División celular
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División celular Biología Metabolismo, herencia y genética molecular: División celular 1 de 46 1.División celular: finalidad, duración y tipos Importante El proceso de división celular es necesario en todos los organismos, en él, a partir de una célula madre se originan células hijas; lo que permite, en organismos unicelulares, reproducirse, y en organismos pluricelulares, que se puedan reemplazar células muertas o que se formen nuevas para poder crecer. También por división celular se originan las células responsables de la formación del nuevo individuo en aquellas especies que se reproducen sexualmente. 2 de 46 ¿Cuánto dura la división celular? La duración de la división celular es variable. En células de embriones tempranos, la división celular puede tardar de diez minutos a una hora. Una bacteria, en condiciones óptimas, puede tardar en dividirse 15 ó 30 minutos. Una célula eucariota puede dividirse una vez al día, aunque hay células que se dividen muy lentamente, incluso algunas no lo hacen nunca. Animación en creatupropiaweb bajo CC Podemos clasificar, de manera sencilla, el proceso de división celular en dos grandes grupos: Por el tamaño y número de las células hijas. Según el tipo celular y el genoma resultante. 3 de 46 1.1. Tipos de reproducción celular según el tamaño y número de células hijas Si clasificamos la división celular según el tamaño y el número de células hijas que se formen, podemos encontrar los siguientes tipos; todos ellos característicos de seres unicelulares y, por lo tanto, conllevan la reproducción (asexual) de los individuos: Bipartición Gemación Esporulación Imágenes en Proyecto Biosfera bajo CC Importante 4 de 46 Estos procesos son muy sencillos, variando, básicamente, en el tamaño y número de las células hijas que se forman: La bipartición también se llama fisión binaria y es una forma de reproducción que se da en bacterias, levaduras, algas unicelulares y protozoos. La célula madre se divide en dos células hijas de igual tamaño Durante el proceso de gemación se forman en la célula madre unos abultamientos o yemas que al crecer forma células de tamaños diferentes y que al desarrollarse originan nuevos seres, que pueden separarse del organismo materno o quedar unidos a él, iniciando así una colonia. En la esporulación el núcleo de la célula madre se divide varias veces y se rodea de citoplasma. La célula madre se rompe y se liberan numerosas esporas. Pregunta Verdadero-Falso Una vez que conoces estos tipos de división sabrás decir si son verdaderas o falsas estas afirmaciones: 1. Todas las células hijas son genéticamente iguales al progenitor. Verdadero Falso 2. La bipartición es un tipo de reproducción celular que forma dos células separadas con aproximadamente el mismo tamaño. Verdadero Falso 3. Son formas de reproducción características de organismos pluricelulares. Verdadero 5 de 46 Falso 1.2. Tipos de reproducción celular según el tipo celular y el genoma resultante En un organismo pluricelular, como el nuestro, podemos hacer una clasificación de las células en función del número de cromosomas que tengan: Las células diploides (2n) son aquellas que tienen un número doble de cromosomas, es decir, poseen dos series de cromosomas. Reciben el nombre de células somáticas; son todas las que forman nuestro cuerpo menos las reproductoras (los óvulos y los espermatozoides). Las células haploides, que las representamos con la letra n, son células que contienen la mitad del número normal de cromosomas que hay en las células diploides (poseen una sola serie de cromosomas). Son las células reproductoras. Importante Según el tipo celular y el genoma resultante podemos distinguir mitosis y meiosis. Mediante mitosis se obtienen dos células hijas con la misma dotación cromosómica de la madre. Para ello, antes de iniciar la división se duplica el ADN de la célula madre. Este tipo de división se da en células somáticas. La meiosis consiste en dos divisiones sucesivas. Al igual que en la mitosis, antes de iniciar la primera división, se procede a duplicar el ADN (no ocurre lo mismo para la segunda división). Como resultado se obtienen cuatro células hijas con la mitad de cromosomas que la célula madre. Esta es exclusiva de células reproductoras (gametos). 6 de 46 Imagina una célula de la piel. Cuando nos hacemos una herida tenemos que regenerar el tejido dañado con células que sean iguales a las que perdimos, conservando el número de cromosomas. Para ello, las células sufrirán un proceso llamado mitosis, formando células exactamente iguales a la célula inicial. Imagen de elaboración propia ¿Por qué las células reproductoras deben dividirse de otra manera? La especie humana se caracteriza por presentar en sus células 46 cromosomas. Si todas las células presentasen esa dotación, incluso los óvulos y los espermatozoides, ocurriría que al unirse estos formarían una célula de 92 cromosomas, lo que se aleja mucho de la dotación de cromosomas que caracteriza a la especie humana. Para que se mantenga el número de cromosomas de una especie, las células reproductoras se formarán mediante un proceso de división llamado meiosis, que generará células con la mitad de cromosomas; tendrán entonces, ovulo y espermatozoides, 23 cromosomas. Al unirse generaran una nueva célula de 46, manteniéndose el número de cromosomas de la especie humana. Animación en INTEF bajo CC 7 de 46 Caso de estudio Defina el término meiosis. Indique en qué células de un organismo pluricelular se realiza la meiosis y destaque la importancia biológica de este proceso. Establezca cuatro diferencias entre mitosis y meiosis. 8 de 46 1.3. Tipos de reproducción en los seres vivos Importante En los seres vivos se llevan a cabo dos tipos de reproducción: La reproducción asexual, en la que interviene un único individuo y como las divisiones celulares se producen exclusivamente por mitosis, la descendencia es genéticamente idéntica al progenitor. La reproducción sexual, en la que intervienen dos progenitores, uno de cada sexo, cada uno de los cuales aporta un gameto formado por meiosis (célula haploide, con la mitad de cromosomas que una célula no reproductora), que al fusionarse entre sí darán lugar a un zigoto (diploide) que, por sucesivas mitosis formará un individuo adulto. Este nuevo individuo poseerá una información genética que será una mezcla de la de ambos progenitores. Por tanto, para que se pueda llevar a cabo la reproducción sexual se tienen que producir: Gametos (células reproductoras especializadas). La fecundación (fusión de los mismos). 9 de 46 Tipo de reproducción Asexual Ventajas Inconvenientes Rapidez Simplicidad Ahorro de energía en Ausencia de operaciones previas a la variabilidad genética fecundación Imagen en Flickr de PROYECTO AGUA bajo CC Sexual Producción de gran número de descendientes Es más lenta Es más compleja Produce variabilidad genética en los individuos, Consume más lo que les proporciona energía en todos sus ventajas ante la selección procesos natural Imagen en Flickr de brian.gratwicke bajo CC 10 de 46 Produce un número menor de descendientes 2. Ciclo celular: interfase y división celular Se considera vida de una célula al periodo que va desde que nace de otra célula hasta que vuelve a dividirse o muere. Actividad Imagen de Lourdes Luengo bajo CC Se llama ciclo celular a la secuencia cíclica de procesos en la vida de una célula que conserva la capacidad de dividirse. 11 de 46 El ciclo celular es como un reloj que marca las distintas fases por las que pasa una célula a lo largo de su vida aunque, como ahora veremos, no todas las células lo realizan. Podemos dividir el ciclo celular en dos grandes fases: Periodo de interfase, que se subdivide en fase G1, fase S y fase G2). Es un período de tiempo que transcurre entre dos divisiones sucesivas, en el que existe una gran actividad metabólica Fase M, en la que ocurren la mitosis (división del núcleo) y citocinesis (división del citoplasma). Recuerda; para que se produzca cada una de esta etapas hace falta que se complete la anterior. De las cuatro fases que aparecen en el ciclo, dos son las más importantes, la fase S, en la que se duplica el ADN, con el fin de crear una copia para cada célula hija, y la fase M, en la que se distribuye de manera equitativa el material genético y el contenido del citoplasma entre las células hijas. En la siguiente animación puedes apreciar un ciclo celular con sus diferentes etapas. Observa que el tiempo que dura la interfase es mucho mayor que el que dura la fase M. Animación en Hipertextos del área de la Biología bajo CC Caso de estudio 12 de 46 El tiempo que dura el ciclo celular depende del tipo de célula, pero además existen factores, como el tamaño, la presencia de nutrientes, la temperatura, el pH o lesiones en el material genético, que no permiten que el ciclo celular continúe. ¿Qué ocurre si este ciclo se realiza sin control? 13 de 46 3. Interfase La interfase es la etapa más larga del ciclo celular, en la que se da el crecimiento de la célula y una amplia actividad metabólica y como ya sabes se divide en tres fases. Esta gráfica muestran una imagen sencilla de como se podría representar un periodo de interfase durante el ciclo celular. Imagen en Proyecto Biosfera bajo CC Actividad 14 de 46 En la interfase se diferencian las etapas G1, S y G2. En estas etapas no hay reposo, por el contrario tiene lugar una intensa actividad metabólica. Fase G1 Suele ser la etapa más larga de todo el ciclo celular. Empieza inmediatamente después de que ha terminado la mitosis y va a continuarse con la fase S, en ella se replican orgánulos y estructuras del citoplama y como consecuencia la célula crece y vuelve a tener el volumen celular normal, ya que este se había reducido al dividirse la célula a la mitad durante la mitosis. Se produce una intensa actividad metabólica, ya que se sintetizan ARN y proteínas esenciales para la replicación del DNA. Las células en G1 pueden detener su progresión en el ciclo y entrar en un estado de reposo especial llamada fase G0, que puede durar días, semanas o años. Algunas células —como las fibras musculares esqueléticas— no abandonan nunca esta fase; mientras que otras, como las de la médula ósea, que deben dividirse muy rápidamente, ni siquiera entran en ella. Imagen en MOGEA bajo CC Fase S También se llama fase de síntesis. Es un periodo corto durante el cual se replica el ADN y que se completa poco antes de que comience la mitosis, con el único fin de que las células hijas tengan cada una copia idéntica del genoma. Antes de esta fase, las células autosómicas (somáticas) contienen la cantidad diploide (2n) del ADN; durante la fase S la cantidad de ADN se duplica (4n) como preparación para la división celular. Por tanto, en esta fase, cada cromosoma se duplica, y los cromosomas idénticos resultantes (cromátidas) permanecen unidos entre sí por los centrómeros. Fase G2 Ocurre justo antes de la mitosis y en ella las células se preparan para la actividad mitótica: se produce una segunda fase de crecimiento, se acumula energía y se crean las proteínas esenciales para la división celular. En esta etapa, los cromosomas formados por dos cromátidas empiezan a condensarse. 15 de 46 Pregunta Verdadero-Falso Con los conocimientos que has adquirido sobre ciclo celular. ¿Puedes decir si son verdaderas o falsas estas afirmaciones? 1. La interfase es el proceso más corto del ciclo celular. Verdadero Falso 2. El orden en el que ocurren las etapas de la interfase es S, G1 y G2. Verdadero Falso 3. Es necesario que se produzcan controles antes de pasar de una etapa a otra dentro de la mitosis. Verdadero Falso Caso de estudio Durante todo este proceso de interfase, el más largo del ciclo celular, se destaca la importante actividad metabólica que ocurre en la célula con el fin de prepararla para entrar en la fase M, donde se dividirá el núcleo y el citoplasma celular. Si representamos en una gráfica como va variando el ADN que aparece en el núcleo de la célula durante la fase de interfase, obtenemos una representación como la que aquí aparece. Imagen en MOGEA bajo CC ¿Puedes interpretarla? 16 de 46 Pregunta de Elección Múltiple ¿Cuál es la etapa del ciclo celular al final de la cual cada cromosoma está ya compuesto de dos cromátidas? G1. S. G2. En la fase G0 o fase de reposo del ciclo celular: La célula se prepara para dividirse. Puede incluirse en el final de la fase G1 y hay células que se encontrarán en esta etapa toda la vida. Representa el punto en el que algunas células detienen su ciclo y, como ya sabes, puede incluirse en fase G1. En la fase G2: Se dan los últimos preparativos para la división celular. La célula duplica su ADN. Se encuentran células como las del músculo esquelético, que no se dividen. 17 de 46 4. División celular. Fase M Importante La división celular o fase M del ciclo celular es el proceso mediante el cual a partir de una célula madre se forman dos células hijas con la misma dotación cromosómica que la progenitora. La siguiente fórmula resume lo que acabas de leer: La fase M comprende dos etapas, la división del núcleo o mitosis, también denominada cariocinesis (carion significa núcleo) y la división del citoplasma o citocinesis. Aunque se trata de un proceso continuo, para su estudio la mitosis se divide en cuatro fases: Profase Metafase Anafase Telofase Por lo que respecta a la división del citoplasma, se da de distinta en forma en células animales y vegetales, ya que las vegetales tienen pared celular. Así, tenemos que distinguir entre: Citocinesis en células animales Citocinesis en células vegetales AV - Pregunta Verdadero-Falso 18 de 46 Reflexiona sobre la siguiente afirmación. ¿Te parece correcta? Se han estudiado las células del hígado de un mamífero desconocido y se ha determinado que el número de cromosomas que posee es de 50. De esta observación podemos deducir que (n) = 50 y por tanto, (2n) = 100 Verdadero 19 de 46 Falso 4.1. Mitosis o división del núcleo Importante En la mitosis, también llamada cariocinesis, se realiza un reparto ordenado del material genético. Este proceso se realiza de forma continua, pero para su estudio se divide en 4 fases: Profase Metafase Anafase Telofase Más abajo vamos a describir con más detalle lo que ocurre en cada una de las etapas que hemos mencionado. PROFASE La profase se inicia cuando los cromosomas comienzan a hacerse visibles, es decir, cuando la cromatina comienza a condensarse, a enrollarse sobre sí misma. A medida que transcurre la fase se harán visibles las dos cromátidas unidas por el centrómero (recuerda que en fase S de la interfase el ADN se duplicó). Los centriolos, que se habían duplicado en la fase G , 2 se alejan progresivamente hacia los polos opuestos de la célula. A medida que se alejan, se forma entre ellos un conjunto de microtúbulos que constituyen el huso mitótico o huso acromático. Desaparece el nucleolo a medida que se va condensando la cromatina. Desaparece la membrana nuclear; los cromosomas quedan dispersos en el citoplasma. Imagen en Wikimedia Commons de LadyofHats bajo Dominio Público 20 de 46 METAFASE En esta fase los cromosomas alcanzan el grado máximo de condensación. El huso mitótico está completamente formado y se extiende entre los dos extremos de la célula. Los cromosomas se disponen en la mitad del huso mitótico, formando la placa ecuatorial o metafásica. Imagen en Wikimedia Commons de LadyofHats bajo Dominio Público ANAFASE Es la fase más corta de la mitosis. Se produce la separación de las cromátidas de cada uno de los cromosomas, que son arrastradas por los microtúbulos del huso hasta los polos opuestos de la célula. Las cromátidas se convierten en cromosomas independientes. La anafase concluye cuando los cromosomas llegan a los polos. Imagen en Wikimedia Commons de LadyofHats bajo Dominio Público 21 de 46 TELOFASE Comienza la desaparición de los cromosomas, que paulatinamente pasan a convertirse de nuevo en cromatina. Los nucleolos comienzan a hacerse visibles (te recordamos que han de ser dos, uno en cada polo de la célula). Se forma de nuevo la membrana plasmática, a partir de vesículas del retículo endoplasmático. La célula en este momento tiene dos núcleos, uno en cada extremo. Imagen en Wikimedia Commons de LadyofHats bajo Dominio Público Ya que has estudiado con detalle todas las fases de la mitosis, observa con detenimiento la animación siguiente. Con ello, podrás hacerte una idea global de todos los acontecimientos que tienen lugar durante ella. Imagen en Proyecto Biosfera bajo CC AV - Pregunta Verdadero-Falso 22 de 46 Indica si la frase que vas a leer a continuación te parece correcta. La mitosis es un proceso de división que llevan a cabo las bacterias, las células de organismos animales y las células de organismos vegetales. Verdadero Falso Caso de estudio Defina mitosis y explique su importancia biológica. Describa la metafase y la anafase de la mitosis, acompañando la descripción con un dibujo de cada una de ellas. Caso de estudio Defina qué es la mitosis y explique su significado biológico. Describa sus fases. 23 de 46 4.2. Citocinesis o división del citoplasma Hasta aquí hemos visto el desarrollo de la mitosis y como se ha producido el reparto del material genético entre las dos células hijas, pero con la mitosis no acaba la división celular. Importante Una vez que ha concluido la telofase, llega el momento de proceder al reparto del citoplasma y sus orgánulos entre las dos células hijas. Este reparto se lleva a cabo durante la citocinesis y ha de ser lo más equitativo posible. Este proceso se realiza de forma distinta según se trate de células vegetales o animales, pues éstas últimas carecen de pared de celulosa. 24 de 46 CITOCINESIS EN CÉLULAS ANIMALES Por la acción de un anillo formado de proteínas contráctiles, se produce un estrangulamiento en el plano ecuatorial de la célula, denominado surco de división, que acaba dividiendo la célula en dos. El resultado final del proceso de citocinesis son dos células hijas que son iguales genéticamente; su ADN es el mismo. Imagen en Wikimedia Commons de LadyofHats bajo dominio público En la siguiente secuencia de imágenes se puede comprobar cómo se desarrolla todo el proceso de la citocinesis en células animales. Imagen en Wikimeda Commons de Robinson et al. bajo CC CITOCINESIS EN CÉLULAS VEGETALES En células vegetales, tras la telofase, a partir de vesículas procedentes del aparato de Golgi, se forma un tabique a la altura del plano ecuatorial que separa los dos núcleos. Estas vesículas contienen todos los componentes necesarios para formar la pared celular, celulosa fundamentalmente, aunque también proteínas y otros polisacáridos. 25 de 46 Imagen en Wikimedia Commons de Tameeria bajo CC AV - Pregunta de Elección Múltiple ¿Cuál es el origen de los materiales que van a constituir el tabique de celulosa que separa las dos células hijas durante la citocinesis vegetal? Los cloroplastos. Las mitocondrias. Aparato de Golgi. Centriolos. 26 de 46 5. Meiosis Importante La meiosis es un mecanismo de división que se realiza exclusivamente en células reproductoras, en el cual, a partir de una célula diploide (2n), con dos juegos cromosómicos, se forman cuatro células haploides, con un único juego cromosómico, (n). Los hechos más significativos de la meiosis tienen lugar durante la profase de la primera división. Como hemos comentado en apartados anteriores de este tema, durante la reproducción sexual se produce un fenómeno que conocemos como fecundación, que consiste en la unión de dos células llamadas gametos para dar lugar a una única célula llamada huevo o zigoto. En este proceso se produce la suma de los cromosomas de cada uno de los gametos, por lo que el zigoto resultante tendrá el doble de cromosomas que los gametos que lo originaron. Por ejemplo, si cada uno de los gametos tiene 14 cromosomas, el zigoto resultante tendrá 28. Como la fusión de gametos implica duplicar el número de cromosomas del zigoto, si no fuera por la existencia de un mecanismo como la meiosis, que reduce el número de cromosomas de una célula a la mitad, a lo largo de las sucesivas generaciones se iría duplicando el número de cromosomas de la especie. La meiosis es un mecanismo de división que se realiza exclusivamente en células reproductoras, en el cual, a partir de una célula diploide (2n), con dos juegos cromosómicos, se forman cuatro células haploides, con un único juego cromosómico, (n). La meiosis, por tanto, tiene lugar en todos los seres vivos que presentan reproducción sexual, aunque no siempre tiene lugar en el mismo momento de su ciclo vital. En animales tiene lugar antes de la fecundación, para dar lugar a la formación de los gametos: óvulo (gameto femenino) y espermatozoide (gameto masculino). Imagen en Wikimedia Commons de Fir0002 bajo CC Este proceso comparte muchas de sus características con la mitosis. Las dos divisiones meióticas pasan por las mismas fases que en la mitosis, es decir, profase, metafase, anafase y telofase. 27 de 46 Pregunta de Elección Múltiple Si la especie humana posee 46 cromosomas en cada una de sus células, los gametos, formados tras sufrir una meiosis, ¿cuántos cromosomas tendrán? 46 23 92 28 de 46 5.1. Fases de la meiosis. Importante En la meiosis se producen dos divisiones consecutivas, meiosis I y meiosis II que, para su estudio, se dividen en las mismas etapas que la mitosis. Leptoteno Zigoteno Profase I Paquiteno Diploteno MEIOSIS I Diacinesis Metafase I Anafase I Telofase I Profase II MEIOSIS II Metafase II Anafase II Telofase II 29 de 46 MEIOSIS I En esta primera división se produce un fenómeno que resulta de vital importancia; el apareamiento de cromosomas homólogos y el intercambio de material entre los mismos. Para su estudio se divide en las mismas fases que la mitosis. Profase I Al igual que en la mitosis, en esta fase se comienzan a observar los cromosomas, al espiralizarse el ADN. Se duplican los centriolos y desaparecen el nucléolo y la membrana nuclear. Pero a diferencia de la profase mitótica, los cromosomas homólogos se juntan y entre ellos tiene lugar un intercambio de fragmentos de ADN. La profase I es la etapa más compleja de toda la meiosis, y para su estudio se puede dividir en las cinco fases llamadas, como antes vimos, leptoteno, zigoteno, paquiteno, diploteno y diacinesis: Los cromosomas individuales se condensan en largos filamentos y se empiezan hacer Leptoteno visibles. Cada uno de ellos está formado por un armazón proteico unido a la envoltura nuclear. En ellos se observan las dos cromátidas estrechamente unidas, que no se distinguen hasta el final de la profase I. En esta etapa los dos cromosomas homólogos de cada pareja se aparean longitudinalmente gen a gen. A este proceso se le denomina sinapsis y se realiza mediante una estructura proteica denominada complejo sinaptonémico. A cada pareja de cromosomas homólogos apareados se les denomina bivalentes o tétradas (contiene 4 cromátidas). Zigoteno Imagen en Proyecto Biosfera bajo CC Paquiteno 30 de 46 En este período se produce el sobrecruzamiento, entrecruzamiento o crossing-over entre cromátidas homólogas, es decir cromátidas no hermanas pertenecientes a la misma pareja de cromosomas homólogos. Durante el entrecruzamiento, un fragmento de una cromátida puede separarse e intercambiarse por otro fragmento de su correspondiente homólogo y, como consecuencia, se produce un intercambio de genes o recombinación genética, con ello aumenta la variabilidad. En esta animación las cromatidas de los cromosomas amarillos y verdes intercambian fragmentos. Importante Tras producirse la citocinesis, se han obtenido cuatro células hijas con un único juego de cromosomas, es decir, la mitad de cromosomas que la célula madre. Decimos que las células son haploides. La siguiente animación te puede servir para que repases paso a paso, hacia adelante y hacia atrás, cada una de las fases de la meiosis que hemos estudiado anteriormente: Animación modificada de Proyecto Biosfera bajo CC Pregunta de Elección Múltiple Uno de los fenómenos más interesantes que tienen lugar durante la meiosis es el intercambio de fragmentos que se produce entre cromátidas de cromosomas homólogos. ¿Sabrías indicar en qué fase de la meiosis se produce este fenómeno? Profase I. Profase II. Anafase I. 31 de 46 AV - Pregunta Verdadero-Falso Lee detenidamente el texto que viene a continuación. Indica si estás de acuerdo con lo que en él se dice. Durante la interfase que tiene lugar entre las dos divisiones meióticas, se produce una nueva duplicación del ADN. Este proceso es fundamental para que se produzcan células haploides. Verdadero Falso AV - Pregunta de Elección Múltiple La separación y migración de cromosomas homólogos hacia polos opuestos de la célula tiene lugar durante: Metafase I. Anafase I. Anafase II. AV - Pregunta de Elección Múltiple Durante una parte de la meiosis, los cromosomas aparecen formados por dos cromátidas, pero llega un momento en que sólamente poseen una única cromátida. ¿Sabrías indicar en qué fase los cromosomas aparecer formados por una única cromátida? Anafase I. Anafase II. Profase I. 32 de 46 5.2. Significado biológico En el apartado anterior hemos visto cómo se desarrolla la meiosis pero, ¿por qué es tan importante? Las razones de esta importancia son dos: En primer lugar, MANTIENE CONSTANTE EL NÚMERO DE CROMOSOMAS DE LA ESPECIE ¿Qué significa esto? Sabemos que durante la reproducción sexual se produce un proceso denominado fecundación. Durante la misma tiene lugar la fusión de dos gametos para dar lugar a un zigoto, que tiene un número de cromosomas que es igual a la suma de los que poseían ambos gametos (si los gametos tienen 20 cromosomas cada uno, el zigoto tendrá 40). Estas cifras se han de mantener a lo largo de las sucesivas generaciones, por lo que a lo largo del ciclo vital de una especie ha de haber un proceso que reduzca a la mitad el número de cromosomas que compense la duplicación que se produce durante la fecundación. Esta función la lleva a cabo la meiosis. Imagen en Wikimedia Commons de Stannered bajo CC En segundo lugar, GENERA UNA ENORME VARIABILIDAD GENÉTICA ¿Cómo se produce? Debido al entrecruzamiento entre cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos que se produce durante la profase I. Gracias a la separación de cromosomas homólogos (anafase I) y separación de cromátidas (anafase II). Imagen en Wikimedia Commons de John Gould bajo Dominio Público 33 de 46 Importante La variabilidad genética que se produce durante la meiosis es debida a: El entrecruzamiento o intercambio de segmentos de ADN durante la profase I. La segregación al azar de cromosomas homólogos durante la anafase I y de cromátidas durante la anafase II. Caso de estudio Exponga el concepto de meiosis y la importancia biológica de la misma. Describa la profase de la primera división meiótica. Caso de estudio Explique de qué forma contribuyen a la aparición de la variabilidad genética las mutaciones y la recombinación genética. ¿Qué importancia tiene la variabilidad genética para la evolución? AV - Actividad de Espacios en Blanco 34 de 46 Lee detenidamente el siguiente texto y rellena los espacios en blanco. Un submarino científico ha capturado en el fondo del mar un extraño organismo que parece un animal. Se ha realizado un estudio del mismo y se han encontrado células con 36 cromosomas y otras con 18 cromosomas. Los científicos han llegado a la conclusión que las células con cromosomas son las células con Enviar 35 de 46 y corresponden a células somáticas, mientras que cromosomas son haploides y corresponden a . 6. Apéndice Ya has estudiado lo fundamental sobre este tema, pero aún quedan cosas que se pueden aprender. ¿Sigues teniendo curiosidad por saber más? Imagen en Flikr de Endorphinejunkie bajo CC 36 de 46 6.1. Curiosidades Pre-conocimiento ¿Sabes qué ocurriría si se localiza un daño en el ADN?, ¿Crees que se realizará el ciclo celular? En el momento que se detecta que existe un daño en el ADN, el punto de control envía una señal que detiene el ciclo celular hasta que el ADN es reparado. Si no es posible repararlo, la célula queda marcada para entrar en apoptosis o muerte celular. Como verás en el vídeo, esta capacidad de suicidio celular está perdida en muchas células cancerígenas que tienen dañado el ADN, por lo que continúan, aún presentando daños, dividiéndose. 37 de 46 Pre-conocimiento La fase S es el único momento en el que la célula duplica su material genético, formándose dos copias idénticas del ADN que existía en la fase G1. ¿Cómo se dispone este ADN duplicado en la célula? Una vez ha terminado la fase S, la célula entrará en fase G2, para terminar entrando en la fase M. En la fase M el ADN se organiza formando cromosomas, los cuales quedan formado por dos filamentos cromosómicos idénticos llamados cromátidas, unidos por una zona llamada centrómero. Curiosidad Un cariotipo consiste en una fotografía o dibujo de todos los cromosomas de una célula. Para realizarlo se eligen células que están en metafase. La razón es muy simple, en esta fase los cromosomas alcanzan su grado máximo de condensación y por tanto se pueden observar mucho mejor. En humanos, la obtención del cariotipo permite detectar alteraciones cromosómicas graves, como el síndrome de Down, en fases muy tempranas del desarrollo embrionario. Imagen en Wikimedia Commons de Paquete bajo CC 38 de 46 Curiosidad ¿Has oído hablar de la amniocentesis o punción amniótica? Esta es una técnica médica en la que se extrae una muestra de líquido amniótico (el líquido que baña al embrión). En esta muestra es muy probable que existan células procedentes del feto, ya que se están dividiendo continuamente y, por tanto, contar los cromosomas que tiene. Es una forma sencilla de comprobar si existe alguna alteración en el número de cromosomas. En la imagen te mostramos un embrión humano de pocas semanas bañado por el líquido amniótico. Imagen en Wikimedia Commons de Euthman bajo Dominio Público Curiosidad Aunque el proceso de división celular está muy controlado, a veces pueden darse fallos, especialmente durante las primeras divisiones celulares del cigoto. Este hecho puede ser muy peligroso, ya que todas las células que se formen de la célula madre defectuosa heredaran la anomalía. El efecto de estas anormalidades genéticas depende de la naturaleza específica del error. Pueden ir desde una anomalía imperceptible a la muerte del organismo. 39 de 46 Curiosidad La meiosis fue descubierta y descrita por primera vez en los huevos del erizo de mar en 1876, observándose este proceso a nivel de cromosomas en 1883, en los huevos de gusanos parásitos del género Áscaris. Imagen en Wikimedia Commons de Imagen en Wikimedia Commons de Marco Busdraghi bajo CC Taragui bajo Dominio Público Curiosidad En estado embrionario, el número de oocitos que se presentan antes de nacer es de unos 5 millones. Las mujeres nacen con un número finito —aproximadamente, un millón— de oocitos que aparecen rodeados por una pequeña cantidad de fluido y otras células que lo nutren formando un folículo. La mujer en la pubertad tiene en sus ovarios unos 400.000 óvulos, de los cuales maduran a lo largo de su vida reproductiva unos 400, el resto, debido a que no se utilizan, se pierden. 40 de 46 6.2. Para saber más Para saber más Observa la descripción de la mitosis que hace este vídeo: Objetivos 41 de 46 No todas las células realizan el ciclo celular a la misma velocidad; entre las células del organismo adulto encontramos algunas que se dividen rápidamente y otras, como las células hepáticas, conservan aunque no la utilizan, su capacidad de división. Algunos tipos celulares están diferenciados de forma terminal y no pueden volver a proliferar a lo largo de toda la vida del individuo: es el caso de las células del músculo esquelético y cardiaco y las neuronas. ¡Pero también tenemos células que no paran de dividirse, por ejemplo las células encargadas de la formación de la sangre y las células del intestino! Para saber más 42 de 46 El ciclo celular está cuidadosamente regulado y son las células las que controlan el comienzo de cada una de las cuatro fases para evitar que se den fallos. Existen, en el reloj del ciclo celular, tres puntos de control (check point) que aseguran la fidelidad del proceso. Estos puntos están regulados por proteínas llamadas ciclinas y proteínas quinasas dependientes de ciclinas (CdK), que permiten el progreso a la siguiente fase siempre que la anterior haya sido completada con precisión. El primer punto se llama Punto R de restricción y es el encargado de regular el paso de la fase G1 a la fase S. En este punto la célula analiza si debe seguir o no en el ciclo celular; se evalúa si el tamaño celular es correcto y si hay daño en el ADN. Si la evaluación es negativa, la célula se para en este momento y entran en un estado de reposo denominado G0. Hay células que permanecen indefinidamente en este estado, mientras que otras, cuando son estimuladas, pueden abandonar la fase G0 y pasar de nuevo a G1, continuando el ciclo. El segundo check point se llama punto de control G2 y controla el paso de la fase G2 a la fase M; así se garantiza que sólo entren en mitosis las células que han pasado por la fase S y en ella hayan duplicado su material genético. El tercero es el punto de control M, y controla que se formen las estructuras necesarias para que la célula se divida con precisión. Si quieres ver una animación interactiva, muy interesante, de los puntos del control del ciclo celular, haz clic en este enlace. Imagen en Recursos INTEF bajo CC 43 de 46 Para saber más Observa esta interesante animación de Lourdes Luengo en la que se representa cómo se llevan a cabo la formación de quiasmas y la recombinación genética en la Profase I de la Meiosis. Animación de Lourdes Luengo bajo CC Para saber más 44 de 46 Un cromosoma consta de dos cromátidas hermanas, que son exactamente iguales desde un punto de vista genético ya que los genes que se encuentran en una cromátida serán los mismos que se hallen en la otra. Como ya has estudiado en esta misma unidad, una cromátida procede de la replicación de la otra, por eso son iguales. Puedes practicar un poco visitando el siguiente enlace. Imagen en Wikimedia Commons de Mychael bajo CC Para saber más Puedes repasar y hacer ejercicios de todo lo que has aprendido sobre la mitosis en estas páginas: Educastur. Proyecto Biosfera. Manual de Biología celular. Ejercicios. El proyecto biológico. Ejercicios resueltos. Ejercicios sobre imágenes reales. Ejercicios de rellenar huecos. 45 de 46 Obra colocada bajo licencia Creative Commons Attribution Share Alike 3.0 License 46 de 46
