la mitosis y meiosis. su importancia y consecuencias.

BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA
Volumen 1, No. 2
Octubre de 2011
ISSN 1853-5216
LA MITOSIS Y MEIOSIS. SU IMPORTANCIA Y CONSECUENCIAS
Stella Eloisa Clérici
Cátedra de Genética. Departamento de Biología. Facultad de Ciencias Agrarias. Universidad
Nacional de Catamarca. Maestro Quiroga y Avda. Belgrano. San Fernando del Valle de
Catamarca. E-mail: [email protected]
Recibido: 21/03/2011
Aceptado: 18/09/2011
______________________________________
LA GENÉTICA COMO CIENCIA
La genética ya no es solo una ciencia de laboratorio, en donde los
investigadores estudian la mosca de los frutos o la levadura para aprender a cerca de
los procesos básicos de la función o del desarrollo de la célula. La genética es el
corazón de la biología y el método elegido para diseccionar y entender las funciones y
disfunciones de los sistemas biológicos. La Genética trata todos los fenómenos
relacionados con la herencia y sus variaciones. La herencia es la trasmisión del
material germinal o plasma germinal de padres a sus descendientes; a ello se debe la
semejanza entre organismos con una misma ascendencia. La variación son las
diferencias que existen entre individuos de la misma ascendencia.
No obstante, hemos de tener en cuenta que la expresión de numerosos genes, y
con ello, la manifestación de los fenotipos correspondientes, está condicionada por
factores ambientales. Esta disciplina abarca el estudio de las células, los individuos,
sus descendientes, y las poblaciones en las que viven los organismos. Los genetistas
investigan todas las formas de variación hereditaria así como las bases moleculares
subyacentes de tales características. La Genética se la ha dividido en tres grandes
ramas: Genética clásica (también llamada genética mendeliana o de la transmisión),
Genética molecular y Genética de poblaciones.
Universidad Nacional de Catamarca
Secretaría de Ciencia y Tecnología ‐ Editorial Científica Universitaria
ISSN: 1853-5216
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
Una célula (del latín cellula, diminutivo de cellam, celda, cuarto pequeño) es la
unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de
menor tamaño que puede considerarse vivo. De este modo, puede clasificarse a los
organismos vivos según el número que posean: si sólo tienen una, se les denomina
unicelulares (como pueden ser los protozoos o las bacterias, organismos
microscópicos); si poseen más, se les llama pluricelulares, que son los organismos
que más frecuentemente encontramos en la naturaleza como los diploides, los más
evolucionados.
Si bien todas las células comparten características determinadas, presentan una
serie de diferencias que permiten agruparlas en dos grandes categorías: eucariontes
y procariontes.
Los organismos eucariotas se caracterizan por la presencia de un núcleo en el
que se encuentra el material genético. En los procariotas, como las bacterias, el
material genético se encuentra en un área no limitada, pero reconocible, de la célula
denominada nucleoide. En los virus, que no son auténticamente células, el material
genético esta enfundado en una cubierta proteica denominada cabeza o capsula viral.
Tanto en eucariotas como en procariotas el ADN (ácido desoxirribonucleico) es
la molécula que almacena la información genética. La información genética dirige el
funcionamiento de la célula, determina la apariencia externa de un organismo y sirve
de unión entre generaciones en todas las especies. El entender cómo se dan estos
procesos genéticos es esencial para la comprensión de la vida.
La continuidad genética entre las células y entre los organismos de cualquier
especie con reproducción sexual se mantiene gracias a dos procesos muy
importantes: la mitosis y la meiosis. Estos procesos, regulares y eficientes, aunque sus
mecanismos son similares en muchos aspectos, los resultados son totalmente
diferentes.
LA INTERFASE Y EL CICLO CELULAR
Muchas células presentan una alternancia continua entre división y no división.
Lo que sucede desde que termina una división hasta que comienza la división
siguiente constituye el ciclo celular. Se considera el estado inicial del ciclo, llamado
interfase, como el intervalo entre dos divisiones.
La actividad bioquímica en la interfase no se dedica solo al crecimiento celular y
a su funcionamiento normal, sabemos ahora que hay otra actividad esencial para la
siguiente mitosis, la replicación del ADN de cada cromosoma. El período en el que
67
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
se sintetiza el ADN se denomina fase S y tiene lugar antes de que la célula inicie la
mitosis.
Se demostró la existencia de dos períodos durante la interfase, antes y después
de la fase S y tiene lugar antes que la célula inicie la mitosis, en los que no se sintetiza
el ADN. Estas fases se denominan G1 y G2 respectivamente. En ambas fases, así
como la fase S, hay intensa actividad metabólica, crecimiento y diferenciaron celular.
Al término de la fase G2 el volumen prácticamente se ha duplicado, el ADN se da
replicado y se ha iniciado la mitosis (M). La interfase frecuentemente se incluye en
discusiones sobre mitosis, pero la interfase técnicamente no es parte de la mitosis.
Después de la mitosis, las células que están continuamente dividiéndose,
repiten este ciclo (G1, S, G2, M) una y otra vez, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1: Ciclo Celular de una célula diploide
Los mecanismos de división celular, llamados meiosis y mitosis, permiten
mantener las regularidades en la dotación cromosómica.
68
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
MITOSIS
La mitosis permite mantener constante, a través de las sucesivas divisiones
nucleares que intervienen en el crecimiento y en el desarrollo de un individuo
pluricelular a partir de una sola célula (huevo fecundado), que es la dotación diploide
constante de cromosomas.
La mitosis conduce a la producción de dos células, cada una de ellas con un
número de cromosomas idéntico a la de la célula paterna. Concretamente, la mitosis
es aquel período del ciclo celular durante el cual los cromosomas duplicados se
reparten de manera precisa e igual en las células hijas.
Los estadios son: profase, prometafase, metafase, anafase y telofase.
Cuadro 1: Los principales sucesos de la mitosis de una célula con un número diploide
2n=2 cromosomas
Interfase
La célula está ocupada en la actividad metabólica preparándose para la
mitosis 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)
Profase
La cromatina en el núcleo comienza a condensarse, espiralizarse y se
vuelven visible en el microscopio óptico como cromosomas. El nucléolo
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 que en vegetales no se ve.
Prometafase
La membrana nuclear se disuelve, marcando el comienzo de la
prometafase. Las proteínas se adhieren a los centrómeros creando los
cinetocoros. Los microtúbulos se adhieren a los cinetocoros y los
cromosomas comienzan a moverse.
Metafase
Las fibras del huso alinean los cromosomas a lo largo del medio del núcleo
celular, o placa metafásica Esta organización ayuda a asegurar que en la
próxima fase, cuando los cromosomas se separan, cada nuevo núcleo
recibirá una copia de cada cromosoma.
69
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
Anafase
Cada cromosoma se separa en cromátidas en los cinetocoros y se mueven
a los polos opuestos de la célula. El movimiento es el resultado de una
combinación de: el movimiento del cinetocoro a lo largo de los microtúbulos
del huso y la interacción física de los microtúbulos polares.
Telofase
Los cromatidios 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 pueden
comenzar también durante esta etapa.
Citocinesis
En células animales, la citocinesis ocurre cuando un anillo fibroso
compuesto de una proteína llamada actína, 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.
CONSECUENCIA DE LA MITOSIS
- A partir de una célula se originan dos células exactamente iguales a la que le
dio origen.
- Permite conservar el patrimonio genético
- Permite el crecimiento de los individuos
- Permite la multiplicación de los individuos a partir de estacas, hijuelos etc.
- El resultado final es la formación de dos núcleos que al final de la telofase
están formados por 2N cromatidios cada uno y que contienen idéntica información
genética de la célula que se originó.
MEIOSIS
La meiosis, un fenómeno especial en la formación de las células germinales,
dan por resultados los gametos haploides, cada uno con un miembro de cada par de
cromosomas, de forma que en la fecundación se restaura la diploidia.
Es una división que produce células especializadas denominadas gametos, con
muchas combinaciones únicas de cromosomas, a partir de las dotaciones haploides
provenientes del padre y de la madre, que permite que en la fecundación se de un
gran número de combinaciones cromosómicas asegurando la variación entre los
70
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
individuos de una misma especie y conservando la dotación cromosómica de
generación en generación.
El proceso meiótico es más complejo que el mitótico. Comprende dos divisiones
nucleares sucesivas: División I y División II.
En la División I el número de cromosomas se reduce a la mitad (reduccional),
mientras que en la segunda los cromosomas se dividen como en una mitosis
(ecuacional). La reducción a la mitad del número de cromosomas se debe al hecho de
que a una duplicación de los cromosomas (en interfase) le siguen dos divisiones
nucleares. De este modo de una célula diploide (2n) se obtienen cuatro haploides (con
n cromosomas), que contienen un cromosoma de cada uno de los pares de
homólogos. Cada una de las dos divisiones meióticas comprende a su vez fases como
en la mitosis.
Estadios División I a) Profase I se divide en cinco subfases: leptonema,
cigonema, paquinema, diplonema y diacinesis.
En leptonema los cromosomas comienzan a distinguirse; si bien cada uno de
ellos parece constituído por un filamento, en realidad lo está por dos cromátidas.
Durante cigonema se produce el apareamiento (sinapsis) entre homólogos. El
apareamiento implica la formación del complejo sinaptinémico (CS). Durante
paquinema se completa el apareamiento y los cromosomas se acortan. Las
cromátidas homólogas (no hermanas) intercambian segmentos de ADN (crossingover). El CS parece estabilizar el apareamiento permitiendo el crossing-over :
Figura 2: Cromosomas homólogos en crossing-over
Durante la diplonema los cromosomas apareados comienzan a separarse
aunque quedan unidos por los puntos de recombinación o crossing-over (quiasmas).
El CS desaparece. Durante la diacinesis los cromosomas continúan espiralizándose y
acortándose de manera que los bivalentes (par de cromosomas homólogos) van
perdiendo su forma alargada, se va produciendo la disyunción de los homólogos y los
centrómeros homólogos inician la coorientación; es decir, tienden a situarse a ambos
71
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
lados de la placa ecuatorial. Al final de la diacinesis comienza la desaparición del
nucleolo y la membrana nuclear.
Metafase I: los bivalentes alcanzan su máximo grado de contracción. Los centrómeros
(uno materno y otro paterno) quedan perfectamente orientados a ambos lados de la
placa ecuatorial, lo hacen al azar y no existe correlación entre la coorientación de un
bivalente y la de otro cualquiera de la misma célula. Luego se insertan en las fibras del
huso por medio de sus centrómeros.
Anafase I: los centrómeros comienzan a separarse atraídos por los polos y cada uno
arrastra en su movimiento a las dos cromátidas que une. Es decir, migran
cromosomas homólogos y no cromátidas hermanas como en la mitosis.
Telofase I: termina la emigración de los cromosomas agrupándose en los respectivos
polos celulares. Los cromosomas se despiralizan y reaparecen el nucleolo y la
membrana nuclear. Se inicia la citocinesis dando lugar a dos células hijas que
constituyen una díada. En organismos vegetales las células que constituyen la díada
permanecen unidas, mientras que en los animales no necesariamente.
Intercinesis: puede ser variable en su duración; cuando falta por completo tras la
telofase I se inicia sin interrupción la segunda división meióticas. En esta etapa no se
produce nunca síntesis de ADN.
DIVISIÓN II
La segunda división meiótica es esencialmente como una mitosis, con profase
II, metafase II, anafase II y telofase II, que se suceden para originar 4 células
gaméticas. Sin embargo varias características la distinguen de una mitosis
propiamente dicha. Principalmente el número de cromosomas por célula y su
variabilidad genética con respecto a la célula que la originó.
72
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
Figura 3: Los principales sucesos de la meiosis de una célula con un número
diploide 2n=4.
Cuadro 2: Procesos de división celular mitótica y meióticas.
Importancia agronómica
de la mitosis y meiosis
• La división mitótica permite
conservar el patrimonio genético,
permite el crecimiento de los
individuos y también permite la
multiplicación de individuos a
partir de estacas, hijuelos, etc.
• La división meiótica permite la
variabilidad, por lo tanto, a partir
de esa variabilidad el fitotecnista
puede seleccionar los individuos
cuyas características sirven para
los objetivos perseguidos.
73
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
CONSECUENCIA DE LA MEIOSIS
•
Número de cromosomas
•
Variabilidad
- Gametas masculina y femenina
- Crossing-over (figura 3A)
- Principios de Mendel (figura 3B)
•
Importancia de la diploidía
•
Flujos de genes
Recombinación de los cromosomas, segregación y distribución
•
Aneuploidía
•
Euploidía
- Autopoliploidía
- Aloploidía
•
Aberraciones
•
Evolución del sexo
- La fase diploide de un organismo que se reproduce sexualmente empieza cuando
dos células sexuales diferentes se fusionan. En los animales, estas células son un
óvulo y un espermatozoide. Cada uno de los núcleos diploides de un organismo
diploide tiene dos homólogos, normalmente dos copias no idénticas de cada
cromosoma, materna y paterna. Es que por medio de la meiosis se produce la
reducción del número de cromosomas del nivel diploide al haploide: lo que permite
mantener constante el número de cromosomas de la especie.
- La posibilidad de variación es mayor: por que se produce la recombinación génica
por medio del crossing-over durante el paquinema en la división I.
- La orientación de los pares de cromosomas sobre el huso es aleatoria e
independiente, resultando cuatro células haploides tras la meiosis que poseen una
colección aleatoria de copias de los cromosomas maternos y paternos. Los homólogos
se segregan, al igual que las copias de los genes localizados en esos homólogos. Esta
es otra fuente de variabilidad debida a la segregación Anafásica I.
El resultado es la formación de cuatro núcleos compuestos, al final de la
telofase, con n cromatidios cada uno y que además pueden diferir unos a otros en la
información genética que contienen y genéticamente distinta al que le dio origen,
posibilitando ya en la descendencia fenotipos nuevos, lo que implica una mayor
evolución y adaptación.
74
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
Figura 4: Esquematización de las dos contribuciones de la meiosis a la variabilidad
genética. A- La segregación al azar de los cromosomas homólogos. B- La
recombinación genética o crossing over.
75
Clérici
BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA 1 (2) :66-76. 2011
BIBLIOGRAFíA
- Klug, William S; Cummings Michael R; Spencer, Charlotte-2006. Conceptos de
Genética 8 Edición. Pearson Educación, S. A., Madrid
- Márquez, S; Ifrán, S. D; Zabala, E. División Celular
- Ringo John. 2004. Genética Fundamental Ed. Acriba S.A. Zaragoza-España
- Sánchez-Monge, E; Nicolás Jouve. 1985. Genética ed. Omega S.A.-Barcelona
- SANCHEZ-MONJE, E.I.N.P JOUVE. 1989. Genética. OMEGA .S. A-Barcelona.
- SINNOTT, DUNN y DOBZHANSKY.1977. Principios de Genética. OMEGA S ABarcelona.
- SRB, OWEN, EDGAR. 1974. Genética General. 3° Edición. OMEGA S.A.Barcelona.
- Winchester, A. M. 1972. Genética. Un estudio de los principios de la herencia.
CIA. ED. Continental S.A. de C. V., México
76