Reproducción Celular: Mitosis y Meiosis

BASES DE LA REPRODUCCIÓN CELULAR

Cuando una célula se divide debe transmitir a sus células hijas los requisitos esenciales para la vida: la información hereditaria para dirigir los procesos vitales y la de los materiales en el citoplasma que necesita la célula hija para sobrevivir y utilizar la información hereditaria.

La información hereditaria de todas las células vivas se encuentra en el ácido desoxirribonucleico (DNA). Como muchas moléculas biológicas grandes, una molécula de DNA consta de una larga cadena de pequeñas subunidades, llamadas nucleótidos. Las unidades de herencia, los genes, son segmentos de DNA de unos cuantos cientos a varios miles de nucleótidos de longitud. La secuencia de nucleótidos en un gen, codifica la información para sintetizar el RNA y las moléculas proteicas necesarias para construir y llevar a cabo las actividades metabólicas.

Para que cualquier célula sobreviva debe tener un juego completo de instrucciones genéticas. Por lo tanto, cuando una célula se divide no puede simplemente dividir sus genes por la mitad y darle a cada célula hija la mitad de un conjunto. En lugar de eso, la célula debe primero duplicar su DNA.

CICLO CELULAR EUCARIOTICO

La mayor parte de la vida de una célula la pasa en Interfase. La interfase se inicia en un periodo en que no se sintetiza DNA, posteriormente ocurre síntesis de DNA y después, se presenta un periodo en el que tampoco se sintetiza DNA.

El periodo posterior a la división celular más reciente y previo a la duplicación de cromosomas es la fase G1. Aunque la designación de “primer nexo” en la síntesis de DNA hace suponer que la célula esta descansando antes de proceder a sintetizar el DNA, no sucede así. Dehecho, la mayor parte del crecimiento y de la actividad de la célula ocurre en la fase G1. La célula adquiere nutrimientos de por medio, lleva a cabo sus funciones especializadas y crece.

Mas tarde, en la fase G1, en un punto llamado de restricción, en la célula ocurre una especie de “evaluación interna” de su capacidad para completar el ciclo celular y producir dos células hijas viables. Si la evaluación resulta negativa, la célula no se divide; si resulta positiva, la célula está autorizada para duplicar el DNA y entrar en la división celular.

La duplicación de cromosomas define la S o fase de síntesis, ya que este es el único momento de síntesis de DNA que ocurre en condiciones normales. Cada cromosoma se duplica solo una vez. Durante la fase S, las células animales también duplican sus centríolos.

El periodo posterior a la síntesis de DNA, pero previo a la próxima división celular, es la fase G2, la célula ya esta autorizada para efectuar la división celular antes de hacerlo en la fase G2. Durante la mayor parte de esta fase se sintetizan las moléculas necesarias de DNA para la división celular.

INTERFASE

La interfase es el periodo en el cual las células llevan a cabo una serie de actividades, distintas a la mitosis. La interfase no es parte del periodo de la mitosis. Frecuentemente, las células crecen en tamaño durante la interfase y llevan a cabo actividades vitales, tales como la síntesis y el movimiento de materiales hacia dentro y fuera de la célula. Durante la interfase se forman en la célula muchas clases de materiales incluyendo enzimas y otros tipos de proteínas. Muchos de los materiales formados durante este periodo se almacenan para usarse en la mitosis.

Durante la interfase ocurre un evento muy importante: los cromosomas se duplican. El DNA dentro de los cromosomas se duplica. Esta duplicación del DNA resulta en la duplicación del número de cromosomas. En este punto, la célula tiene 2 juegos idénticos de cromosomas.

MITOSIS

En toda mitosis la célula en división se caracteriza por la presencia de dos componentes fundamentales que, normalmente, constituyen la figura mitótica: el aparato cromático y el acromático. El primero lo forman los cromosomas. En cierto sentido, podemos incluir también el nucleolo, ya que participa en el ciclo mitótico. El segundo lo forman los centríolos, ásteres y huso.

Profase:

La Profase supone aproximadamente un 40% del tiempo total de la mitosis. Implica una serie de cambios tanto morfológicos como en el estado físico-químico de la célula. En la etapa comprendida entre G2 y la profase hay una desorganización y reorganización del citoesqueleto que estaba manteniendo en la interfase la forma celular. En células vegetales no ocurre así por que la pared celular es rígida.

Metafase:

Durante la Metafase, los microtúbulos cromosómicos que se mueven hacia los polos opuestos participan en una batalla, en la cual cada uno de ellos jala hacia su propio polo. Parece ser que, los microtúbulos cinetocóricos largos jalan más fuerte que los cortos. Por lo tanto, si un cromosoma está mas alejado de un cromosoma que el otro; es arrastrado hacia el polo más distante. También es posible que en esta etapa, los cromosomas sean alejados de los polos; mientras más cercano se encuentre un cromosoma a un polo, será empujado con mayor fuerza. Al ser empujado hacia el polo más distante o alejado del polo más cercano, o ambas cosas, cada cromosoma termina alineado a lo largo del eje ecuatorial de la célula, el centro entre ambos polos. La metafase termina cuando ambos polos. La metafase termina cuando todos los cromosomas se han alineado en el ecuador.

Anafase:

Al inicio de la Anafase, el centrómero de cada cromosoma se divide y las cromátides hijas se separan en dos cromosomas hijos independientes. Los cinetocoros realizan algunos movimientos moleculares. Los “motores” proteicos dentro de los cinetocoros, parecidos a los que ocasionan la inclinación de los cilios y los flagelos, jalan a los cinetocoros (y a los cromosomas unidos a ellos) hacia el polo a lo largo de los microtúbulos cinetocóricos. Simultáneamente los microtúbulos se desensamblan dentro de los cinetocoros de tal manera que los microtúbulos se acortan aproximadamente a la misma velocidad que los cinetocoros se mueven hacia los polos.

La utilidad y precisión de los mecanismos de la clasificación y separación de cromosomas no depende del número de cromosomas en una célula. La mitosis funciona igual en células que tienen unos cuantos cromosomas, como las de las moscas de la fruta (8 cromosomas), que en las que contienen cientos de ellos, como las células de las “colas de caballo” y de algunos helechos. Esto mismo ocurre en las células haploides, diploides y poliploides.

Telofase:

Cuando los cromosomas llegan a los polos, se inicia la Telofase (la “etapa final”). El huso se desintegra. Las vesículas que se formaron, cuando se ha roto la antigua membrana nuclear durante la profase tardía, se unen alrededor de cada grupo de cromosomas formando dos nuevas membranas nucleares.

Los cromosomas se extienden nuevamente y reaparece el nucleolo. En casi todas las células la citocinesis ocurre durante la Telofase, encerrando cada uno de los núcleos hijos en una célula independiente

CITOCINESIS

En la mayor parte de las células, durante la telofase se inicia la división del citoplasma en dos mitades casi iguales. En las células animales, los microfilamentos compuestos de las proteínas actina y miosina forman anillos alrededor del plano ecuatorial de la célula, rodeando los restos del huso mitótico. Los microfilamentos se fijan a la membrana plasmática. Durante la citocinesis, los anillos se contraen y jalan al plano ecuatorial de la célula. Finalmente la “cintura” se contrae completamente dividiendo al citoplasma en dos células hijas.

La citocinesis en las células vegetales es muy diferente, probablemente debido a que las paredes celulares

MEIOSIS

Las células especializadas que se unen durante la reproducción sexual se llaman gametos o células sexuales. En la hembra, los gametos se llaman óvulos o huevos. En un macho los gametos se llaman espermatozoides. La unión de un óvulo y un espermatozoide se llama fecundación. La célula que se forma por la unión de estos dos gametos se llama cigoto.

La meiosis es la división celular en la que el número de cromosomas se divide a la mitad y se forman gametos. La meiosis comprende la división de una célula que comienza con el número diploide de cromosomas. La célula pasa por dos divisiones sucesivas, pero los cromosomas se duplican solo una vez. Las dos divisiones tienen como resultado cuatro células hijas. Cada célula contiene solamente la mitad del número de cromosomas de la célula madre.

La interfase antes de la meiosis es similar a la interfase antes de la mitosis. Se forman proteínas y otros componentes, se almacena y usa energía y se intercambian materiales con el ambiente.

ETAPAS DE LA MEIOSIS

La meiosis consiste en dos divisiones sucesivas, cada una de las cuales se divide en fases similares a las de la mitosis. La primera división se llama Meiosis I y la segunda Meiosis II.

1.- En la Profase I, la primera profase de la meiosis, la cromatina se acorta y se condensa. Cada cromosoma es visible en forma de dos cromátides unidas por un centrómero. La membrana nuclear y el nucleolo se rompen. Se forma el huso miótico entre los polos opuestos de la célula.

En la Profase I de la meiosis ocurre un evento que no ocurre durante la mitosis. A medida que los cromosomas se hacen visibles, los cromosomas homólogos, se alinean. Los homólogos llevan el mismo tipo de información genética y en el mismo orden. Los homólogos en cada par se entrelazan estrechamente. El pareo de homólogos en la profase I se llama sinapsis. Cada cromosoma se conforma de cromátides. Las cuatro cromátidas de un par homologo constituyen una tétrada.

Cuando los homólogos se aparean durante la sinapsis, sus cromátidas, frecuentemente, se doblan una alrededor de la otra. A veces, las cromátidas se rompen en intercambian partes. Este intercambio de pedazos de material de cromátidas entre cromosomas homólogos durante la meiosis se llama entrecruzamiento.

2.- Durante la Metafase I las tétradas se alinean a lo largo del ecuador de la célula. Los homólogos están pareados a lo largo de este ecuador. Las tétradas se alinean en ángulo recto con las fibras del huso mitótico. Cada cromosoma está pegado a una de las fibras del huso mitótico.

3.- Durante la Anafase I, los pares homólogos de cromosomas se separan. Un cromosoma de cada par se mueve hacia el polo de una célula. El otro cromosoma del par se mueve hacia el polo opuesto. Cada cromosoma se compone todavía se compone de dos cromátidas unidas por un centrómero. Las cromátidas no se separan en este momento como ocurre en la mitosis.

4.- Durante la Telofase I se divide el citoplasma formando dos células. Cada célula contiene un miembro de cada par de cromosomas homólogos. El número de cromosomas se ha reducido a haploide. La membrana nuclear se forma alrededor de los cromosomas en cada nueva célula.

Después de la Telofase I se completa la primera división celular de la meiosis. Las dos células entran en una fase llamada intercinesis. La intecinesis es similar a la interfase, pero los cromosomas no se duplican. La segunda división celular de la meiosis ocurre en las dos células formadas por la primera división celular

5.- Durante la Profase II, la segunda división celular de la meiosis, la membrana nuclear y el nucleolo se rompen. Los cromosomas se acortan y se hacen visibles. Cada cromosoma se compone de dos cromátidas unidas por un centrómero.

6.- Durante la Metafase II las cromátidas, todavía pegadas por el centrómero se mueven hacia el ecuador de la célula.

7.- Durante la Anafase II las cromátidas se separan. Una cromátida de cada cromosoma se mueve hacia un polo de la célula. La otra cromátida se mueve hacia el polo opuesto.

8.- Durante la Telofase II el citoplasma se divide, formando dos células, cada una con el numero monoploide de cromosomas. En cada célula hija, se forma la membrana nuclear alrededor de los cromosomas.

Bibliografía

• Bioligia. Alexander, Bahret, Chavez. PRENTICE HALL. Pag 65-73

• Biologia, La Vida en la Tierra. Audesrik. PRENTICE HALL. Pag 158-172

• Biología Celular. Paniagua, et al… MC GRAW HILL Pag 329-333

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE

COAHUILA

Facultad de Ciencias Químicas

Seminario de Anatomia Humana

2º Sem. Secc “A”

Reproducción celular: Mitosis y Meiosis

30 de Mayo de 2003