cromosomas homólogos ocupa un lugar en el plano ecuatorial. En esta fase los
centrómeros no se dividen; esta ausencia de división presenta una diferencia importante
con la meiosis. Los dos centrómeros de una pareja de cromosomas homólogos se unen a
fibras del huso de polos opuestos.
Además, los diferentes pares de cromosomas
homólogos se distribuyen a ambos lados del ecuador
de la célula en forma independiente y al azar, vale
decir, algunos cromosomas de origen paterno o
materno se colocan en un lado del plano ecuatorial y,
el resto, en el lado opuesto.
Para tal ordenamiento, la única regla es que cada
cromosoma de origen paterno quede siempre
enfrentado a su homólogo de procedencia materna;
pero el hemisferio celular que ocupa cualquiera de
ellos depende sólo de la casualidad.
Meiosis: Metafase I.
Como consecuencia de esta distribución al azar,
cuando se separan los dos grupos cromosómicos en dirección al polo de su respectivo
hemisferio, cada conjunto incluye una mezcla casual de cromosomas maternos y
paternos, lo que se traduce finalmente en una amplia variedad de combinaciones
cromosómicas en los gametos, fenómeno conocido como permutación cromosómica.
Expresado de otra manera, cada gameto poseerá un material hereditario diferente del de
los otros.
Esta orientación de cromátidas al azar antes de su desplazamiento hacia los polos
concuerda con la Segunda ley de Mendel llamada de la Asociación independiente.
Anafase I
Como en la mitosis, esta anafase comienza con los cromosomas moviéndose hacia los
polos.
Precisamente es en esta etapa de anafase I de la meiosis I cuando ocurre la separación
de los cromosomas homólogos, momento en el que ocurre realmente
la haploidia cuando cada miembro de una pareja homóloga se dirige a un polo opuesto
y se cumple con lo establecido por Mendel.
Telofase I
Esta telofase y la interfase que le sigue, llamada intercinesis, son aspectos variables de
la meiosis I.
En muchos organismos, estas etapas ni siquiera se producen; no se forma de nuevo la
membrana nuclear y las células pasan directamente a la meiosis II.
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En otros organismos la telofase I y la intercinesis duran poco; los cromosomas se
alargan y se hacen difusos, y se forma una nueva membrana nuclear. En todo caso,
nunca se produce nueva síntesis de ADN y no cambia el estado genético de los
cromosomas.
Meiosis II
La segunda división meiótica es una división ecuacional, que separa las cromátidas
hermanas de las células haploides (citos secundarios).
Esencialmente, la Meiosis II es una mitosis normal en la que las dos células producto
de la meiosis I separan, en la anafase II, las cromátidas de sus n cromosomas. Surgen
así cuatro células con n cromátidas cada una.
Segunda división de la meiosis.
Profase II
Esta fase se caracteriza por la presencia de cromosomas compactos (reordenados) en
número haploide y por el rompimiento de la membrana nuclear, mientras aparecen
nuevamente las fibras del huso.
Los centriolos se desplazan hacia los polos opuestos de las células.
Metafase II
En esta fase, los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial. En este caso, las
cromátidas aparecen, con frecuencia, parcialmente separadas una de otra en lugar de
permanecer perfectamente adosadas, como en la mitosis.
Anafase II
Los centrómeros se separan y las cromátidas son arrastradas por las fibras del huso
acromático hacia los polos opuestos.
Telofase II
En los polos, se forman de nuevo los núcleos alrededor de los cromosomas.
En suma, podemos considerar que la meiosis supone una duplicación del material
genético (fase de síntesis del ADN) y dos divisiones celulares. Inevitablemente, ello
tiene como resultado unos productos meióticos con solo la mitad del material genético
que el meiosito original.
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La Meiosis en láminas
Profase I (temprana)
Profase I (intermedia)
Profase I (tardía)
En el cito primario los
cromosomas se ven como
filamentos muy delgados
Los
cromosomas
homólogos se aparean
(sinapsis) y se hacen más
cortos y gruesos
Cada cromosoma tiene dos
cromátidas
hermanas
unidas por un centrómero.
La membrana nuclear
empieza a desaparecer
Metafase I
Anafase I
Telofase I
Las tétradas se ordenan en
el ecuador del huso
Los
cromosomas
homólogos se separan,
dirigiéndose a los polos
opuestos. Los centrómeros
no se dividen
Se forman dos núcleos
haploides.
Cada
cromosoma consta de dos
cromátidas adheridas a un
centrómero
Citos secundarios
Profase II
Metafase II
Durante la intercinesis no
hay
duplicación
de
material genético
En los citos secundarios los
cromosomas
se
recondensan. La membrana
nuclear
comienza
a
desaparecer
y
se
reconstituye
el
huso
acromático
Los
cromosomas
se
alinean en el ecuador del
huso como en la mitosis
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Anafase II
Telofase II
Los centrómeros se dividen, separándose
las cromátidas hermanas. Los nuevos
cromosomas migran hacia los polos
opuestos
Reconstrucción de los núcleos. Se
completa la citoquinesis formándose
cuatro células haploides que entran al
periodo de interfase
Significado e importancia de la Meiosis
La meiosis no es un tipo de división celular diferente de la mitosis o una alternativa a
ésta. La meiosis tiene objetivos diferentes.
Uno de estos objetivos es la reducción cromosómica. Las células diploides se
convierten en haploides.
Otro de sus objetivos es establecer reestructuraciones en los cromosomas homólogos
mediante intercambios de material genético. Por lo tanto, la meiosis no es una simple
división celular. La meiosis está directamente relacionada con la sexualidad y tiene un
profundo sentido para la supervivencia y evolución de las especies.
A nivel genético, la meiosis es una de las fuentes de variabilidad de la información.
Básicamente, la meiosis es un mecanismo indispensable para asegurar la
constancia del número específico de cromosomas en los organismos
sexuados.
Ya se ha visto que las dos divisiones meióticas reducen la cantidad de cromosomas del
número diploide (2n) (dos juegos de cromosomas) al haploide (n) (un juego de
cromosomas), lo que posibilita la unión de dos tipos diferentes de gametos para originar
un cigoto diploide (con los dos juegos de cromosomas).
Si la producción de gametos se hiciera por mitosis, la fusión de ellos duplicaría el
número cromosómico del cigoto. Así, en la especie humana con 46 cromosomas por
célula, la unión del óvulo y el espermatozoide daría lugar a un huevo con 92
cromosomas.
Al repetirse el mismo proceso, las generaciones sucesivas duplicarían indefinidamente
la cantidad de material cromosómico en cada célula, de manera que la prole siguiente
poseería 184 cromosomas, la subsiguiente 368 y, al llegar a la décima generación, los
individuos tendrían sus células con 23.552 cromosomas en los núcleos. Esta
acumulación continua de material cromosómico haría imposible la existencia de
cualquier célula.
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Además de garantizar la permanencia
del número específico de cromosomas,
la meiosis es muy importante porque
provee la continuidad del material
hereditario de una generación a la
siguiente y, a la vez, contribuye a crear
variabilidad en la descendencia.
El
"entrecruzamiento"
de
los
cromosomas paternos y maternos
durante la profase I y la "combinación
al azar" de esos mismos cromosomas
Las células haploides resultantes de la en la metafase I, determinan la
meiosis se van a convertir en las células producción de una gran variedad de
sexuales reproductoras: los gametos o en gametos por cada progenitor.
células asexuales
reproductoras: las
Como los gametos masculino y
esporas.
femenino también se unen al azar para
formar un cigoto, se puede afirmar que este proceso de fusión y la meiosis que le
precede, son importantes fuentes de variabilidad dentro de las especies que presentan
reproducción sexual.
La variación en la descendencia constituye la base de los cambios evolutivos que
ocurren con el tiempo. Los individuos que, por sus características hereditarias, pueden
adaptarse mejor a las condiciones ambientales tienen mayores oportunidades de
sobrevivir y dejar más descendientes que los individuos con rasgos hereditarios menos
favorables.
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DIFERENCIAS ENTRE LA MITOSIS Y LA MEIOSIS
(CUADRO RESUMEN)
MITOSIS
MEIOSIS
A nivel genético
Reparto exacto del material genético.
Segregación
al
azar
de
los
cromosomas homólogos
y
entrecruzamiento
como
fuente de variabilidad genética.
A nivel celular
Como consecuencia de lo anterior
se forman células genéticamente iguales.
Produce una reducción del juego
de cromosomas a la mitad exacta de
los cromosomas homólogos.
A nivel orgánico
Se da este tipo de división en
los organismos
unicelulares
para
su reproducción
asexual
y
en
pluricelulares para
su
desarrollo,
crecimiento
y
la
reparación y regeneración de tejidos
y órganos.
Sirve para la formación de las
células reproductoras sexuales: los
gametos, o las células reproductoras
asexuales: las esporas.
Comparación gráfica entre mitosis y meiosis.
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APRECIANDO LAS DIFERENCIAS Y SEMEJANZAS DE LA MITOSIS Y
MEIOSIS
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