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El documento describe los procesos de mitosis y meiosis. Explica que la mitosis conserva el patrimonio genético al dividir el material celular entre dos células hijas idénticas, mientras que la meiosis reduce la cantidad de cromosomas para la reproducción sexual. Detalla las etapas de la mitosis (profase, metafase, anafase y telofase) y sus características, así como los componentes celulares involucrados como los centriolos, cromosomas y huso mitótico.
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- 1. ENSAYO MITOSIS Y MEIOSIS Objetivo Reconocer los procesos de mitosis y meiosis así como su proceso en sí y su importancia. Reproducción Celular El núcleo existe en todas las células eucariotas, pero existen algunas excepciones como son los eritrocitos o ciertas células vegetales que cuando alcanzan la madurez carecen de núcleo. El núcleo interviene en gran cantidad de procesos fisiológicos, morfológicos y bioquímicos, de ahí procede su importancia. Además participa en el reparto de la información genética en los procesos de división celular, con lo cual el estudio de este orgánulo se hace imprescindible. En una segunda parte del tema se va a tratar los mecanismos que se llevan a cabo para la división celular, viendo a fondo las etapas del ciclo celular y su regulación puesto que esto hoy en día es muy importante para el estudio del tratamiento del cáncer. NÚCLEO INTERFÁSICO Y EL NÚCLEO EN DIVISIÓN El núcleo interfásico Aparece rodeado de una envoltura nuclear. Dentro del núcleo aparecen uno o dos cuerpos esféricos denominados nucléolos. Aparece además una sustancia denominada cromatina. Es esférico, su tamaño es proporcional a la cantidad de ADN que contiene y a la función de la célula. La mayoría de las células son mononucleadas, y la posición del núcleo es constante y característica para cada célula. La membrana nuclear separa el núcleo del citoplasma y regula el tráfico de materiales entre citoplasma y núcleo. Formada por dos membranas concéntricas, delimitando el espacio perinuclear. Está formada por cisternas aplanadas continuación del RER, por lo que posee ribosomas y le permite expandirse o contraerse muy rápidamente y le facilita su formación en la división celular. En determinadas porciones las membranas se fusionan formando un poro nuclear. El nucleoplasma es una masa que le da al núcleo turgencia. Ocupa la mayor parte del núcleo donde se encuentra en porciones no condensadas la cromatina o eucromatina. La cromatina cuando se condensa se asocia a proteínas. El núcleo en división: los cromosomas Son formaciones de aspecto variable que se hallan inmersas en el jugo nuclear. Solo se hacen visibles cuando la célula comienza a dividirse, por adquirir un aspecto más compacto, debido a un mayor enrollamiento y a una deshidratación.
- 2. Estructura de los cromosomas: la cromatina Durante la reproducción celular, la cromatina se organiza y condensa dando lugar a los cromosomas. La cromatina aparece en forma filamentosa, presentando fibras de 100 Å o, cuando se encuentra en estado de collar de perlas o cromatina de 11 nm, y fibras de 300 Å o cuando la cromatina ya algo condensada tiene forma de solenoide. La cromatina no es más que la asociación del ADN nuclear de forma compleja a proteínas denominadas histónicas. Las histonas están extendidas generalmente en los organismos eucarióticos, de tal manera que, la relación masa de histona y ADN es alrededor de uno. Las histonas aparecen en las células vivas únicamente unidas al ADN. EL CICLO CELULAR Y LA DIVISIÓN CELULAR El ciclo celular El ciclo celular está formado por cinco fases principales: G1, S, G2, mitosis y citocinesis. En las células capaces de dividirse, el ciclo celular es el periodo que va desde el principio de una división hasta el inicio de la siguiente, y se representa en diagramas circulares. El lapso que se requiere para completar un ciclo celular es el tiempo de generación T. La realización de un ciclo requiere de períodos variables, desde unas pocas horas hasta varios días, dependiendo tanto del tipo de célula como de los factores externos, tales como la temperatura o los nutrientes disponibles. Antes de que una célula pueda comenzar la mitosis y dividirse efectivamente, debe duplicar su ADN, sintetizar mayor cantidad de proteínas de tipo histonas además de otras proteínas asociadas con el ADN de los cromosomas, producir una reserva adecuada de orgánulos para las dos células hijas, y ensamblar las estructuras necesarias para que se lleven a cabo la mitosis y la citocinesis. Estos procesos preparatorios ocurren durante las fases G1, S, G2 o fases del ciclo celular que se conocen en conjunto como interfase. El proceso clave de replicación del ADN ocurre durante la fase S o de síntesis del ciclo celular, momento en el cual muchas de las histonas y otras proteínas asociadas al ADN son también sintetizadas. Las fases G preceden y siguen a la fase S durante estas fases, no se ha podido detectar la síntesis de ADN en el núcleo de la célula. Las fases G, que siguen a la citocinesis y preceden a la fase S, es un periodo de actividad bioquímica intensa. La célula aumenta su tamaño y sus enzimas, ribosomas y mitocondrias, así como otras moléculas y estructuras citoplasmáticas que también aumentan en número. Algunas estructuras celulares pueden ser sintetizadas de novo, es decir, desde cero, por parte de la célula esto incluye a los microtúbulos, los filamentos de actina y los ribosomas, los que están compuestos, al menos en parte por subunidades proteínicas. Las estructuras membranosas, como los complejos de Golgi, los lisosomas, las vacuolas y las vesículas, que aparentemente derivan del retículo endoplasmático, se renuevan y aumentan de tamaño
- 3. por las síntesis de moléculas de naturaleza lipídica y proteínica. En las células que contienen centriolos, estos comienzan a separarse y a replicarse. También se replica las mitocondrias y los cloroplastos, que se producen a partir de mitocondrias, cloroplastos o plastidios previamente existentes. Cada uno de estos orgánulos tiene su propio cromosoma, organizado de manera muy semejante al único cromosoma existente en la célula bacteriana, constituyendo una de las razones por las cuales muchos científicos sostienen la hipótesis de que las mitocondrias y los cloroplastos se originaron como organismos separados y luego adoptaron una nueva forma de vida dentro de las células eucarióticas, hace más de mil millones de años. Así, en general, durante la fase G1, la célula realiza el crecimiento y aumenta la actividad de sus enzimas requeridas para la síntesis de ADN. Estas actividades hacen posible que la célula entre en la fase S. Las células que no se dividen permanecen en una etapa llamada G0, más o menos equivalente a G1. Durante la fase G2, que sigue a la fase S y precede a la mitosis, ocurren los preparativos finales para la división celular. Los cromosomas recién duplicados, que están dispersos en el núcleo en forma de cordones filamentosos de cromatina, comienzan a enroscarse lentamente y a condensarse en una forma compacta; esta condensación parece ser necesaria para los movimientos complejos y la separación de los cromosomas que ocurrirá en la mitosis. La duplicación del par de centriolos se completa y los dos pares de centriolos maduros ubicados justo por fuera de la envoltura nuclear, están algo separados uno del otro. También durante este periodo, la célula comienza a ensamblar las estructura especiales para asignar un conjunto completo de cromosomas a cada célula, durante la mitosis, y para separar a las dos células hijas durante la citocinesis. El ciclo celular está cuidadosamente regulado. Dicha regulación ocurre en distintos momentos e involucra la interacción de diversos factores, entre ellos, la falta de nutrimentos y los cambios en temperatura o en pH pueden hacer que las células detengan su crecimiento y su división. En los organismos multicelulares, además, el contacto con células contiguas puede tener el mismo efecto. División celular La división celular es el proceso por el cual el material celular se divide entre dos nuevas células hijas. Una célula individual crece asimilando materiales de su ambiente y sintetizando nuevas moléculas estructurales y funcionales. Cuando una célula alcanza un cierto tamaño crítico y cierto estado metabólico se divide. Las dos células hijas, cada una de las cuales ha recibido aproximadamente la mitad de la masa de la célula materna, comienza entonces a crecer de nuevo.
- 4. Las nuevas células producidas son semejantes en estructura y función tanto a la célula materna como entre sí. Así, cada célula nueva recibe aproximadamente la mitad del citoplasma y de los orgánulos de la célula materna, pero en términos estructurales y funciónales, lo más importante es, que cada célula nueva recibe un juego duplicado y exacto de la información La distribución de esta información hereditaria es comparativamente hablando, simple en las células procariotas. En estas células, la mayor parte del material hereditario está formado por una molécula de ADN circular asociada a una gran variedad de proteínas. Esta molécula o cromosoma de la célula se duplica antes de la división celular. De acuerdo con la evidencia actual, cada uno de los dos cromosomas hijos se une a un punto diferente sobre la cara interna de la membrana celular. Cuando la membrana se alarga, los cromosomas se separan. La célula, al alcanzar aproximadamente el doble de su tamaño originario provoca que los cromosomas se separen, la membrana celular entonces, se invagina y se forma una nueva pared, que separa a las dos nuevas células hijas y a sus juegos cromosómicos. En las células eucariotas, el problema de dividir exactamente el material genético es mucho más complejo. Una célula eucariota típica contiene aproximadamente unas mil veces más ADN que una célula procariota, y este ADN es lineal y forma un cierto número de cromosomas diferentes. Además, como hemos visto, las células eucariotas contienen una variedad de orgánulos y éstos también deben ser repartidos. En una serie de pasos llamados, colectivamente, Mitosis, un conjunto completo de cromosomas es asignado a cada uno de los dos núcleos hijos. La mitosis, habitualmente es seguida de un proceso de citocinesis, proceso que divide a la célula en dos células nuevas, cada una de las cuales contiene no solamente un núcleo con un juego completo de cromosomas, sino también, aproximadamente, la mitad del citoplasma y de los orgánulos de la célula materna Aunque la mitosis y la citocinesis son los acontecimientos culminantes de la división celular en los organismos eucariotas, representan solamente dos etapas del ciclo celular. MITOSIS Y MEIOSIS9 Mitosis El significado hereditario de la mitosis consiste en la conservación del patrimonio hereditario, permitiendo una renovación del material genético. El ciclo mitótico consta de dos grandes fases, que son la división del núcleo o cariocinesis y la división del citoplasma o citocinesis. A su vez, la cariocinesis está dividida en cuatro fases, profase, metafase, anafase y telofase. Pero previamente a la mitosis es imprescindible que la célula pase por un periodo de interfase o preparación para realizar la división celular.
- 5. Profase: En la profase temprana los centriolos comienzan a moverse hacia los polos opuestos de la célula. La cromatina aparece visible a modo de largas hebras y el nucléolo se dispersa y se hace menos evidente. En la profase media se completa la condensación de los cromosomas. Cada uno de ellos se compone de dos cromátidas unidas por el centrómero. Cada cromátida contiene una de las dos moléculas de ADN que ha aparecido en la replicación. Los centriolos continúan su movimiento hacia los polos de la célula y se observa que el huso microtubular comienza a irradiar desde las zonas adyacentes a los centriolos. En la profase tardía la envoltura nuclear comienza a dispersarse y a desaparecer. El nucléolo ya no es visible. Los centriolos alcanzan los polos de la célula. Algunas fibras del huso se extienden desde el polo hasta el centro, o ecuador de la célula. Otras fibras del huso van de los polos a las cromátidas y se unen a los cinetocoros de los cromosomas. En esta fase el nucleofilamento se empaqueta unas 1000 veces, alcanzando su máximo plegamiento al final de esta fase. Entonces las cromátidas aparecen unidas al centrómero Metafase: los cromosomas se van moviendo hacia el ecuador de la célula y se alinean de mofo que los centrómeros se hallan en el plano ecuatorial formando la placa metafásica. Parece que las fibras que se unen al cinetocoro de los cromosomas son las responsable de que los cromosomas se alineen en el ecuador celular y de que se orienten de manera que sus ejes longitudinales formen un ángulo recto con el eje del huso. Anafase: también puede dividirse en temprana y tardía. Anafase temprana comienza a separarse los dos juegos de cromátidas de cada cromosoma. Cada una de ellas tiene un centrómero que unido por una fibra del huso a un polo. Cada cromosoma comienza a desplazarse hacia el polo al que está unido. Simultáneamente la célula se alarga conforme lo va haciendo el huso que va de polo a polo de la misma. Anafase tardía: cada juego de cromosomas está ya cerca de su polo. Comienza la división del citoplasma y aparece un surco de segmentación. Telofase: aparecen poco a poco las envolturas nucleares alrededor de los núcleos hijos. Los cromosomas empiezan a ser menos visible, al contrario que al nucléolo, que es cada vez más patente. Durante la mitosis el centriolo hijo de cada uno de los polos continúa creciendo hasta alcanzar su tamaño normal. En esta fase la duplicación de cada centriolo original se acaba y cada uno de los dos centriolos de cada polo comienza a generar un nuevo centriolo hijo en ángulo con él. El huso desaparece al despolimerizarse los microtúbulos y las otras fibras implicadas. La citocinesis está prácticamente acabada. Citocinesis: una vez que se ha realizado el reparto cromosómico entre las células hijas originadas, viene el reparto del citoplasma, que puede ser equitativo o no. Este proceso de división celular genuina se conoce con el nombre de citocinesis.
- 6. Existen diversos tipos de citocinesis. Ésta comprende no solamente a las células que han dividido su núcleo por cariocinesis o mitosis sino a aquellas que han realizado su división nuclear amitóticamente. Aunque las observaciones al respecto pudieran ser dudosas, lo que sí es cierto es que existen células y organismo eucariontes que dividen su núcleo o patrimonio genético de manera que escapa a la norma clásica de la mitosis. Posiblemente la división indirecta o amitosis constituya una variante difícilmente observable de mitosis. En esencia, ésta constituirá un reparto equitativo de la masa nuclear. Una vez realizada la división nuclear, sucede la individualización de las células hijas, que puede darse de diversas maneras: Bipartición o escisión: constituye la forma más generalizada. La célula dividida origina dos células hijas prácticamente iguales. Este fenómeno puede realizarse por dos procedimientos: o División por tabicamiento: es el procedimiento que se encuentra principalmente en las plantas cromofitas y algunas talofitas. Consiste en la aparición o diferenciación de un tabique en el plano ecuatorial del huso. Durante la anafase y telofase, el huso ensancha considerablemente, transformándose en un cuerpo de forma biconvexa, denominado fragmoplasto. En su zona ecuatorial, las fibrillas diferencian unos abultamientos o vesículas que se sueldan originando un tabique o placa celular, que creciendo centrífugamente. Acaba por separar ambas células hijas. En la parte media de las dos caras de la placa, se diferencia la membrana celular de las células formadas. La placa celular se origina a partir de las vesículas del aparato de Golgi, reorganizándose poco a poco todos los elementos membranosos para delimitar las superficies de las células hijas. o División por estrangulamiento: realmente es un caso particular del anterior, consistente en la formación de un anillo que acaba estrangulando completamente al citoplasma celular, al mismo tiempo que se separan las células hijas por movimientos ameboideos, mientras que en el caso anterior el anillo va provocando pequeñas fisuras que acaban fusionándose. El tipo de división por estrangulamiento es muy común entre seres unicelulares. Meiosis La meiosis es un proceso en el que, a partir de una célula con un número diploide de cromosomas (2 n), se obtienen cuatro células hijas haploides (n), cada una con la mitad de cromosomas que la célula madre o inicial. Este tipo de división reduccional sólo se da en la reproducción sexual, y es necesario para evitar que el número de cromosomas se vaya duplicando en cada generación. El proceso de gametogénesis o formación de gametos, se realiza mediando dos divisiones meióticas sucesivas:
- 7. 1. Primera división meiótica. una célula inicial o germinal diploide (2 n) se divide en dos células hijas haploides (n). 2. Segunda división meiótica. Las dos células haploides (n) procedentes de la primera fase se dividen originando cada una de ellas dos células hijas haploides (n). Las fases de la meiosis son: PRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA: 1. Interfase o fase de reposo. En una célula en la que hay una masa de ADN procendente del padre y otra procedente de la madre se va a iniciar una meiosis. 2. Final de la interfase. Duplicación del ADN. 3. Profase I A. Formación de los cromosomas. 4. Profase I B. Entrecruzamiento. Los cromosomas homólogos intercambian sectores. El núcleo se rompe. 5. Metafase I. Aparece el huso acromático. Los cromosomas se fijan por el centrómero a las fibras del huso. 6. Anafase I. Las fibras del huso se contraen separando los cromosomas y arrastrándolos hacia los polos celulares. 7. Telofase I. Se forman los núcleos y se originan dos células hijas. Los cromosomas liberan la cromatina. SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA 8. Profase II. Se forman los cromosomas y se rompe el núcleo. 9. Metafase II. Los cromosomas se colocan en el centro celular y se fijan al huso acromático. 10. Anafase II. Los cromosomas se separan y son llevados a los polos de la célula. 11. Telofase II. Se forman los núcleos. Los cromosomas se convierten en cromatina y se forman las células hijas, cada una con una información genética distinta. En los individuos machos, la gametogénesis recibe el nombre de espermatogénesis y tiene lugar en los órganos reproductores masculinos. En los individuos hembras, la gametogénesis recibe el nombre de ovogénesis y se realiza en los órganos reproductores femeninos. Conclusión
- 8. Se reconocieron los procesos de mitosis y meiosis así como su proceso en sí y su importancia, es así que se reconoció la importancia de la mitosis, siendo esta vital. Sin mitosis no hay división celular, sin división celular, no hay crecimiento del individuo por lo que no sería un ser vivo. Si no hubiera mitosis además de no haber crecimiento celular, las células que mueren no serían reemplazadas por lo que el individuo moriría, en ello radica su importancia, además de los complicados procesos que implican una división mitótica o meiótica. Bibliografía Karp Gerald “BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR” Conceptos y Experimentos, McGraw-Hill Interamericana. UNAM, 1996, pag 736. MITOSIS Y MEIOSIS. Disponible en: http://web.educastur.princast.es/cea/orientecosta/portal/descargas/raquel/tema9.pdf Consultado en: (08/05/2013) EL CICLO CELULAR Disponible en: http://www.escolessas.com/escolessas/laie/racoestudiant/apunts/biologia/ciclocelular.pdf Consultado en: (08/05/2013)’
- 9. ANEXOS