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Tema 2: La reproducción celular 1

TEMA 2: La reproducción celular


ESQUEMA DE LA UNIDAD

1.- La reproducción de los seres vivos.

1.1.- La reproducción asexual.

1.2.- La reproducción sexual.

1.3.- Ventajas e inconvenientes de los tipos de reproducción.

2.- El ciclo celular.

2.1.- El núcleo en interfase.

2.2.- El núcleo en división.

3.- La morfología cromosómica.

3.1.- La forma de los cromosomas.

3.2.- Los cromosomas sexuales.

3.3.- El cariotipo.

4.- La división celular.

5.- El ciclo de la reproducción sexual. La meiosis.

5.1.- La meiosis, una división celular diferente.

5.2.- Importancia de la meiosis en la reproducción sexual.

6.- Ciclos biológicos.

1.- LA REPRODUCCIÓN DE LOS SERES VIVOS

La reproducción es el proceso mediante el cual los seres vivos dan lugar a nuevos individuos de

su misma especie.

En el caso de la reproducción celular, esta tiene un fin diferente en los seres unicelulares y en

los pluricelulares.

En los organismos unicelulares la reproducción garantiza la perpetuidad de estos

organismos.

En los organismos pluricelulares la reproducción celular permite por un lado que las

células que van perdiendo sean sustituidas por otras, y por otro lado aumentar el número de células

provocando el crecimiento del organismo.

Existen dos tipos de reproducción: la asexual y la sexual.

1.1.- La reproducción asexual

En la reproducción asexual un solo individuo es capaz de generar descendientes. Organismos

que tienen este tipo de reproducción son algunas plantas y organismos simples (por ejemplo

unicelulares).


Existen varias formas de reproducción asexual:

La bipartición: una célula llamada “madre” se

divide por la mitad dando lugar a dos células “hijas”

idénticas. Ejemplo: organismos unicelulares como las

bacterias se reproducen por bipartición.

La gemación: la célula desarrolla una especie de yema

en la membrana plasmática que se estrangula dando lugar

a dos células hijas, una más grande que la otra. Ejemplo:

organismos unicelulares como las levaduras o

pluricelulares como las esponjas se reproducen así.

La pluripartición: el núcleo de la célula se divide sucesivamente dentro de ella y cada uno

de los núcleos se rodea de una membrana formando

pequeñas células hijas en el interior de la célula. Al

romperse la membrana plasmática de la célula madre, las

células hijas que se han formado en su interior quedan

libres. Ejemplo: la mayoría de los hongos, muchas plantas

y algunos protozoos se reproducen por esporulación.

La fragmentación: un organismo pluricelular se divide en dos

o más fragmentos, cada uno de los cuales origina un organismo

completo. Este tipo de reproducción es común en algunos animales

como la estrella de mar.

1.2.- La reproducción sexual

En la reproducción sexual para dar lugar a descendientes se

necesita la unión de una célula reproductora o sexual masculina

(espermatozoide) con una femenina (óvulo). A la unión de una célula

reproductora masculina con una femenina se le llama fecundación, y a

la célula que se forma tras esta unión se le llama huevo o cigoto.

Ejemplos: tienen reproducción sexual algunas plantas y los animales.


Las células reproductoras se llaman gametos y los órganos que las fabrican gónadas. Así, los

gametos masculinos en los animales son los espermatozoides y los femeninos los óvulos.

Las gónadas masculinas en los animales son los testículos y las femeninas los ovarios.

En la mayoría de las especies hay dos sexos y cada uno de ellos tiene la capacidad de fabricar

un tipo de gametos, pero también existen especies donde los individuos están preparados para

fabricar los dos tipos de gametos. A los individuos de estas especies se les dice

que son hermafroditas. El hermafroditismo no implica que haya

autofecundación, todo lo contrario, en la mayoría de los casos la fecundación es

cruzada. Son hermafroditas, por ejemplo, los caracoles.

La fecundación o unión de un óvulo con un espermatozoide puede ser externa o interna:

Fecundación externa: la unión de la célula reproductora masculina con la femenina se

realiza fuera del cuerpo de la hembra, como sucede en la mayoría de los animales acuáticos.

Fecundación interna: la unión de la célula reproductora masculina con la femenina se

realiza en el interior del cuerpo de la hembra, como sucede en la mayoría de los animales

terrestres.

Tras la fecundación se inicia el desarrollo de un nuevo individuo en un proceso llamado

desarrollo embrionario que finaliza con el nacimiento de un nuevo individuo.


1.3.- Ventajas e inconvenientes de los tipos de reproducción

Ventajas de la reproducción asexual

Esta forma de reproducción es más sencilla que la sexual.

La reproducción asexual asegura el crecimiento de las poblaciones gracias a un solo

individuo.

Inconvenientes de la reproducción sexual

Los descendientes que se forman gracias a este tipo de reproducción poseen material

genético idéntico al de su progenitor, y en consecuencia en una población todos los individuos

poseen las mismas características. Así, de producirse un cambio perjudicial para una especie

en cuestión, ese cambio podría provocar la extinción de dicha especie.

Ventajas de la reproducción sexual

El hecho de que este tipo de reproducción permita la formación de individuos con material

genético muy variado, es una ventaja desde el punto de vista evolutivo, ya que de producirse

un cambio en las condiciones del medio habrá individuos que genéticamente no estén

preparados para afrontar ese cambio y desaparecerán, pero también los habrá que posean

características que les permitan beneficiarse de dichos cambios.

Inconvenientes de la reproducción sexual

Este tipo de reproducción es bastante más compleja que la asexual.

2.- EL CICLO CELULAR

El ciclo celular es un conjunto de procesos que tienen lugar desde que una célula nace hasta

que se reproduce. En el ciclo celular de las células eucariotas se distinguen dos etapas o estados: el

estado de crecimiento de la célula llamado también interfase, y el estado de división o

reproducción celular.

Recordar que la interfase es la fase de crecimiento de la célula. Esta es una

etapa larga en la que mientras va creciendo, la célula duplica su ADN (es decir,

hace una copia de su material genético) y se prepara para dividirse. Esta etapa de

la vida de la célula tiene tres fases:

Fase G1 o de primer crecimiento: esta fase, que es la más larga de las tres, se inicia en el

momento del nacimiento de una célula. La célula que acaba de nacer aumenta su tamaño y

multiplica sus orgánulos. También en esta fase comienza a duplicarse el centrosoma.

Algunas células cuando están en esta fase entran en un estado de reposo que se llama fase G0,

en el que pueden permanecer días, semanas o años antes de continuar. Incluso hay células muy

especializadas, como las neuronas o las células musculares cardiacas, que no salen de la fase G0

evitando así pasar a la siguiente fase y por consiguiente la célula no se dividirá.


Fase S o de síntesis de ADN: en esta fase la célula realiza una copia exacta de su material

genético con idea de al dividirse, tenga una copia de su material genético para cada una de las dos

células hijas a las que va a dar lugar.

Fase G2 o de segundo crecimiento: En esta última fase de la

interfase, la célula experimenta un nuevo crecimiento hasta alcanzar el

tamaño adecuado para dividirse. Al finalizar esta fase, los centriolos o

centrosoma de la célula se han terminado de duplicar.

2.1.- El núcleo en interfase

En el núcleo de una célula en crecimiento se distinguen los siguientes elementos:

Membrana o envoltura nuclear: es una doble membrana formada a partir del retículo

endoplasmático que envuelve el núcleo y protege su contenido. Contiene una serie de poros a

través de los cuales se produce el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma de la

célula.

Nucleoplasma: es la sustancia de relleno del núcleo en la que se encuentran dispersos el

resto de los elementos.

Nucleolo: es una estructura esférica que suele distinguirse al microscopio porque está

como teñida de oscuro. Su función es la de fabricar y unir las subunidades que forman los

ribosomas.

Cromatina: es el material genético de la célula en forma de filamentos. Está formada por

unas proteínas llamadas histonas y ADN.

2.2.- El núcleo en división

Los cromosomas

Cuando la célula empieza la fase de división, la cromatina empieza

a enrollarse hasta formar una estructura con forma de bastón primero

y posteriormente en forma de “X”. A estas estructuras en las que se

organiza la cromatina se le llaman cromosomas. Podemos decir por

tanto que los cromosomas son unas estructuras en forma de

bastoncillos en las que se organiza la cromatina o el ADN del núcleo

celular durante las divisiones celulares.


Número de cromosomas

Las células de todos los individuos de la misma especie tienen el mismo número de

cromosomas y pueden ser diploides o haploides.

Célula diploide: una célula se dice que es diploide cuando

tiene un número par de cromosomas (se suele decir que tiene 2n

cromosomas) de manera que cada uno de ellos tiene las mismas

características que otro cromosoma del grupo pudiéndose formar

parejas con los cromosomas.

A los dos cromosomas de la pareja que tienen las mismas características se les

lama cromosomas homólogos.

Son células diploides todas las de los organismos con reproducción sexual excepto sus células

reproductoras o gametos.

Célula haploide: una célula se dice que es haploide cuando

tiene solo un juego de cromosomas diferentes (se suele decir que

tiene n cromosomas). Ejemplos de células haploides son los óvulos

y los espermatozoides.

También se pueden diferenciar las células somáticas de las células germinales.

Células somáticas: las células somáticas son las células de un organismo que no

intervienen en la reproducción. Su función es formar los órganos y tejidos de los organismos

pluricelulares. Todas estas células son diploides, ya que contienen un juego de cromosomas

procedente de uno de los progenitores y otro juego procedente del otro progenitor.


Células germinales: las células germinales sí intervienen en la reproducción, ya que son las

células encargadas de producir los gametos. Las células germinales encargadas de producir

espermatozoides se llaman espermatogonias, y las encargadas de producir óvulos se llaman

ovogonias.

3.- LA MORFOLOGÍA CROMOSÓMICA

3.1.- La forma de los cromosomas

Estructura del cromosoma simple Estructura del cromosoma duplicado

Centrómero: es un estrechamiento donde se unen los dos brazos.

Brazo: es cada uno de los fragmentos de la cromátida que quedan separados por el centrómero.

Cromátida: es cada uno de los bastoncillos que forma el cromosoma. A las dos cromátidas del

mismo cromosoma se les llama cromátidas hermanas y son idénticas, ya que una de ellas es la

copia exacta de la otra que se produce durante la fase S de la interfase (por lo tanto guardan la

misma información genética).

Telómeros: son los extremos del cromosoma.


Dependiendo de la posición del centrómero existen cuatro tipos de cromosomas:

Cromosoma metacéntrico: el centrómero se encuentra en el centro del cromosoma, dando

lugar a dos brazos con la misma longitud.

Cromosoma submetacéntrico: el centrómero se encuentra ligeramente desplazado hacia un

lado, haciendo que uno de los brazos sea algo más largo que el otro.

Cromosoma acrocéntrico: el centrómero se encuentra próximo a uno de los telómeros,

dando lugar a un brazo muy corto y el otro muy largo.

Cromosoma telocéntrico: el centrómero se encuentra en uno de los telómeros, de modo que

prácticamente solo se aprecia un brazo.

3.2.- Los cromosomas sexuales

La especie humana es diploide, sus células tienen 46 cromosomas; es decir, 23 parejas de

cromosomas homólogos. Una de estas parejas es diferente en los hombres y en las mujeres y es la

que determina el sexo de la persona. A los cromosomas de esa pareja se les

denomina cromosomas sexuales (que se representan por X e Y). La mujer tiene

sus dos cromosomas sexuales X (se representa XX) mientras que el hombre tiene

un cromosoma sexual X y otro Y (se representa XY).

El resto de cromosomas; es decir, los cromosomas que no son sexuales, se denominan

autosomas.

3.3.- El cariotipo

El conjunto de cromosomas de un individuo se ordena por parejas de cromosomas homólogos

de mayor a menor tamaño formando lo que se conoce como cariotipo. Dicho de otra manera, el

cariotipo de un individuo es el conjunto formado por todos sus cromosomas ordenados por parejas

de cromosomas homólogos de mayor a menor tamaño.

Cariotipo de un ratón Cariotipo humano


Para elaborar un cariotipo hay que estudiar las propiedades que permiten diferenciar

unos cromosomas de otros, como la longitud, la posición del centrómero y la presencia

de unas bandas características de cada cromosoma que se ven cuando se tiñen.

4.- LA DIVISIÓN CELULAR

La reproducción o división celular sabemos que es el proceso mediante el cual se forman

células nuevas a partir de otras existentes. En todas las células, excepto en las que originan células

sexuales, tras la división las células hijas son idénticas entre sí e idénticas a la célula madre; es

decir, contienen exactamente la misma información genética (y por lo tanto el mismo número de

cromosomas).

Para ello la célula madre debe disponer de dos copias

del material genético (ya hemos visto que durante la

fase S de la interfase se produce la duplicación del

ADN) para que haya una copia para cada una de las

células hijas.

Cuando una célula se divide, se dividen tanto su núcleo como su citoplasma. Al proceso de

división del núcleo se le llama MITOSIS y a la división del citoplasma se le llama CITOCINESIS,

y se estudiarán por separado.

En este proceso de duración muy variable (ya que en él influye la edad y la clase de células y

otros factores como la temperatura), se distinguen cuatro fases: profase, metafase, anafase y

telofase.

Profase: es la fase más larga de la mitosis (dura el 40 % del tiempo total de la mitosis).

La cromatina se condensa formando los cromosomas (que se hacen visibles al

microscopio óptico), que aparecerán duplicados en algún momento de

la fase; es decir, formados por dos cromátidas, cada una de las cuales

guarda exactamente la misma información que la otra, ya que poco

antes de haberse iniciado la división, el material genético de la célula

madre se ha duplicado (esto sucede durante la fase S de la interfase, que

suele duran entre 6 y 8 horas).


Los centrosoma y cada uno de ellos con sus centriolos

correspondientes (recordar que se duplicaron en la fase G2 de la interfase)

emigran cada uno a un polo de la célula, formando entre ellos unas fibras

de proteínas que empiezan a formar una estructura llamada huso mitótico o

acromático.

Por último desaparecen el nucléolo y la membrana nuclear,

dejando libres a los cromosomas por el citoplasma.

Metafase:

Los centrosomas llegan a los polos y se termina de formar el huso

mitótico o acromático.

Los cromosomas se dirigen al ecuador de la célula y se unen al huso

a través del centrómero.

Anafase:

Las fibras del huso mitótico o acromático se rompen por la mitad y

las cromátidas hermanas se separan siendo ahora cromosomas

diferentes pero con la misma información genética.

Las fibras del huso empiezan a acortarse desplazando cada

cromosoma “hermano” a un polo opuesto de la célula (así, al

finalizar la anafase, un juego completo de cromosomas se habrá

agrupado en cada polo de la célula).

Telofase: sucede todo lo contrario de lo que sucedía en la profase.

Desaparecen las fibras del huso mitótico.

Alrededor de cada grupo de cromosomas se forma la membrana

nuclear (con fragmentos de la membrana nuclear de la célula

inicial) y el nucleolo.

Los cromosomas se descondensan formando de nuevo la cromatina.

NOTA IMPORTANTE: el resultado final de una mitosis son dos células hijas con el mismo

número de cromosomas que la célula madre.

ANIMACIÓN MITOSIS http://www.johnkyrk.com/mitosis.esp.html

http://www.johnkyrk.com/mitosis.esp.html


El proceso de división del citoplasma empieza cuando aún no ha terminado la mitosis y se

produce de manera diferente en las células animales y en las vegetales.

En las células animales la citocinesis consiste en el estrechamiento

progresivo de la membrana plasmática por el ecuador de la célula

estrangulando el citoplasma y aislando así los dos nuevos núcleos en dos

células hijas. El estrechamiento de la membrana plasmática se inicia con un

surco que se forma gracias a un anillo hecho de proteínas, que desde el

interior de la célula va contrayendo su membrana. Este surco se va haciendo

cada vez más profundo hasta que se produce el estrangulamiento.

En las células vegetales la rigidez de la pared celular impide que se dividan en dos por

estrangulamiento. En este caso se van acumulando en la zona media de la célula vegetal vesículas

procedentes del aparato de Golgi que contienen componentes de la pared celular. Las vesículas se

unen unas a otras gracias al huso mitótico formando un tabique llamado fragmoplasto, que cuando

está terminado termina separando a la célula en dos.

5.- EL CICLO DE LA REPRODUCCIÓN SEXUAL. LA MEIOSIS

Cuando hemos estudiado la mitosis hemos dicho que todas las células, EXCEPTO LAS

ENCARGADAS DE PRODUCIR GAMETOS (que se llaman células germinales), tras la división,

dan lugar a células hijas que contienen exactamente la misma información genética que la célula

madre, y por tanto el mismo número de cromosomas. ¿Por qué eso no ocurre con las células

productoras de gametos?

Porque si las células que forman los gametos se reprodujeran igual que el resto de las células,

los óvulos y los espermatozoides tendrían el mismo número de cromosomas que el resto de las

células del organismo y al producirse la fecundación, al unirse, se originarían individuos con el

doble de cromosomas que sus progenitores (y eso no es posible porque dentro de una especie todos

los individuos deben tener el mismo número de cromosomas).


Por tanto hay células que deben dividirse de manera especial para que no se duplique el número

de cromosomas de una generación a otra. A esta división especial se le llama meiosis y se puede

definir así:

La meiosis es un proceso de división celular mediante el cual una

célula con un número par de cromosomas origina cuatro células con la

mitad de cromosomas que la célula madre.

5.1.- La meiosis, una división celular diferente

Este proceso consta de dos mitosis consecutivas, la primera de ellas es una mitosis especial y la

segunda una mitosis normal.

Primera mitosis de la meiosis (llamada también mitosis reduccional)

Consta, al igual que la mitosis, de cuatro fases, pero con algunas particularidades:

Profase I

La cromatina se condensa formando los

cromosomas, que en algún momento estarán duplicados; es

decir, formados por dos cromátidas, cada una de las cuales

guarda exactamente la misma información que la otra, ya

que poco antes de haberse iniciado la división, el material

genético de la célula madre se ha duplicado (esto sucede

durante la fase S de la interfase).

Cada cromosoma busca a su homólogo y se une a él como si se cerrara una

cremallera entre las cromátidas no hermanas (proceso que se conoce con el

nombre de sinapsis).

Se produce un intercambio de fragmentos de material genético entre las cromátidas no

hermanas de los cromosomas homólogos (proceso que se conoce con el nombre de

entrecruzamiento).

El centrosoma se duplica y cada uno de ellos emigra a un polo de la

célula, formando entre ellos unas fibras de proteínas que empiezan a constituir

el huso mitótico acromático.


Por último desaparecen el nucléolo y la membrana nuclear, dejando libres a las parejas de

cromosomas por el citoplasma.

Metafase I

Los centrosomas llegan a los polos y se termina de formar el huso mitótico o

acromático.

Las parejas de cromosomas homólogos se dirigen al ecuador de la célula y se

unen al huso a través del centrómero.

Anafase I

Las fibras del huso mitótico o acromático se rompen por la mitad y las

parejas de cromosomas homólogos se separan.

Las fibras del huso empiezan a acortarse desplazando cada cromosoma de la

pareja a un polo opuesto de la célula.

Telofase I

Desaparecen las fibras del huso mitótico.

Alrededor de cada grupo de cromosomas se forma la membrana

nuclear (con fragmentos de la membrana nuclear de la célula inicial) y el

nucleolo.

Los cromosomas se descondensan formando de nuevo la cromatina.

NOTA IMPORTANTE: al finalizar la primera mitosis se han formado dos células con la mitad

de cromosomas que la célula inicial.

Segunda mitosis de la meiosis

Es una mitosis normal tras la cual se habrán formado cuatro células hijas cada una de las cuales

tiene la mitad de cromosomas que la célula de partida.


5.2.- Importancia de la meiosis en la reproducción sexual

Por un lado, como ya hemos comentado al principio de la pregunta, la

meiosis permite mantener constante el número de cromosomas en las especies

con reproducción sexual.

Además, como durante la primera división los cromosomas homólogos de origen paterno y

materno se reparten al azar, se pueden formar muchos gametos diferentes. Para calcular cuántos

gametos diferentes se pueden formar en una especie basta aplicar la siguiente expresión

matemática: 2n, donde “n” es el número de parejas de cromosomas dentro de la especie. Así por

ejemplo, la especie humana tiene la capacidad para producir 223

= 8388608 gametos diferentes.

El entrecruzamiento o intercambio de información entre las cromátidas no hermanas de los

cromosomas homólogos que tiene lugar durante la profase I, hace que las cromátidas maternas

tengan trozos de las cromátidas paternas y viceversa, gracias a lo cual dentro de las especies con

reproducción sexual hay una gran variabilidad; es decir, individuos con características muy

diferentes.

6.- CICLOS BIOLÓGICOS

Un ciclo biológico es la serie de cambios que sufre un organismo a lo largo de su vida, desde

que nace hasta que se reproduce. En los organismos con reproducción sexual, dependiendo del tipo

de células que predominen durante el ciclo (haploides o diploides), se distinguen tres tipos de

ciclos diferentes: ciclo diplonte, haplonte y diplohaplonte.


Ciclo diplonte o diploide

Este ciclo es característico de los animales. Todas sus células son

diploides excepto los gametos (son haploides) que se forman gracias a

la división por meiosis de las células germinales, pero en la

fecundación se origina el cigoto que vuelve a ser diploide. En este caso

la meiosis tiene lugar antes de la fecundación.

Ciclo haplonte o haploide

Este ciclo se da en la mayoría de los hongos y las algas. Las células de

estos organismos son haploides, y tras la fecundación se formará un

cigoto diploide. Este será el único momento del ciclo de estos

organismos en el que contengan células diploides, ya que el cigoto,

inmediatamente después de haberse formado, se divide por meiosis

originando de nuevo células haploides. En este caso la meiosis tiene

lugar después de la fecundación.

Ciclo diplohaplonte o diplohaploide

Este ciclo se da en algunas plantas, algas y hongos, y se caracteriza porque van alternando los

ciclos haplontes con los diplontes, de manera que unas generaciones son haploides y otras

diploides.

FIN DEL TEMA

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