CICLO CELULAR Y DIVISIÓN 1

GENÉTICA
CAPÍTULO 3
Prof. Ramsés Salas Asencios
CICLO CELULAR Y DIVISIÓN
Desde el punto de vista genético, las principales
propiedades de los seres vivos son el mantenimiento y la
expresión de la información genética. En el caso de la
expresión genética, el proceso más importante es la
transcripción, que es la copia de un gen en una
molécula de ARN, la cual abandonará el ambiente
nuclear para cumplir sus diversas funciones en el
citoplasma y participar directa e indirectamente en la
síntesis de proteínas. En el caso del mantenimiento de la
información genética, el principal proceso es la
replicación, ya que de esta forma se estaría asegurando
que la información pueda ser transmitida a la siguiente
generación celular sin la pérdida de alguna parte de ella.
La replicación entonces implica la síntesis de una copia
entera de todo el ADN que se encuentra en el núcleo, la
cual debe ser previa a los procesos de división celular.
Por tanto, se asume que la replicación debe consumir un
tiempo relativamente grande para asegurarse de
completar la síntesis y de verificar que no existan errores
de copia (procesos de edición y reparación del ADN).
Cuando una célula ha duplicado todo su ADN, se
desencadena como consecuencia la división celular, a fin
de mantener el número cromosómico normal (antes de la
replicación, cada cromosoma consta de una cromátida,
luego de la replicación cada cromosoma debe contener
dos cromátidas, y después de la división celular, cada
cromosoma vuelve a contener una cromátida en las
células hijas). El tiempo que hay entre un proceso de
división celular y el siguiente, se denomina ciclo celular
y se divide en dos fases:
¿El ADN ha sido replicado?
¿El ADN está intacto?
¿El ambiente es favorable?
¿El ADN está intacto?
¿Todos los cromosomas se han
unido al huso mitótico?
¿El ambiente es favorable?
1) Interfase, que consta a su vez de tres etapas:
•
Fase S (síntesis de ADN): En esta etapa la
célula duplica su material genético para pasarle
una copia completa del genoma a cada una de
sus células hijas.
•
Fases G1 y G2 (por G de “gap” o intervalo): Son
las fases en las cuales la célula está muy activa
metabólicamente, lo cual le permite incrementar
su tamaño (aumentando el número de proteínas
y organelas), de lo contrario las células se harían
más pequeñas con cada división. La fase G1 es
el periodo que hay entre una división y el inicio
de la fase S, y en ella los procesos de síntesis y
producción de energía tienen como objetivo
preparar a la célula para la replicación, mientras
que la fase G2 abarca el tiempo que hay entre el
término de la fase S y el inicio de la división
celular, y los procesos de síntesis y energía que
ocurren en ella sirven para sostener este
proceso.
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2) Fase M o de Mitosis: En esta fase se reparte a las
células hijas el material genético duplicado, a través
de la segregación de los cromosomas. La fase M,
para su estudio se divide en:
•
•
•
•
•
Profase: En esta etapa los cromosomas
(constituidos de dos cromátidas hermanas) se
condensan en el núcleo, mientras en el
citoplasma se comienza a ensamblar el huso
mitótico entre los centrosomas.
Metafase: Comienza con el rompimiento de la
membrana nuclear, de esta manera los
cromosomas se pueden unir al huso mitótico
(mediante los cinetocoros). Una vez unidos
los cromosomas estos se alinean en el
ecuador de la célula.
Anafase: Se produce la separación
(disyunción) de las cromátidas hermanas, las
cuales dan lugar a dos cromosomas hijos, los
cuales migran hacia polos opuestos de la
célula.
Telofase: Aquí ambos juegos de cromosomas
llegan a los polos de la célula y adoptan una
estructura menos densa, posteriormente se
forma nuevamente la envoltura nuclear. Al
finalizar esta fase, la división del citoplasma y
sus contenidos comienza con la formación de
un anillo contráctil.
Citocinesis: Finalmente se divide la célula
por estrangulación de la membrana mediante
un anillo contráctil de actina y miosina,
produciendo dos células hijas cada una con
un juego completo de cromosomas.
Cuando ya no se requieren más células, éstas entran
en un estado denominado fase G0, en el cual
abandonan el ciclo celular y entran en un periodo de
latencia, lo cual no significa que entren en reposo ya
que estas células presentan un metabolismo activo,
pues si estas células reciben el estímulo adecuado
abandonan el estado G0 y entran al G1. Algunas
poblaciones celulares altamente especializadas como
las fibras musculares o neuronas al entrar en estado
G0 abandonan indefinidamente el ciclo celular.
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Para la célula, la mitosis tiene tres niveles de
trascendencia. A nivel genético, representa un sistema
de reparto equitativo e idéntico de la información
genética. Ambas células hijas tendrán la misma
información que poseía la célula madre (es decir, son
clones de ella). A nivel celular, la mitosis permite la
perpetuación de una estirpe celular y la formación de
colonias de células (lo cual permite, por ejemplo, el
cultivo de tejidos). A nivel orgánico, la mitosis permite el
crecimiento y desarrollo de los tejidos y de los órganos
de los seres pluricelulares así como la reparación y
regeneración de los mismos. De esta manera todas las
células de un organismo pluricelular, a excepción de las
células sexuales, disponen de idéntica información
genética.
MEIOSIS
Como se ha visto, la mitosis genera dos células hijas con
el mismo número (diploide) de cromosomas y, sobre
todo, con exactamente el mismo contenido genético.
Para la reproducción sexual, un paso fundamental es la
formación de gametos (células haploides) que, en la
fecundación, juntarán su contenido genético para
nuevamente renovar el número diploide de cromosomas
de la célula. La formación de gametos se realiza a
través de un proceso especial de división celular, en el
cual primero se reduce a la mitad el número de
cromosomas y luego las células generadas se duplican
para así obtener cuatro células haploides. Este proceso
se conoce con el nombre de meiosis y está constituido
por dos divisiones celulares consecutivas, entre las
cuales hay un periodo relativamente breve de interfase,
sin fase S (es decir, sin replicación).
En la Meiosis, los fenómenos más importantes ocurren
durante la Profase I, la cual se divide en:
A) Leptoteno: Los cromosomas aparecen como finos
filamentos.
B) Cigoteno: Pareamiento de los cromosomas
homólogos en toda su longitud (sinapsis), formando
divalentes.
C) Paquiteno: Cromosomas acortados, se observan
tétradas. Comienza el entrecruzamiento (crossing over)
entre los brazos de cromátidas no hermanas.
D) Diploteno: Los bivalentes se separan, el crossing
over se hace evidente en diversos puntos (quiasmas).
E) Diacinesis: Los quiasmas quedan en los extremos de
los cromosomas.
Paquiteno
Diploteno
Diacinesis
En la Metafase I, la distribución ecuatorial de los
cromosomas se realiza manteniendo juntos a los
cromosomas homólogos, una vez terminado el
entrecruzamiento. Esto va a generar que en la anafase I
ocurra la separación de los cromosomas homólogos,
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a diferencia de lo que ocurre en la metafase y anafase
mitóticas donde se aprecia el alineamiento lineal de los
cromosomas y la posterior separación de las
cromátidas hermanas. En todo caso, la imagen de la
anafase, sea mitótica o meiótica, se denomina
disyunción, en la cual se observa que los cromosomas
(o las cromátidas hermanas según sea el caso) se están
separando y migrando a los polos.
Debido a que la disyunción que ocurre en anafase I ha
separado a los cromosomas homólogos, terminando la
telofase I se tendrán células resultantes con un
cromosoma de cada tipo. Es decir, células haploides. Es
por esta razón que a la meiosis I se la conoce como
división reduccional.
En la meiosis II, los procesos o fases son equivalentes a
los de la división mitótica, sólo que está ocurriendo en
una célula haploide. En metafase II, la disposición
ecuatorial ya no es por pares sino por cromosomas
individuales, y la anafase II producirá la separación de
cromátidas hermanas (las cuales ya separadas, ahora
serán
consideradas
como
un
cromosoma
independiente), migrando la misma cantidad y el mismo
tipo de información a cada célula hija. Como las células
que entraron a la segunda división meiótica ya tenían el
número haploide de cromosomas, la meiosis II es
también conocida como una división ecuacional, ya
que las células resultantes tienen el mismo número
cromosómico que la célula progenitora.
Anafase I
TelofaseI/Profase II
Metafase II
Anafase II
SIGNIFICADO DE LA MEIOSIS
Si se toma en cuenta que los genes están constituidos
por una secuencia de nucleótidos, se puede esperar que
dentro de un mismo gen puedan encontrarse diferentes
variantes debido a mutaciones puntuales que van a
generar una variación en la expresión final (formación de
ARN o de proteínas). Estas mutaciones producen una
alteración estructural y/o funcional bastante definida en
las proteínas y enzimas codificadas por los genes.
Estas variantes de un mismo gen que pueden
encontrarse en los cromosomas homólogos, se
denominan alelos.
Por otro lado, los organismos
diploides son producto de la fecundación, o unión de dos
gametos, el espermatozoide y el óvulo. Esto significa
que el nuevo individuo contiene el conjunto haploide de
cromosomas heredado directamente del padre (a través
del espermatozoide) y también el de la madre (a través
del óvulo). Cuando ocurre la meiosis, entonces, la célula
germinal (diploide) contiene cromosomas paternos y
maternos). Terminando la meiosis, se obtendrán células
haploides, con un cromosoma de cada par, pero el
origen de los cromosomas que se encontrarán en un
Telofase II
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gameto resultante es completamente aleatorio. Es decir,
en la meiosis masculina por ejemplo, se pueden juntar
un cromosoma 15 paterno con un cromosoma 21
materno, junto con un cromosoma X o un Y. En el caso
del ser humano, al tener un número haploide de 23
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cromosomas, la meiosis produciría 2
posibles
combinaciones entre cromosomas paternos y maternos
y por lo tanto una combinación prácticamente infinita de
alelos paternos y maternos contenidos en estos
cromosomas, lo cual es fuente de una gran diversidad
genética.
Los fenómenos más relevantes de la meiosis son el
entrecruzamiento y la disyunción, ambos procesos
físicos que pueden ser observados a través del
microscopio compuesto.
Sin embargo, estos
mecanismos van a generar fenómenos genéticos muy
importantes. Por ejemplo, el entrecruzamiento entre los
brazos de cromosomas homólogos permitirá que ocurra
un intercambio en estas porciones. Entonces, si ocurre
el crossing over o entrecruzamiento de fragmentos de
cromosomas homólogos, se produce un intercambio de
material genético y por tanto un intercambio de alelos. A
este proceso se denomina recombinación.
La
recombinación por tanto será otra gran fuente de
variabilidad genética, puesto que los cuatro gametos
resultantes no tendrán la misma combinación de alelos
que los cromosomas antes del inicio de la meiosis.
Ya se había comentado que la anafase está marcada
por la disyunción que es la separación de cromosomas
homólogos o de cromátidas hermanas, según sea la
primera o segunda división meiótica. Pero, en anafase I,
producto de la recombinación previa, la disyunción
genera la separación de los alelos (posiblemente
diferentes) contenidos en los cromosomas homólogos).
Por tanto, la disyunción en Anafase I genera la
separación de alelos, proceso que se conoce también
como segregación, y que es la base de la Genética
Mendeliana.
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