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1.
El ciclo celular
La interfase
El ciclo vital de una célula se puede dividir en las siguientes etapas: G1 – Crecimiento celular
S --- Duplicación del ADN G2 – Periodo premitótico
M – División celular (Del núcleo y del citoplasma).
Cuando las células se especializan y pierden la capacidad de dividirse se dice que entran en la epata G0.
Las fases G1, S y G2 reciben el
nombre de INTERFASE y ocupa el 90% de la vida de la célula.
División celular: la mitosis
A partir de una célula con “2n” cromosomas (Diploide), que se han duplicado previamente en la fase S (2n duplicada) se obtienen 2 células hijas con el mismo número de cromosomas. Se divide en cuatro fases:
Cariocinesis o división del núcleo
PROFASE: Desaparece el nucleolo. Se hacen visibles los
cromosomas que poseen 2 cromátidas. Desaparece la envoltura nuclear. Se duplican los centriolos y se desplazan hacia dos polos opuestos de la célula, formando el huso acromático.
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METAFASE: Los cromosomas se sitúan en el plano
ecuatorial. Están unidos al huso acromático por el centrómero.
ANAFASE: Las cromátidas de cada cromosoma se
separan y se dirigen a polos opuestos de la célula, arrastradas por los microtúbulos del huso. Cada cromátida pasa a ser un futuro cromosoma de las células hijas.
TELOFASE: Estos cromosomas hijos llegan a los polos
y dejan de ser visibles (desespiralización), pasando a forma de cromatina. Se forman las nuevas envolturas nucleares. El huso acromático desaparece
Citocinesis o división del citoplasma
Posteriormente se produce la división del citoplasma dando origen a las dos células hijas. En las células animales se produce por estrangulamiento y en las vegetales por tabicación.
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2. La meiosis
A partir de una célula con “2n” cromosomas (Diploides), que se han duplicado previamente en la fase S (2n duplicada), se obtienen 4 células con “n” cromosomas (Haploides), denominadas gametos. Se divide en las siguientes fases:
1ª División meiótica.
PROFASE I: Se subdivide a su vez en cinco fases.
Leptoteno.- Los cromosomas se hacen visibles pero aún no se ven las dos cromátidas
de cada uno.
Zigoteno.- Siguen sin verse las dos cromátidas. Los homólogos (cromosomas que
llevan la información genética para los mismos caracteres y que provienen uno del padre y otro de la madre) se unen longitudinalmente. Este proceso se denomina
sinapsis. Al unirse los cromosomas homólogos aparece una estructura nueva
denominada Tétrada o Bivalente.
Paquiteno.- Comienzan a verse las cromátidas de cada cromosoma. Entre ellas se
observan unos puntos de unión denominados quiasmas, que indican el intercambio genético entre ambas.
Diploteno.- Comienzan a separarse los cromosomas homólogos, aunque todavía
permanecen unidos por los quiasmas. En las hembras humanas, la meiosis comienza en estado embrionario parando en torno al séptimo mes en este proceso (dictioteno) y se reactivará en la madurez sexual para acabar de formar los óvulos.
Diacinesis.- Los cromosomas alcanzan el mayor grado de empaquetamiento, y los
quiasmas se desplazan hacia los extremos de los bivalentes. La membrana nuclear y el nucleolo desaparecen.
Los centriolos se duplican y se dirigen a polos opuestos de la célula.
METAFASE I: Las tétradas o bivalentes se sitúan en el
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ANAFASE I: Cada uno de los cromosomas homólogos
se dirigen a polos opuestos de la célula, arrastrados por los microtúbulos del huso.
TELOFASE I: Los cromosomas se agrupan en los polos.
Se produce la primera división citoplasmática dando origen a dos células hijas haploides, ya que sólo tienen un juego de cromosomas, aunque estos tengan dos cromátidas. Puede formarse la envoltura nuclear y descondensarse los cromosomas, quedando en reposo hasta la segunda división meiótica.
2ª División meiótica. (Lo realizan las 2 células obtenidas en la 1ª división).
PROFASE II: Desaparece la envoltura nuclear. Se duplican los centriolos y se forma el
huso acromático. Si los cromosomas se descondensaron, ahora vuelven a condensarse y ser visibles.
METAFASE II: Los cromosomas se colocan en el plano ecuatorial unidos al huso por
el centrómero.
ANAFASE II: Se separan las dos cromátidas dirigiéndose a polos opuestos de la célula.
Cada cromátida pasará a ser un cromosoma de las células hijas.
TELOFASE II: Se forman las envolturas nucleares, los cromosomas se desespiralizan.
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3. Ciclos biológicos.
Según el momento en el cual se produce la meiosis dentro del ciclo vital de los organismos con reproducción sexual, se pueden distinguir 3 tipos de ciclos biológicos distintos:
Ciclo HAPLOTE.
La meiosis tiene lugar en el cigoto, formándose un adulto haploide, que forma gametos por mitosis. En la fecundación se origina un cigoto diploide que sufrirá la meiosis. Se da en algunas algas y hongos.
Ciclo DIPLONTE
La meiosis se produce durante la gametogénesis, formándose gametos haploides. Estos gametos durante la fecundación darán lugar a un cigoto diploide, del que se origina un adulto diploide. Se da en el hombre, casi todos los animales, vegetales superiores, en protozoos y en algunas algas y hongos
Ciclo HAPLODIPLONTE.
Se produce una meiosis esporogénica, en un organismo diploide denominado Esporofito. Las esporas al desarrollarse producen un organismo haploide denominado Gametofito que forma gametos por mitosis. En la fecundación se forma el cigoto diploide que dará lugar al Esporofito. Se da en musgos, helechos y algunos animales como los cnidarios (pólipos y medusas).
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4. Significado biológico, semejanzas y diferencias de estos procesos.
La MITOSIS es un proceso que utilizan los organismos unicelulares para aumentar su número en seres idénticos y las células somáticas (no reproductoras) de los organismos pluricelulares para aumentar su tamaño y regenerarse. Se mantiene toda la información genética. Aunque las células obtenidas en principio son idénticas, en el proceso de especialización celular pueden llegar a ser muy diferentes morfológicamente y funcionalmente.La MEIOSIS es un proceso utilizado para producir las células reproductoras o gametos, que serán utilizados en la reproducción sexual de los organismos pluricelulares. Este proceso permite que en la reproducción sexual no se duplique el número de cromosomas en la siguiente generación. Además, en la profase I se produce intercambio genético entre los cromosomas homólogos, y de esta forma que en los gametos exista mezcla de caracteres paternos y maternos. De esta forma se produce variabilidad en la descendencia y se favorece el proceso de evolución de los seres vivos.
Las semejanzas entre ambos procesos son las siguientes: Son divisiones del material del núcleo.
A partir de una célula madre se obtienen varias células hijas. El total del material genético que interviene es el mismo. La envoltura nuclear desaparece.
El movimiento y situación de los cromosomas es el mismo en cada una de las fases.
7 Las diferencias se relacionan en forma de tabla:
MITOSIS MEIOSIS
Se originan 2 células Se originan 4 células
Células idénticas a la célula madre Diferentes, denominadas gametos No intercambio genético Se produce intercambio genético. Igual número de cromosomas en las
células hijas
La mitad
Se produce en las células somáticas En los órganos que originan las células reproductoras (las gónadas)
Una sola división 2 divisiones sucesivas
Las células hijas son iguales Los ganemos tienen diferente información genética entre sí
No aparecen tétradas o bivalentes Si aparecen.
5. El control celular y la apoptosis
a. El control del ciclo celular
Las células proliferan aumentando su contenido de moléculas y orgánulos (crecimiento en masa o tamaño) y duplicando y segregando sus cromosomas, para posteriormente dividirse en dos células hijas que son genéticamente iguales. La proliferación celular tiene lugar de un modo controlado de acuerdo a las necesidades generales del organismo.
La regulación del ciclo celular ocurre de diferentes formas. Algunas se dividen rápidamente, otras como los glóbulos rojos pierden la capacidad de dividirse. Algunas, como las células hepáticas, conservan, aunque no la utilizan (o muy escasamente), su capacidad de división. Las células del hígado se dividen si se remueve parte del hígado y su división continúa hasta que el hígado retorna a su tamaño normal.
Factores ambientales tales como cambios en la temperatura y el pH, disminución de los niveles de nutrientes llevan a la disminución de la velocidad de división celular.
El ciclo celular está regulado por un sistema que vigila cada paso realizado. En regiones concretas del ciclo, la célula comprueba que se cumplan las condiciones para pasar a la etapa siguiente. Si no se cumplen estas condiciones (tamaño celular, presencia de nutrientes, daño celular, temperatura, etc.), el ciclo se detiene y la célula deja de crecer o de dividirse.
Factores controlados en los puntos de Chequeo del ciclo celular. Punto de Restricción (Final de la fase G1)
Influenciado por:
•Factores de crecimiento •Nutrientes
•Tamaño celular •Daño en el ADN
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Punto de Chequeo Transición G2-Mitosis
Influenciado por: •Nutrientes •Daño en el ADN
•La replicación del ADN
Punto de Chequeo Transición Metafase-Anafase
Influenciado por:
•El anclaje de los cromosomas en el huso
b. La apoptosis
La muerte de las células puede producirse por múltiples causas, como daño mecánico, infección por virus u otros microorganismos, acción de agentes químicos tóxicos o por acumulación de sustancias de desecho.
La muerte puede darse por dos mecanismos:
Necrosis: las células se hinchan y sufren un deterioro de su estructura y organización,
así como el progresivo cese de sus funciones (síntesis de proteínas y ácidos nucleicos, respiración...) que acaba por impedir su viabilidad y conduce a la rotura de la membrana externa y la lisis. Ello ocasiona la liberación de material celular al medio, que suele provocar a su vez reacciones inflamatorias.
Apoptosis o muerte celular programada: este segundo tipo de muerte celular implica la
activación de mecanismos específicos que conducen a la muerte de las células, siendo un fenómeno mucho más común de lo que puede pensarse. Se produce de modo natural durante el desarrollo embrionario y postnatal temprano en múltiples tejidos. Su función puede ser la eliminación de células superfluas en un lugar determinado.
c. Los telómeros
Existe un mecanismo destinado a "contar" el número de duplicaciones de una población celular, el cual se encuentra presente en los extremos de los cromosomas en los segmentos denominados telómeros. Estos telómeros se acortan un poquito cada vez que el cromosoma se replica. Cuando la disminución sobrepasa cierto límite suena una "alarma" que hace que las células entren en senescencia. Durante cada ciclo de división celular se produce un acortamiento (se pierden unos 50-200 nucleótidos) de los extremos de los cromosomas, llamados telómeros. Ello se debe a la incapacidad de la DNA polimerasa de replicar los extremos de las moléculas de DNA. Hoy se cree que este mecanismo es parte del "reloj" celular que cuenta el número de divisiones y es responsable de la limitación de la vida de las células. Al llegar a un punto crítico de acortamiento de los telómeros las células entran en un proceso de senescencia y pierden la capacidad de dividirse.
La telomerasa es una enzima que añade secuencias específicas de ADN a los telómeros de los cromosomas eucarióticos con la finalidad de evitar su acortamiento. La telomerasa es muy activa en células fetales, que mantienen un alto nivel de proliferación, pero muy poco en células de los tejidos en adultos. La observación de que las células tumorales expresan niveles elevados de telomerasa ha llevado a especular que su reactivación puede ser necesaria para el crecimiento tumoral, y que su inhibición podría suponer un nuevo tipo de terapia contra el cáncer. El mantenimiento de los
9 telómeros juega un papel importante en la inmortalización de las células, como se deduce de la observación de que ratones que carecen de telomerasa muestran un acortamiento de su vida, algunos síntomas de envejecimiento prematuro, una menor capacidad de cicatrización de heridas, y una mayor incidencia de cánceres. Aunque por sí sola no causa transformación de células normales en cancerosas, la reactivación de la telomerasa coopera durante la tumorogénesis con mutaciones en oncogenes.
La eliminación de la telomerasa, y por tanto el acortamiento de los telómeros, causa inestabilidad cromosómica, errores en la segregación y aparición de anomalías y diversos tipos de mutaciones. En esta situación, la inducción del gen supresor de tumores p53 parece ser importante para reparar el ADN o en casos, provocar la muerte celular por apoptosis y evitar así la acumulación de mutaciones y malignización de las células. Si la expresión de p53 se anula por mutación se produce lo que se ha denominado la catástrofe genética, con masiva acumulación de mutaciones
