Introducción a las Ciencias Biológicas Departamento de Biología Práctica de laboratorio virtual Mitosis Objetivos 1. Identificar al microscopio virtual las fases de la división mitótica. 2. Identificar los eventos que ocurren en las células durante cada una de las fases de la mitosis. 3. Determinar el índice mitótico y el índice por fase en fotografías de tejidos que presentan células en diferentes fases de mitosis. Introducción Durante el ciclo de vida de los organismos, la división celular es necesaria para su crecimiento, reparación de heridas y su reproducción (Freeman, 2008). La mitosis es un proceso de división del material genético de las células somáticas que produce dos células genéticamente idénticas y es el fundamento del crecimiento, la reparación de tejidos y la reproducción asexual. La otra forma de división del material genético de un núcleo se denomina meiosis y es un proceso que, aunque comparte mecanismos con la mitosis, no debe confundirse con ella, ya que es propio de la división celular de los gametos. Este proceso produce células genéticamente distintas y, combinada con la fecundación, es el fundamento de la reproducción sexual y la variabilidad genética (Figura 1). (Freeman, 2008) Figura 1. Mitosis y meiosis, procesos de división nuclear importantes durante el ciclo de vida de los organismos eucariotas. 1 El ciclo celular mitótico tiene dos fases principales: 1) la interfase, durante la cual las células no se están dividiendo y el DNA se está replicando, y 2) la mitosis o fase M, durante la cual las células se están dividiendo (Sadava et al., 2014). La interfase (Figura 2) presenta a su vez tres fases, la primera de crecimiento celular (G1), la segunda de síntesis de DNA y proteínas cromosómicas (S) y la tercera de aumento de síntesis de proteínas (G2) (Perdomo de Parra & Santamaría, 2008). En la interfase el núcleo se encuentra bien definido y se identifican los nucleolos (Perdomo de Parra & Santamaría, 2008) (Figura 2b). a) b) (Perdomo de Parra & Santamaría, 2008) (Sadava et al., 2014) Figura 2. a) Célula en interfase, en la micrografía, los microtúbulos se encuentran teñidos con colorante verde y los cromosomas con rojo; el diagrama muestra la replicación del DNA durante la fase S. b) Células del meristemo de raíz de cebolla en Interfase (400X). A. Núcleo. B. Nucleolo. 2 Después de finalizada la interfase la célula inicia la mitosis que se divide en cuatro fases: 1) Profase durante la cual la cromatina se condensa y las cromátides separadas se hacen visibles (Sadava et al., 2014) (Figura 3). En esta fase la membrana nuclear comienza a desintegrarse y por esta razón el núcleo se observa más grande, la cromatina se observa más oscura y los nucleolos no son visibles porque se han desintegrado (Perdomo de Parra & Santamaría, 2008) (Figura 3b). a) b) http://practicasbiologia.unileon.es/practicasconsusfotos/practicas1y2/fotosacomprimirpracticas1y2/metafase4.JPG (Sadava et al., 2014) Figura 3. a) Célula en profase, en la micrografía, los microtúbulos se encuentran teñidos con colorante verde y los cromosomas con rojo; el diagrama muestra la condensación de la cromatina y las cromátides de los cromosomas. b) Células del meristemo de raíz de cebolla en Profase (400X). 3 2) Prometafase durante la cual la envoltura nuclear se desintegra por completo y los cromosomas condensados se unen al huso mitótico (Sadava et al., 2014) (Figura 4). a) b) (Perdomo de Parra & Santamaría, 2008) (Sadava et al., 2014) Figura 4. a) Célula en prometafase, en la micrografía, los microtúbulos se encuentran teñidos con colorante verde y los cromosomas con rojo; el diagrama muestra la desintegración de la membrana nuclear. b) Células del meristemo de raíz de cebolla en prometafase (400X). 4 3) Metafase durante la cual los cromosomas se alinean en la línea media de la célula (posición ecuatorial) (Sadava et al., 2014). Los cromosomas se encuentran en su máximo estado de enrollamiento (Perdomo de Parra & Santamaría, 2008) (Figura 5). a) b) http://practicasbiologia.unileon.es/practicasconsusfotos/practicas1y2/fotosacomprimirpracticas1y2/metafase2.jpg (Sadava et al., 2014) Figura 5. a) Célula en metafase, en la micrografía, los microtúbulos se encuentran teñidos con colorante verde y los cromosomas con rojo; el diagrama muestra los cromosomas alineados en el plano ecuatorial de la célula. b) Células del meristemo de raíz de cebolla en Metafase (400X). 5 4) Anafase durante la cual las cromátidas gemelas se separan y se dirigen hacia los polos opuestos (Sadava et al., 2014) (Figura 6). a) b) http://practicasbiologia.unileon.es/practicasconsusfotos/practicas1y2/fotosacomprimirpracticas1y2/metafase4.JPG (Sadava et al., 2014) Figura 6. a) Célula en anafase, en la micrografía, los microtúbulos se encuentran teñidos con colorante verde y los cromosomas con rojo; el diagrama muestra las cromátidas hermanas que se separan y se dirigen hacia los polos de la célula. b) Células del meristemo de raíz de cebolla en Anafase (400X). 5) Telofase durante la cual se forma una envoltura nuclear alrededor de cada conjunto de cromosomas, los cromosomas se observan menos condensados, el huso desaparece (Sadava et al., 2014) y se forman dos células hijas pequeñas con características similares a las de las células en profase, pero de menor tamaño (Perdomo de Parra & Santamaría, 2008). La división nuclear suele ir seguida de una citoquinesis, en el caso de las células animales, los citoplasmas se dividen a través de un anillo contráctil formado por microfilamentos de actina y miosina, mientras que, en las células vegetales, la citoquinesis se realiza por vesículas que se fusionan para formar la placa celular (Figura 7). 6 a) b) http://practicasbiologia.unileon.es/practicasconsusfotos/practicas1y2/fotosacomprimirpracticas1y2/telofaseyanafase.JPG (Sadava et al., 2014) Figura 7. a) Célula en telofase, en la micrografía, los microtúbulos se encuentran teñidos con colorante verde y los cromosomas con rojo; el diagrama muestra la formación de las células hijas, la reorganización de la membrana nuclear y el inicio de la citoquinesis de una célula animal. b) Células del meristemo de raíz de cebolla en Telofase (400X). Para complementar las bases teóricas de la mitosis consultar el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=lXisSVgRI6s Procedimiento I. Observación virtual de las fases de la mitosis en micropreparados de células de raíz de cebolla cabezona (Allium cepa). Los micropreparados de células de raíz de cebolla cabezona (Allium cepa) son ampliamente empleados para la observación de las fases de la mitosis. Para su elaboración se hace uso de técnicas histológicas, las cuales son procedimientos que se requieren para obtener secciones teñidas, en este caso de tejidos vivos extraídos de una planta, para su posterior observación al microscopio (Megías et al., 2019). 1. Para comprender el proceso de elaboración de los micropreparados “virtuales” de la práctica de mitosis observe el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=-H_wCxLUMRo 2. A continuación, consulte el siguiente vínculo correspondiente al micropreparado virtual del meristemo apical de raíz de cebolla cabezona (Allium cepa): https://mmegias.webs.uvigo.es/1vegetal/v-imagenes-grandes/meristemo_primario.php#n 7 3. Haga click con el mouse del computador sobre la etiqueta “Meristemo primario” y observe que este tejido se encuentra ahora delimitado por la línea punteada en el micropreparado virtual. Tenga en cuenta la localización de este tejido para ubicar las fases de la mitosis en los pasos que se presentan a continuación. 4. Haga click con el mouse del computador sobre la etiqueta “Zona de proliferación” y observe detalladamente las fases de la mitosis que se identifican en el micropreparado virtual. 5. Ahora diríjase al microscopio virtual para observar el micropreparado de raíz de cebolla cabezona (Allium cepa): http://innovacionumh.es/microscopio/MUESTRAS/B/B4x.html a. Observe con el objetivo de 4x en el micropreparado de raíz de cebolla, el meristemo (extremo del corte que se observa más teñido debido a la intensa actividad de los núcleos). ¿Cuál es el aumento total de la muestra? El aumento total es 40x ¿Logra identificar alguna fase de la mitosis? ¿Cuál o cuáles? No logro identificar alguna fase. b. Haga click con el mouse del computador sobre la imagen de manera que logre una observación con el objetivo de 10x. ¿Cuál es el aumento total de la muestra? El aumento total es de 100x ¿Logra identificar alguna fase de la mitosis? ¿Cuál o cuáles? Con este aumento identifico la telofase c. Haga click con el mouse del computador sobre la imagen de manera que logre una observación con el objetivo de 40x. ¿Cuál es el aumento total de la muestra? El aumento total es de 400x ¿Logra identificar alguna fase de la mitosis? ¿Cuál o cuáles? Logro identificar la profase, metafase y telofase Recuerde que en el microscopio no debe mover el portaobjetos directamente con la mano para localizar un área que desea observar, ya que se dañan los mecanismos giratorios de los mandos, 8 para ello se utilizan los tornillos del carro. En este caso utilice el mouse del computador sobre la barra gris que se encuentra a mano derecha y la que se encuentra en la parte inferior de la imagen y localice una sección del tejido meristématico en la cual logra observar diferentes fases de la mitosis. d. A continuación, agregue “aceite de inmersión virtual” al micropreparado, luego haga click con el mouse del computador sobre la imagen de manera que logre una observación con el objetivo de 100x. ¿Cuál es el aumento total de la muestra? El aumento total es de 1000x ¿Logra identificar alguna fase de la mitosis? ¿Cuál o cuáles? Logro identificar todas las fases Con ayuda del mouse del computador sobre la barra gris que encuentra a mano derecha y en la parte inferior de la imagen localice cada una de las fases de la mitosis. Luego: a. Realice un registro gráfico de cada una de las fases de la mitosis, tenga en cuenta incluir el aumento total en cada esquema. b. Realice un cuadro comparativo en el que se evidencien las diferencias entre las fases de la mitosis. Fases Diferencias Profase Esta es la fase en donde se realiza el proceso de división y además esta requiere del material genético. Metafase Esta es la fase en donde el cromosoma comienza su proceso de división y los cromosomas están unidos a las fibras del hueso cromático 9 Anafase Telofase II. Fase en la cual el cromosoma se separa del material genético por lo cual se forman dos cromosomas. Es la cuarta fase donde los cromosomas se convierten es dos núcleos. Medición del ciclo celular: determinación del índice mitótico y del índice de la fase. Esta actividad ha sido modificada de la guía de laboratorio virtual elaborada por: Eimmy Garavito (monitora de laboratorio de Biología Celular) y Myreya Pinedo Castro (docente de Biología Celular). Analice la siguiente fotografía en la cual se encuentran células en diferentes fases de la mitosis. Obtenga el índice mitótico y el índice por fase, de la siguiente manera (Garavito & Pinedo, 2020): Índice mitótico: “Proporción de células en cualquier fase de la mitosis dentro de la población celular analizada. De los datos obtenidos se calcula la duración relativa de la mitosis y de la interfase” (Garavito & Pinedo, 2020). 𝐼𝑚 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖ó𝑛 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖ó𝑛 + 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑓𝑎𝑠𝑒 Índice de la fase: “Proporción de células en profase, metafase, anafase o telofase dentro de la población de células analizada. Para este caso, deben realizarlo con cada una de las fases, es decir, índice de la profase, índice de la prometafase, índice de la metafase, índice de la anafase e índice de la telofase” (Garavito & Pinedo, 2020). Por ejemplo: 𝐼𝑝𝑟𝑜𝑓𝑎𝑠𝑒 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑡𝑜𝑠𝑖𝑠 Fotografía: 10 Índice mitótico: IM: (11+13) = 24=11/24 = 0.45 Índice de fase: 11 Bibliografía 1. Freeman, S. 2008. Biological science. 3rd edition. Pearson Education, Inc. San Francisco, U.S.A.1262 p. 2. Garavito, E. & Pinedo, M. 2020. Práctica de laboratorio complementario Mitosis. Guía de laboratorio virtual Curso de Biología celular. Departamento de Biología. 3. Megías M, Molist P, Pombal MA. 2019. Atlas de histología vegetal y animal. Técnicas histológicas. Recuperado (6-05-2020) de: http://mmegias.webs.uvigo.es/6-tecnicas/1introduccion.php 4. Perdomo de Parra, N. & Santamaría, L.M. 2008. Mitosis y meiosis. En: Santamaría, L.M. (Ed.) 2008. Manual de laboratorio de biología básica de organismos multicelulares (pp 15-22). Bogotá, D.C., Colombia: Editorial Pontificia Universidad Javeriana. 5. Sadava, D., Hillis, D.M., Heller, H.C., & Berenbaum, M.R. 2014. Life: The science of biology. 10th edition. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, U.S.A. 1263 p. 12
