MATERIAL COMPLEMENTARIO DE BIOLOGÍA:
CROMOSOMAS, CICLO CELULAR Y MEIOSIS Los cromosomas: Cromosoma (del griego kroma, color y soma, cuerpo o elemento) es el material microscópico constituido del ADN y de proteínas especiales llamadas histonas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas en las cuales los cromosomas se ven como una maraña de hilos delgados, llamada cromatina. Cuando la célula comienza su proceso de división (cariocinesis), la cromatina se condensa y los cromosomas se hacen visibles como entidades independientes. La unidad básica de la cromatina son los nucleosomas. Su tamaño es variable según las células, el cromosoma de que se trate, del momento funcional, etc. No obstante, oscila, aproximadamente, entre 0,2μ a 50μ de longitud por 0,2μ a 2μ de diámetro. En la especie humana entre 4μ y 6μ y su número es constante para una especie determinada (en el homo sapiens existen 46 cromosomas; de ellos 44 son autonómicos, y 2 sexuales). Características morfológicas de los cromosomas: En cada cromosoma mitótico podemos distinguir:
Las cromátidas: son estructuras idénticas en morfología e información ya que contienen cada una la misma información de ADN. Las cromátidas están unidas por el centrómero. Morfológicamente se puede decir que el cromosoma es el conjunto de dos cromátidas y genéticamente cada cromátida tiene el valor de un cromosoma. Estructuralmente, cada cromátida está constituida por un esqueleto proteico, situado en el interior, alrededor del cual se dispone muy condensado el ADN y las proteínas que forman el cromosoma.
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El centrómero: Es la región que se fija al huso acromático durante la mitosis. Se encuentra en un estrechamiento llamada constricción primaria, que divide a cada cromátida del cromosoma en dos brazos. En el centrómero se encuentran los cinetocoros que son las zonas discoidales situadas a ambos lados del centrómero que durante la división celular tienen como función hacer que los microtúbulos del huso se unan a los cromosomas. Los cinetocoros son también centros organizadores de microtúbulos, igual que los centríolos o el centrosoma de las células vegetales. Los telómeros: Al extremo de cada brazo del cromosoma se le denomina telómero. El ADN de los telómeros no se transcribe y en cada proceso de división celular se acorta. Cuando los telómeros desaparecen el cromosoma sigue acortándose y la célula pierde información genética útil y degenera. Los telómeros serían, por lo tanto, una suerte de "reloj celular" que determinaría el número de ciclos celulares que puede tener una célula. En las células cancerosas, una enzima, la telomerasa, regenera los telómeros; esta es la razón, al parecer, de que estas células puedan dividirse indefinidamente. El organizador nucleolar: En algunos cromosomas se encuentra la región del organizador nucleolar (NOR). En ella se sitúan los genes que se transcriben como ARNr, con lo que se promueve la formación del nucléolo y de los ribosomas. Esta zona no se espiraliza tanto y por eso se ve más clara. El satélite (SAT): Es el segmento del cromosoma entre el organizador nucleolar y el telómero correspondiente. Sólo poseen satélite aquellos cromosomas que tienen NOR. Clasificación de los cromosomas por la posición del centrómero Los cromosomas son orgánulos constantes en número, forma y características. Pero los cromosomas de una célula pueden ser diferentes unos de otros. Esta diferencia está, sobre todo, en la posición del centrómero, que es variable, lo que permite clasificar a los cromosomas metafásicos en: Metacéntricos: el centrómero se localiza en la mitad del cromosoma y los dos brazos presentan igual longitud. Submetacéntricos: la longitud de un brazo del cromosoma es algo mayor que la del otro. Acrocéntricos: un brazo es muy corto y el otro es largo. Telocéntricos: sólo se aprecia un brazo del cromosoma al estar el centrómero en un extremo.
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Cariotipo humano: Se llama cariotipo al número, forma y tamaño de los cromosomas de una determinada especie. Esto es, al conjunto de los cromosomas de una célula. Los cromosomas de una célula pueden ser observados al microscopio óptico, fotografiados y sobre estas fotografías pueden contarse y medirse con toda facilidad. Los cromosomas pueden recortarse de la fotografía y ordenarse por su tamaño, de mayor a menor, y por la posición del centrómero. Esta distribución ordenada de los cromosomas recibe el nombre de ideograma.
Número de cromosomas: Los cromosomas contienen la información genética del organismo. Cada tipo de organismo tiene un número de cromosomas determinado; en la especie humana, por ejemplo, hay 23 pares de cromosomas organizados en 8 grupos según el tamaño y la forma. La mitad de los cromosomas proceden del padre y la otra mitad de la madre. Las diferencias entre individuos reflejan la recombinación genética de estos juegos de cromosomas al pasar de una generación a otra. Ejemplos de números cromosomales de algunas especies es: 48 cromosomas en el chimpancé, 12 en la mosca común, 2 en la lombriz intestinal del caballo, etc. El número de cromosomas oscila en los seres vivos entre 2 y varios cientos. Es de destacar que este número no está en relación con la mayor o menor complejidad evolutiva del organismo. A su vez, el número de cromosomas de las células somáticas (no reproductoras) de la mayoría de los animales, plantas y hongos es siempre par, excepto si se tienen anomalías en el número de cromosomas, ya que cada célula somática dispone de dos juegos de cromosomas y cada cromosoma de una serie tiene su homólogo en la otra. El número de cromosomas de cada serie recibe el nombre de número haploide o n y, como ya se ha dicho, ha sido heredado de uno de los progenitores. En la especie humana n=23. El 3
número total de cromosomas es el número diploide o 2n. Así, en la especie humana 2n=46. Siendo n y 2n las fórmulas cromosómicas haploide y diploide respectivamente. En muchos grupos de seres vivos, por ejemplo en los mamíferos, los cariotipos del macho y de la hembra son diferentes. Así la mujer tiene dos cromosomas X (XX-homogamética) y el hombre tiene un cromosoma X y otro Y (heterogamético- XY). Estos cromosomas que determinan el sexo se llaman, por ser distintos, heterocromosomas. En las aves es al contrario, el macho es homogamético (ZZ) y la hembra heterogamética (ZW). El resto de los cromosomas que no determinan el sexo son los autosomas.
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El estudio del cariotipo tiene un gran interés en medicina porque algunos síndromes son debidos a cromosomas de más, de menos o a cromosomas incompletos. En particular, la llamada trisomía 21 o síndrome de Down en la que el individuo afectado presenta tres cromosomas 21 en lugar de dos y por lo tanto, su cariotipo tiene 47 cromosomas en lugar de los 46 de la fórmula diploide normal.
Anormalidades en los cromosomas sexuales Pueden ser causadas por la no disyunción de uno o más cromosomas sexuales. Cualquier combinación (tipo XXXY) produce machos con deficiencias. Hombres con más de un cromosoma X son generalmente deficientes mentales y estériles. Se conocen mujeres XXX y XO, siendo en su mayor parte estériles.
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El ciclo celular: La vida de una célula consta de dos etapas diferentes: interfase y división celular (mitosis). La interfase es una etapa muy larga en la que tiene lugar el crecimiento celular y el desarrollo de las actividades metabólicas normales. La división es una etapa corta y el conjunto de ambas conforman el ciclo celular. Periodos de la interfase: La interfase no es un periodo de reposo, pues en ella tiene lugar una gran actividad metabólica, y se subdivide en tres etapas o periodos: G1, S y G2. Periodo G1: sigue a la mitosis anterior y corresponde a la fase de desarrollo de la célula. Los cromosomas se encuentran esparcidos en el interior del núcleo celular asociados a las histonas, formando las fibras nucleosomicas. Los genes se transcriben de acuerdo a las necesidades metabólicas que presenta la célula en cada momento. En el citoplasma se suceden los diferentes procesos metabólicos y los organelos celulares se forman también en este periodo. Periodo S: es el de síntesis de ADN, en el la doble hélice se abre en diversos puntos denominados ojos u horquillas de replicación, siendo este punto donde comienza la síntesis del ADN, simultáneamente se transcriben los genes necesarios. Periodo G2: es el que antecede a la mitosis, en este periodo los cromosomas se encuentran ya duplicados, o sea, están formados por dos cromatidas con uniones a nivel de centrómero. Siguen sucediendo diferentes procesos metabólicos en el citoplasma celular. Ciclo celular: interfase y mitosis
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División celular en procariotas: Los procariotas tienen una organización mucho más simple que la de los eucariotas, los cuales entre otras cosas, presentan más cromosomas. El cromosoma procariota es una sola molécula circular de ADN, contenida en una región definida del citoplasma, denominada nucleoide, sin estar separado del mismo por una membrana. Este cromosoma es el elemento obligatorio del genoma, aunque es frecuente encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos, que si se pierden, la bacteria sigue siendo viable.
Escherichia coli, cepa hemorrágica
Escherichia coli
El método usual de duplicación de las células procariotas se denomina fisión binaria. La duplicación de la célula va precedida por la replicación del cromosoma bacteriano. Primero se replica y luego pega cada copia a una parte diferente de la membrana celular. Cuando las células que se originan comienzan a separarse, también se separa el cromosoma original del replicado. Luego de la separación (citocinesis), queda como resultado dos células de idéntica composición genética (excepto por la posibilidad de una mutación espontánea) Una consecuencia de este método asexual de reproducción es que todos los organismos de una colonia son genéticamente iguales. Cuando se trata una enfermedad originada en una infección bacteriana, una droga que mata a una bacteria matará a todos los miembros de ese clon (colonia). División celular en eucariotas: En razón de su número de cromosomas, organelos y complejidad la división de la célula eucariota es más complicada, aunque ocurran los mismos procesos de replicación, segregación y citocinesis.
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Mitosis La mitosis es el proceso de formación de dos células idénticas (generalmente) por replicación y división de los cromosomas de la original que da como resultado una "copia" de la misma. Las células eucariotas poseen un mayor número de cromosomas que por otra parte son mucho más grandes que los de los procariotas. La estructura de los cromosomas replicados y condensados tiene varios aspectos de interés. El cinetocoro es el punto donde "anclan" los microtúbulos del huso. Los cromosomas replicados consisten en dos moléculas de ADN (junto con sus proteínas asociadas: las histonas) que se conocen con el nombre de cromátidas. El área donde ambas cromátidas se encuentran en contacto se conoce como centrómero, el cinetocoro se encuentra en la parte externa del centrómero. Se debe hacer hincapié en que los cromosomas son cromatina (ADN más histonas) y señalar la particularidad que en los extremos del cromosoma (que toman el nombre de telómero) se encuentran secuencias repetidas de ADN.
Esquema de un cromosoma
Empaquetamiento del ADN Las proteínas asociadas al ADN se conocen colectivamente con el nombre de histonas. Son polipéptidos relativamente cortos cargados positivamente (básicos) y por lo tanto son atraídos por las cargas negativas del ADN (ácido) Las histonas son sintetizadas en gran cantidad durante la fase S (S por síntesis) del ciclo celular. Una de las funciones de esas proteínas está relacionada con el empaquetamiento del ADN en la forma del cromosoma: los 2 metros de ADN de la célula humana son empaquetados en 46 cromosomas de un largo combinado de aproximadamente 200 nm. La célula tiene unas 90 millones de moléculas de histonas siendo la mayoría perteneciente a un tipo conocido como H1. Se conocen cinco tipos de las siguientes histonas (H1, H2A, H2B, H3, y H4, 8 moléculas en total); con la excepción de la H1 la mayor parte de las histonas de los eucariotas son muy similares.
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Durante la mitosis los cromosomas replicados se posicionan cerca de la mitad de la célula y luego se segregan en manera tal que cada célula resultante recibe una copia de cada cromosoma original (si se comienza con 46 cromosomas en la célula original se termina con 46 cromosomas en las 2 células resultantes). Para realizar esto las células utilizan microtúbulos (que en este caso en conjunto forman el huso mitótico) que "tiran" de los cromosomas para llevarlos a cada futura célula. Las células animales (excepto un grupo de gusanos conocidos con el nombre de nematodos) poseen centríolos. Las plantas y la mayor parte de los otros eucariotas no poseen centríolos y los procariotas, por supuesto, carecen de huso y centríolos; en procariotas la membrana celular suple esta función al arrastrar los cromosomas pegados a ella durante la citocinesis de la fisión binaria. Las células que contienen centríolos también poseen una "corona" de pequeños microtúbulos, el aster, que se extienden desde los centríolos a la membrana nuclear.
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Las fases de la mitosis son en realidad difíciles de separar. Se debe tener en cuenta que el proceso no es el estático que se describe en el texto, sino bastante dinámico. El proceso de división de la célula (mitosis) consta de 4 etapas: Profase, Metafase, Anafase y Telofase. Posteriormente ocurre la división del citoplasma, este proceso que no pertenece a la mitosis y se denomina citocinesis. Profase La profase es la primera etapa de la mitosis. La cromatina se condensa (recordar que el ADN de la cromatina se replica en la interfase), por lo que en este punto existen dos cromátidas unidas. La membrana nuclear se disuelve, los centríolos (si se encuentran presentes) se dividen y los pares migran a los polos, se forma el huso mitótico. Los centrómeros (o constricciones primarias) se vuelven claramente visibles, debido a que se le han asociados placas proteicas a ambos lados: el cinetocoro. En el citoplasma el retículo endoplasmático y el complejo de Golgi se fragmentan en vesículas, se desorganiza el citoesqueleto por lo que la célula pierde su forma original y se hace esférica.
Metafase La metafase sigue a la profase. Los cromosomas (que a este punto consisten en dos cromátidas mantenidas juntas por el centrómero) alcanzan su máxima condensación y migran al ecuador de la célula donde las fibras del huso se "pegan" a las fibras del cinetocoro. Anafase La anafase comienza con la separación de los centrómeros y el arrastre de las cromátidas (los llamamos cromosomas luego de la separación de los centrómeros) a los polos opuestos.
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Telofase En la telofase los cromosomas llegan a los polos de sus respectivos husos, la membrana nuclear se reconstituye, los cromosomas se desenrollan y pasan a formar la cromatina y el nucleolo, que desapareció en la profase se vuelve a constituir. Donde antes había una célula ahora existen dos pequeñas con exactamente la misma información genética y número cromosómico. Estas células pueden luego diferenciarse en diferentes formas durante el desarrollo.
Citocinesis La división del citoplasma se inicia al final de la anafase y continúa a lo largo de la telofase. Se produce de manera distinta en las células animales y en las vegetales. En las células animales tiene lugar por simple estrangulación de la célula a nivel del ecuador del huso. La estrangulación se lleva a cabo gracias a proteínas ligadas a la membrana que formarán un anillo contráctil. En las células vegetales aparece un sistema de fibras formado por microtúbulos en forma de barril: el fragmoplasto. En su plano ecuatorial se depositan pequeñas vesículas que provienen de los dictiosomas del aparato de Golgi. Estas vesículas forman posteriormente la lámina media. Todo ello crece de dentro a fuera. La división no es completa entre ambas células hijas, manteniéndose algunos poros de comunicación: los plasmodesmos, al quedar capturados entre las vesículas elementos del retículo. Posteriormente se depositan el resto de las capas que forman la pared 11
celular. Es más, cada célula hija depositará a su alrededor una nueva pared celular. Las paredes celulares de las células vegetales se estiran y se rompen permitiendo a las células hijas crecer. Por último, indicar que en algunos hongos, a la cariocinesis no le sucede la citodiéresis. Se forman así masas, llamadas plasmodios, que contienen una gran cantidad de núcleos envueltos en una sola membrana.
Significado biológico de la mitosis A nivel genético: representa un sistema de reparto equitativo e idéntico de la información genética. Ambas células hijas tendrán la misma información que es, la misma que poseía la célula madre. A nivel celular: la mitosis permite la perpetuación de una estirpe celular y la formación de colonias de células (clones celulares). A nivel orgánico: la mitosis permite el crecimiento y desarrollo de los tejidos y de los órganos de los seres pluricelulares así como la reparación y regeneración de los mismos. De esta manera todas las células de un organismo pluricelular, a excepción de las células sexuales, disponen de idéntica información genética.
Meiosis Objetivos de la meiosis La meiosis no es un tipo de división celular diferente de la mitosis o una alternativa a ésta. La meiosis tiene objetivos diferentes. Uno de estos objetivos es la reducción del número de cromosomas. Otro de sus objetivos es el de establecer reestructuraciones en los cromosomas homólogos mediante intercambios de material genético. Por lo tanto, la meiosis no es una simple división celular. La meiosis está directamente relacionada con la sexualidad y tiene un profundo sentido para la supervivencia y evolución de las especies.
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Cuadro sin贸ptico
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Guía de ejercicios 1.- La duplicación del ADN ocurre en la etapa: a) G1 d) Mitosis b) G2 e) Meiosis c) S 2.- Una célula humana diploide tiene: a) 23 cromosomas b) 46 pares de cromosomas c) 16 cromosomas
d) 46 cromosomas e) 23 cromosomas X y 23 cromosomas Y
3.- La citocinesis es: a) La división del núcleo b) La división del citoplasma c) La división de los nucleolos
d) La división de los espermatozoides e) La duplicación del material hereditario
4.- En el proceso mitótico, la máxima condensación de los cromosomas ocurre en la etapa: a) S d) Anafase b) G1 e) Metafase c) Telofase 5.- La reorganización del núcleo en el proceso mitótico ocurre en la etapa: a) G2 d) Profase b) Telofase e) Anafase c) Citocinesis 6.- El proceso de meiosis no ocurre en: a) Animales d) Invertebrados b) Vegetales e) Bacterias c) Reptiles 7.- El proceso meiotico ocurre en: a) Las gónadas b) Las células musculares c) Las neuronas
d) Los gametos e) Los glóbulos rojos
8.- El proceso de crossing-over se observa en: a) Citocinesis d) Meiosis b) Cariocinesis e) Interfase c) Mitosis 9.- A partir de 1 célula diploide la meiosis completa origina: a) 4 células d) 1 célula b) 2 células e) No se puede determinar c) 3 células
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10.- Si el proceso meiotico de detiene en la profase II ¿Cuántas células origino la célula madre hasta ese momento? a) 1 célula d) 4 células b) 2 células e) Ninguna célula c) 3 células 11.- ¿Cuál es el orden correcto en un ciclo celular si comienza en anafase: I) G2 II) Telofase III) Metafase IV) S a) II, I, III, IV d) II, IV, I, III b) I, II, III, IV e) III, II, IV, I c) II, IV, III, I 12.-Las personas con Síndrome de Down tienen en cada una de sus células: a) 46 cromosomas d) 47 cromosomas b) 45 cromosomas e) 49 cromosomas c) 48 cromosomas 13.- La cromatina es: a) ADN altamente condensado b) ADN altamente descondensado c) ARN altamente descondensado
d) Una enzima altamente especifica e) El ADN de los lisosomas
14.- Los organelos que tienen ADN son: I) Mitocondrias II) Cloroplastos III) Lisosomas a) Sólo I d) I y IV b) Sólo II e) I y II c) I, III
IV) Peroxisomas
15.- Los centrómeros se encuentran en: a) Las cromatidas d) ADN altamente descondensado b) Los cromosomas e) ARNmensajero c) Los espermatozoides 16.- Si una célula realiza 6 mitosis sucesivas, se observan al final del proceso: a) 64 células d) 128 células b) 64 cromosomas e) 32 cromosomas c) 32 células 17.- Para que una célula presente dos núcleos, no ocurrió el proceso o etapa de: a) Cariocinesis d) G1 b) G2 e) Meiosis c) Citocinesis 18.- Los cromosomas homólogos se observan en el proceso de: a) Mitosis d) Interfase b) Meiosis e) Todas las anteriores c) Citocinesis
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19.- Una tĂŠtrada es: a) 4 cromosomas b) 4 cromatinas c) 4 bases nitrogenadas
d) 4 pares de cromosomas e) 4 cromatidas
20.- El ADN en los procariontes se encuentra en: a) El nĂşcleo d) Las mitocondrias b) El citoplasma e) Los cloroplastos c) Los ribosomas
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Alternativas correctas 1 C 2 D 3 B 4 E 5 B 6 E 7 D 8 D 9 A 10 B
11 D 12 D 13 B 14 E 15 B 16 A 17 C 18 B 19 E 20 B
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