Tema 12

Reproducción celular: Mitosis y meiosis

1.- CICLO CELULAR

El ciclo celular es el conjunto de cambios que sufre una célula desde que se ha formado , por división de otra preexistente, hasta que se divide para dar origen a dos células hijas

Su duración varía desde unas pocas horas a varios años, según el tipo celular

En células eucariotas el ciclo celular se divide en dos fases

- interfase, en la que la célula crece y sintetiza diversas sustancias,

- la fase M, en la que ocurre la mitosis y la citocinesis.

Como la mitosis no suele durar más de una o dos horas, la duración del ciclo celular depende fundamentalmente de la duración de la interfase

En animales superiores, cuando las células ya han realizado un número determinado de ciclos celulares completos, se produce una muerte celular programada o apoptosis, al ser destruidas por el sistema inmune para garantizar su funcionamiento optimo.2.- INTERFASE

Es el periodo de tiempo que transcurre entre dos mitosis sucesivas.

Durante la interfase hay una gran actividad metabólica en la que se produce un aumento de tamaño de la célula

La interfase se divide en tres fases o procesos:

El período G1, llamado primera fase de crecimiento, se inicia con una célula hija que proviene de la división de la célula madre. La célula aumenta de tamaño, se sintetiza nuevo material citoplásmico, sobre todo proteínas y ARN.

En las células que no entran nunca en mitosis esta fase es permanente y recibe el nombre de G0. se dice entonces que la célula se encuentra en estado de reposo o quiescencia. Se da en células que han sufrido un proceso importante de diferenciación ,como las neuronas o las células musculares estriadas

El período S o de síntesis, en el que tiene lugar la duplicación del ADN y se sintetizan las histonas. Cuando acaba este período, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio.

El período G2, o segunda fase de crecimiento, en el cual se sigue sintetizando ARN y proteínas; el final de este período queda marcado por la aparición de cambios en la estructura celular ,que se hacen visibles con el microscopio y que nos indican el principio de la mitosis o división celular como la duplicación de los centríolos

3.- MITOSISLa división celular consta de dos procesos : la mitosis propiamente dicha en la que se produce la división del núcleo y la citocinesis que consiste en la división del citoplasma La mitosis o cariocinesis ocurre tanto en organismos unicelulares como forma de reproducción celular asexual, como en organismos pluricelulares para producir el crecimiento y reponer células dañadas o perdidas.El objeto de la división celular es producir dos células con idéntico material genético

La mitosis tiene por objeto repartir de manera equitativa el material hereditario que se ha duplicado en la fase S entre las dos células hijas que se van a a producir

Se divide en varias etapas:

a) PROFASESe produce una condensación de la cromatina con lo que los cromosomas comienzan a hacerse visiblesLa pareja de centríolos, el centrosoma o áster, en las células animales o la región densa del COM en las vegetales, se duplicó en la interfase (en G2), y ahora cada pareja (o región) se desplaza a un polo celular. Las mitosis de células animales se denominan también astrales, por la presencia del áster, y las de células vegetales, anastrales por su ausencia.

A medida que se separan se forman los microtúbulos polares que constituyen el huso acromático o mitótico

La membrana nuclear y el nucléolo desaparecen y los cromosomas se dispersan por el citoplasma

En los centrómeros de cada cromosoma se forman los cinetocoros, a partir de los cuales se forman los microtúbulos cinetocóricos

b) METAFASE

Los cromosomas alcanzan el grado máximo de condensación

El huso acromático está formado y se extiende entre los dos polos de la célulaLos microtúbulos cinetocóricos empujan a los cromosomas de manera lenta y progresiva hasta situarlos en el plano medio del huso acromático, donde forman la placa ecuatorial o metafásica

Los centrómeros se colocan perpendiculares al eje formado por los dos centríolos de manera que cada cromátida queda orientada hacia un polo

c) ANAFASE

Las 2 cromátidas de cada cromosoma inician de forma simultanea un movimiento de separación hacia polos opuestos arrastrados por los microtúbulos cinetocóricos que se acortan por despolimerización La separación de ambas cromátidas se inicia por el centrómero y de forma sincronizada en todos los cromosomas de la placa metafásica

Los microtúbulos polares se alargan por polimerización y separan los dos polos del huso acromático.

La anafase concluye cuando los cromosomas llegan a los polos

d) TELOFASE

Los nucléolos reaparecen y los cromosomas comienzan a descondensarse con lo que dejan de ser visibles

La membrana nuclear reaparecen alrededor de cada grupo de cromosomas delimitándose así dos zonas nucleares, una en cada polo de la célula. Las membranas se forman a partir del retículo endoplasmático

4.- CITOCINESIS

Una vez acabada la mitosis el citoplasma se divide entre las 2 células hijas y los orgánulos citoplasmáticos se reparten de la manera más equitativa posible

Ocurre de forma diferente en células animales y vegetales

En células animales se produce un estrangulamiento que divide en 2 a la célula madre. A la altura de la placa ecuatorial aparece un anillo contráctil formado por filamentos de actina y miosina. Este anillo se va estrechando y origina un surco de segmentación que cada vez se hace más estrecho hasta que se produce el estrangulamiento total y la separación de las 2 células hijas

En las células vegetales no existe estrangulamiento del citoplasma A la altura de la placa ecuatorial se forma un tabique de separación entre las 2 células hijas denominado fragmoplasto

Se forma por fusión de las vesículas del Aparato de Golgi que contienen los componentes que originan la pared celular y los restos de los microtúbulos que formaban el huso acromático. El fragmoplasto no se cierra completamente, sino que se halla perforado por finos puentes citoplasmáticos o plasmodesmos que aseguran la comunicación entre las 2 células hijas

5.- TIPOS ESPECIALES DE DIVISIÓN CELULAR

A veces el reparto de material citoplasmático es asimétrico (gemación) o se produce una mayor número de células hijas (esporulación)

a) gemación: El huso acromático se desplaza a la periferia de la célula y la célula hija surge como una yema de un lateral de la madre A veces permanece unida a la madre. Ejemplo en levaduras

b) Esporulación No ocurre la citocinesis y se forman células multinucleadas . Cuando se alcanza un número de núcleos, se rodean de una membrana plasmática y una porción de citoplasma y se liberan por rotura de la célula madre. Se da en hongos

6.- MEIOSIS

Es un tipo de división celular cuyo objetivo es producir células haploides, es decir con la mitad del contenido de ADN . Estas células son los gametos de los organismos que se reproducen sexualmente

Las características básicas de la meiosis son:

a) A partir de una célula diploide (meiocito)se obtienen 4 células haploides genéticamente diferentes entre sí y diferentes de la célula madre. El número de cromosomas se reduce a la mitad

b) Se produce un fenómeno de recombinación génica e intercambio material hereditario entre las cromátidas de cromosomas homólogos

c) En la interfase previa a la meiosis I se produce la duplicación de los cromosomas pero no en la meiosis II

MEIOSIS I

En esta primera división meiótica se aparean los cromosomas homólogos y se produce el intercambio de material hereditario. Al finalizar los cromosomas se han reducido a la mitad Se divide en fases parecidas a las de la mitosis

A)Profase I : es la fase más compleja y a su vez se divide en 5 subfases

1- Leptoteno: los cromosomas se condensan hasta hacerse visibles. Cada uno está formado por 2 cromátidas estrechamente unidas, que no se distinguen hasta el final de la profase. Cada cromosoma está unido por sus extremos a la envoltura nuclear mediante placas de unión

2.- Cigoteno: los cromosomas homólogos se aparean hasta estar completamente alineados punto por punto, en toda su longitud. Este apareamiento se llama sinapsis y se produce a través de una estructura proteica llamado complejo sinaptonémico. Se forma una estructura constituida por 4 cromátidas llamada tétrada o cromosoma bivalente

3.- Paquiteno: Se produce el sobrecruzamiento ( crossing-over) o intercambio de material entre las cromátidas de los cromosomas homólogos. La consecuencia de este sobrecruzamiento es el intercambio de genes o recombinación génica

4.- Diploteno: los cromosomas homólogos inician su separación permaneciendo unidos por los puntos donde ha tenido lugar el sobrecruzamiento denominados quiasmas. Los cromosomas se descondensan parcialmente y se produce síntesis de ARN

5.- Diacinesis: los cromosomas se condensan al máximo y sus 2 cromátidas son visibles. Cada par de cromátidas está unido por el centrómero mientras que cada par de cromosomas permanece unido por los quiasmasDesaparecen los nucléolos y la membrana nuclear, se forma el huso acromático y comienzan a formarse las fibras cinetocóricas

b) Metafase I: Similar a la metafase mitótica pero con la diferencia de que en la placa ecuatorial se disponen las tétradas, unidos por los quiasmas. Los centrómeros de cada par de homólogos se disponen en lados opuestos de la placa

c) Anafase I : los pares de cromosomas homólogos comienzan a separarse al ser arrastrados por las fibras del huso acromáticos hacia polos opuestos de la célula. No se separan las cromátidas como en la mitosis sino cromosomas completos. Cada cromosoma de un par de homólogos formado por dos cromátidas se dirige a un polo de la célula

d) Telofase I : reaparecen la membrana nuclear y el nucléolo mientras que los cromosomas sufre una pequeña descondensación. Se obtienen2 células hijas, con la mitad de los cromosomas que tenía la célula madre y con 2 cromátidas cada cromosoma

MEIOSIS II

También recibe el nombre de segunda división meiótica se desarrolla del mismo modo que la mitosis y ocurre simultáneamente en las dos células hijas. Antes de comenzar se produce una corta interfase en la que no hay síntesis de ADN. Sus fases son las mismas que en la mitosis

Profase II: Desaparece la membrana nuclear, los cromosomas se condensan y se forma el huso acromático

Metafase II. Los cromosomas se sitúan en la placa ecuatorial. Cada uno, está formado por dos cromátidas unidas por el centrómero, y cada cromátida tiene asociado un cinetocoro

Anafase II: se separan los centrómeros y cada cromátida emigra hacia polos opuestos

Telofase II : Se forma la mb nuclear, se descondensan los cromosomas

Se produce la citocinesis y se obtienen 4 células haploides distintas genéticamente entre sí

7,.IMPORTANCIA Y SIGNIFICADO BIOLOGICO DE LOS PROCESOS MITÓTICOS Y MEIOTICOS

La mitosis interviene en el crecimiento de los organismos pluricelulares y en la reproducción asexual de los organismos. Este tipo de reproducción en la que solo interviene un individuo que produce copias idénticas de si mismo, se da en unicelulares, plantas, hongos y algunos animales.

La reproducción asexual no genera variabilidad genética por lo tanto sólo es válida para organismos bien adaptados al medio

La meiosis es imprescindible para la reproducción sexual. Este tipo de reproducción se realiza entre dos individuos y se da en seres pluricelulares y en algunos unicelulares. Cada uno de los individuos aporta una célula haploide ( gameto) producidos en la meiosis y que en al fecundación se fusionan para dar el cigoto

La reproducción sexual es más compleja que la asexual pero presenta una variabilidad genética que le da ventaja frente a los organismos asexuales y permite la mejor adaptación al medio

Esta variabilidad se debe a

1.- La recombinación génica durante la meiosis

2.- la distribución al azar de los cromosomas en la meiosis

3.- La fecundación , que se produce entre gametos diferentes geneticamente

Algunos organismos cuando las condiciones del medio son favorables se reproducen asexualmente , sin embargo cuando las condiciones del medio son desfavorables emplean la reproducción sexual. Presentan una reproducción alternante

8.- TIPOS DE CICLOS BIOLÓGICOS

1.-Ciclo haplonte

Se da en la mayoría de hongos y en algunos protoctistas

La meiosis, llamada cigótica, se produce inmediatamente después de formarse el cigoto

Se generan células haploides por mitosis para formar el adulto multicelular haploide

Los gametos también haploides darán tras la fecundación un cigoto diploide

Ciclo diplonte

En animales y en algunos protoctistas. Todas las células son diploides, excepto los gametos

La meiosis, llamada gamética ocurre durante la formación de los gametos, tras la fecundación se forma un cigoto diploide que se divide por mitosis para dar lugar al organismo diploide

3.- ciclo diplohaplonte

Se produce en plantas, algas y hongos

La etapa multicelular diploide se denomina esporofito y da origen por meiosis esporogénica a células haploides o esporas, que pueden dar origen a un individuo adulto llamado gametofito

El gametofito haploide produce gametos por mitosis que tras una fecundación dará origen a un cigoto diploide que formará un esporofito