Ciclo Celular Y Division Cellular

Ciclo Celular Reproducción Celular. Mitosis y Meiosis

Autor: Alejandro Fatouh

División y Reproducción Celular - Introducción La división celular es la parte del ciclo de vida de una célula (ciclo celular) en la que una célula inicial llamada madre se divide en dos para formar dos células hijas. Gracias a la división celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproducción vegetativa en seres unicelulares. Así, el crecimiento y desarrollo de los organismos depende del crecimiento y multiplicación de sus células. 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, todas sus células derivan de una sola célula: La célula Huevo o Cigoto y la repetida división de esta y sus descendientes determina el desarrollo y crecimiento del individuo.

Dos etapas de una célula en división, mostradas con la técnica de inmunofluorescencia

Fisión Binaria: La División Celular en Procariotas

El proceso de división celular en procariotas es mas simple que el que se desarrolla en eucariotas. En la fisión binaria una célula divide su material genético y el contenido celular y da lugar a dos celular hijas idénticas (imagen de la izquierda, Escherichia coli). Luego de numerosas divisiones (normalmente en poco tiempo) se obtiene un clon o colonia de células iguales. Los genes se transfirieron de generación en generación de la célula madre a las células hijas (imagen de la derecha, Micrococcus luteus)

Los Pasos Previos a la División Celular En Eucariotas: El Ciclo Celular

El Ciclo Celular Eucariota En general todas las células pasan por dos períodos en el curso de sus vidas: un primer periodo de interfase o de no división y un segundo periodo de división en el que se producen dos células hijas. Esos dos periodos se los resume en el Ciclo Celular El Ciclo Celular es el proceso ordenado y repetitivo en el tiempo en el que la célula crece y se divide en dos células hijas. Las células que no se están dividiendo no forman parte del ciclo celular, sino que están en una fase conocida como G0. Todas las células se originan únicamente de otra existente con anterioridad. El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula, descendiente de otra que se divide, y termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas. La duración del ciclo celular varía según la estirpe celular, siendo la duración media de unas 24 horas. Las células que se encuentran en el ciclo celular se llaman células proliferantes y las que se encuentran en fase G0 se llaman células quiescentes.

El Ciclo Celular Eucariota engloba las siguientes secuencias 1 - crecimiento o G1 2 - Síntesis del ADN o S 3 - preparación para la división o G2 4 - mitosis o M

Ciclo Celular Eucariota

Se llama Ciclo Celular a las cuatro fases sucesivas por las que pasan las células eucariotas: una fase M que corresponde a la división nuclear (mitosis) y citoplasmática (citocinesis): una interfase que empieza con la fase G1, en la que aumenta la actividad biosintética y de crecimiento celular; una fase S que empieza cuando se inicia la síntesis de ADN y acaba cuando el contenido de ADN del núcleo se ha duplicado, y una fase G2 que dura hasta que empieza la mitosis en la fase M.

Preparativos para la División Celular o Mitosis: Duplicación del ADN

Los Cromosomas Un Cromosoma es cada uno de los pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se condensa la cromatina del núcleo celular. El número de cromosomas determinan el cariotipo de una especie, es decir, forma, cantidad y tamaño de cromosomas. Esto diferencia a las especies entre sí, pero los individuos se distinguen por sus genes. Una especie tiene un número determinado de cromosomas, autosómicos (no sexuales) y genosómicos (sexuales). En los seres humanos y varios animales se usa el sistema de determinación XX para la hembra y XY para el macho. Los Humanos tenemos 46 cromosomas, 44 autosómicos y 2 sexuales.

Especie

Cromosomas

Mosca

5

Vaca

60

Perro

76

Mariposa

380

Helecho

1250

Los diferentes números de cromosomas según la especie

Estructura básica de un cromosoma en esquema y en fotografía.

El cariotipo es el conjunto de cromosomas (dotación cromosómica) de un organismo, considerando el número, la medida y la forma de los mismos. En la imagen un cariotipo humano de varón (nótese el par XY)

Duplicación del ADN Mientras una célula se encuentra en la fases G0 o G1 del ciclo celular, su material genético ADN se encuentra en la forma molecular denominada Cromatina. Para que una célula eucariota humana se divida, cada célula hija tiene que recibir una copia completa de cada uno de los 46 Cromosomas (23 pares), por lo que cada cromosoma de la célula madre deberá duplicarse. La duplicación del ADN ocurre durante la fase S del ciclo celular. Factores específicos (llamados FPS) presentes en la célula durante la fase G1 le dan la orden al núcleo de comenzar con la duplicación del material genético. Una vez duplicado el ADN, empieza a condensarse la cromatina para formar los Cromosomas. Esto sucede en la Fase G2 del ciclo

Cada cromosoma es la asociación de una doble cadena de ADN con proteínas llamadas Histonas. Esta asociación recibe el nombre de Nucleosoma. El nucleosoma es una estructura que constituye la unidad fundamental y esencial de la cromatina, que es la forma de organización del ADN en los eucariota. Los nucleosomas están formados por un núcleo de proteínas constituido por histonas. Viéndolo en un microscopio electrónico, se ve con forma de rosario o "collar de perlas", ya que está formada por la doble hélice de ADN enrollada sobre un grupo de 8 histonas (octámero), existiendo entre dos nucleosomas consecutivos un fragmento de ADN llamado ADN espaciador. Cada octámero de histonas está rodeado por casi 2 vueltas de ADN de doble cadena.

Molécula de ADN mostrando las histonas formando “collar de perlas”

De la Cromatina al Cromosoma A la Derecha: Etapas en el plegamiento de un cromosoma partiendo de la doble hélice de ADN. Se pueden observar los diferentes tamaños de cada estructura. Es conveniente recordar que un nanómetro es una unidad de medida que equivale a la millonésima parte de un milímetro o la mil-millonésima parte del metro. El nanómetro se abrevia nm. 1 nm = 1x10-9 m

M I T O S I S

La Mitosis es el proceso de división celular que permite obtener dos células hijas a partir de una célula madre. Las células hijas que se originan son iguales a la célula que le dio origen ya que reciben una copia exacta del ADN. Este proceso de división celular se da en las células somáticas de los organismos eucariotas, y consiste fundamentalmente, en una división de los cromosomas y una división del citoplasma. La mitosis es el proceso por el cual el individuo unicelular eucariota se reproduce, y el pluricelular crece y repara sus tejidos. Este proceso es continuo, aunque se lo suele dividir en 4 fases solo para facilitar su estudio. Además podemos considerar una etapa previa denominada interfase. Las Fases son: 1 – Profase 2 - Prometafase -Metafase 3 - Anafase 4 - Telofase

La Mitosis es la forma más común de la división celular en las células eucariotas. Una célula que ha adquirido determinados parámetros o condiciones de tamaño, volumen puede replicar totalmente su dotación de ADN y dividirse en dos células hijas, normalmente iguales. La secuencia de división es la siguiente:

Interfase: La célula esta ocupada en la actividad metabólica preparándose para la mitosis. Los cromosomas (en naranja) no se distinguen claramente en el núcleo, aunque una mancha oscura llamada nucleolo, puede ser visible. La célula puede contener un par de centríolos (en verde).

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 de proteínas se extienden desde los centrómeros. Algunas fibras cruzan la célula para formar el huso mitótico.

Prometafase: La membrana nuclear se disuelve, marcando el comienzo de la prometafase. Las fibras de proteínas del huso se adhieren a los centrómeros de los cromosomas. Los cromosomas comienzan a moverse.

Metafase: Las fibras del huso alinean los cromosomas en el centro de la célula. Esta organización ayuda a asegurar que en la próxima fase, cuando los cromosomas se separen, cada nuevo núcleo reciba una copia de cada cromosoma.

Anafase: Los pares de cromosomas se separan y se mueven a lados opuestos de la célula.

Telofase: Los cromosomas llegan a los polos opuestos de la célula y nuevas membranas se forman originando 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 celular rígida requiere que un placa celular sea sintetizado entre las dos células.

Resumen del Proceso de Mitosis

Interfase Profase Temprana: *desaparece la membrana nuclear *desaparece el nucleolo *los cromosomas comienzan a condensarse Profase Tardía: *los cromosomas se condensan al máximo *los centríolos migran hacia los polos de la célula *se forma el huso mitótico [en esta fase los cromosomas están formados por 2 cromátidas] Prometafase - Metafase: *El huso mitótico se adhiere a los centrómeros de los cromosomas *Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula Anafase: *Las cromátidas hermanas son desplazadas hacia los polos de la célula *Comienza la división del citoplasma (citocinesis) Telofase: *Termina la división del citoplasma *De rearman las membranas nucleares alrededor de los nuevos grupos de cromosomas [al finalizar esta etapa cada cromosoma esta formado por una cromátida]

Profase

Anafase

Metafase

Telofase

Una Mitosis de célula epitelial aumentada 2700 veces. En color azul pueden observarse los cromosomas y en rojo el huso mitótico

Citocinesis La cariocinesis es la división del núcleo de la célula original en dos nuevos núcleos hijos La citocinesis o citoquinesis es la separación física del citoplasma de la célula madre en dos células hijas durante la división celular. Se produce al final de la telofase de la mitosis. Su mecanismo es distinto en la célula animal (por estrangulación) o vegetal (por tabicación). En células animales la formación de un surco de división implica una expansión de la membrana en esta zona y una contracción progresiva causada por un anillo periférico contráctil de actina asociada a miosina. Este anillo producirá la separación de las dos células hijas por estrangulación del citoplasma.

Reproducción Sexual La Importancia de la Meiosis

La reproducción sexual o gámica constituye el procedimiento reproductivo más habitual de los seres pluricelulares. Muchos de estos la presentan, no como un modo exclusivo de reproducción, sino alternado, con modalidades de tipo asexual. También se da en organismos unicelulares, principalmente protozoos y algas unicelulares. Para que exista reproducción sexual deben existir células diferenciadas que aporten el material genético necesario para formar un nuevo ser. Estas células reciben el nombre de gametas o gametos y surgen a partir de formas especiales de la división celular, como es el caso de la meiosis.

Tipos de Reproducción Sexual Las características morfológicas y funcionales de los gametos permiten diferenciar dos formas de reproducción sexual: Isogámica, que es el tipo de reproducción sexual en la que intervienen gametos morfológicamente iguales. La reproducción sexual isogámica se observa en algunas algas, hongos inferiores y protozoos. En este tipo de reproducción, los gametos tienen el mismo tamaño, idéntica forma externa y la misma fisiología. Por ello no es posible denominarlos gameto masculino y femenino, por lo que se emplean los símbolos + y - en función de su comportamiento Anisogámica, en donde los gametos son notoriamente diferentes. La reproducción sexual anisogámica o heterogámica es la más frecuente, y la utilizan la mayoría de los organismos pluricelulares. En ella, los gametos se diferencian tanto morfológica como fisiológicamente. Uno de ellos es diminuto y móvil, recibiendo el nombre de gameto masculino o espermatozoide (izquierda, arriba) mientras que el otro es grande y sedentario y se denomina gameto femenino u óvulo (izquierda, abajo).

Los espermatozoides son las células sexuales masculinas. Son células móviles muy especializadas cuya función es la de alcanzar el óvulo y fecundarlo. Están formados por una cabeza y una cola. La cabeza contiene al núcleo donde se encuentra alojado el material genético. La cola está constituida por el cuerpo que posee mitocondrias que le confieren energía para moverse y la cola o flagelo que le da la movilidad.

Los óvulos son las células sexuales femeninas. Son células grandes y redondeadas. En los animales, incluido Homo sapiens, el óvulo es una célula haploide producida por el ovario, portadora del material genético y capaz de ser fecundada por un espermatozoide, formándose entonces un cigoto. Los óvulos son las células más voluminosas del cuerpo humano, formadas por meiosis en un proceso llamado ovogénesis.

Meiosis, el proceso de formación de gametas.

Cada especie de organismos posee un número propio de cromosomas (por ejemplo: un gato 38, un humano 46, un perro 78) y este numero se mantiene constante en la mayoría de las células del individuo; la excepción son las células sexuales o gametas (ovulo y espermatozoide) que presentan la mitad de dicho número. El proceso que permite esta reducción a la mitad del número de cromosomas se denomina Meiosis. El número de cromosomas de las gametas se conoce como número Haploide (n), y en las células somáticas, como número Diploide (2n). Las células que tienen más de dos dotaciones cromosómicas se denominan Poliploides.

Espermatozoide en contacto con la superficie de un óvulo. La fusión de ambas gametas permite que se reestablezca el número diploide en el cigoto.

La Meiosis es el proceso por el cual a partir de una célula madre se obtienen cuatro células hijas con la mitad del numero de cromosomas. Se lleva a cabo en las células 2n (diploides) de los órganos sexuales para obtener células n (haploides). En el proceso de Meiosis se distinguen las siguientes etapas: etapa reduccional o meiosis I y etapa ecuacional o meiosis II.

Etapa Reduccional o Meiosis I: Profase I Metafase I Anafase I Telofase I Etapa Ecuacional o Meiosis II Profase II Metafase II Anafase II Telofase II

Profase I: los cromosomas se disponen de a pares, cada uno de los cuales se conoce como homólogo y corresponden a cada uno de los progenitores. Un homólogo consiste en dos cromátidas hermanas idénticas que se mantienen unidas en el centrómero. Los cromosomas homólogos se aparean. La unión resulta en la formación de estructuras denominadas tétradas Metafase I: Las Tétradas se alinean en el ecuador de la célula. Ocurre intercambio entre cromosomas homólogos (recombinación o Crossing Over).El huso mitótico se une a los centrómeros Anafase I: Los cromosomas homólogos se mueven a los polos opuestos de la célula Telofase I: Los cromosomas son rodeados por la membrana nuclear y las células comienzan a dividirse Interfase II: Ocurre citocinesis

Profase II: Los cromosomas se condensan nuevamente luego de una breve interfase en la cual el ADN no se replica. Metafase II: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de cada célula Anafase II: Las cromátidas hermanas son arrastradas a los extremos de la célula convirtiéndose en cromosomas. Telofase II: Los cromosomas son rodeados por la membrana nuclear y las células se dividen Citocinesis: Cada una de las cuatro células tiene un número haploide de cromosomas

Arriba. Para simplificar el proceso de meiosis se representan solo un par de cromosomas homólogos. Después de la replicación del ADN, cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas unidas. En la iMagen solo está representada la Meiosis I Abajo. Obsérvese el entrecruzamiento o Crossing Over entre cromosomas homólogos, lo que genera intercambio de material genético (letras a, b, c, d y A, B, C D representan genes) lo que permite una alta variabilidad.

La Gametogénesis

La Meiosis que se produce en los testículos del macho y en los ovarios de la hembra se denomina Gametogénesis. Por tanto llamamos gametogénesis al proceso mediante el cual se forman las gametas masculinas ( espermatozoides) y las gametas femeninas (óvulos). Cuando hablamos de Meiosis en el Ovario, hablamos de Ovogénesis y en el Testículo, Espermatogénesis.

Diferencias entre Ovogénesis y Espermatogénesis • • • • •

Se acumula mayor cantidad de material nutritivo durante la ovogénesis que en la espermatogénesis. Las células resultantes de la ovogénesis presentan tamaños diferentes debido a que el material nutritivo no se distribuye equitativamente. En la ovogénesis se produce un gameto funcional, mientras que en la espermatogénesis se producen cuatro gametos funcionales. Durante la formación de los espermatozoides (espermatogénesis), se requiere un proceso de diferenciación para obtener gametos funcionales, lo cual no sucede durante la ovogénesis. La ovogénesis se inicia al tercer mes del desarrollo intrauterino; la espermatogénesis cuando el hombre llega a la pubertad.

Ovogénesis El proceso por el cual se forman los óvulos es la ovogénesis. El proceso empieza desde el tercer mes del desarrollo fetal e incluye dos etapas: crecimiento de la ovogonia y meiosis : 2) Las ovogónias se multiplican y forman los ovocitos primarios 3) Los ovocitos primarios experimentan la primera meiosis reduccional originando dos células, una grande llamada ovocito secundario y una pequeña que denomina primer cuerpo polar. Permanecen así hasta la madurez sexual de la mujer 4) Al producirse la madurez, cada ovocito prosigue su primera división meiótica y da origen a un ovocito secundario y al primer cuerpo polar. 5) Poco antes de la fecundación el ovocito secundario sufre la segunda división meiótica y da origen a un óvulo y a un segundo cuerpo polar, el primer cuerpo se divide en otros dos que luego son reabsorbidos por el organismo junto con el segundo cuerpo polar.

La Ovogénesis: • Forma óvulos • Las Células diploides femeninas que experimentan meiosis son los Ovocitos Primarios. • Originan células haploides (el citoplasma no se reparte equitativamente) • Un ovocito primario origina un óvulo que recibe la mayor parte del citoplasma, ribosomas, mitocondrias, enzimas y nutrientes y tres cuerpos polares que no son funcionales y mueren.

En la Ovogénesis, la primera de las dos divisiones meióticas, la que reduce el número de cromosomas, se inicia durante el desarrollo embrionario y queda interrumpida durante la profase. Se reanuda a partir de la pubertad, cuando en cada ciclo menstrual madura un folículo y el ovocito que envuelve, completándose la primera división, que produce un ovocito secundario, y arrancando la segunda. La segunda división meiótica queda a su vez interrumpida, y no se completa hasta que no ocurre la fecundación, si es que ésta llega a producirse.

Espermatogénesis Los espermatozoides se forman en el interior de los testículos, específicamente dentro de los túbulos seminíferos. Las paredes de estos túbulos se encuentran tapizados de espermatogonias, las cuales, por meiosis, se transforman en espermatozoides. La espermatogénesis abarca los siguientes pasos: 3) Las células madres o espermatogonias, se multiplican por mitosis y originan los espermatocitos primarios 4) Cada espermatocito primario experimenta una primera división reduccional (meiosis) y se transforma en un espermatocito secundario 5) Cada espermatocito secundario experimenta una segunda división meiótica y da origen a dos espermátidas. 6) Cada espermátida experimenta un proceso de diferenciación y se transforma en un espermatozoide con 23 cromosomas. El paso de espermatocito primario hasta espermatozoide maduro requiere de 48 días.

La Espermatogénesis: 1 - Forma espermatozoides 2 - Las Células diploides masculinas que experimentan meiosis son los Espermatocitos Primarios. 3 - Los espermatozoides priorizan las estructuras que permiten la movilididad. 4 - Todas sus células resultantes son de igual tamaño. 5 - Se producen cuatro gametos funcionales

Diferencias entre Fisión Binaria, Mitosis y Meiosis

Comparación entre Mitosis y Meiosis

Distintos tipos de ciclo celular y su relación con la Meiosis

Protistas y hongos

Plantas

Animales

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