Download T.10.- Núcleo y división celular Mitosis y meiosis

T.10.- NÚCLEO
MITOSIS Y MEIOSIS
1. El ciclo celular
Secuencia repetitiva de crecimiento y división celular.
(En un ser humano adulto  25 millones de divisiones por seg)
• Fases:
Interfase: (90%) Se duplica su contenido
(Replicación exacta del ADN de la célula madre)
- G1. Intensa actividad biosintética
- S. Síntesis de ADN y replicación de los cromosomas
- G2. Crecimiento y preparatoria para la mitosis
- G0. Diferenciación celular (realizan sus funciones)
“M”: (10%) La célula se divide en dos células hijas genéticamente iguales
- Mitosis (Cariocinesis): División nuclear
- Citocinesis: División citoplasma
•
Cambios en contenido ADN durante las fases:
Diploide (2n): 2 copias de cada cromosoma
2
1.1 División celular en células animales
Duración del ciclo → Variable de unas células a otras
(Embriones, 8 min; epiteliales, 10-12h; hepáticas, 1-2 año/s …)
Dependiendo de capacidad de multiplicación:
• Células indefinidamente en G0: Adultas con pérdida definitiva de
división (células especializadas, Ej.- musculares)
• Células temporalmente en G0: Solo se dividen en circunstancias
especiales (cicatrización, regeneración). Reanudan la división por
estimulación mitogénica. (La mayoría de células, Ej.- hepatocitos)
• Células madre: División continua. Dan lugar a células diferenciadas
Células cancerosas: Se dividen indefinidamente al perder la regulación
de su ciclo celular debido a mutaciones
3
1.2. El suicidio celular: Apoptosis
Causas: genéticas, acumulación de radicales libres, etc., y porque el número de divisiones es limitado
(acortamiento de los telómeros). EXISTE UN RELOJ BIOLÓGICO  Mantener constante el nº de células
MUERTE CELULAR
Necrosis: muerte accidental de la célula por factores físicos o químicos. La célula se rompe, esparce su
contenido y provoca la respuesta inmunitaria provocando inflamación que puede dañar a las células vecinas.
Apoptosis: muerte celular programada genéticamente.
Activación de genes (como p53) que impide entrar en fase de duplicación (S). Desintegración de la célula en pequeños
cuerpos (apoptóticos) con gasto de energía, rodeados de membrana  son capturados y digeridos (por macrófagos)
No sale el contenido celular y no se produce respuesta inflamatoria.
En desarrollo embrionario: Elimina células innecesarias (interdigitales)
En adulto: Renovación de tejidos, células infectadas o portadoras de mutaciones.
ETAPAS:
4
2. EL NÚCLEO INTERFÁSICO
Contiene material genético y dirige la actividad de la célula
• Posición: Normalmente en el centro de la célula.
• Forma: esférico aunque puede presentar otras formas.
• Tamaño: variable.
• Número: la mayoría de las células son uninucleadas.
También existen células plurinucleadas → plasmodios (divisiones sin citocinesis) o sincitios (fusión de células uninucleadas)
o sin núcleo (eritrocitos)
Componentes del núcleo interfásico:
Envoltura nuclear.
Nucleoplasma o carioplasma.
Nucléolo.
Cromatina.
5
Envoltura nuclear
• ESTRUCTURA:
- Membrana externa: Continua con RER.
Puede presentar ribosomas en cara citosólica
- Membrana interna: Con filamentos proteicos (lámina nuclear)
Organiza cromatina y regula crecimiento envoltura en mitosis
- Poros: Orificios dinámicos → regulan transporte de moléculas
(proteínas. ARN, NAD).
Se unen a receptores específicos (exportinas e importinas).
Está formado por el complejo proteico del poro nuclear
(8 radios perpendiculares a la membrana)
6
Nucleoplasma y nucleolo
Nucleoplasma (o carioplasma): Medio interno  disolución
coloidal formado por agua, sales minerales, nucleótidos,
ácidos nucléicos, proteínas (enzimas y factores de la
replicación y la transcripción).
Nucleolo: cuerpo esférico. Pueden existir de 1 o 2 a varios
•
Función: síntesis de ARNr y subunidades ribosómicas
(ARNr + prot = ribosomas).
Genes que codifican el ARNr 45S  se localizan en la región
organizadora del nucléolo (RON) repartidos en 1 o más
cromosomas (cromosomas organizadores del nucléolo)
En interfase los bucles de ADN que contienen estos genes
forman el nucléolo
En células humanas → 10 cromosomas donde se localizan las
regiones organizadoras del nucléolo (RON)
• Zonas:
-Centro fibrilar: cromatina condensada. No hay
transcripción.
-Componente fibrilar denso: ADN transcribiéndose a ARNr
-Componente granular: ARNr y proteínas (precursores de
ribosomas).
7
Cromatina
Conjunto de fibrillas de ADN asociado a proteínas (nucleoproteínas)
• Tipos:
Eucromatina: cromatina poco condensada (activa, transcribe y replica).
Contiene la fracción génica que se expresa en cada tipo celular
Heterocromatina (10%): cromatina condensada (inactiva). Ej.- Inactivación de un cromosoma sexual X en
mujeres (corpúsculo de Barr). Se encuentra próxima al nucléolo y la lámina nuclear.
Función: Participar en la regulación de la expresión génica.
Clases:
Heterocromatina facultativa: Inactivados en cada tipo celular. (diferenciación celular)
Heterocromatina constitutiva: Inactivados en cualquier célula. Nunca se transcribe (ADN satélite y
centrómero). Interviene en movimiento de cromosomas en mitosis y meiosis.
8
3. EL NÚCLEO MITÓTICO: Cromosomas
Núcleo en mitosis Desaparece la estructura nuclear, se condensa la cromatina y se forman los
cromosomas (aparecen como entidades separadas).
Cromosomas
• Forma: se estudia durante la metafase de mitosis (=> Cromosoma metafásico)
• Elementos:
- Cromátidas (también llamadas cromát. hermanas): 2 por cromosoma. Ambas tienen idéntica información.
- Centrómero (Constricción 1ª): región que mantiene unidas cromátidas hermanas.
- Cinetocoro: complejo proteico en forma de disco  unión del cromosoma al huso mitótico.
- Constricción secundaria (no siempre): no tienen centrómero ni cinetocoro.
Asociadas al nucléolo  Regiones Organizadoras del Nucléolo (RON)
Delimitan estructuras esféricas (ADN satélite)
- Bandas: segmentos de cromatina que se tiñen con intensidades diferentes
- Telómero: extremos de cada cromátida.
9
3.1. Tipos de cromosomas.
Brazos cromosómicos: las dos fracciones en las que divide el centrómero al cromosoma.
• Tipos morfológicos de cromosomas (según longitud de los brazos → posición del centrómero):
- Metacéntricos: brazos iguales.
- Submetacéntricos: brazos ligeramente desiguales.
- Acrocéntricos: cerca del extremo (brazos diferentes).
- Telocéntricos: centrómero en el extremo.
• Estructuras atípicas  Cromosomas gigantes
- Cromosomas politénicos → El ADN se replica y las cromátidas no se separan
(Ej.- Células salivares de dipteros; moscas y mosquitos)
- Cromosomas plumosos → Con regiones de cromátidas extendidas (se transcriben)
(Ej.- Ovocitos transcribiéndose en diploteno; meiosis)
Cariotipo. Representación gráfica del conjunto de cromosomas
(ordenados por parejas de homólogos)
10
3.2. Número de cromosomas.
1.
Todos los individuos de la misma especie tienen el mismo número de cromosomas  Ley de la
constancia numérica (Excepto gametos → contienen la mitad)
2.
Los cromosomas homólogos presentan información para los mismos caracteres (pero pueden
expresarse de distinta forma = alelos)  Ley de las parejas de cromosomas homólogos.
TIPOS DE ORGANISMOS DEPENDIENDO DE LA DOTACIÓN CROMOSÓMICA:
- Diploide (2 juegos de cromosomas, 2n →Uno juego paterno y el otro materno)
- Haploide (1 juego de cromosomas, n). No hay cromosomas homólogos. (Gametos  siempre haploides)
- Poliploides: Si presentan más de dos juegos de cromosomas (triploides, 3n; tetraploides, 4n; etc…)
11
4. División celular
• DIVISIÓN CELULAR:
Mitosis (cariocinesis) y Citocinesis
Puede haber:
- Mitosis sucesivas sin citocinesis: Células plurinucleadas
- Citocinesis sucesivas sin mitosis: Formación de plaquetas
4.1 MITOSIS: Obtención de dos células hijas con idéntica
información genética entre ellas e igual a la que tenía
la célula madre
En unicelulares y algunos pluricelulares, reproducción asexual
En pluricelulares, crecimiento, desarrollo y regeneración de tejidos
FASES:
Profase (“antes”), Metafase (“entre”),
Anafase (“de nuevo”) y Telofase (“fin”)
13
INTERFASE (“Entre”)
PROFASE (“antes”)
1.- El nucléolo desaparece.
2.- Comienzan a observarse los cromosomas con dos cromátidas unidas por el centrómero.
3.- Se separan los centrosomas y se inicia la formación del huso mitótico o acromático.
4.- Comienza a disgregarse la lámina nuclear y empieza a desaparecer la envoltura nuclear.
14
METAFASE (“entre”)
1.- Desaparece completamente la envoltura nuclear.
2.- Los centrosomas se sitúan en los polos y entre ellos están los microtúbulos.
Tipos:
Cinetocóricos (unidos a los cinetocoros de los cromosomas y al centrosoma)
Polares (sólo unidos al centrosoma y dirigidos hacia el otro centrosoma)
Astrales (que no forman parte del huso mitótico).
3.- Los cromosomas alcanzan su mayor grado de condensación.
4.- Los cromosomas se sitúan en la placa ecuatorial.
15
ANAFASE (“de nuevo”)
TELOFASE(“fin”)
En cada uno de los polos sucede el
proceso inverso a profase.
1.- Separación de cromátidas hermanas
(despolimerización unidades de tubulina)
Cada cromátida se transforma en 1
cromosoma individual
2.- Alargamiento de las fibras polares por
la polimerización de tubulinas.
1.- Se descondensan las cromátidas
hermanas
2.- Se liberan de los microtúbulos.
3.- Aparece la envoltura nuclear.
4.- Reaparecen los nucléolos.
Los microtúbulos cinetocóricos han
desaparecido y los polares se alargan.
16
4.2 CITOCINESIS
Fragmentación del citoplasma
Mecanismos en células animales:
1.- La célula se estrangula por el plano ecuatorial (anillo contráctil de actina)
2.- Los orgánulos celulares se reparten más o menos equitativamente.
Mecanismos en células vegetales:
No hay centrosoma  Microtúbulos se forman a partir de centros organizadores de microtúbulos (COM)
Pared rígida → no puede estrangularse en citocinesis  Se forma el fragmoplasto o a partir del Ap de Golgi
17
5. Meiosis
Mecanismo fundamental de la reproducción sexual  Reducción del nº de cromosomas a la
mitad (4 células hijas haploides)
2 divisiones sucesivas con 1 sola interfase.
Resultado: Obtención de 4 células hijas (gametos) con la mitad de la dotación cromosómica de
la célula madre y con diferente información entre si (recombinación genética)
Finalidad: Obtener, cuando un gameto se una a otro, una célula (cigoto) con la dotación genética
de la especie y con variabilidad genética
Procesos:
S
S
MI
M II
Célula madre:
parejas de
homólogos
1ª división (reduccional). Se
separan cromosomas homólogos
2ª división (mitótica). Se separan
cromátidas hermanas
19
5.1 Primera división meiótica
Profase I
Etapa más larga (puede durar meses o años)
Inicio similar a mitosis  comienzan a observarse los cromosomas, desaparece el
nucléolo, la envoltura nuclear está intacta y empieza a desaparecer al final de la
profase, se separan los centrosomas y comienza a formarse el huso.
Se subdivide en varias fases  intercambiar la información genética de
los cromosomas homólogos. (Recombinación genética)
Fases: Leptoteno (“delgado”), Zigoteno (“unión”), Paquiteno (“grueso”),
Diploteno (“doble”), Diacinesis (“separación”)
20
Leptoteno (“delgado”:cintas finas)
Empiezan a individualizarse los
cromosomas con sus telómeros anclados
en la membrana nuclear (placa de unión)
Zigoteno (“unión”: cintas unidas)
Se emparejan los cromosomas homólogos en toda su
longitud, gen a gen (sinapsis cromosómica)
Origina cromosoma bivalente (2 cromosomas) o tétrada
(4 cromátidas)
21
Paquiteno (“grueso”)
- Termina el emparejamiento  Grupos de proteínas forman el
complejo sinaptinémico. (alinea los bivalentes)
- Se produce el sobrecruzamiento (rotura de las cromátidas
entrecruzadas) y la recombinación genética (intercambio de genes)
Diploteno (“doble”: cintas dobles)
- Comienzan a separarse los homólogos.
- Se forman figuras en forma de X (quiasmas)
(Sobrecruzamiento).
- Se observan las tétradas
Diacinesis (“separación”)
- Los cromosomas se siguen condensando.
- Cromátidas hermanas → unidas por centrómeros
- Cromátidas no hermanas → unidas por quiasmas
Metafase I
En placa ecuatorial se sitúan las tétradas → Los
cromosomas homólogos permanecen unidos por
los quiasmas
Los dos cinetócoros de cada cromosoma se
fusionan (actúan como uno solo)
Todas las parejas de homólogos se colocan en la
placa ecuatorial.
La situación a un lado u otro de la placa ecuatorial
de los cromosomas es al azar.
Anafase I
Se rompen los quiasmas.
Cada cromosoma homólogo se desplaza a cada polo.
Reducción cromosómica. Cada cromosoma sigue
completo con sus dos cromátidas.
Se han producido sobrecruzamientos  no son las
mismas cromátidas.
La información ya no es la misma
Máxima condensación de los cromosomas.
23
Telofase I
Citocinesis
Dotación haploide en cada polo.
Se regenera el nucléolo y la envoltura nuclear.
Los cromosomas se condensan ligeramente y se produce la citocinesis
Da lugar a dos células haploides que, sin fase S, entrará en la segunda fase meiótica.
Puede ocurrir que entre en la segunda fase sin terminar la telofase I.
24
5.2 Segunda división meiótica
Profase II
Aparece el centrosoma duplicado y se forma un nuevo huso.
Metafase II
Los microtúbulos se unen a los cinetócoros (como en mitosis)
Se colocan los cromosomas en la placa ecuatorial.
Anafase II
Se rompen los centrómeros
Cada cromátida emigra a un polo opuesto
Telofase II
Se descondensan los cromosomas
Se construyen los núcleos hijos a la vez que se produce la citocinesis.
Citocinesis
Comienza el proceso de diferenciación anatómica hacia los distintos
gametos.
4 células haploides y composición genética diferente
25
Meiosis gametogénica
En células humanas depende de los gametos:
- Espermatogénesis: 24 dias
- Oogénesis:
Se inicia en embrión (3 y 8 meses)
Se mantiene en Profase I hasta la pubertad
En cada período menstrual → madura un óvulo
hasta la metafase II
En caso de fecundación → se completa la meiosis
26
5.3. Importancia de la meiosis en la evolución de los seres vivos
MITOSIS
•
Reproducción asexual
En unicelulares  nuevos individuos idénticos.
En pluricelulares
a) una célula puede desprenderse y dar lugar a otro individuo
idéntico.
b) dentro de un mismo individuo: crecimiento y renovación.
•
•
Mantenimiento de la información genética.
No se adaptan a cambios ambientales
MEIOSIS
•
•
•
Reproducción sexual
Origina gametos (haploides)
Restituye la dotación genética de la especie
(diploide).
Asegura que el nº de cromosomas se mantenga constante
•
Genera variabilidad genética mediante:
- Sobrecruzamiento y recombinación genética → profase I
- Distribución de los cromosomas al azar
- Encuentro aleatorio de los gametos.
•
Importancia evolutiva →Se adaptan a cambios
ambientales
Cada individuo portará una combinación genética diferente
y alguno puede heredar aquella combinación que le
permita sobrevivir a un cambio ambiental
27
Comparación MITOSIS - MEIOSIS
• mnm
28
29
30