Introducción

División celular

Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial “el óvulo fecundado” por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas (es decir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.

Las células que constituyen los distintos tejidos de un organismo pluricelular suelen presentar diferencias muy notables en estructura y función. Las diferencias entre una célula nerviosa, una célula hepática y un eritrocito de un mamífero, por ejemplo, son tan extremas que cuesta creer que todas ellas contengan la misma información genética. Como todas las células de un animal o vegetal se forman a través de divisiones sucesivas de un único óvulo fecundado, casi todas ellas tienen la misma información genética. Se diferencian unas de otras porque sintetizan y acumulan juegos distintos de moléculas de ARN y proteínas sin alterar la secuencia del ADN. Este proceso, llamado diferenciación, se basa en la activación y desactivación selectiva de genes en una sucesión programada. Estos cambios orquestados de las características celulares suelen ser irreversibles, de modo que una célula nerviosa humana no puede transformarse en leucocito ni volver al estado de división rápida característico de las células embrionarias inmaduras de las que procede.

Uniones intercelulares

Para formar un organismo pluricelular, las células no sólo deben diferenciarse en tipos especializados, sino también unirse para constituir tejidos y órganos. Los organismos eucariotas han satisfecho esta necesidad de distintas formas a lo largo de la evolución. En las plantas superiores, las células no sólo se mantienen conectadas por puentes citoplásmicos llamados plasmodesmos, sino que además están aprisionadas en las cámaras rígidas de una especie de panal formado por paredes de celulosa que segregan las propias células (paredes celulares. En casi todos los animales, las células están unidas por una red laxa de grandes moléculas orgánicas extracelulares (la llamada matriz extracelular) y por adherencia entre membranas plasmáticas. A menudo, las uniones entre células permiten que éstas se dispongan en forma de capa pluricelular o epitelio. Las láminas epiteliales suelen formarse a partir del límite externo de los tejidos y órganos, y constituyen una barrera superficial que regula la entrada y salida de materiales.

Señales celulares

Durante el desarrollo del embrión, cada tipo de célula queda programada para responder de una forma concreta; por tanto, debe haber un sistema que haga circular mensajes o señales entre las células. La célula debe asimismo trabajar en armonía con el medio en que se encuentra; en un organismo pluricelular, esto significa colaborar con las células vecinas. La importancia de estos `controles sociales' se hace aparente cuando fallan y la división celular se produce de forma descontrolada; se genera entonces un tumor canceroso. Las células coordinan sus numerosas actividades por medio de un sistema de señalización de reacciones que cumple una función comparable a la de la instalación eléctrica de un automóvil o el sistema nervioso de un animal de pequeñas dimensiones. Una serie de moléculas, en muchos casos producidas por otras células, actúan sobre receptores de la superficie celular que inician cascadas de reacciones bioquímicas dentro del citoplasma. Los cambios de concentración de determinados iones y moléculas regulan la actividad de las proteínas y la expresión de los genes.

El 14 de mayo, la revista científica Cell publicó un importante hallazgo en el campo de la biología celular: científicos del Centro Lineberger para el Estudio del Cáncer, perteneciente a la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, y de la Universidad Rockefeller de Nueva York han descubierto que los cromosomas de las células de los mamíferos terminan en forma de bucle.

Los cromosomas, que se encuentran en todas las células animales y vegetales, son estructuras cilíndricas que contienen ácido desoxirribonucleico (DNA, las moléculas de material genético que determinan las características y el desarrollo de un organismo). Los extremos de los cromosomas, llamados telómeros, contienen secuencias especiales de DNA.

Cuando un cromosoma se divide en dos o más fragmentos, cosa que puede ocurrir cuando una célula es expuesta a radiación u otro agente dañino, los mecanismos de reparación de la célula tratan de volver a conectar los extremos seccionados de los cromosomas. Si el cromosoma no se puede reparar, la célula se autodestruye, reduciendo el riesgo de que la información genética, peligrosa en potencia, se reproduzca.

Uno de los misterios que más han intrigado a los científicos es el de porqué las células no confundían los extremos seccionados con los telómeros a la hora de iniciar una respuesta de reparación o la autodestrucción. El estudio recién publicado parece dar la respuesta: los telómeros, que son sólo visibles a través de potentes microscopios electrónicos, terminan en estructuras en forma de bucle. Según el microbiólogo y coautor del estudio Jack Griffith, de la Universidad de Carolina del Norte, el bucle “disimula el extremo de DNA, manteniéndolo camuflado o escondido de los censores que inician la respuesta suicida de la célula”.

Los biólogos han explicado que el descubrimiento significa un importante avance en la comprensión de funciones celulares básicas, entre las que se incluye el envejecimiento y la muerte celular. Estudios previos sobre división celular, por ejemplo, han demostrado que cada vez que la célula se divide, sus telómeros se acortan hasta que, finalmente, la célula deja de subdividirse y muere. El nuevo hallazgo sugiere que tras un cierto número de divisiones, los telómeros son demasiado cortos para formar terminaciones en forma de bucle. Cuando esto sucede, se activa el mecanismo de autodestrucción de la célula.

El núcleo es un organela confinada en una membrana que contiene la información genética en la forma de cromatina, complejos de ácido desoxirribonucleico (ADN) con forma de una cinta altamente doblada y una clase de proteínas llamadas histonas. 

Cuando la célula se divide, las fibras de cromatina están muy dobladas, y son visibles en el microscopio óptico como cromosomas. Durante la interfase (entre divisiones), la cromatina esta más extendida, la forma usada para la expresión de la información genética. 

El ADN de la cromatina esta envuelto alrededor de un complejo de histonas formando lo que puede aparecer en el microscopio electrónico como "cuentas de un rosario" o núcleo somas.  Los cambios en el doblado entre la cromatina y los cromosomas mitóticos esta controlado por el empaquetado de los complejos de núcleo somas. 

El ADN o ácido desoxirribonucleico es una molécula grande formada por cadenas de unidades que se repiten del azúcar desoxirribosa y fosfato unidos a cuatro diferentes bases abreviadas A, T, G, y C. Luego le mostraremos como la simple estructura del ADN contiene la información para proteínas especificas que permiten la vida. El proceso de la mitosis está diseñado para asegurar que copias exactas del ADN en los cromosomas sean pasados a las células hijas.

El ciclo celular es un conjunto ordenado de eventos que culmina con el crecimiento de la célula y la división en dos células hijas.  Las células que no están en división no se consideran que estén en el ciclo celular. Las etapas, mostradas a la izquierda, son G1-S-G2-M. El estado G1 quiere decir "GAP 1"(Intervalo 1. El estado S representa "Síntesis". Este es el estado cuando ocurre la replicación del ADN. El estado G2 representa "GAP 2"(Intervalo 2). El estado M representa "mitosis", y es cuando ocurre la división nuclear(los cromosomas se separan) y citoplasmática(citocinesis. La Mitosis  además se divide en  4 fases.

Mitosis 

¿Que es (y no es) mitosis?  

Mitosis es la división nuclear más citocinesis, y produce dos células hijas idénticas durante la profase, pro metafase, metafase, anafase y telofase.  La interfase frecuentemente se incluye en discusiones sobre mitosis, pero la interfase técnicamente no es parte de la mitosis, más bien incluye las etapas G1, S y G2 del ciclo celular.

Interfase & mitosis  

Interfase	La célula esta ocupada en la actividad metabólica preparándose para la mitosis (las próximas cuatro fases que conducen e incluyen la división nuclear).  Los cromosomas no se disciernen claramente en el núcleo, aunque una mancha oscura llamada nucleolo, puede ser visible.  La célula puede contener un par de centríolos ( o centros de organización de microtubulos en los vegetales ) los cuales son sitios de organización para los microtubulos.
Profase	La cromatina en el núcleo comienza a condensarse y se vuelve visible en el microscopio óptico como cromosomas.  El  nucleolo desaparece.  Los centríolos comienzan a moverse a polos opuestos de la célula y  fibras se extienden desde los centrómeros. Algunas fibras cruzan la célula para formar el huso mitótico.
Prometafase	La membrana nuclear se disuelve, marcando el comienzo de la pro metafase.  Las proteínas se adhieren a los centrómeros creando los cinetocoros.  Los microtubulos se adhieren a los cinetocoros y los cromosomas comienzan a moverse.
Metafase	Fibras del huso alinean los cromosomas a lo largo del medio del núcleo celular.  Esta línea es referida como, el plato de la metafase.  Esta organización ayuda a asegurar que en la próxima fase, cuando los cromosomas se separan, cada nuevo núcleo recibirá una copia de cada cromosoma.
Anafase	Los pares de cromosomas se separan en los centriolos y se mueven a lados opuestos de la célula. El  movimiento es el resultado de una combinación de: el movimiento del cinetocoro a lo largo de los microtubulos del huso y la interacción física de los microtubulos polares.
Telofase	Los cromatidos llegan a los polos opuestos de la célula, y nuevas membranas se forman alrededor de los núcleos hijos. Los cromosomas se dispersan y ya no son visibles bajo el microscopio óptico.  Las fibras del huso se dispersan, y la citocinesis o la partición de la célula puede comenzar también durante esta etapa.
Citocinesis	En células animales, la citocinesis ocurre cuando un anillo fibroso compuesto de una proteína llamada actina, alrededor del centro de la célula se contrae pellizcando la célula en dos células hijas, cada una con su núcleo.  En células vegetales, la pared rígida requiere que una placa celular sea sintetizada entre las dos células hijas.

Meiosis

Reproducción

Reproducción asexual (Vegetativa) 

Una forma de duplicación usando solo mitosis.  Por ejemplo, una nueva planta crece desde la raíz o un brote crece de una planta existente.  Produce solamente descendientes genéticamente idénticos porque todas las reproducciones se realizan por mitosis.  Los descendientes, llamados clones, son una copia exacta del organismo original. Este método de reproducción es rápido y efectivo permitiendo la diseminación de un organismo. En razón de que los descendientes son idénticos, no hay mecanismo para introducir diversidad.

 Reproducción sexual

Formación de un nuevo individuo por la combinación de dos células sexuales haploides (gametos).  Fertilización- combinación de información genética de dos células distintas que tienen la mitad de la información genética original.  Los gametos para la fertilización generalmente vienen de padres distintos.  La hembra- produce un óvulo.  El macho produce esperma. Ambos gametos son haploides, con un juego,  la mitad de los cromosomas.  El nuevo individuo se llama zigota, con dos juegos, la totalidad de cromosomas (diploide).  La Meiosis es un proceso para convertir una célula diploide en un gameto haploide, y causar un cambio en la información genética para incrementar la diversidad de los descendientes.  Los cromosomas en la célula diploide  Juego diploide de los humanos; 2n = 46  Autosómicos; cromosomas homólogos, uno de cada padre (humanos = 22 juegos de 2)  Cromosomas sexuales (los humanos tienen 1 juego)  En la hembra- los cromosomas sexuales son homologos (XX)  En el macho-los cromosomas no son-homólogos (XY)  Haploide: Numero de juegos de cromosomas en una célula Haploide (n)-- un juego de cromosomas  Diploide (2n)-- dos juegos de cromosomas  La mayoría de adultos de  plantas y animales son diploides (2n)  El óvulo y el esperma son haploides (n)  Meiosis 1 & 2  ¿Que es la Meiosis 1?   En meiosis 1, los cromosomas en una célula diploide se segregan nuevamente, produciendo cuatro células hijas haploides.  Este es el paso de la meiosis que genera diversidad genética.  Las fases de la meiosis 1 & 2   ProfaseI    La replicación del ADN precede el comienzo de la meiosis I. Durante la profase I, los cromosomas homólogos se aparean y forman sinapsis, un paso que es único a la  meiosis. Los cromosomas apareados se llaman bivalentes, y la formación de quiasmas causada  por recombinación genética se vuelve aparente. La condensación de los  cromosomas permite que estos sean vistos en el microscopio. Notese que el bivalente tiene dos cromosomas y cuatro cromátidas, con un cromosoma de cada padre.  PrometafaseI    La membrana nuclear desaparece.  Un cinetocoro se forma por cada cromosoma, no uno por cada cromátida, y los cromosomas adosados a fibras del huso comienzan a moverse.  MetafaseI    Bivalentes, cada uno compuesto de dos cromosomas (cuatro cromátidas) se alinean en el plato de metafase. La orientación es al azar, con cada homologo paterno en un lado. Esto quiere decir que  hay un 50% de posibilidades de que las células hijas reciban él homologo  del padre o de la madre por cada cromosoma. AnafaseI    Los quiasmas se separan. Los cromosomas, cada uno con dos cromátidas, se mueven a polos opuestos. Cada una de las células hijas ahora es haploide (23 cromosomas), pero cada cromosoma tiene dos cromátidas.  TelofaseI    Las envolturas nucleares se pueden reformar, o la célula puede comenzar rápidamente  meiosis 2.  Citocinesis    Análoga a la mitosis donde dos células hijas completas se forman.

La meiosis 2 es similar a la mitosis. Sin embargo no hay fase "S".  Las cromátidas de cada cromosoma ya no son idénticas en razón de la recombinación. La meiosis II separa las cromátidas produciendo dos células hijas, cada una con 23 cromosomas (haploide), y cada cromosoma tiene solamente una cromátida. 

Comparación de Meiosis y Mitosis

• Comportamiento de los cromosomas 

Mitosis: Cromosomas homólogos independientes 

Meiosis: Cromosomas homólogos se aparean formando bivalentes hasta anafase I 

• Numero de cromosomas- reducción en meiosis 

mitosis- células hijas idénticas 

meiosis- células hijas haploides 

• Identidad genética de la progenie: 

Mitosis: células hijas idénticas 

Meiosis: Las células hijas tienen una nueva variedad de  cromosomas paternos. 

Meiosis: Cromátidas no idénticas,  intercambio de segmentos 

Errores meioticos

•  Homólogos sin desunir no se separan en meiosis 1 

Resultados en aneuploide 

Usualmente letal para el embrión

Trisomia 21, excepción que conduce al síndrome de Downs.

 Cromosomas sexuales

Síndrome de Turner: monosomia X 

Síndromes de Klinefelter: XXY 

• Translocación y supresión: transferencia de una pieza de un cromosoma a otro o perdida de un fragmento de un cromosoma. 

Mitosis, Meiosis y Ploide

• La mitosis puede proceder independiente del ploide de la célula, los cromosomas homólogos se comportan independientemente. 

• La meiosis puede solamente proceder si el núcleo contiene un numero par de cromosomas  (diploide, tetraploide. 

• Trisomia 21  no previene la meiosis 

Resumen

En la practica de laboratorio observamos las diferentes fases del proceso miótico como parte de la división celular , en la Allium cepa (raíz de la cebolla), e identificación de las mismas al observarlas al microscopio.

Esto después de aplicarle acabo una serie de procesos de preparación, para su posterior estudio.

Primero tomamos la raicilla de la cebolla que la profesora tenia en una solución 3:1 de alcohol (ácido acético) durante aproximadamente 1 hora, y la observamos en el estereoscopio.

Ya en este, cortamos la parte mas blanca de la raíz aproximadamente a unos 2mm del extremo y agregamos una gota de HCL (15%) y lo dejamos reposar (3min).

Con un pedacito de servilleta secamos el exceso de HCL y lo lavamos con agua destilada (4 vese),

Secando cuidadosamente el exceso de agua destilada.

Teñimos la ricilla con una gota de orceína acética y le proporcionamos un poco de presión a la raicilla ya en el cubre objetos, para macerar las células y separarlas.

Ya en este punto visualizamos en el estereoscopio la identificación de las fases mitóticas.

Visualizamos dichas fases en la cebolla y en la blástula de pez.

El crecimiento en un organismo es cuidadosamente controlado regulando el ciclo celular. En las plantas las raíces continúan creciendo mientras buscan agua y nutrientes. Estas regiones de crecimiento sirven para estudiar el ciclo celular porque en cualquier momento se pueden encontrar células que están sufriendo mitosis.  Para examinar las células en la punta de una raíz de cebolla, un delgado corte de la raíz se coloca sobre un porta objeto y se tiñe para que los cromosomas sean visibles. Las células que veremos en esta actividad fueron fotografiadas con un microscopio óptico.

Figura 1 células de la raíz de la cebolla Aunque el corte de la raíz de cebolla captura muchas células en diferentes fases del ciclo celular, tenga presente que el ciclo celular es un proceso continuo. Los científicos han dividido el proceso en 5 fases, cada una caracterizada por importantes eventos, pero estas divisiones son arbitrarias.

Resultados obtenidos

Dibujos de las difentes fases de la mitosis, observadas en clase a través del microscopio de la raíz de la cebolla.

Profase Metafase

Anafase Teloface

Dibujos de las difentes fases de la mitosis, observadas en clase a través del microscopio en la blástula de pez.

Profase Metafase

Anafase Telofa

Materiales

• Estereoscopio

• Microscopio

• Ricillas de cebolla

• Blástula de pez

• Orceína acética

• HCL al 15%

• Agua destilada

• Papel absorbente

• Porta y cubre objetos

Discusión de resultados

En algunos casos no todas las fases de la meiosis muy claramente en el microscopio, por lo que tuvimos que recurrir al material de algunos compañeros, para mí parecer la fases se notaban mas en la raíz de la cebolla que en la de blástula de pez.

En la raicilla fue sencillo el observar como un agrupamiento, como de membranas las cuales son los cromosomas, indicio de que estábamos frente a una Profase, más tarde si seguimos buscando por el microscopio observamos, como algunas células tenían los cromosomas colocados en el centro indicios de una Metafase, al observar el resto de las células que presentaba la raicilla de la cebolla, otras presentaban una membrana que comentaba a dividir la célula lo cual es la citocinesis

Al estar en presencia de una Anafase, en donde los cromosomas se dirigen a los polos opuestos, por el uso acromático.

Al encontrar una célula en donde se ha separado casi completamente sabemos que estamos en presencia de una telofase, en donde los cromosomas se alargan y se hacen menos visibles y vuelve a parecer el nucleolo.

Cuestionario

Describa la estructura del núcleo. ¿qué son la eucarina y la heterocromatina? ¿Cuál es el papel de los poros en la envoltura nuclear?

R/ Regiones de la cromatina que permanecen envueltas de manera apretada durante todo el ciclo celular, incluso en la interfase son visibles como fibras de tinción oscura, Se llama heterocromatina.

Los genes activos se asocian con una estructura cromalínica más laxamente empacad, llamada eucromatina. La heterocromatina es una región inactiva del ADN.

Los poros nucleares permiten el paso de materiales hacia el citoplasma donde el interior de la célula es viceversa.

Exponga brevemente la estructura y función del nucleolo. ¿que es el organizador nucleolar?

R/ El nucleolo es un cuerpo granular que consiste en ARN y proteinas. Se realiza el ensable de los ribosomas y la síntesis de ARN ribosomatico.

Describa el ciclo de la célula eucariótica y el proceso de mitosis.

R/

Interfase

G1

Crecimiento inicial

S

Replicación cromósomatica

G2

M

Profase

Anafase

Metafase Telofase

¿Qué es la meiosis, como se desarrolla y cual es su papel en el ciclo vital eucariótico?

R/ En los seres eucarióticos la reproducción sexual ocurre por fusión de 2 células sexuales para formar una célula única. En las plantas y animales las células sexuales son óvulos espermatozoides. La meiosis consiste en 2 divisiones nucleares y citoplasmáticas cada una comprende una profase, metafase, anafase y telofase.

Bibliografía

• Abate John Biología aplicada, 3 Edición, editorial Universidad Estatal a Distancia,

San José, Costa Rica, 1999.

• Bolaños Rodolfo, Folleto de Biología General, Universidad Nacional, 1993.

• Baltimor Md, Biología, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia, S.A, 1970.

• Rand McNally, Biología el hombre y su ambiente, Editorial Norma, 1970.

• Búsqueda en Internet.

Universidad Nacional

Escuela de Biología

Reporte de laboratorio de Biología N°2

Reproducción Celular y Mitosis

Alumno :

Asignatura :

Laboratorio de Biología

Curso 2001