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EL CICLO CELULAR
I.
INTRODUCCIÓN
Tal como lo expresa la teoría celular: todas
las células se forman a partir de células
preexistentes. El crecimiento y desarrollo de los
organismos vivos depende del crecimiento y
multiplicación de sus células, cuando una célula se
divide la información genética contenida en su
ADN debe duplicarse de manera precisa y luego las
copias se transmiten a cada célula hija. En los
procariotas este proceso de división es sencillo y
recibe el nombre de división binaria o
bipartición. En los eucariotas el ADN está
organizado en más de un cromosoma, siendo el
proceso de división celular más complejo.
A pesar de las diferencias entre procariotas y eucariotas, existen numerosos puntos en común
entre la división celular de ambos tipos de células, las que deben pasar por cuatro etapas:
1.
Crecimiento
2.
Debe ocurrir la duplicación del ADN.
3.
Debe separarse el ADN "original" de su "réplica" (para ello se empaqueta en forma de
unidades discretas o cromosomas)
4.
Deben separarse las dos células "hijas" con lo que finaliza la división celular.
Ciclo celular: es la secuencia cíclica de procesos en la vida de una célula eucariota que conserva la
capacidad de dividirse. Consiste de interfase, mitosis y citocinesis. El lapso de tiempo requerido
para completar un ciclo celular es el tiempo de regeneración.
En general todas las células pasan por dos períodos en el curso de su CICLO CELULAR:
•
uno de INTERFASE: es el período durante el cual la célula crece, replica su ADN y se
prepara para la siguiente división,
•
período de división o FASE M: es el estadio más dramático de la célula, produciéndose
a su vez dos sucesos:
o MITOSIS o división del núcleo: se separan los cromosomas hijos replicados
anteriormente y ...
o CITOCINESIS o división del citoplasma en dos células hijas.
La división celular mitótica produce dos células
hijas genéticamente idénticas a la célula original.
II.
EL CICLO CELULAR Y LOS CROMOSOMAS
A excepción de los gametos, cada célula del
cuerpo o SOMÁTICA de un individuo posee un
número idéntico de cromosomas (46 en el ser humano)
los cuales se presentan de a pares. Un miembro del par
proviene de cada padre. Cada miembro del par se
denomina HOMÓLOGO, así el ser humano tiene 23
pares de homólogos. En número original de
cromosomas de una célula se denomina número
DIPLOIDE. La continuidad del número cromosómico
de una especie es mantenida por una clase de división
celular denominada MITOSIS.
En los organismos unicelulares la división
celular implica una verdadera reproducción ya
que por este proceso se producen dos células hijas.
En los organismos multicelulares sin
embargo derivan de una sola célula: CIGOTO y,
la repetida división de ésta y sus descendientes
determina el desarrollo y crecimiento del
individuo.
Previamente a la mitosis se tiene una etapa (INTERFASE) donde la
célula está ocupada en la actividad metabólica preparándose para la mitosis
(las próximas cuatro fases que conducen e incluyen la división nuclear). Los
cromosomas no se disciernen claramente en el núcleo, aunque una mancha
oscura llamada nucleolo, puede ser visible. La célula puede contener un par
de centríolos (o centros de organización de microtúbulos en los vegetales) los
cuales son sitios de organización para los microtúbulos.
III. LA REPRODUCCIÓN ASEXUAL – LA MITOSIS
Mitosis es la división nuclear más citocinesis, y produce dos células hijas idénticas durante la
profase, metafase, anafase y telofase. La interfase frecuentemente se incluye en discusiones sobre
mitosis, pero la interfase técnicamente no es parte de la mitosis, más bien incluye las etapas G1, S y
G2 del ciclo celular.
Las fases de la MITOSIS son las siguientes:
Profase
La cromatina en el núcleo comienza a condensarse y se vuelve visible en el
microscopio óptico como cromosomas. El nucleolo desaparece. Los centríolos
comienzan a moverse a polos opuestos de la célula y fibras se extienden desde los
centrómeros. Algunas fibras cruzan la célula para formar el huso mitótico.
La membrana nuclear se disuelve, marcando el comienzo de la prometafase.
Las proteínas de adhieren a los centrómeros creando los cinetócoros. Los microtúbulos se adhieren
a los cinetócoros y los cromosomas comienzan a moverse.
Metafase
Fibras del huso alinean los cromosomas a lo largo del medio del núcleo
celular. Esta línea es referida como, el plato de la metafase. Esta organización
ayuda a asegurar que en la próxima fase, cuando los cromosomas se separan, cada
nuevo núcleo recibirá una copia de cada cromosoma.
Anafase
Los pares de cromosomas se separan en los cinetócoros y se mueven a lados
opuestos de la célula. El movimiento es el resultado de una combinación de: el
movimiento del cinetócoro a lo largo de los microtúbulos del huso y la interacción
física de los microtúbulos polares.
Telofase
Las cromátidas llegan a los polos opuestos de la célula, y nuevas membranas
se forman alrededor de los núcleos hijos. Los cromosomas se dispersan y ya no
son visibles bajo el microscopio óptico. Las fibras del huso se dispersan, y la
citocinesis o la partición de la célula puede comenzar también durante esta etapa.
Citocinesis
En células animales, la citocinesis ocurre cuando un anillo fibroso compuesto
de una proteína llamada actina, alrededor del centro de la célula se contrae
pellizcando la célula en dos células hijas, cada una con su núcleo. En células
vegetales, la pared rígida requiere que una placa celular sea sintetizada entre las
dos células hijas.
A continuación se representa un resumen gráfico sobre la mitosis:
Tras la mitosis la célula
original se convierte en
dos células hijas: idénticas
entre sí, idénticas a la
célula madre y con el
mismo
número
de
cromosomas
que
la
célula madre.
IV. LA REPRODUCCIÓ SEXUAL – LA MEIOSIS
4.1. Aspectos generales
En la mayoría de las plantas y animales cuando ciertas células se dividen el resultado no es un
par de nuevas células somáticas con la dotación cromosómica completa (diploides o 2n) sino que
originan células con la mitad del número cromosómico (haploides o n). Estas células reproductivas
son los gametos, y la división que los origina es la MEIOSIS.
Cuando un gameto femenino se une al masculino el resultado es un nuevo organismo o
ZIGOTO con la dotación cromosómica nuevamente diploide. Este tipo de reproducción que
involucra unión de diferentes gametos es la REPRODUCCIÓN SEXUAL.
La reproducción sexual ocurre solo en eucariotas. Durante la formación de los gametos, el
número de cromosomas se reduce a la mitad y retornan al número completo cuando los dos gametos
se unen durante la fecundación.
Recordemos que (a excepción de los gametos) cada célula del cuerpo o SOMÁTICA de un
individuo posee un número idéntico de cromosomas (46 en el ser humano) los cuales se presentan
de a pares. Un miembro del par proviene de cada padre. Cada miembro del par se denomina
HOMÓLOGO, así el ser humano tiene 23 pares de homólogos.
Los procesos esenciales de la meiosis consisten en:
•
Reducción del número de cromosomas
•
Segregación al azar de los cromosomas
•
Recombinación genética por
intercambio
de
segmentos
cromosómicos
En la meiosis ocurren dos
divisiones celulares sucesivas, Meiosis
I (Reducción) y Meiosis II (División).
La Meiosis produce 4 células
haploides. A la meiosis también se la
conoce como división reduccional.
4.2. Meiosis I
En Meiosis I, los cromosomas en una célula diploide se segregan nuevamente, produciendo
cuatro células hijas haploides. Este es el paso de la meiosis que genera diversidad genética.
La Meiosis I o primera división meiótica presenta las mismas fases que la mitosis, pero con
diferencias en los acontecimientos que tienen lugar, sobretodo en la profase.
Profase I
La replicación del ADN precede el comienzo de la meiosis I.
Durante la profase I, los cromosomas homólogos se aparean y forman
sinapsis, un paso que es único a la meiosis. Los cromosomas apareados se
llaman bivalentes, y la formación de quiasmas causada por
recombinación genética se vuelve aparente.
La condensación de los cromosomas
permite que estos sean vistos en el
microscopio. El bivalente tiene dos
cromosomas y cuatro cromátidas, con un
cromosoma de cada padre.
Prometafase I
La membrana nuclear desaparece. Un cinetócoro se forma por cada
cromosoma, no uno por cada cromátida, y los cromosomas adosados a
fibras del huso comienzan a moverse.
Metafase I
Los bivalentes, cada uno compuesto de dos cromosomas (cuatro
cromátidas) se alinean en el plato de metafase.
La orientación es al azar, con cada homólogo paterno en un lado.
Esto quiere decir que hay un 50% de posibilidad de que las células hijas
reciban el homólogo del padre o de la madre por cada cromosoma.
Anafase I
Los quiasmas se separan. Los cromosomas, cada uno con dos
cromátidas, se mueven a polos opuestos.
Cada una de las células hijas ahora es haploide (23 cromosomas),
pero cada cromosoma tiene dos cromátidas.
Telofase I
Las envolturas nucleares se pueden reformar, o la célula puede
comenzar rápidamente Meiosis II.
Citocinesis
Análoga a la mitosis dónde dos células hijas completas se forman,
cada una de ellas con su dotación haploide duplicada (un cromosoma con
dos cromátidas).
4.3. Meiosis II
La Meiosis II es similar a la mitosis. Sin embargo no hay fase "S". Las cromátidas de cada
cromosoma ya no son idénticas en razón de la recombinación.
La Meiosis II separa las cromátidas produciendo dos células hijas, cada una con 23
cromosomas (haploide), y cada cromosoma tiene solamente una cromátida.
Los acontecimientos que tienen lugar en cada fase son los siguientes:
V.
IMPORTANCIA DE LA REPRODUCCIÓN SEXUAL (MEIOSIS). COMPARATIVA
CON LA REPRODUCCIÓN ASEXUAL (MITOSIS)
Aunque los métodos de reproducción en los seres vivos tienen el objetivo común de aumentar
el número de individuos de una determinada especie y preservarla en un futuro, tanto la
reproducción asexual como sexual tienen ciertas diferencias importantes.
A continuación, en forma de resumen se detallan algunas de estas diferencias:
Comparación de Meiosis y Mitosis
•
Comportamiento de los cromosomas
1. Mitosis: Cromosomas homólogos independientes
2. Meiosis: Cromosomas homólogos se aparean formando bivalentes hasta anafase I
•
Número de cromosomas- reducción en meiosis
1. Mitosis: células hijas diploides o haploides, según los progenitores.
2. Meiosis: células hijas haploides.
•
Identidad genética de la progenie:
1. Mitosis: células hijas idénticas
2. Meiosis: Las células hijas tienen una nueva variedad de cromosomas paternos.
3. Meiosis: Cromátidas no idénticas, intercambio de segmentos
Reproducción asexual (Vegetativa)
•
Una forma de duplicación usando sólo mitosis.
•
Por ejemplo, una nueva planta crece desde la raíz o un brote crece de una planta existente.
También cuando un organismo unicelular se divide por bipartición.
•
Produce solamente descendientes genéticamente idénticos porque todas las divisiones se
realizan por mitosis.
1. Los descendientes, llamados clones, son una copia exacta del organismo original.
2. Este método de reproducción es rápido y efectivo permitiendo la diseminación de un
organismo.
3. En razón de que los descendientes son idénticos, no hay mecanismo para
introducir diversidad.
Reproducción sexual
•
Formación de un nuevo individuo por la combinación de dos células sexuales haploides
(gametos).
•
Formación de los gametos: éstos se originan por meiosis y su información genética es
diferente de la célula madre. En total se forman hasta cuatro células semejantes.
•
Fertilización: combinación de información genética de dos células distintas que tienen la
mitad de la información genética original.
•
Los gametos para la fertilización generalmente vienen de padres distintos.
1. La hembra produce un huevo
2. El macho produce esperma
•
Ambos gametos son haploides, con un juego, la mitad de los cromosomas.
•
El nuevo individuo se llama zigoto, con dos juegos, la totalidad de cromosomas (diploide),
pero con una información compartida, no idéntica a los progenitores.
•
La Meiosis es un proceso para convertir una célula diploide en un gameto haploide, y causar
un cambio en la información genética para incrementar la diversidad de los
descendientes.