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La perpetuación de la vida Concepto de ciclo biológico La reproducción La multiplicación de las células La reproducción asexual La reproducción sexual La división celular por meiosis Clones y clonación Concepto de ciclo biológico Todos los organismos presentan diferentes etapas a lo largo de su vida, que constituyen su ciclo vital o biológico: Incluye una serie de cambios característicos que sufren los organismos desde su origen hasta alcanzar el estado adulto Concepto de ciclo biológico FASE INICIAL En el ciclo biológico dese distinguen tres fases Renacuajo 6 días CICLO BIOLÓGICO DE UNA RANA En muchos organismos comienza con una fase unicelular. En otros casos se origina el nuevo individuo a partir de un grupo de células del progenitor. DESARROLLO 2 semanas Fase reproductora Se producen cambios de tamaño y forma, así como diferenciación de estructuras internas. Finaliza al alcanzar las características adultas. REPRODUCCIÓN Ranita 5-6 semanas 8 - 12 semanas Los organismos producen unidades reproductoras que darán lugar a nuevos individuos. Ciclo biológico de un champiñón (hongo) Ciclo biológico de Vida del Paraiso Ciclo biológico Ciclo biológico El ciclo celular Conjunto de fenómenos que se inicia tras la división celular y finaliza al acabar de la siguiente división. Fase M Se distinguen dos fases: INTERFASE Es el período entre dos divisiones consecutivas. Se divide en: 2 horas G1,S y G2 La replicación del ADN tiene lugar en el período S. La transcripción (síntesis de ARN) ocurre durante todo el tiempo FASE DE DIVISIÓN o MITÓTICA En ella se produce la multiplicación celular. 10 horas S (fase de síntesis) Interfase El ciclo celular Interfase Fase mitótica o de división Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Estado de quiescencia. Fase G0 Fase G1 Síntesis de proteínas, transcripción y aumento del tamaño celular. Síntesis o replicación del ADN y síntesis de histonas. Citocinesis División del citoplasma Fase de mitosis Fase S Interfase División celular Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división. Duplicación de los centriolos Fase G2 Tipos de reproducción REPRODUCCIÓN ASEXUAL •Los descendientes son copias genéticamente idénticas al progenitor. •Las copias se producen por división del organismo en dos porciones de igual o diferente tamaño. •La utilizan generalmente organismos unicelulares. REPRODUCCIÓN SEXUAL •Los descendientes presentan una nueva combinación de caracteres que los hace genéticamente únicos. •Necesita de dos progenitores en la mayoría de los casos. •Mediante la formación de células reproductoras (gametos) •La utilizan organismos pluricelulares. Células somáticas y germinal Células somáticas: Células no reproductoras del organismo Células germinales Células reproductoras del organismo Esporas: se desarrollan directamente y, sin unirse a otras células, originan un nuevo organismo Gametos: necesitan unirse a otro gameto para formar la célula huevo o cigoto que, tras sucesivas divisiones, dará lugar al nuevo individuo. División del núcleo: mitosis Comienza al final del período G2 del ciclo celular. Consiste en la división del núcleo en la que se separan las copias de ADN (producidas durante la interfase). La razón es garantizar que las dos células hijas reciban una copia integra del ADN materno y, por tanto, posean el mismo número, mismos cromosomas y con la misma información genética. PROFASE METAFASE ANAFASE TELOFASE Etapas de la mitosis Centriolos Huso acromático Cromátidas PROFASE Cromátida Centrómero METAFASE Cromosoma hijo Polo ANAFASE TELOFASE Etapas de la mitosis PROFASE La envoltura nuclear comienza a desaparecer, la cromatina se condensa y forma los cromosomas. En las células animales se duplica el centriolo y cada uno migra a un polo celular. Entre ambos centriolos se aparece un sistema de microtúbulos que dará lugar al huso acromático. Al final de la profase la envoltura nuclear ha desaparecido. Etapas de la mitosis METAFASE Los cromosomas alcanzan el máximo de condensación, y cada uno presenta dos cromátidas los cromosomas migran al plano ecuatorial. ANAFASE Los microtúbulos del huso se acortan y tiran, en sentido contrario, de cada una de las cromátidas de cada cromosoma. Las cromátidas, ya separadas, son arrastradas hacia su respectivo polo celular. Y adoptan una característica forma de V con el vértice dirigido hacia los polos. METAFASE ANAFASE Etapas de la mitosis TELOFASE Las cromátidas, convertidas en cromosomas hijos se sitúan en las proximidades de los polos, se rodean de una nueva envoltura nuclear. Comienza a dispersarse los cromosomas para formar cromatina . Desaparece los microtúbulos y finalmente, quedan constituidos los dos núcleos hijos. Mitosis 1’48 TELOFASE Diseño: Ana Maria Gonzalez (UNNE) & Rafael Tormo Molina (Univ. Extremadura, España) HIPERTEXTOS Mitosis y número de cromosomas El número de cromosomas es constante y característico en todas las células somáticas de cada especie (humanos: 46 cromosomas). En las especies diploides cada cromosoma tiene un homólogo, es decir, la dotación está constituida por dos series de n cromosomas (2n cromosomas) En las especies haploides, la dotación cromosómica está constituida por una sola series de cromosomas (n cromosomas) Mediante la mitosis, cada célula hija recibe una cromátida de cada cromosoma. Las cromátidas hermanas son copias exacta de un cromosoma materno (ADN duplicado). De este modo las dos células hijas reciben el mismo número y los mismos cromosomas que poseía la célula materna y, por tanto, se garantiza que el número de cromosomas se mantenga constante de generación en generación. Mitosis y número de cromosomas Duplicación o replicación del ADN Cromosomas con dos cromátidas División del citoplasma. Citocinesis CITOCINESIS ANIMAL En las células animales la división del citoplasma se produce por estrangulamiento progresivo del citoplasma, lo que termina separando a las dos células hijas. CITOCINESIS VEGETAL Se forma un tabique de separación llamado fragmoplasto a partir de vesículas del aparato de Golgi. En el espacio del fragmoplasto se formará la lámina media y posteriormente la pared celular. Reproducción asexual En la reproducción asexual, de un solo individuo se separan una unidad reproductora que se multiplica por mitosis y da como resultado una descendencia genéticamente idéntica al progenitor. Si existiera alguna variación entre los descendientes, es por mutaciones (cambios en el material genético) Reproducción asexual (Bipartición) •Se da en organismos unicelulares. •La unidad reproductora es la célula. •La célula se divide en dos partes de similar tamaño previa división del núcleo por mitosis. Reproducción asexual (Gemación) Se produce en organismos unicelulares y pluricelulares. En organismos unicelulares: •Tras la división del núcleo el citoplasma se divide desigualmente. •Las dos células hijas difieren notablemente de tamaño. En organismos pluricelulares: El individuo produce unos grupos de células, las YEMAS, que crecen poco a poco hasta que se separan originando nuevos individuos. Reproducción asexual (Esporulación) •Se producen divisiones sucesivas del núcleo de una célula materna. •Cada núcleo se rodea de una pequeña porción de citoplasma. •Al romperse la membrana de la célula madre, se liberan las esporas. Reprod. asexual (Regeneración y Fragmentación) REGENERACIÓN •Formación de las partes perdidas como consecuencia de una lesión. •En ocasiones un pequeño fragmento permite regenerar el organismo completo. ESCISIÓN O FRAGMENTACIÓN •Rotura espontánea del organismo progenitor en dos o más fragmentos cada uno de los cuales dará un individuo completo. Fragmento regenerado Escisión La reproducción sexual El objetivo es formar descendientes diferentes a los progenitores. CONSTA DE LOS SIGUIENTES PROCESOS FORMACIÓN DE GAMETOS •Los gametos son células especializadas que transportan la información genética de los progenitores. •Son células haploides, con la mitad del número de cromosoma que las células originales. •Se producen por meiosis FORMACIÓN DE LA CÉLULA HUEVO O CIGOTO •Tras la unión de los gametos (fecundación) y la unión de los núcleos (cariogamia) se forma una célula con el número de cromosomas característico de la especie. DESARROLLO DEL CIGOTO •El cigoto se divide por mitosis de acuerdo con las nuevas instrucciones genéticas, y origina un individuo con características de ambos progenitores Isogamia y anisogamia REPRODUCCIÓN ISOGÁMICA: Los dos tipos de gametos son iguales aunque de comportamiento distinto. Se identifican con los símbolos “+” y “-” REPRODUCCIÓN ANISOGÁMICA: Los dos tipos de gametos son distintos. Gametos femenino: suelen ser inmóviles y de gran tamaño Óvulos en animales Oosfera en vegetales Gametos masculinos: suelen ser móviles y pequeños Espermatozoides en animales Anterozoides en vegetales Unisexuales y hermafroditas Unisexuales o Dioicas Existen dos tipos de individuos según posean gónadas masculinas o femeninas. Es decir, los sexos están separados en individuos distintos. En este caso es frecuente el dimorfismo sexual. Hermafroditas o Monoicas Los individuos son portadores de ambos tipos de gónadas y producen los dos tipos de gametos (masculinos y femeninos). Así ocurre en la mayoría de los vegetales y en algunos animales como los anélidos y los moluscos gasterópodos. Partenogénesis Desarrollo de óvulos sin fecundar que dan lugar a adultos normales. CICLO PARTENOGENÉTICO DE LOS PULGONES 4. Fecundación: fusión de gametos haploides 5. Reproducción ovípara 3. Partenogénesis meiótica Huevos INVIERNO OTOÑO Hembras con alas (2n) PRIMAVERA VERANO 2. Última generación al final del verano Varias generaciones de hembras vivíparas 1. Partenogénesis ameiótica Hembras sin alas (2n) Características y consecuencias de la meiosis La meiosis es un tipo especial de división celular que reduce a la mitad el número de cromosomas de las células hijas. Tiene lugar en los organismos con reproducción sexual. En la meiosis tienen lugar dos divisiones sucesivas: Primera división meiótica Segunda división meiótica Se forman cuatro células haploides por cada célula materna diploide reduciéndose a la mitad el número de cromosomas del núcleo original diploide. La profase I de la meiosis Etapa de larga duración, en la que los cromosomas homólogos se emparejan e intercambian material hereditario. Entrecruzamiento Centriolos ETAPAS DE LA PROFASE Cromátidas hermanas Quiasmas Cromosomas homólogos apareados en sinapsis Los filamentos de ADN se condensan. Los cromosomas se hacen visibles, se observan dos cromátidas. Cada cromosoma se aparea longitudinalmente, gen a gen, con su homólogo formándose sinapsis. Los entrecruzamientos originan la recombinación genética del material hereditario aumentando la variabilidad genética. Las cromátidas homólogas se unen íntimamente en algunos puntos quiasmas, donde tienen lugar roturas y entrecruzamientos de fragmentos de cromátidas. Sobrecruzamiento y recombinación Durante la meiosis, una pareja de cromosomas homólogos puede intercambiar fragmentos equivalentes (mismos locus) a través de un proceso denominado SOBRECRUZAMIENTO. Durante este proceso los cromosomas homólogos se intercambian fragmentos de DNA produciéndose una RECOMBINACIÓN genética. 1ª división meiótica Cromosomas homólogos Placa metafásica doble Profase I Metafase I Los pares de cromosomas homólogos emigran a la placa ecuatorial Anafase I Se separan los cromosomas homólogos, yendo cada uno a un polo diferente Células hijas Telofase I Se forman los núcleos de las dos células hijas , habiendo recibido cada una un solo juego de cromosomas 2ª división meiótica Placa metafásica sencilla Profase II Los cromosomas se condensa y siguen los pasos de la profase de la mitosis Metafase II Los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial Células hijas Cromátidas hermanas Anafase II Se separan las cromáticas hermanas de cada cromosomas emigrando a su respectivo polo celular Telofase II Se reconstruyen los núcleos de las células hijas. Cada núcleo ha recibido un solo juego completo de cromosomas. Animación de la meiosis Animación de la división I Animación de la división I y II Clones y clonación Un clon es un grupo de o de un genéticamente idénticos • es el conjunto de células que se originan por mitosis de una única célula. Las células de un clon poseen idénticos conjuntos de cromosomas y son genéticamente idénticas. • son aquellos cuyas células poseen idéntica información genética. Los organismos que se reproducen de forma asexual son clónicos ya que el nuevo individuo se origina mediante mitosis de una célula, o de un grupo de células, del progenitor. Células totipotentes y células diferenciadas El cigoto es una célula totipotente ya que es capaz de dar origen a cada uno de los diferentes tipos celulares que constituyen el cuerpo del adulto. A medida que el embrión se desarrolla, esta capacidad disminuye y acaba por desaparecer en las células diferenciadas La diferenciación es el resultado de la expresión deferencial de los genes ¿La diferenciación es un proceso reversible? La diferenciación es un proceso irreversible en algunos tipos de células, como los glóbulos rojos de los mamíferos ya que pierden el núcleo. Tanto en plantas como en animales, si las circunstancias ambientales son adecuadas, la diferenciación puede ser reversible. La clonación En la actualidad, el término clonación se utiliza para referirse al método que permite desarrollar un animal o una planta a partir de una célula somática. : , consiste en eliminar el núcleo de un óvulo y sustituirlo por el de una célula somática. consiste en fusionar una célula somática con un óvulo al que se le ha eliminado el núcleo 1. Extracción de células somáticas del individuo que se desea clonar 2. Estas células se cultivan en el laboratorio deteniendo su ciclo celular en la fase G1 3. Obtención de un óvulo de una hembra de esa especie. 4. Extracción del núcleo del óvulo 5. Fusión de las células somáticas y los óvulos sin núcleo 6. Estimulación de la división de estas células para originar el embrión 7. Trasplante de los embriones jóvenes a hembra receptora 8. Si alguno de estos embriones se desarrolla con normalidad, se habrá obtenido un clon La clonación Aplicaciones de la clonación Clonación de plantas: para obtener múltiples copias de ejemplares que presentan algún tipo de interés. Clonación de animales: para obtener ejemplares que tengan algún valor especial, mayor producción de leche o de carne. También se usa para obtener modelos para investigar algunas enfermedades. Clonación humana: Clonación terapéutica mediante la cual se persigue obtener células totipotentes en las que, teóricamente, podría inducir la diferenciación en determinados tejidos. Estos tejidos podrían utilizarse en autotrasplantes. Aplicaciones de la clonación Esquema general