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Actividad didáctica
Mitosis, Meiosis y Fertilización
Nombres de los integrantes Grupo
Instrucciones:
La siguiente actividad se realizará en grupos de dos personas. Lean en conjunto la
información y contesten las preguntas después de discutirlas. Realicen las actividades
que se les piden.
Mitosis—Cómo se generan nuevas células en el cuerpo
Preguntas iniciales:
¿Cuántas células tiene tu cuerpo?, ¿cómo se originan dichas células?
El desarrollo de cada uno de nosotros se inicia como una sola célula, por tanto la pregunta
importante es:
¿Cómo esa célula da como resultado a un organismo con más de un trillón de células?
La producción de ese gran número de células somáticas es consumada por muchas y muchas
repeticiones de un ciclo de división celular, en el que una célula origina dos nuevas y cada una
de las cuales produce otras dos, etc. De este modo, la división celular es necesaria para el
crecimiento.
No obstante, en un individuo adulto completamente maduro, muchas de sus células siguen
dividiéndose. ¿Por qué es útil este proceso? Por ejemplo, piensa en tejidos como la piel.
Las dos células que provienen de la división de una célula se denominan células hijas. Cada
una de las células hijas debe tener un juego completo de cromosomas. ¿Qué son los
cromosomas? ¿Por qué cada célula requiere de un juego completo de ellos?
¿Cómo piensas que cada célula adquiere su juego completo de cromosomas?
En cada ciclo de división celular, lo primero que hace la célula es una copia del ADN de cada
uno de sus cromosomas, como se muestra en la figura 1.
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Figura 1. Replicación del ADN
Después de que el ADN de cada cromosoma se ha replicado, la célula pasa por un tipo de
división celular denominado mitosis, que asegura la separación de las dos copias de cada uno
de los cromosomas hacia los extremos opuestos de la célula en división, de este modo cada
célula hija termina con una dotación completa de cromosomas.
Mitosis- Las bases
Una vez que el ADN de un cromosoma se replica, las dos copias de esta molécula forman dos
cromátidas que se encuentran unidas por el centrómero. Estas cromátidas se llaman
cromátidas hermanas debido a que son idénticas. Durante la mitosis, las dos cromátidas de un
cromosoma se separan y ahora son cromosomas independientes; cada uno de éstos para cada
célula hija. Figura 2.
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Figura 2. Algunos de los eventos importantes de la mitosis
La mayoría de los organismos con reproducción sexual somos diploides, es decir, poseemos 2
juegos de cada cromosoma en la mayoría de nuestras células. Cada par de cromosomas se
denominan homólogos, y uno es de origen materno y otro paterno. Ambos homólogos
contienen genes que controlan los mismos rasgos (por ejemplo, color de ojos y color de piel).
Para cada gen en un par de cromosomas homólogos, puede haber dos versiones (alelos)
iguales o diferentes de ese gen (por ejemplo, un alelo para el lóbulo de la oreja pagado en uno
de los cromosomas y un alelo para el lóbulo despegado en el otro cromosoma). En contraste,
las dos cromátidas hermanas de un cromosoma tienen alelos idénticos de cada gen, ya que el
proceso de copiado del ADN resulta en copias exactas de los alelos originales.
Para simplificar las cosas, iniciaremos la discusión de la mitosis en una célula que sólo tiene
un par de cromosomas homólogos. Simularemos la mitosis usando un par de
“calcetinsomas” para representar un par de cromosomas homólogos. Cada calcetinsoma
tendrá dos calcetines unidos por el talón para representar las cromátidas en un cromosoma
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después de la replicación del ADN. El par de calcetinsomas se verá como los cromosomas de
la figura 2.
1. En interior de la célula, cada cromátida consta de una única y larga molécula de
¿Los alelos de las cromátidas hermanas en un cromosoma son idénticas o diferentes?
Argumentar
¿Los alelos en los dos cromosomas homólogos son idénticos o diferentes? Argumentar
2. Los calcetinsomas son del mismo color para indicar que un par de cromosomas homólogos
tienen los mismos genes; además, cada uno posee cinta adhesiva con una letra, ya sea
mayúscula o minúscula, lo que representa que cada homólogo porta una versión diferente del
mismo gen.
¿Cual es el error en el diagrama que se muestra abajo? (Figura 3). Explica por qué las
cromátidas hermanas no pueden tener alelos diferentes.
Figura 3
3. Junto con tu compañero, utilicen sus calcetinsomas para demostrar cómo es que los
cromosomas se alinean durante la mitosis. Además demuestra como es que las cromátidas
hermanas se separan y como es que cada cromosoma se distribuye en cada una de las
células hijas.
4. Antes de que las células producidas por mitosis vuelvan a dividirse, ¿Qué les sucede a los
cromosomas en cada célula?
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Dibuja como se observarán los
cromosomas en cada célula
en la primera etapa de la
división mitótica. Marca los cromosomas
y las cromátidas.
La próxima sección describe como se realiza la mitosis en una célula humana real, y como este
proceso asegura que cada célula hija reciba un juego completo de cromosomas normales.
Mecánica de la mitosis
Cuando una célula viva realiza sus actividades normales, el ADN de cada cromosoma tiene la
apariencia de un hilo enredado. Cada célula humana posee 46 cromosomas (23 pares de
cromosomas homólogos).
Previo a la división celular, cada molécula de ADN debe replicarse. Lógicamente, es difícil
separar las dos copias de cada una de las 46 hebras del ADN. Por lo que esta molécula se
condensa en cromosomas compactos, como los que se muestran en la figura 2.
Las etapas básicas de la mitosis que aseguran que cada célula hija reciba una dotación
completa de cromosomas, es como sigue.
1. El ADN se condensa en cromosomas compactos (cada uno con dos cromátidas
hermanas); lo que facilitará su desplazamiento. Las fibras del huso que moverán a los
cromosomas se empiezan a formar.
2. Las fibras del huso alinean a los cromosomas en la parte media de la célula.
3. Las fibras del huso se acortan jalando a las cromátidas y dirigiéndolas a los extremos
opuestos de la célula.
4. La célula comienza a estrecharse por el centro, con un grupo de cromosomas en cada
mitad.
5. Se han formado dos células hijas.
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Célula
Para cada una de las figuras siguientes, asigna un número que corresponda con el estado
descrito arriba. Dibuja flechas que indiquen la secuencia de eventos durante la mitosis. (Por
simplicidad, las figuras muestran células que tienen solamente 4 cromosomas,- 2 pares de
cromosomas homólogos-, pero el proceso básico es el mismo en células humanas que tienen
46 cromosomas).
Las cromátidas hermanas se muestran en dos de estos esquemas; marca cada par de
cromátidas hermanas (ch).
En cuatro de estos esquemas se muestran pares de cromosomas homólogos, circula y marca
cada par de cromosomas homólogos (CH)
Cromosomas y genes en células humanas
En la figura de la izquierda se muestra un cariotipo, que es una fotografía amplificada de los
cromosomas de una célula humana en mitosis. Cada cromosoma se encuentra en pares, y
cada uno contiene un par de cromátidas hermanas unidas por el centrómero.
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En un cariotipo, el juego completo de cromosomas se organiza en pares homólogos y se
numeran. Cada par homólogo numerado porta un grupo específico de genes. Por ejemplo, en
humanos el par de cromosomas número 11 tiene un gen para la producción del pigmento
melanina (una molécula que contribuye al color de nuestra piel y cabello), pero uno puede tener
el alelo A para la producción de melanina y el color de la piel normal, mientras que el otro
puede tener el alelo a. Si ambos cromosomas tienen el alelo a, las células somáticas no
producirán melanina, lo que resulta en albinismo (el color del pelo y la piel blanca se muestran
en la figura de arriba).
La siguiente etapa se realizará en grupos de 4 personas:
1. Usen sus calcetinsomas para modelar la mitosis en una célula que tiene dos pares de
cromosomas homólogos. Cada calcetinsoma tienen un gen marcado con masquin tape:
el del albinismo (A para la producción normal de melanina y a para el albinismo) o el del
pulgar de “autostop” (H para el pulgar “normal” y h para el dedo de autostop; se tiene un
dedo de autostop cuando eres capaz de doblar el dedo pulgar más de 45 °). En el
equipo deberá haber 2 pares de homólogos, un par para cada gen.
2. Coloca los cuatro calcentisomas sobre la mesa, los cuales representarán los dos pares
de cromosomas homólogos, cada uno con su ADN replicado, así que la célula está lista
para la mitosis. Simula los pasos de la mitosis. Empieza colocando los cromosomas en
el patrón observado en los cromosomas de una célula real durante el inicio de la mitosis
(ver el diagrama de la página previa). Usa tus manos o cuerda para representar las
fibras del huso mitótico.
3. Describe tus resultados completando el siguiente cuadro:
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AA o Aa o aa HH o Hh o hh
¿Cuáles de los alelos están
presentes en la célula
original?
¿Qué alelos están
presentes en cada célula
hija producida por mitosis?
Preguntas sobre la mitosis
1. Compara los genes y cromosomas de las células hijas con respecto a la original, ¿son
iguales o diferentes? Explica
2. ¿Qué pasaría si una célula no hiciera una copia del ADN de cada cromosoma antes de
que se divida?
3. ¿Por qué es importante que los cromosomas se alineen en la mitad de la célula durante
la mitosis?
4. ¿En una célula que está lista para la mitosis, por qué las dos cromátidas de cada
cromosoma son genéticamente idénticas?
5. ¿Los dos cromosomas homólogos son genéticamente idénticos? Argumenta tu
respuesta
Meiosis. Cómo tu cuerpo elabora espermatozoides y óvulos
La mitosis da lugar a casi todas las células del cuerpo humano, mientras que un tipo diferente
de división celular llamado meiosis da origen a las células sexuales (los óvulos y
espermatozoides).
Durante la fecundación, el espermatozoide y el óvulo se unen para formar una célula simple
llamada cigoto, el cual contiene los cromosomas de ambas células. El cigoto se divide
repetidamente por mitosis para iniciar el desarrollo del embrión humano.
¿Por qué no se utiliza a la mitosis para hacer óvulos o espermatozoides?
Supón que las células sexuales humanas se produjeran por mitosis. ¿Cuántos cromosomas
tendría cada célula sexual?
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¿Cuántos cromosomas tendría el cigoto producto de la unión de este tipo de gametos?
¿En los humanos, cuantos cromosomas debe contener un cigoto normal, para que las células
de la persona que se desarrollará contengan un número normal de cromosomas?
Obviamente, si el cuerpo usara la mitosis para producir óvulos y espermatozoides, el cigoto
resultante tendría demasiados cromosomas para producir un individuo normal. Por lo tanto,
¿cuántos cromosomas deben contener estas células?
Para producir el número necesario de cromosomas en los óvulos y los espermatozoides, la
meiosis reduce el número de cromosomas a la mitad. Por ejemplo, en humanos, cada esperma
y cada óvulo contienen sólo 23 cromosomas, es decir incluyen sólo un cromosoma del par de
homólogos. Por lo tanto, después de que ambas células se unen durante la fertilización, el
cigoto resultante tendrá 23 pares de cromosomas, uno de cada par provendrá del óvulo y el
otro del esperma. Cuando el cigoto pase por la mitosis para iniciar la formación de un embrión,
cada célula deberá contener 46 cromosomas.
Como se mencionó en líneas más arriba, las células que contienen dos juegos del mismo
cromosoma (pares de cromosomas homólogos) se llaman diploides. La mayoría de las células
del cuerpo humano es diploide. Las células que contienen sólo una copia de cada cromosoma
se llaman haploides. ¿Qué tipo de células del cuerpo son haploides?
Antes de que ocurra la meiosis, la célula hace una copia del ADN de cada cromosoma. Luego
durante la meiosis, ocurren dos divisiones celulares, meiosis I y meiosis II. Esto reduce el
número de cromosomas a la mitad y produce cuatro células hijas haploides.
Meiosis I
La meiosis I es diferente de la mitosis en varios aspectos: los cromosomas homólogos se
entrecruzan para intercambiar información y luego se separan, como se muestra abajo. Esto
produce células hijas con la mitad de cromosomas (haploides). Nota que cada célula hija tiene
sólo uno de cada par de cromosomas homólogos. Esto significa que los alelos que posee cada
célula hija son diferentes.
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Meiosis II
La meiosis II es semejante a la mitosis. Las cromátidas hermanas de cada cromosoma se
separan, así que cada célula hija tiene una copia de cada cromosoma de la célula madre.
En el diagrama de arriba, marca las células que serán los gametos producidos por
meiosis.
Junto con un compañero, usa un par de calcetinsomas para representar el movimiento
de los cromosomas durante las dos divisiones celulares de la meiosis.
Compara el proceso con la mitosis. Señala las diferencias y las semejanzas
Además existen otras diferencias importantes: por ejemplo, ¿cuál es la diferencia en el
camino que siguen los pares de cromosomas homólogos al inicio de la mitosis (profase)
y el inicio de la meiosis (profase I)?
Ahora, se simulará la meiosis en una célula que tiene dos pares de cromosomas
homólogos. Forma equipo con otros tres compañeros, de manera que tengan dos
“calcetinsomas” que posean los dos alelos diferentes para el gen del albinismo (A para
pigmentación normal y a para el albinismo) y otros dos con los dos alelos para el dedo
de “autostop” (H para el pulgar “normal” y h para el dedo de autostop).
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Coloca los cuatro “calcetinsomas” sobre la mesa para representar los dos pares de
cromosomas homólogos, cada uno con su ADN replicado, así que la célula está lista
para sufrir la meiosis. El genotipo (información genética) de esta célula es AaHh.
Ahora, usa los “calcetinsomas” para simular las etapas de la meiosis. Nota que existen
diferentes posibilidades en la distribución de los cromosomas homólogos durante la
anafase I, como resultado, es probable que se obtengan diferentes combinaciones de
alelos en las células sexuales.
Realiza todas las posibles combinaciones de alelos en los gametos que pueden ser
producidas por meiosis. Realiza esquemas de estas posibles combinaciones en tu
cuaderno.
Preguntas
1. Describe las diferencias entre la célula madre que entra a la meiosis y las células hijas
resultantes de esta división.
2. Describe en que aspectos son diferentes las células hijas producidas por meiosis y las
células hijas producidas por mitosis.
3. El siguiente diagrama provee una visión general de la información revisada hasta el
momento. Revisa el diagrama y llena los espacios vacíos, escribiendo el número
correcto de cromosomas que corresponden por célula humana.
Madre Padre
Célula madre________ Célula madre________
Meiosis Meiosis
Óvulo ________ Espermatozoide________
Fecundación
Cigoto________
Mitosis
Embrión________
Mitosis
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Bebé _________
Analizando la meiosis y la fertilización para entender la genética
En esta sección, investigarás como los eventos durante la meiosis y la fertilización determinan
la información genética del cigoto, el cual en turno determinará la información hereditaria del
individuo que se desarrolle a partir de él.
Sabemos que los hermanos y hermanas podemos tener diferentes características aunque
provengamos del mismo padre y de la misma madre. Una de las razones principales para
explicar esas diferentes características es que los procesos de la meiosis y la fertilización dan
como resultado diferentes combinaciones de alelos en cada individuo.
Para empezar a entender esta variabilidad genética, simularás la meiosis y la fecundación para
un caso muy simple en donde se represente sólo un par de cromosomas homólogos por célula,
y los dos cromosomas homólogos llevarán diferentes alelos de los mismos genes.
1. Una persona del grupo será la madre y otra el padre, con cromosomas como se
observan abajo. (Alternativamente, podrán tener cromosomas similares a estos, pero
marcados con h y H).
2. En este ejemplo sencillo, ¿Cuántos tipos diferentes de óvulos serán producidos por
meiosis?
¿Cuántos tipos de espermatozoides serán producidos por meiosis?
Los diferentes tipos de espermatozoides pueden fecundar a los diferentes tipos de óvulos y dar
como resultado cigotos con diferentes combinaciones de cromosomas de la madre y el padre.
La fertilización puede representarse si la “madre” y el “padre” contribuyen cada uno con una
cromátida de uno de sus calcetinsomas para formar el cigoto. Así, el cigoto tendrá un par de
cromosomas homólogos, de los cuales uno proviene del óvulo y el otro del espermatozoide.
3. Trata de producir tantos tipos diferentes de cigotos como puedas, apareando cada tipo
de esperma con cada tipo de óvulo. Para demostrar la fecundación, es mejor trabajar
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colocando los cromosomas en la mesa, de manera que puedas ver fácilmente las
múltiples combinaciones diferentes posibles. Si les necesario, usa esquemas para
apoyarte.
4. ¿Cuántos tipos diferentes de cigotos pueden ser producidos por fertilización en este
caso sencillo?
5. ¿Cuántas combinaciones diferentes de alelos pueden ser observados en el cigoto?
Durante la fecundación, una pareja de humanos puede producir una cantidad mucho mayor de
combinaciones de genes diferentes de las que se muestran en este ejemplo simplificado. Por
ejemplo, los humanos tenemos 23 pares de cromosomas homólogos, esta cantidad posibilita
que puedan encontrarse muchas combinaciones diferentes de cromosomas en los gametos
producidos por una persona, y las diferentes combinaciones de los diferentes tipos de óvulos y
espermatozoides pueden producir cigotos con aproximadamente ¡70 trillones combinaciones
distintas de cromosomas! Esto explica el por qué no existen dos personas genéticamente
iguales, con excepción de los gemelos idénticos, que provienen del mismo cigoto.
Recapitulación de la mitosis y meiosis
Preguntas
¿Cuántos cromosomas existen en una célula humana de la piel producida por mitosis?
¿Cuántos cromosomas existen en un espermatozoide humano producido por meiosis?
Describe las diferencias entre mitosis y meiosis
¿Cuáles son las similitudes entre mitosis y meiosis?
Síndrome de Down
Algunas veces, la meiosis no ocurre de manera perfecta, así que los cromosomas no se
distribuyen de manera equitativa entre las células hijas, por ejemplo, un óvulo o un
espermatozoide puede recibir dos copias del mismo cromosoma.
Si un óvulo humano recibe una copia extra de un cromosoma, y este óvulo es fecundado por
un espermatozoide normal, ¿Cuántas copias de este cromosoma habrá en el cigoto resultante?
¿Cuántas copias de este cromosoma tendrá cada célula en el embrión resultante?
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Cuando una célula tiene tres copias de un cromosoma, las copias extras de los genes del
cromosoma sobrante, darán como resultado una función anormal de las células y un desarrollo
también anormal del embrión. En la mayoría de los casos, los embriones con cromosomas
extras no sobreviven, sin embargo, hay excepciones. En algunas ocasiones, nacen bebés con
un cromosoma extra en el par 21 que provoca la condición conocida como Síndrome de Down.
En la figura de abajo se muestra el cariotipo de un niño con Síndrome de Down
En este cariotipo, es difícil distinguir una cromátida de la otra, debido a que están muy juntas.
La existencia de un cromosoma extra en el par 21, da como resultado múltiples anormalidades,
incluyendo retraso mental, una cara ancha y plana, una lengua larga, una corta estatura y
enfermedades congénitas del corazón.
Adaptado de:
Dr. R. Scout Poething, Dr. Ingrid Waldon, and Jennifer Doherty, Dpto. Biología, Universidad de Pennsylvania. 2007
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