Download ciclo celular

Teresa Audesirk • Gerald Audesirk • Bruce E. Byers
Biología: la vida en la Tierra
Octava Edición
Clase para el capítulo 11
La continuidad de la vida:
Reproducción celular
Copyright © 2008 Pearson Prentice Hall, Inc.
Las quemaduras por el Sol no sólo son dolorosas, sino
que en ocasiones provocan cáncer de la piel.
Contenido del capítulo 11
• 11.1 ¿Cuál es la función de la reproducción
celular en la vida de células individuales y de
organismos completos? p. 192
• 11.2 ¿Cómo se organiza el DNA en los
cromosomas de las células eucarióticas? p. 195
• 11.3 ¿Cómo se reproducen las células por división
celular mitótica? p. 199
• 11.4 ¿Cómo se controla el ciclo celular? p. 201
Contenido del capítulo 11
• 11.5 ¿Por qué tantos organismos se reproducen
sexualmente? p. 206
• 11.6 ¿Cómo la división celular meiótica produce
células haploides? p. 207
• 11.7 ¿Cuándo ocurren la división celular meiótica
y mitótica en el ciclo de vida de los eucariotas? p.
213
• 11.8 ¿De qué forma la meiosis y la reproducción
sexual originan variabilidad genética? p. 216
Contenido de la sección 11.1
• 11.1 ¿Cuál es la función de la
reproducción celular en la vida de células
individuales y de organismos completos?
– El ciclo celular y la reproducción celular.
– El ciclo celular procariótico consiste en
crecimiento y fisión binaria.
– El ciclo celular eucariótico consiste en la
interfase y la división celular.
Contenido de la sección 11.1
• 11.1 ¿Cuál es la función de la
reproducción celular en la vida de células
individuales y de organismos completos?
(continuación)
– Durante la interfase, la célula eucariótica
aumenta de tamaño y duplica su DNA.
– División celular mitótica: Reproducción asexual.
– División celular meiótica: Requisito previo para
la reproducción sexual.
Reproducción celular
•
El ciclo celular es la secuencia de
actividades que ocurren de una división
celular a la siguiente:
– Algunas actividades implican el crecimiento
(aumento de tamaño) de la célula.
– Algunas actividades implican la duplicación de
material genético y la división celular
(reproducción).
Reproducción celular
•
La reproducción a partir de un solo
progenitor y sin la intervención de gametos
se denomina reproducción asexual.
– Algunos organismos se reproducen
asexualmente.
FIGURA 11-1a La división celular en los eucariotas permite la reproducción asexual
a) En los microorganismos unicelulares, como el protista Paramecium, la división celular produce dos organismos idénticos entre sí y al
progenitor e independientes.
FIGURA 11-1b La división celular en los eucariotas permite la reproducción
asexual
b) La levadura, un hongo unicelular, se reproduce mediante división celular.
Reproducción celular
•
Los microorganismos unicelulares nacen
de la reproducción asexual; algunos se
reproducen asexualmente.
FIGURA 11-1b La división celular en los eucariotas permite la reproducción
asexual
b) La levadura, un hongo unicelular, se reproduce mediante división celular.
FIGURA 11-1c La división celular en los eucariotas permite la reproducción asexual
c) La Hydra, un pariente de agua dulce de la anémona marina, se reproduce haciendo crecer en un costado una réplica en miniatura de
sí misma (una yema). Cuando se desarrolla por completo, la yema se separa de su progenitora para vivir de forma independiente.
FIGURA 11-1d La división celular en los eucariotas
permite la reproducción asexual
d) En esta arboleda los álamos a menudo son
idénticos genéticamente; cada uno crece a partir de las
raíces de un solo árbol ancestral. Esta foto muestra
tres arboledas separadas cerca de Aspen, Colorado.
En otoño la apariencia de sus hojas muestra la
identidad genética dentro de una arboleda y las
diferencias genéticas entre éstas.
El ciclo celular procariótico
Ciclo celular procariótico:
1. Periodo de crecimiento relativamente
largo.
• Se duplica el DNA y se producen dos
cromosomas idénticos.
• Los cromosomas se unen a la membrana
plasmática.
2. La célula aumenta de tamaño,
separando a los cromosomas…
El ciclo celular procariótico
Ciclo celular procariótico:
3. La membrana plasmática crece hacia
adentro entre los dos sitios de fijación
del DNA.
4. Se completa la fusión de la membrana
plasmática a lo largo del ecuador de la
célula, se completa la división de la
célula (fisión binaria o “partir en
dos”)…
El ciclo celular procariótico
Ciclo celular procariótico:
5. Las dos células hijas son
genéticamente idénticas.
– En condiciones ideales la bacteria intestinal
común Escherichia coli puede completar un
ciclo celular en aproximadamente 20 minutos.
FIGURA 11-2a El ciclo celular procariótico
a) El ciclo celular procariótico consta de crecimiento y duplicación de DNA, seguido por la fisión binaria. b)
Fisión binaria en las células procarióticas.
FIGURA 11-2b El ciclo celular procariótico
a) El ciclo celular procariótico consta de crecimiento y duplicación de DNA, seguido por la fisión binaria. b) Fisión binaria en las células procarióticas.
FIGURA 11-2b (parte 1) El ciclo celular procariótico
Se duplica el DNA y las dos moléculas de DNA se
unen a la membrana plasmática en puntos cercanos.
FIGURA 11-2b (parte 2) El ciclo celular procariótico
Se agrega membrana plasmática entre los puntos de
unión, separándolos.
FIGURA 11-2b (parte 3) El ciclo celular procariótico
La membrana plasmática crece hacia adentro a la mitad
de la célula.
FIGURA 11-2b (parte 4) El ciclo celular procariótico
La célula progenitora se divide en dos células hijas.
FIGURA 11-2b (parte 5) El ciclo celular procariótico
El ciclo celular eucariótico
• El ciclo celular eucariótico es un poco más
complejo que el ciclo celular procariótico.
• La progresión del ciclo celular de los
organismos multicelulares es variable:
– Las células podrían salir del ciclo celular y
jamás volverse a dividir.
– Las células podrían entrar o continuar a través
del ciclo celular y dividirse en respuesta a las
hormonas de crecimiento.
El ciclo celular eucariótico
• La progresión del ciclo celular de los
organismos multicelulares es variable:
– Las células podrían salir del ciclo celular y
jamás volverse a dividir.
– Las células podrían entrar o continuar a través
del ciclo celular y dividirse en respuesta a las
hormonas de crecimiento.
El ciclo celular eucariótico
•
El ciclo celular eucariótico se divide en
dos fases:
•
La interfase
- La célula toma nutrimentos de su ambiente,
crece y duplica sus cromosomas.
•
La división celular
- Distribuye una copia de cada cromosoma y, por
lo regular, cerca de la mitad del citoplasma
(junto con mitocondrias, ribosomas y otros
organelos) a cada una de las dos células hijas.
El ciclo celular eucariótico
•
La mayoría de las células eucarióticas
pasan la mayoría de su tiempo en la
interfase. ( 22 horas = Piel )
FIGURA 11-3 Ciclo celular eucariótico
El ciclo celular eucariótico abarca la interfase y la división
celular mitótica. Es posible que algunas células que entran
en la fase G0 no se vuelvan a dividir.
El ciclo celular eucariótico
•
La interfase contiene tres etapas:
22 horas ( Piel )
– G1 (primera fase de intervalo o de
crecimiento)
– Se adquieren los materiales necesarios para el
crecimiento y la división celular.
– S (síntesis de DNA)
– Se realiza la síntesis de DNA, y se duplican
todos los cromosomas.
– G2 (segunda fase de intervalo o de
crecimiento)
– Se completa el crecimiento antes de la división.
El ciclo celular eucariótico
•
Decisión de proceder o abandonar el ciclo
celular en G1.
– Las señales internas y externas en G1
ayudan a la célula a decidirse si se divide.
– La célula también puede abandonar el ciclo y
entrar en una fase conocida como G0.
– En G0, las células están vivas y
metabólicamente activas.( No duplican su ADN, ni se dividen )
– Ocurre la especialización (diferenciación).
» Las células desarrollan características
únicas. ( miosina y actina ), Axones. Cardaico, ojos y del cerebro ; vida.
Mitosis y meiosis
•
Las células eucarióticas pueden
experimentar dos tipos de división celular:
– División celular mitótica (mitosis)
– División celular meiótica (meiosis)
Mitosis y meiosis
•
La división celular mitótica es el
mecanismo de reproducción asexual de
las células eucarióticas.
– Se usa en la reproducción de los organismos
unicelulares.
– Permite que un huevo fertilizado se convierta
en un adulto.
– Se usa en la clonación y en la investigación
de células madre.
Mitosis y meiosis
•
La división celular mitótica implica dos
pasos:
– La división nuclear
– La citocinesis (división citoplásmica )
Mitosis y meiosis
• La división celular meiótica se lleva a cabo
en los ovarios y los testículos de los
mamíferos:
– Dos series de citocinesis producen cuatro
células hijas capaces de convertirse en
gametos.
– Las células hijas no son genéticamente
idénticas entre sí ni a la célula original.
– Las células hijas contienen la mitad del
material genético del progenitor.
Contenido de la sección 11.2
•
11.2 ¿Cómo se organiza el DNA en los
cromosomas de las células
eucarióticas?
– El cromosoma eucariótico consiste en una
molécula de DNA lineal unida a proteínas.
– Los cromosomas eucarióticos se presentan
habitualmente en pares homólogos con
información genética similar.
El cromosoma eucariótico
•
•
El DNA debe estar condensado
(compactado) para que quepa en el
núcleo y se pueda ordenar y transportar
con mayor facilidad durante la división
celular.
Los cromosomas individuales constan de
una sola molécula de DNA y están
asociados con proteínas.
FIGURA 11-4 Estructura del cromosoma
Un cromosoma eucariótico contiene una sola molécula de DNA lineal
(arriba), que en los seres humanos es de aproximadamente 14 a 73
milímetros (mm) de largo y 2 nanómetros (nm) de diámetro. El DNA
se enrolla alrededor de proteínas llamadas histonas y forma nucleosomas
que son las unidades de empaquetamiento del DNA (parte media);
esto reduce la longitud a cerca de un sexto de la original. Otras
proteínas enrollan los nucleosomas adyacentes, como el perro de juguete
Slinky, reduciendo así la longitud en otro factor de 6 o 7. Las
espirales de DNA y sus proteínas asociadas están unidas en bucles
para mantener las espirales de proteínas más grandes “como andamio”
para completar el cromosoma (abajo). Todo este envoltorio y enroscado
hace que el cromosoma de la interfase extendido sea
aproximadamente 1000 veces más corto que la molécula de DNA que
contiene. Incluso otras proteínas producen otra condensación de cerca
de 10 veces durante la división celular (véase la figura 11-6).
El cromosoma eucariótico
•
Una sola molécula de DNA puede
contener cientos o incluso miles de genes
que ocupan un lugar específico (locus),
en un cromosoma específico.
El cromosoma eucariótico
•
Cada cromosoma contiene:
– Un centrómero
– Telómeros
El cromosoma eucariótico
•
El centrómero (“cuerpo medio”) es la
región donde un cromosoma puede unirse
a una cromátida hermana.
– El producto de la duplicación del DNA es un
cromosoma duplicado con dos cromátidas
hermanas idénticas.
– Durante la división celular mitótica, las dos
cromátidas hermanas se separan.
FIGURA 11-7 Un cromosoma duplicado consta de dos cromátidas hermanas
FIGURA 11-8 Cromátidas hermanas separadas se vuelven dos cromosomas independientes
El cromosoma eucariótico
•
Los telómeros (“parte final”) son los dos
extremos de un cromosoma.
– Son fundamentales para la estabilidad del
cromosoma.
genes
centrómero
telómero
FIGURA 11-5 Principales características de un cromosoma eucariótico
Pares homólogos de cromosomas
•
Los cromosomas duplicados tienen forma
de “X” compacta.
FIGURA 11-6 Cromosomas humanos durante la mitosis
El DNA y las proteínas asociadas de estos cromosomas humanos duplicados se han enroscado para formar las
gruesas y cortas cromátidas hermanas unidas por el centrómero. Cada cadena visible de “textura” es un lazo de DNA.
Durante la división celular, los cromosomas condensados tienen de 5 a 20 micrómetros de largo.
Pares homólogos de cromosomas
•
El juego completo de cromosomas teñidos
de una célula (cariotipo) contiene pares.
– Todos los cromosomas de células no
reproductoras contienen pares de
cromosomas o cromosomas homólogos.
– Los homólogos contienen los mismos genes
y tienen el mismo tamaño, forma y modalidad
de tinción.
FIGURA 11-9 Cariotipo humano masculino
La tinción y fotografía del juego completo de
cromosomas duplicados de una sola célula
en proceso de división permite obtener su
cariotipo. Las imágenes de los cromosomas
individuales se recortan y se disponen en
orden descendente de tamaño. Los
cromosomas se presentan en pares
(homólogos) que son semejantes en cuanto a
tamaño y a modalidades de tinción, y que
contienen un material genético similar. Los
cromosomas 1 a 22 son autosomas; en tanto
que los cromosomas X y Y son los
cromosomas sexuales. Observa que el
cromosoma Y es mucho más pequeño que el
cromosoma X. Si éste fuera un cariotipo
hembra, contendría dos cromosomas X.
Pares homólogos de cromosomas
•
Las células humanas tienen 23 pares de
cromosomas homólogos.
– Los cromosomas 1 a 22 se llaman
autosomas y su apariencia es similar entre
los homólogos.
Pares homólogos de cromosomas
•
Las células humanas tienen 23 pares de
cromosomas homólogos.
– El par de cromosomas 23 es de
cromosomas sexuales y pueden tener una
apariencia similar o diferente.
•
•
Las mujeres tienen dos cromosomas X de
apariencia similar.
Los hombres tienen un cromosoma X y un
cromosoma Y (el Y es mucho más pequeño).
Pares homólogos de cromosomas
•
Las células con pares de cromosomas
homólogos se describen como diploides
(que significa “de forma doble”).
Pares homólogos de cromosomas
•
Las células que contienen sólo un ejemplar
de cada tipo de cromosoma se denominan
haploides (que significa “mitad”).
– La meiosis (en la reproducción sexual) produce
células haploides de una célula diploide.
Pares homólogos de cromosomas
•
Números de diploides y haploides:
– El número de cromosomas haploides se
designa como “n”.
– El número de cromosomas diploides se
designa como “2n”.
Contenido de la sección 11.3
•
11.3 ¿Cómo se reproducen las células
por división celular mitótica?
La mitosis se divide en cuatro fases:
– Acontecimientos de la profase mitótica
– Acontecimientos de la metafase mitótica
– Acontecimientos de la anafase mitótica
– Acontecimientos de la telofase mitótica
Citocinesis
La mitosis se divide en cuatro fases
•
Durante la interfase, las células se
preparan para la división mitótica.
– La duplicación de los cromosomas se realiza
durante la fase S.
– Las proteínas necesarias se sintetizan en G1
y G2.
FIGURA 11-10a División celular mitótica en una célula animal
a) Interfase tardía Los cromosomas se han duplicado pero permanecen relajados. También los centriolos se han duplicado
y agrupado.
La mitosis se divide en cuatro fases
•
Las cuatro fases de la mitosis:
– Profase
– Metafase
– Anafase
– Telofase
Acontecimientos de la profase
mitótica
Durante la profase ocurren tres
acontecimientos principales:
1.Se condensan los cromosomas
duplicados.
•Las cromátidas hermanas de los cromosomas
duplicados se enroscan y se condensan, formando
pequeños cuerpos compactos.
Acontecimientos de la profase
mitótica
Durante la profase ocurren tres
acontecimientos principales:
2. Se ensamblan los microtúbulos del huso.
–
–
Los centriolos actúan como puntos centrales
desde los cual irradian los microtúbulos del
huso (estos puntos se conocen como los polos
del huso).
Aunque las células de plantas, hongos y
muchas algas no contienen centriolos, en la
división celular mitótica forman husos
funcionales.
b) Profase temprana
los cromosomas se
condensan
se inicia la
formación del huso
FIGURA 11-10b División celular mitótica en una célula animal
Los cromosomas se condensan y se acortan; los microtúbulos del huso comienzan a formarse entre pares separados de centriolos.
Acontecimientos de la profase
mitótica
Durante la profase ocurren tres acontecimientos
principales:
3. Los cromosomas son capturados por el huso
–
–
–
La estructura llamada cinetocoro del centrómetro
del cromosoma sirve como punto de fijación de los
microtúbulos del huso.
Cada cromátida hermana se une a los extremos de
los microtúbulos del huso que se dirigen hacia un
polo de la célula en otra etapa más tardía.
El acortamiento de los microtúbulos del huso
separará y atraerá a las cromátidas hermanas hacia
polos opuestos.
c) Profase tardía
polo
polo
cinetocoro
FIGURA 11-10c División celular mitótica en una célula anima
El nucleolo desaparece; la envoltura nuclear se desintegra; y los microtúbulos del huso se fijan al cinetocoro de cada
cromátida hermana.
Acontecimientos de la metafase
mitótica
•
•
•
Los microtúbulos de los dos cinetocoros
de un cromosoma se alargan y se acortan.
Cada cromosoma duplicado se alinea
correctamente a lo largo del ecuador de la
célula.
Cada cientocoro de los cromosomas
duplicados queda “mirando” hacia cada
polo.
Acontecimientos de la metafase
mitótica
•
Cada cientocoro de los cromosomas
duplicados queda “mirando” hacia cada
polo.
d) Metafase
microtúbulos
del huso
FIGURA 11-10d División celular mitótica en una célula animal
Los cinetocoros interactúan; los microtúbulos del huso alinean los cromosomas en el ecuador de la célula.
Acontecimientos de la anafase
mitótica
•
•
Durante la anafase, las cromátidas
hermanas se separan.
Los motores proteicos de los cinetocoros
tiran de los cromosomas hacia los polos.
Acontecimientos de la anafase
mitótica
•
•
Uno de los dos cromosomas hijos
derivados de cada cromosoma progenitor
original se mueve hacia cada uno de los
polos de la célula.
Los microtúbulos del huso sueltos
interactúan y se alargan con la finalidad de
separar los polos de la célula.
Acontecimientos de la anafase
mitótica
•
Los dos grupos de cromosomas que se
forman en polos opuestos de la célula
contienen una copia de cada uno de los
cromosomas presentes en la célula
original.
MITOSIS
e) Anafase
FIGURA 11-10e División celular mitótica en una célula animal
Las cromátidas hermanas se separan y se desplazan hacia polos opuestos de la célula; los microtúbulos del huso separan los polos.
Acontecimientos de la telofase
mitótica
Los cuatro acontecimientos de la telofase:
1. Los microtúbulos del huso se desintegran.
2. Se forma una envoltura nuclear en torno a
cada grupo de cromosomas.
Acontecimientos de la telofase
mitótica
Los cuatro acontecimientos de la telofase:
3. Los cromosomas regresan a su estado
desplegado.
4. Aparecen nuevamente los nucléolos.
f ) Telofase
extensión de
cromosomas
reformación de la
envoltura nuclear
FIGURA 11-10f División celular mitótica en una célula animal
f ) Telofase Un conjunto de cromosomas llega a cada polo y se relaja en su estado desplegado; la envoltura nuclear empieza a formarse
alrededor de cada conjunto; los microtúbulos del huso comienzan a desaparecer.
Citocinesis
•
La citocinesis es diferente en las células
animales y vegetales
– Células animales:
•
•
Unos microfilamentos fijos en la membrana
plasmática forman un anillo en torno al ecuador
de la célula.
El anillo se contrae y constriñe el ecuador de la
célula, formando dos células hijas nuevas.
Los microfilamentos
forman un anillo en
torno al ecuador
de la célula.
FIGURA 11-11a Citocinesis en una célula animal
Los microfilamentos
forman un anillo en
torno al ecuador
de la célula.
FIGURA 11-11a Citocinesis en una célula animal
El anillo de
microfilamentos se
contrae y constriñe
la “cintura” de
la célula.
Los microfilamentos
forman un anillo en
torno al ecuador
de la célula.
El anillo de
microfilamentos se
contrae y constriñe
la “cintura” de
la célula.
La “cintura” se parte
totalmente y se
forman dos
células hijas.
FIGURA 11-11a Citocinesis en una célula animal
a) Un anillo de microfilamentos situado inmediatamente debajo de la membrana plasmática se contrae en torno al ecuador de la célula y divide
ésta en dos.
FIGURA 11-11b Citocinesis en una célula animal
b) Con microscopio electrónico de barrido se observa
que la citocinesis casi ha completado la separación de
las dos células hijas.
Citocinesis
•
La citocinesis es diferente en las células
animales y vegetales:
• Células vegetales
– La rígida pared celular impide dividir una célula
en dos comprimiendo la parte central.
– Se forma una placa celular, con forma de saco
aplastado, rodeada por una membrana
plasmática.
FIGURA 11-12 (parte 1) Citocinesis en una célula vegetal
FIGURA 11-12 (parte 2) Citocinesis en una célula vegetal
FIGURA 11-12 (parte 3) Citocinesis en una célula vegetal
Contenido de la sección 11.4
•
11.4 ¿Cómo se controla el ciclo
celular?
– La actividad de enzimas específicas impulsa
el ciclo celular.
– Los puntos de control regulan el progreso
durante el ciclo celular.
Control del ciclo celular
•
Las células de algunos tejidos con
frecuencia se dividen durante la vida de un
organismo.
• por ejemplo, las de la piel, las del intestino.
•
La división celular ocurre raramente o
nunca ocurre en otros tejidos.
• por ejemplo, los del cerebro, los del
corazón, los del esqueleto.
Control del ciclo celular
•
La división celular eucariótica está
impulsada por enzimas y controlada en
puntos de control específicos.
Las enzimas impulsan el ciclo
celular
– El ciclo celular está controlado por una
familia de proteínas llamada quinasas
dependientes de ciclina o Cdk’s.
– Las quinasas son enzimas que fosforilan
(agrega un grupo fosfato a) otras proteínas,
estimulando o inhibiendo así su actividad.
– Las Cdk’s están activas sólo cuando se
enlazan con otras proteínas llamadas
ciclinas.
Las enzimas impulsan el ciclo
celular
• La división celular ocurre cuando los
factores de crecimiento se unen a
receptores en la superficie de las
células profundas de la piel,
activando así la síntesis de las
proteínas ciclinas.
• Las proteínas ciclinas entonces se
unen a Cdk´s específicas y las
activan.
Las enzimas impulsan el ciclo
celular
• Las Cdk´s activas originan una
cascada de sucesos:
– Estimulan la síntesis y la actividad de las
proteínas que se requieren para que
ocurra la síntesis de DNA.
– Producen la condensación de
cromosomas.
– Desintegran la envoltura nuclear.
Las enzimas impulsan el ciclo
celular
• Las Cdk’s activas originan una cascada
de sucesos: (continuación)
– Formación del huso.
– Unión de los cromosomas a los
microtúbulos del huso.
– Separación y movimiento de las cromátidas
hermanas.
FIGURA 11-14 El punto de control de G1 a S
El progreso en los puntos de control del ciclo celular está bajo control de ciclinas y quinasa dependiente de ciclina (Cdk´s). En el punto
de control de G1 a S que se ilustra aquí, los factores de crecimiento estimulan la síntesis de las proteínas ciclinas, las cuales activan a
las Cdk´s originando una cascada de sucesos que llevan a la duplicación de DNA.
Los puntos de control regulan el
ciclo celular
• Aunque las Cdk’s impulsan el ciclo
celular, los puntos de control se
aseguran que:
– La célula complete exitosamente la
síntesis de DNA durante la interfase.
– Ocurran los movimientos apropiados de
cromosomas durante la división celular
mitótica.
Los puntos de control regulan el
ciclo celular
• Existen tres puntos de control
principales en el ciclo celular
eucariótico, y cada uno está regulado
por complejos proteicos.
– G1 a S
– G2 a mitosis
– Metafase a anafase
FIGURA 11-13 Control del ciclo celular
Los tres principales “puntos de control” regulan la transición de una célula de una fase a la siguiente durante el ciclo celular: 1. G1 a
S, 2. G2 a mitosis (M) y 3. metafase a anafase.
Los puntos de control regulan el
ciclo celular
• G1 a S: Asegura que el DNA de la
célula sea adecuado para la duplicación.
– Cuando el DNA está dañado, la proteína
p53:
• Inhibe la duplicación.
• Estimula la síntesis de enzimas
reparadoras de DNA.
• Si no es posible reparar el DNA,
ocasiona una forma especial de muerte
celular (apoptosis).
FIGURA 11-15 Control de la transición de G1 a S
a) La proteína Rb inhibe la síntesis de DNA. Al
final de la fase G1 aumentan los niveles de
ciclinas, los cuales activan la Cdk´s que, a
la vez, agrega un grupo fosfato a la proteína Rb.
Por lo que la Rb fosforilada no inhibe más la
síntesis de DNA y la célula entra a la fase S.
b) El DNA dañado estimula niveles crecientes de
la proteína p53, la cual desencadena una
cascada de eventos que inhiben la Cdk´s-ciclinas
y así se evita la entrada a la fase S hasta que el
DNA se haya reparado.
Los puntos de control regulan el
ciclo celular
• G2 a mitosis: Asegura que el DNA se
duplique completa y exactamente.
– La proteína p53 reduce la síntesis y la
actividad de una enzima que ayuda a
provocar la condensación de cromosomas.
– los cromosomas permanecen extendidos y
están accesibles para las enzimas
reparadoras de DNA; la célula espera para
entrar a la mitosis hasta que se haya fijado
el DNA.
Los puntos de control regulan el
ciclo celular
• Metafase a anafase: Asegura que los
cromosomas estén alineados
correctamente en la placa de la
metafase.
– Una variedad de proteínas impide la
separación de las cromátidas hermanas
y, por consiguiente, interrumpen el
avance hacia la anafase.
Contenido de la sección 11.5
•
11.5 ¿Por qué tantos organismos se
reproducen sexualmente?
– Predominio de la reproducción sexual.
– Variación genética debida a mutaciones.
– Combinación de diferentes alelos
progenitores en un sólo descendiente.
Predominio de la reproducción
sexual
• La reproducción asexual por mitosis
produce descendientes genéticamente
idénticos.
Predominio de la reproducción
sexual
• La reproducción sexual permite redistribuir
los genes entre los individuos para generar
descendientes genéticamente únicos.
– La presencia casi universal de la reproducción
sexual sugiere que el intercambio de DNA es
favorable.
– La variación de los descendientes que
proporciona la reproducción sexual confiere
una enorme ventaja evolutiva a las especies.
Variación genética debida a
mutaciones
• Las mutaciones de DNA son la fuente
principal de la variabilidad genética.
• La mayoría de las mutaciones son
perjudiciales o letales; algunas son neutras
o incluso benéficas.
Variación genética debida a
mutaciones
• Las mutaciones forman alelos.
• Los alelos son formas distintas de un gen
determinado que confieren variabilidad en la
estructura o función de los individuos.
Variación genética debida a
mutaciones
• Los cromosomas homólogos pueden tener
los alelos iguales o diferentes de genes
individuales.
– Cada cromosoma puede tener un alelo
diferente de un gen (por ejemplo, el color de
ojos).
FIGURA 11-16 Cromosomas homólogos pueden tener los alelos iguales (izquierda) o diferentes (derecha) de genes individuales.
Combinación de alelos
progenitores
• La combinación de cromosomas
progenitores por medio de la reproducción
sexual puede producir descendientes con
combinaciones de alelos que pueden ser
favorables.
Combinación de alelos
progenitores
La reproducción sexual produce variabilidad
1. Las combinaciones de alelos de genes
de un cromosoma homólogo se fusionan
con combinaciones de alelos de genes
de otro cromosoma homólogo.
Combinación de alelos
progenitores
La reproducción sexual produce variabilidad
2. Diferentes cromosomas homólogos con
ciertos alelos se combinan con otros
cromosomas homólogos de manera
aleatoria.
Combinación de alelos
progenitores
La reproducción sexual produce variabilidad
3. Dos gametos producidos por meiosis
contribuyen sus combinaciones únicas
de alelos para producir un nuevo
descendiente.
Contenido de la sección 11.6
•
11.6 ¿Cómo la división celular meiótica
produce células haploides?
– La meiosis separa los cromosomas
homólogos y produce núcleos hijos haploides.
– La división celular meiótica seguida por la
fusión de gametos mantiene constante el
número de cromosomas de una generación a
otra.
– Acontecimientos de la profase meiótica I.
– Acontecimientos de la metafase meiótica I.
Contenido de la sección 11.6
•
11.6 ¿Cómo la división celular meiótica
produce células haploides?
(continuación)
– Acontecimientos de la anafase meiótica I y la
telofase meiótica I.
– Resumen de acontecimientos de la meiosis II.
La meiosis separa los
cromosomas homólogos
•
•
La meiosis es un proceso de división
celular especializada que produce
gametos haploides.
Cada gameto recibe a un miembro de
cada par de cromosomas homólogos.
La meiosis separa los
cromosomas homólogos
•
•
La meiosis consta de un ciclo de
duplicación de DNA, seguido de dos
divisiones nucleares.
Estos acontecimientos ocurren en dos
fases:
– Meiosis I
– Meiosis II
La meiosis separa los
cromosomas homólogos
•
•
Ambos miembros de cada par de
cromosomas homólogos se duplican antes
de la meiosis.
Después de la duplicación, cada
cromosoma consta de 2 cromátidas
hermanas.
FIGURA 11-17 Ambos miembros de un par de cromosomas homólogos se duplican antes de la meiosis
La meiosis separa los
cromosomas homólogos
•
Durante la meiosis I, cada célula hija
recibe a un miembro de cada par de
cromosomas homólogos.
FIGURA 11-18 Durante la meiosis I cada célula hija recibe un miembro de cada par de
cromosomas homólogos
La meiosis separa los
cromosomas homólogos
•
Durante la meiosis II, las cromátidas
hermanas se separan en cromosomas
independientes. Cada célula hija recibe a
uno de estos cromosomas independientes.
FIGURA 11-19 Durante la meiosis II cromátidas hermanas se separan en cromosomas independientes
Fusión de gametos haploides
•
•
La meiosis reduce el número de
cromosomas a la mitad, produciendo
gametos (óvulos y espermatozoides)
haploides (n).
La fusión de gametos (fertilización)
combina dos conjuntos de cromosomas
para producir un cigoto diploide (2n).
células
parentales
diploides
gametos
haploides
FIGURA 11-20 (parte 1) La división celular meiótica es esencial para la reproducción sexual
células
parentales
diploides
gametos
haploides
FIGURA 11-20 (parte 2) La división celular meiótica es esencial para la reproducción sexual
óvulo
diploide
fecundado
Descripción general de Meiosis I & II
• Las fases de la meiosis reciben los
mismos nombres que las fases
aproximadamente equivalentes de la
mitosis, seguidas de un I o un II para
distinguir las dos divisiones nucleares que
se llevan a cabo en la meiosis.
Descripción general de Meiosis I & II
• La Meiosis I separa los cromosomas
homólogos en dos núcleos haploides
hijos.
Figura 11-21 (parte 1) División celular meiótica en una célula animal
En la división celular meiótica (meiosis y citocinesis), los cromosomas homólogos de una célula diploide se separan y producen cuatro células
haploides hijas. Cada célula hija contiene un miembro de cada par de cromosomas homólogos de la célula progenitora. En estos diagramas se
muestran dos pares de cromosomas homólogos (dos tétradas), uno grande y uno pequeño. Los cromosomas amarillos provienen de un progenitor
(por ejemplo, el padre) y los cromosomas morados son del otro progenitor (por ejemplo, la madre).
Descripción general de Meiosis I & II
• La meiosis II separa las cromátidas
hermanas en cuatro núcleos hijos.
Figura 11-21 (parte 2) División celular meiótica en una célula animal
Acontecimientos de la profase
meiótica I
1. Cada cromosoma ha sido duplicado
durante la interfase, antes de que
comience la meiosis.
2. Los cromosomas homólogos se aparean.
Acontecimientos de la profase
meiótica I
3. El entrecruzamiento (recombinación
genética) ocurre entre los cromosomas.
• Las enzimas se abren camino a través de
los esqueletos de DNA de los cromosomas
y unen de nuevo los extremos cortados del
DNA, formando quiasmas.
Acontecimientos de la profase
meiótica I
4. Los microtúbulos del huso comienzan a
ensamblarse, se desintegra la envoltura
nuclear y los microtúbulos del huso
captan los cromosomas.
Los cromosomas homólogos
se aparean (forman tétradas)
y se entrecruzan.
cromosomas homólogos
apareados (cromosomas
bivalentes o tétradas)
microtúbulo
del huso
quiasma
Figura 11-21a División celular meiótica en una célula animal
a) Profase I. Los cromosomas
duplicados se condensan. Los
cromosomas homólogos se
aparean (formando tétradas),
se forman quiasmas para
intercambiar segmentos de
DNA (información genética)
entre las cromátidas de los
cromosomas homólogos.
La envoltura nuclear se
desintegra y se forman los
microtúbulos del huso.
Figura 11-22a El mecanismo del entrecruzamiento
Figura 11-22b El mecanismo del entrecruzamiento
Figura 11-22c El mecanismo del entrecruzamiento
Acontecimientos de la metafase
meiótica I
1. Durante la profase I, Ios microtúbulos del
huso captan los cromosomas fijándose en
sus cinetocoros.
– Las cromátidas hermanas de cada
cromosoma se unen a microtúbulos del huso
que llevan hacia polos opuestos.
Acontecimientos de la metafase
meiótica I
2. Los cromosomas homólogos apareados
se alinean en el ecuador de la célula.
– Los cromosomas se alinean como pares de
cromosomas homólogos duplicados.
b) Metafase I. Los cromosomas
homólogos apareados (tétradas)
se alinean a lo largo del ecuador
de la célula. Un homólogo de
cada par “mira” hacia cada uno
de los polos de la célula y se fija
a los microtúbulos del huso por
su cinetocoro (azul).
Figura 11-21b División celular meiótica en una célula animal
Acontecimientos de la metafase
meiótica I
• La metafase meiótica diferere de la
metafase mitótica.
– En la metafase mitótica, los cromosomas
duplicados individuales se alinean a lo largo
del ecuador.
– En la metafase meiótica, los pares homólogos
de cromosomas duplicados se alinean a lo
largo del ecuador.
FIGURA 11-23 Cromosoma unido al huso en la mitosis
FIGURA 11-24 Cromosoma unido al huso en la meiosis I
Acontecimientos de la metafase
meiótica I
• Los cromosomas homólogos pueden
alinearse de dos diferentes maneras,
creando así la variabilidad.
– El cromosoma materno puede “mirar” hacia el
“norte” en el caso de ciertos pares, y hacia el
“sur” en el de los demás.
Acontecimientos de la anafase
meiótica I
•
Anafase meiótica I
– Los cromosomas duplicados de cada par
homólogo se separan.
– Un cromosoma duplicado de cada par
homólogo se mueve a cada polo, jalado por
microtúbulos.
c) Anafase I. Los
cromosomas homólogos
se separan y un miembro
de cada par se dirige
hacia cada uno de los
polos de la célula. Las
cromátidas hermanas no
se separan.
Figura 11-21c División celular meiótica en una célula animal
Acontecimientos de la telofase
meiótica I
•
Telofase meiótica I:
–
–
–
–
Los microtúbulos del huso desaparecen.
Se lleva a cabo la citocinesis.
La envoltura nuclear se reintegra.
Los cromosomas por lo general permanecen
condensados.
d) Telofase I. Desaparecen los
microtúbulos del huso. Se formaron
dos conjuntos de cromosomas, cada
uno contiene un miembro de cada par
de homólogos. Por lo tanto, los
núcleos hijos son haploides. por lo
común, la citocinesis ocurre en esta
etapa. Hay poca o ninguna interfase
entre la meiosis I y la meiosis II.
Figura 11-21d División celular meiótica en una célula animal
Resumen de acontecimientos de
la meiosis II
• Profase meiótica II:
– Se forman de nuevo los microtúbulos del uso y
capturan a los cromosomas duplicados.
– Cada cromátida contiene un cinetocoro.
• Metafase meiótica II:
– los cromosomas duplicados se alinean en el
ecuador de la célula.
Summary of Events of Meiosis II
• Anafase meiótica II:
– Las cromátidas hermanas se separan.
• Telofase meiótica II:
– Se lleva a cabo la citocinesis, se forman de
nuevo las envolturas nucleares, los cromosomas
se relajan.
Figura 11-21 (parte 2) División celular meiótica en una célula animal
e) Profase II. Si los
cromosomas se relajaron
después de la telofase I, se
condensan de nuevo. Los
microtúbulos del huso se
forman otra vez y se fijan a
las cromátidas hermanas.
Figura 11-21e División celular meiótica en una célula animal
f) Metafase II. Los
cromosomas duplicados
se alinean a lo largo del
ecuador, con las
cromátidas hermanas de
cada cromosoma unidas
a microtúbulos del huso
que llevan hacia polos
opuestos.
Figura 11-21f División celular meiótica en una célula animal
g) Anafase II.
Las cromátidas de los
cromosomas duplicados se
separan en cromosomas hijos
no duplicados independientes;
una de las cromátidas
hermanas se desplaza hacia
cada uno de los polos.
Figura 11-21g División celular meiótica en una célula animal
h) Telofase II.
Los cromosomas concluyen su
desplazamiento hacia
polos opuestos. Se forman de
nuevo las envolturas nucleares
y los cromosomas se
despliegan una vez más (no se
muestran aquí).
Figura 11-21h División celular meiótica en una célula animal
i) Cuatro células haploides.
La citocinesis da origen a cuatro
células haploides, cada una con
un miembro de cada par de
cromosomas homólogos (aquí se
muestran en el estado
condensado).
Figura 11-21i División celular meiótica en una célula animal
TABLA 11-1b (parte 2) Comparación entre las divisiones celulares mitótica y meiótica en células animales
TABLA 11-1b (parte 2) Comparación entre las divisiones celulares mitótica y meiótica en células animales
Contenido de la sección 11.7
•
11.7 ¿Cuándo ocurren la división
celular meiótica y mitótica en el ciclo de
vida de los eucariotas?
– En los ciclos de vida haploides, la mayoría del
ciclo consta de células haploides.
– En los ciclos de vida diploides la mayoría del
ciclo consiste en células diploides.
– En la alternancia del ciclo de vida de las
generaciones, hay tanto etapas multicelulares
haploides como diploides.
Ciclos de vida haploides
•
•
•
Hongos y algas unicelulares.
La mayor parte de sus ciclos de vida
transcurre en el estado haploide.
La reproducción asexual mediante división
celular mitótica produce una población de
células haploides idénticas.
FIGURA 11-25 los tres tipos principales de ciclos de vida eucarióticos
La longitud de las flechas corresponde aproximadamente a la proporción del ciclo de vida que transcurre en cada etapa.
FIGURA 11-25 (parte 1) los tres tipos principales de ciclos de vida eucarióticos
FIGURA 11-25 (parte 2) los tres tipos principales de ciclos de vida eucarióticos
FIGURA 11-25 (parte 3) los tres tipos principales de ciclos de vida eucarióticos
FIGURA 11-26 El ciclo de vida del alga unicelular Chlamydomonas
La Chlamydomonas se reproduce asexualmente por división celular mitótica de células haploides. Cuando escasean
los nutrimentos, las células haploides especializadas (por lo general desde poblaciones genéticamente distintas) se
fusionan para formar una célula diploide. Luego la división celular meiótica produce inmediatamente cuatro células
haploides, comúnmente con diferentes composiciones genéticas que las demás cadenas progenitoras.
Ciclos de vida haploides
•
•
En ciertas condiciones ambientales, se
producen células haploides “sexuales”
especializadas.
Dos células haploides sexuales se
fusionan y forman una célula diploide, la
cual de inmediato sufre meiosis y vuelve a
producir células haploides.
Ciclos de vida diploides
•
•
•
•
•
La mayoría de los animales.
Casi todo el ciclo de vida animal transcurre
en el estado diploide.
Los gametos haploides se forman por
división celular meiótica.
Los gametos se fusionan para formar un
cigoto diploide.
El crecimiento y desarrollo del cigoto en un
organismo adulto es resultado de la
división celular mitótica.
FIGURA 11-27 El ciclo de vida humano
Mediante la división celular meiótica los dos sexos producen gametos (espermatozoides en los machos y óvulos en las
hembras) que se fusionan para formar un cigoto diploide. La división celular mitótica y la diferenciación de las células hijas
producen un embrión, un niño y, a final de cuentas, un adulto maduro sexualmente. Las etapas haploides duran únicamente
de unas cuantas horas a unos cuantos días; en tanto que las etapas diploides pueden subsistir durante un siglo.
Alternancia del ciclo de vida de las
generaciones
Plantas
• Incluye tanto formas corporales diploides
multicelulares como haploides
multicelulares.
• Un cuerpo diploide multicelular produce
esporas haploides por división celular
meiótica.
• Las esporas sufren la división celular
mitótica para producir una generación
haploide multicelular.
FIGURA 11-28 Alternancia de generaciones en las
plantas
En las plantas como este helecho, células especializadas
en la etapa multicelular diploide sufren división celular
meiótica para producir esporas haploides. Las esporas
experimentan división celular mitótica y diferenciación de
las células hijas para producir una etapa multicelular
haploide. Tiempo después, quizá luego de varias
semanas, algunas de estas células haploides se
diferencian en espermatozoides y óvulos, los cuales a la
vez se fusionan para formar un cigoto diploide. La
división celular mitótica y la diferenciación una vez más
producen una etapa multicelular diploide.
Alternancia del ciclo de vida de las
generaciones
•
•
•
En algún punto ciertas células se
diferencian en gametos haploides.
Dos gametos haploides se fusionan para
formar un cigoto diploide.
El cigoto crece mediante división celular
mitótica y se convierte en un cuerpo
multicelular de generación diploide.
Contenido de la sección 11.8
•
11.8 ¿De qué forma la meiosis y la
reproducción sexual originan
variabilidad genética?
– La redistribución de homólogos crea
combinaciones nuevas de cromosomas.
– El entrecruzamiento crea cromosomas con
combinaciones nuevas de genes.
– La fusión de gametos aporta más variabilidad
genética a la descendencia.
Combinaciones nuevas de
cromosomas
•
•
La variabilidad genética entre los
organismos es indispensable en un
ambiente que cambia.
Las mutaciones son la fuente principal de
la variabilidad genética, pero rara vez
ocurren.
Combinaciones nuevas de
cromosomas
•
La alineación aleatoria y la separación de
los cromosomas homólogos en la
metafase meiótica I y en la anafase
meiótica I aumentan la variabilidad.
– La cantidad de combinaciones posibles es 2n,
donde n = número de pares homólogos.
FIGURA 11-29 Posible arreglo de cromosomas en la metafase de la meiosis I
Entrecruzamiento
•
•
La variacion también aumenta gracias a la
recombinación genética.
El entrecruzamiento de la profase
meiótica I crea cromosomas con nuevas
combinaciones de alelos.
Entrecruzamiento
•
Con la distribución aleatoria de la
metafase/anafase I, cada gameto que se
produce en la meiosis es prácticamente
único.
Fusión de gametos
•
•
La fusión de gametos de dos personas
aumenta aun más las posibles
combinaciones 2n.
Los gametos de dos humanos podrían
producir aproximadamente 64 billones de
diferentes combinaciones 2n.
Fusión de gametos
•
Si ignoramos el entrecruzamiento, cada
ser humano es genéticamente único.