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EL CICLO CELULAR
MARIA PILAR GARCÍA MADRUGA
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EL CICLO CELULAR
◦EL CICLO CELULAR◦MITOSIS◦MEIOSIS◦LOS CICLOS VITALES
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Proceso de apoptosis
Paramecio en división
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El ciclo celular◦ La duración de la vida de una célula es variable (8 h para la mosca de la fruta o 100
días para una célula animal, en las células del hígado es de más de un año y las sanguíneas entre 8 y 10 horas). Incluso hay células que carecen de capacidad de reproducción (eritrocitos, neuronas, células del músculo estriado)
◦ La muerte celular se produce por autolisis debido a la acción de sus propios lisosomas. Existen señales moleculares que inician un programa genético de suicidio o apoptosis
◦ En cualquier caso el ritmo de reproducción depende de:
◦ La célula, según su tamaño, cuando la relación tamaño del citoplasma/núcleo se hace insuficiente para que el núcleo controle la actividad celular, se produce la división. También está relacionado con la superficie de la membrana
◦ Si hay disponibilidad de espacio, cuando no existen células que inhiban la división celular por contacto
◦ En presencia de ciertas sustancias químicas: Neurotransmisores, Hormonas, Oxígeno, Nutrientes o incluso un aumento de la temperatura
(El ritmo de reproducción también está relacionado con ciertas enfermedades: cáncer)
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◦ El ciclo celular se define como el período que va desde que se forma una célula hasta la siguiente división celular. Consta de dos fases: Interfase y división celular
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Citocinesis
Mitosis
2 células hijas
Célula
Citocinesis
Fase M de división
G1
G2
S
G0Punto R
Interfase
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InterfaseCon núcleo interfásico, replicación del ADN, mayor actividad celularConsta de tres etapas:
◦ G1: Gap o intervalo 1 hasta la fase S. Se produce transcripción y traducción.
De gran duración a veces años. En esta fase se produce la diferenciación celular
Termina en un punto de restricción R irreversible, si no se alcanza R se dice que la célula está en G0, en presencia de ciertos activadores se puede volver a R (las neuronas permanecen en G0 una vez formadas)
◦ S: Síntesis desde R hasta la fase G2. Se produce replicación, formándose las
dos cromátidas de los cromosomas. También hay transcripción y traducción, sobre todo de histonas. Se forman los procentriolos
◦ G2: Desde el final de la replicación hasta que se empiezan a distinguir los
cromosomas. El ADN ya está duplicado (2c no es lo mismo que 2n). Se transcribe y se traduce sobre todo H1 para empaquetar el ADN y microtúbulos que van a formar el huso mitótico. También se forman los centriolos
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Gráfica del ciclo celularC
onte
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o d
e A
DN
Tiempo0
1
2
3
4
5
A B C D E F G
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División celularCon cromosomas, mitosis o meiosis según el tipo celular (se
requieren señales moleculares adicionales), menor actividad celular: de corta duración sólo se produce el reparto del ADN
Se da en dos etapas la cariocinesis o división del núcleo y la
citocinesis o división del citoplasma
Hay dos modalidades:
◦ MITOSIS◦ MEIOSIS
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MitosisCariocinesis
Existen señales moleculares que inducen a la mitosis (como la fosforilación de ciertas proteínas)
La mitosis es un tipo de división celular por la que se
obtienen células con la misma dotación genética: clones La mitosis interviene durante el crecimiento de los
organismos pluricelulares (desarrollo embrionario y diferenciación celular) y en los procesos de reproducción asexual tanto en organismos unicelulares como pluricelulares
Es un proceso continuo dividido artificialmente en 4 fases
para su estudio
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Profase
Los cromosomas comienzan a visionarse, con cinetocoro que se comporta como un centro organizador de microtúbulos: COM, donde se sitúan los microtúbulos cinetocóricos que orientan los cromosomas hacia el huso
Desaparece la membrana nuclear (se fragmenta al igual que el RE y el
Golgi) y también desaparece el nucleólo
Los centriolos aparecen duplicados (igual que las mitocondrias, cloroplastos, Golgi… se han duplicado en interfase)
Se hacen visibles dos áster que comienzan a organizar las fibras del huso
mitótico (o huso acromático); los microtúbulos forman fibras polares que van separando los dos ásteres que se sitúan en cada extremo de la célula en división
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Profase
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MetafaseEn prometafase los microtúbulos capturan cromosomas hasta
alinearlos en la placa ecuatorial de la célula. Se polimerizan y despolimerizan hasta alcanzar el cinetocoro que actúa también como COM con microtúbulos cinetocóricos
Se constituye la placa ecuatorial con todos los cromosomas
celulares alineados
Los cromosomas metafásicos tienen la típica forma en X (2c) y presentan el mayor grado de empaquetamiento posible para facilitar el reparto del material genético
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Metafase
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Cinetocoro
Fibras cinetocóricas
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Anafase
Se produce la separación de las cromátidas hermanas dando lugar a cromosomas anafásicos (c)
Este proceso tiene lugar ya que las fibras del huso unidas al
cinetocoro se acortan y se alargan las fibras polares que separan ambos polos celulares
Desaparecen los cinetocoros
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Anafase
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TelofaseSe desempaquetan los cromosomas
Aumenta la actividad celular, aparece de nuevo el nucleólo
Se forma de nuevo la envuelta nuclear a partir del RE Los microtúbulos del huso forman una zona intermedia entre ambos núcleos
telofásicos con un gran número de proteínas que forman unos cilindros de sustancia densa que son muy importantes en la citocinesis
Las células eucariotas vegetales no tienen centriolos, aunque si tienen COM una zona clara sin orgánulos cerca del núcleo cuya función es similar al áster. Tiene forma alargada y se forma un huso anastral en contraposición al huso astral de las células eucariotas animales
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Telofase
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CitocinesisNormalmente es simultánea a la telofase
◦ En células eucariotas animales se produce por estrangulación.
Empieza al final de anafase, se produce una invaginación en el plano ecuatorial del huso. Se forma un surco de división en todo el citoplasma debido a un anillo contráctil interior
◦ En células eucariotas vegetales se produce por tabicación. Se
agrupan una serie de vesículas procedentes del A. de Golgi hacia la zona densa del huso formando el fragmoplasto. Se fusionan estas vesículas formando una placa celular temprana que aumente de tamaño hasta completar la división celular. Primero se forma la lámina media con plasmodesmos y después se deposita la celulosa para constituir la pared celular
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MITOSIS y CITOCINESIS
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CITOCINESISVEGETAL
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DIVISIÓN CELULAR EN ANIMALES
DIVISIÓN CELULAR EN VEGETALES
Con centriolos Sin centriolos, con centro organizador de microtúbulos
Citocinesis por estrangulamiento Citocinesis por tabicación, mediante fragmoplasto
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Observación de las fases de mitosis en células eucariotas vegetales: raíz de cebolla
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PROFASE
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PROMETAFASE
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METAFASE
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ANAFASE
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ANAFASE TARDÍA
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TELOFASE
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MeiosisOrigina células haploides (n) para formar gametos, necesarios en la
reproducción sexual para no duplicar la información genética durante la fecundación
Consta de dos divisiones sucesivas: Meiosis I o primera división meiótica, reduccional (n) y la Meiosis II o segunda división meiótica, ecuacional similar a la mitosis
1 célula (2n:2c) 2 células (n:2c) 4 células (n:c)
También pasa la célula por una interfase, también hay replicación aunque S es una fase más larga. La interfase que se da entre la Meiosis I y la Meiosis II no tiene S
En cada división además se produce citocinesis
Es un proceso continuo en el proceso de formación de los gametos. En ocasiones existen puntos de restricción entre la meiosis I y la II que pueden durar años. Cada una de ellas dividida en cuatro fases PROFASE I, METAFASE I, ANAFASE I, TELOFASE I, PROFASE II, METAFASE II, ANAFASE II Y TELOFASE II
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Profase I
Es la fase más larga y compleja. Aparecen cromosomas pero se aparean parejas de cromosomas homólogos formando bivalentes entre los que se produce la recombinación. Se divide en cinco fases:
◦ LEPTOTENO: Se forman cromosomas 2c
◦ ZIGOTENO: Se produce la sinapsis entre los dos cromosomas homólogos, gracias a un complejo proteico: el complejo sinaptonémico que interactúa de forma similar a una cremallera aproximando las dos cromátidas de los cromosomas homólogos
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◦ PAQUITENO: Se forman los bivalentes. Se produce sobrecruzamiento, crossing-over o recombinación entre las dos cromátidas unidas al menos una vez. Se rompe la doble hélice en las dos cromátidas y se vuelven a unir intercambiando parte de la doble cadena. Se observan nódulos de recombinación (el conjunto de proteínas implicadas en el proceso de recombinación)
◦ DIPLOTENO: Se produce la separación de los homólogos. Se hacen visibles los quiasmas
◦ DIACINESIS: Se produce un mayor empaquetamiento de los cromosomas para la división
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P
ZL
Dp Dc
PROFASE I MEIÓTICA
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Leptoteno
Zigoteno
Paquiteno
Diploteno
Diacinesis
Cromosomas homólogos
Cromátidas hermanas
Quiasma
Nódulo
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COMPLEJO SINAPTONÉMICO
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Complejo sinaptonémico
Ejes laterales
Cromátida hermana
Eje central
Nódulo de recombinación
Cromátida hermana
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NÓDULOS DE RECOMBINACIÓN
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El resto de las fases de la división meiótica son muy similares a las mitóticas
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MEIOSISObservación de las fases de meiosis en células eucariotas vegetales: microesporangio de Azucena
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PROFASE I LEPTOTENO
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PROFASE I ZIGOTENO
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PROFASE I PAQUITENO
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PROFASE I DIPLOTENO
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PROFASE I DIACINESIS
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METAFASE I
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ANAFASE I
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TELOFASE I
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PROFASE II
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METAFASE II
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ANAFASE II
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TELOFASE II
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MITOSIS
MEIOSIS
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2n:c
2n:2c
MITOSIS
2n:c
n:cn:cn:cn:c
n:2c n:2c
2n:2c
MEIOSIS
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MITOSIS MEIOSISUna cariocinesis Dos cariocinesis
Dos células genéticamente iguales a la célula progenitora:
2n o n, con el mismo nº de cromosomas (salvo que se
produzca mutación)
Cuatro células genéticamente distintas: con la mitad de la información genética de la
célula progenitora, la mitad de los cromosomas: n
No se produce recombinación Se produce recombinanción en profase I
En anafase se separan cromátidas hermanas
En anafase I se separan cromosomas homólogos y en
anafase II cromátidas hermanasSe produce normalmente en
células somáticasSe produce para formar células
germinales: gametos y meiosporas
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Los ciclos vitalesHay dos tipos de reproducción
◦ Reproducción Asexual:Propia de seres unicelulares, aunque también de pluricelulares
con organización sencilla, incluso en vertebrados: algunas hembras de insectos, peces o lagartos se reproducen sin machos por partenogénesis (la única explicación científica posible para la inmaculada concepción). La partenogénesis puede interpretarse como un tipo de reproducción asexual si se produce una meiosis modificada que origina gametos 2n o como un tipo de reproducción sexual si se forman individuos adultos haploides a partir de gametos femeninos sin fecundar (zánganos machos fértiles) o diploides a partir de gametos femeninos fecundados (obreras infértiles y reinas fértiles, se distinguen por la forma de alimentación de las larvas y porque las obreras no pueden reproducirse)
Es simple, directa, no necesita sexo y origina individuos genéticamente idénticos salvo por mutación
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◦ Reproducción Sexual: Propia de organismos pluricelulares complejos, requiere de sexos
diferenciados para mezclar sus genomas y obtener individuos genéticamente distintos
La variabilidad genética se consigue además de por mutación, por:
Recombinación cromosómica durante la meiosisCombinación cromosómica al azar durante la meiosisFecundación al azar
Supone alternar dos generaciones celulares una haploide con otra diploide
Obteniendo distintos ciclos según la duración de cada fase:
DIPLONTEHAPLONTEDIPLOHAPLONTE
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CICLO DIPLONTE(animales, algas, hongos y protozoos)
En este ciclo la fase haploide está muy reducida. Es el que presenta más ventajas evolutivas ya que la fase más larga es la diploide, que tiene todos los genes duplicados. La meiosis es gametogénica
(Gametos)
2n
2n 2n
X
R!
n nFecundación (cigoto)
Mitosis
Nuevo individuo 2n
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Adulto 2nMeiosis gamética
Gametos nCigoto 2n
Fecundación Mitosis
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CICLO HAPLONTE(algas y hongos)
En este ciclo la fase diploide está muy reducida. Es más primitivo y posee una enorme capacidad de variación. La meiosis es cigótica
(Gametos)
2n
n n
XMitosis
n nFecundación (cigoto)R!
Nuevo individuo n (formado por mitosis)
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Adultos n
Mitosis
Gametos n
Cigoto 2n
MeiosisFecundación
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CICLO DIPLOHAPLONTE(plantas)
Se produce alternancia de la generación diploide: 2n o esporofito con la haploide: n o gametofito. Combina las ventajas e inconvenientes de los dos ciclos anteriores. En general, a lo largo del desarrollo evolutivo de las plantas se ha producido una tendencia a reducir el tamaño del gametofito (en un musgo es toda la planta, en un helecho es una parte muy pequeña y en una planta vascular se reduce al polen y los óvulos). La meiosis es esporogénica
(Esporas)
2n
2n 2n
X
R!
n n
Fecundación (cigoto)
Mitosis
Nuevo individuo 2n
ESPOROFITO (2n)
Mitosis
GAMETOFITO (n)
(Gametos)
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Fecundación
Adulto 2n(esporofito)
Meiosis
Cigoto 2n
Gametofito ♂ n
Gametofito ♀ n
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Haplontes Diplontes Diplohaplontes