Tema 4 La célula
1. Introducción 2. Definición y características de la célula 2.1. Niveles de organización 2.2. Estructura celular y funciones vitales 2.3. Tipos celulares 3. La célula procariota 4. La célula eucariota 4.1. Orgánulos no membranosos 4.2. Orgánulos membranosos 4.3. El núcleo celular 5. Diferencias entre células 6. La división celular 6.1. Mitosis 6.2. Meiosis 6.3. Diferencias entre mitosis y meiosis 6.4. Significado biológico
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1. Introducción Las células son la unidad básica de la vida y todos los seres vivos están formados por ellas. Su composición es una mezcla de moléculas orgánicas e inorgánicas con un alto grado de organización para formar diferentes compartimentos internos donde se realizarán las funciones básicas que la mantienen con vida. Existen dos organizaciones básicas, las células procariotas y las células eucariotas. Una de las partes más importantes de las células eucariotas es que tienen su información genética en el interior de un núcleo y aquí ocurren múltiples procesos para controlar todas las actividades que se producen en las células. La división celular es uno de los procesos más importantes, ya que las células no pueden vivir indefinidamente. Por esta razón, las células deben duplicar su material genético y ceder copias del mismo a las células hijas, pero en función del objetivo que se desee, las células tienen dos mecanismos de división. La mitosis es un tipo de división celular implicada en la reproducción asexual para formar individuos genéticamente idénticos, mientras que la meiosis está destinada a la reproducción sexual para mezclar la información de los progenitores y formar individuos distintos.
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2. Definición y características de la célula Pese a todos los estudios realizados en los seres vivos a lo largo de la historia, no era posible conocer la unidad fundamental que los formaba porque no se contaba con instrumentos que pudieran mejorar el poder de resolución del ojo humano hasta el punto de visualizar las partes más pequeñas. Todo esto cambió con el descubrimiento del microscopio y sus perfeccionamientos posteriores. Con la ayuda del microscopio, se descubrieron los organismos unicelulares y se pudo visualizar que los organismos pluricelulares están formados por las mismas unidades, aunque cambiaban sus formas para realizar una función específica dentro del cuerpo. El primer investigador que observó estas unidades fundamentales fue el científico Robert Hooke con muestras vegetales como el corcho y, al ver que estaba formado de unidades que se repetían a modo de celdillas de un panal, las denominó células. Los descubrimientos posteriores permitieron ver células en todas las estructuras de todos los organismos a excepción del tejido nervioso que se pensaba que estaba formado por una red de conexiones continuas. Los estudios de Santiago Ramón y Cajal permitieron demostrar que el cerebro estaba formado por unidades individuales denominadas neuronas, por lo que se podía enunciar una de las teorías más importantes de la biología, la teoría celular.
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La teoría celular fue enunciada por Theodor Schwann y Matthias Schleiden gracias a todos los estudios previos y completada posteriormente por las aportaciones de Rudolf Virchow. Se basa en el siguiente enunciado: La célula es la unidad estructural, f uncional y genética de todos los seres vivos y toda célula proviene de otra célula ya existente. Este postulado significa: ➯ Unidad estructural: Todos los seres vivos están formados por células. ➯ Unidad funcional: La célula es la unidad más pequeña que es capaz de realizar las tres funciones vitales de nutrición, relación y reproducción. ➯ Unidad genética: Todas las células poseen un material hereditario que pasa de células madre a células hijas. ➯ Como toda célula procede de otra ya existente, la célula es la unidad de reproducción de los seres vivos. Como las células son las unidades fundamentales de los seres vivos, es necesario estudiar su composición y cómo realizan las funciones vitales para poder entender la base de la vida en nuestro planeta.
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2.1.- Niveles de organización: La vida se estructura en una serie de niveles de complejidad creciente desde la parte más pequeña, los átomos, hasta formar un individuo pluricelular como el ser humano con millones de millones de células. La escala de cada uno de los niveles es crucial para entender el tamaño de todo lo que se estudiará en el presente tema y los posteriores: 1 milímetro (mm) = 1000 micras (μm) = 1000000 nanómetros (nm)
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Los niveles de organización se dividen en dos grupos: - Niveles abióticos: Son los niveles que se encuentran tanto en la materia inorgánica como en los seres vivos. Son los siguientes: ➯ Nivel subatómico: Formado por las partículas que forman a los átomos, aquí están los protones, neutrones y electrones. ➯ Nivel atómico: Es la unidad de materia más pequeña que tiene las propiedades de un elemento químico y puede intervenir en una reacción química. De todos los átomos de la tabla periódica, solo algunos de ellos forman parte de los seres vivos y se llaman bioelementos. Los más abundantes son el carbono (C) , el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). ➯ Nivel molecular: Las moléculas son uniones de dos o más átomos mediante enlaces químicos y las que forman a los seres vivos se llaman biomoléculas, pudiendo ser de dos tipos: ➺ Biomoléculas inorgánicas: Están presentes en la naturaleza y en los seres vivos. Son el agua, las sales minerales y algunos gases. ➺ Biomoléculas orgánicas: Están presentes solo en los seres vivos y son los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.
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➯ Nivel macromolecular: En los seres vivos, las moléculas simples se unen formando polímeros o macromoléculas. Las moléculas simples de los glúcidos son los monosacáridos como la glucosa y forman polímeros como el almidón, las proteínas son los polímeros de los aminoácidos y los ácidos nucleicos están formados por los nucleótidos. ➯ Nivel de orgánulo: Las diferentes moléculas orgánicas e inorgánicas se organizan para formar los orgánulos de las células. - Niveles bióticos: Son aquellos que solo se encuentran en los seres vivos: ➯ Nivel celular: Las biomoléculas y los orgánulos forman las células, la unidad más pequeña que contiene vida. Pueden ser procariotas o eucariotas. ➯ Nivel tisular: Los tejidos se definen como la unión de células similares que realizan una misma función. ➯ Nivel de órgano: Conjunto de tejidos que se asocian para realizar una función determinada. ➯ Nivel de aparato o sistema: Conjunto de órganos de estructura similar (sistema) o diferente (aparato) que realizan un proceso determinado.
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➯ Nivel de organismo: Es un ser vivo individual. Si solo está formado por una célula será unicelular y si está formado por muchas será pluricelular. ➯ Nivel de población: Conjunto de seres vivos de una misma especie que habita un lugar determinado. ➯ Nivel de comunidad o biocenosis: Conjunto de poblaciones diferentes que habitan un lugar determinado y las relaciones que se establecen entre ellos. ➯ Biosfera: Conjunto de todas las comunidades que habitan el planeta.
Célula
Orgánulo
Tejido
Órgano
Molécula
Átomo
Aparatos y sistemas
Individuo Ecosfera
Población Ecosistema
Comunidad
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Niveles abióticos
Átomos
Partículas subatómicas
Molécula
Individuo
Niveles bióticos
Macromolécula
Orgánulo
Órgano
Aparatos y sistemas Población
Célula
Tejido Ecosistema
Comunidad
Ecosfera
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2.2.- Estructura celular y f unciones vitales: Todas las células comparten tres estructuras comunes para poder realizar las funciones vitales: ➯ A
②
➺ A
③
① Membrana plasmática: Es la lámina que separa el interior celular del exterior, se encarga de regular el intercambio de sustancias en ambas direcciones, de detectar estímulos externos y de comunicar las células entre sí. ② Citoplasma: Es el espacio rodeado por la membrana. Aquí está el citosol (la parte acuosa), los orgánulos y multitud de moléculas disueltas. Es el lugar donde ocurren todas las reacciones químicas del metabolismo que permiten el correcto funcionamiento de la célula.
①
③ ②
③ Material genético: Macromolécula que contiene toda la información del organismo, tanto sus características básicas como las actividades que debe realizar. Esta molécula se copia para poder ser transmitida a las células hijas. ①
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Todos sus componentes permiten que las células tengan la capacidad de realizar las tres funciones vitales, aunque la consecución de las mismas se produce de formas distintas según el organismo: ➯ Nutrición: Es el proceso mediante el cual las células son capaces de incorporar sustancias del exterior para obtener materia y energía. La materia se utiliza para crecer y renovar estructuras, y la energía para llevar a cabo sus funciones. Las sustancias de desecho se expulsan al exterior. Todos estos procesos se conocen con el nombre de metabolismo. Existen dos tipos de nutrición: nutrición autótrofa, se utiliza materia inorgánica para producir materia orgánica, y nutrición heterótrofa, se incorpora materia orgánica que ya está elaborada. ➯ Relación: Son los procesos en los que se capta la información de los cambios producidos tanto en el exterior como en el interior, se procesa dicha información y se elabora una respuesta. ➯ Reproducción: Son los procesos en los que se generan nuevas células a partir de las existentes. En los organismos unicelulares se producirá un nuevo organismo y en los pluricelulares permitirá el crecimiento, la renovación de estructuras y la formación de nuevos organismos.
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2.3.- Tipos celulares: Tanto los organismos unicelulares como los pluricelulares tienen una gran diversidad en cuanto a la forma y al tamaño de sus células, y depende de la función que realicen, de su edad o de la forma de vida que tengan. El tamaño varía mucho, desde 0,5 μm que tienen algunas bacterias hasta casi un metro como algunas neuronas (la yema de un huevo mide centímetros), pero el tamaño medio oscila entre 1-100 μm. En cualquier caso, el tamaño celular no depende del tamaño del individuo, un organismo mayor tendrá más células. La forma suele ser esférica o alargada en los organismos unicelulares y en los pluricelulares depende de la función que realicen, pudiendo encontrar formas estrelladas, prismáticas, aplanadas o incluso no tener una forma definida.
Spirillum
Paramecium
Neuronas
Glóbulos rojos
Células vegetales
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En cuanto a su organización y complejidad, existen dos tipos de células: las células procariotas y las eucariotas, pero ambas proceden de un antecesor común. Las células procariotas son más simples y primitivas, y a través de toda una serie de asociaciones simbióticas surgieron las células eucariotas. Las células eucariotas se organizarían después para formar organismos pluricelulares que podrían especializar sus células para adquirir diversas formas y llevar a cabo sus funciones de forma más eficaz, pero hay que recordar que todos los organismos pluricelulares se forman a partir de una única célula, por lo que todas las que forman al individuo tendrán la misma información genética.
Bacterias anaerobias
Se convierten en cloroplastos
Endosimbiosis
ADN
Bacterias fotosintéticas
Las bacterias se convierten en: Peroxisomas Mitocondrias
Células eucariotas vegetales Células eucariotas Animales
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3. La célula procariota Son las primeras células que surgieron en el planeta hace unos 3500 m.a., su tamaño oscila entre 1 y 10 μm y, pese a ser muy simples estructuralmente, se han adaptado a casi todos los ambientes, presentando todos los tipos de nutrición. Se caracterizan por tener su material genético disperso en el citoplasma y por carecer de orgánulos membranosos. Los únicos organismos que poseen estas células siempre son unicelulares y pertenecen al reino monera, aquí se incluyen las bacterias, las cianobacterias y las arqueas. Pueden presentar diversas formas, las más frecuentes son esféricas (cocos), alargadas (bacilos), espirales (espirilos) o con forma de coma (vibrios). Las células procariotas presentan las siguientes estructuras:
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➯ Pared bacteriana: Es la envoltura rígida que rodea la parte externa de la membrana plasmática. Algunas bacterias, sobre todo las patógenas, poseen otra capa externa denominada cápsula, de naturaleza viscosa, que les ayuda en los procesos de infección.
Material genético (ADN)
➯ Membrana plasmática: Es la barrera que rodea a la bacteria, permite el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior y contiene unos repliegues hacia Citoplasma dentro llamados mesosomas que intervienen en la respiración celular y en la replicación de su ADN. ➯ Citoplasma: Es el espacio interno que queda delimitado por la membrana.
Pared Membrana bacteriana plasmática
➯ Material genético: Poseen una molécula de ADN circular disperso en el citoplasma, en una zona llamada nucleoide. Algunas bacterias también poseen otras moléculas de ADN circular, más pequeñas, llamadas plásmidos.
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➯ Ribosomas: Orgánulo no membranoso situado en el citoplasma encargado de la síntesis de proteínas.
Material genético (ADN) ➯ Flagelos: Estructura filamentosa y anclada en la membrana que permite el movimiento. No está en todas las bacterias. ➯ Fimbrias y pili: Estructuras filamentosas y huecas con varias funciones como la adherencia a sustratos o el intercambio del material genético.
Ribosomas Citoplasma Flagelos
Fimbrias Pared Membrana bacteriana plasmática
Al tener todos los tipos de nutrición, existen bacterias autótrofas que pueden utilizar la luz o reacciones químicas para producir materia orgánica; también existen bacterias heterótrofas que utilizan materia orgánica, pudiendo ser comensales, saprófitas, simbiontes o parásitas.
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4. La célula eucariota Son células más evolucionadas, con un tamaño superior a las células procariotas comprendido entre 10-100 μm. Poseen una membrana plasmática que delimita la célula, interviene en el reconocimiento celular y en el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior, un citoplasma donde encontramos toda una serie de orgánulos membranosos que no están en las células procariotas, y un material genético que está envuelto en una estructura membranosa llamada núcleo. Las células eucariotas forman al resto de seres vivos, es decir, a protoctistas (algas y protozoos), hongos, plantas y animales, y existen dos tipos básicos de células eucariotas: las animales, con centriolos y vacuolas pequeñas, y las vegetales, con cloroplastos, vacuolas grandes y pared celular.
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4.1.- Orgánulos no membranosos: Son orgánulos presentes en el citoplasma que carecen de una membrana externa. Existen varios tipos: ➯ Ribosomas: Orgánulos pequeños que se encargan de la síntesis de proteínas, pueden estar dispersos en el citoplasma o estar adheridos a la membrana del retículo endoplasmático. También se encuentran en procariotas, en ambos casos realizan la misma función, pero tienen diferencias en su composición. ➯ Citoesqueleto: Entramado de fibras proteicas de diferente grosor que se distribuyen por el citoplasma. Tienen varias funciones como dar forma a la célula o participar en la organización interna mediante el transporte de orgánulos.
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➯ Centriolos: Son dos estructuras proteicas con forma cilíndrica que están dispuestos en forma de T y rodeados de una sustancia pericentriolar; a todo el conjunto se le llama centrosoma. Se encargan de organizar el citoesqueleto, de formar los cilios y flagelos y participan en la división celular controlando el reparto de los cromosomas a las células hijas. En células vegetales no hay centriolos en el centrosoma. ➯ Cilios y flagelos: Son prolongaciones de la membrana plasmática que están compuestos de filamentos proteicos. La estructura de ambos es la misma, pero cambia su tamaño y su número: los flagelos son largos y poco numerosos, los cilios son cortos y abundantes. Son responsables del movimiento celular y de producir corrientes en el exterior para captar nutrientes.
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4.2.- Orgánulos membranosos: Están formados por una membrana similar a la membrana plasmática que aísla su contenido interno del citoplasma para realizar funciones específicas. Ninguno de ellos se encuentra en células procariotas.
REL
RER
➯ Retículo endoplasmático: Está formado por un conjunto de tubos y sáculos comunicados entre sí y unidos a la membrana nuclear como si fuera una prolongación suya. Tiene dos regiones: el retículo endoplasmático rugoso, que es la parte que está unida al núcleo y tiene ribosomas adheridos a su membrana, su función es la síntesis y transporte de proteínas, y el retículo endoplasmático liso, aquí no hay ribosomas en su membrana y se encarga de la síntesis y transporte de lípidos.
Ribosomas
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➯ Aparato de Golgi: Orgánulo formado por un conjunto de vesículas y sacos aplanados que no están conectados entre sí. Hasta aquí llegan vesículas con los lípidos y proteínas formadas en el retículo endoplasmático para ser modificados hasta alcanzar su estructura final. Las vesículas formadas podrán unirse a la membrana plasmática, expulsar sustancias al exterior o formar otros orgánulos membranosos. ➯ Lisosomas: Vesículas formadas por el aparato de Golgi que contienen enzimas digestivas para llevar a cabo la digestión celular de moléculas procedentes tanto del exterior como del interior.
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➯ Mitocondrias: Orgánulos alargados formados por una doble membrana, una externa y lisa y otra interna que es más grande, por lo que tiene unos repliegues llamados crestas mitocondriales. El interior de la mitocondria se llama matriz mitocondrial y aquí encontramos ribosomas (como los bacterianos), ADN circular, ARN y enzimas. En las mitocondrias se realiza la respiración celular, es decir, aquí se descomponen las moléculas orgánicas para obtener energía. En este proceso se necesita oxígeno y se genera dióxido de carbono y agua.
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➯ Cloroplastos: Orgánulos exclusivos de las células vegetales que, al igual que las mitocondrias, poseen una doble membrana junto con toda una serie de sacos membranosos apilados llamados tilacoides donde se encuentra la clorofila. El interior del orgánulo se llama estroma y también tiene ribosomas, ADN circular, ARN y enzimas. La función de los cloroplastos es realizar la fotosíntesis, proceso que necesita dióxido de carbono, agua, sales minerales y energía lumínica para fabricar su materia orgánica, desprendiéndose oxígeno en el proceso.
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➯ Pared celular: Las células vegetales poseen una pared celular rodeando a la membrana plasmática. Está compuesta por celulosa y tiene muchas funciones como regular el crecimiento, dar forma y rigidez a la célula o tener una mayor protección frente a enfermedades. No se trata de un orgánulo membranoso. ➯ Vacuolas: En las células vegetales están muy desarrolladas (cuando aparecen en células animales son muy pequeñas), aquí siempre aparecen y alcanzan tamaños muy grandes que en algunos casos ocupan el 90% del citoplasma. Su contenido mayoritario es agua y sirve como endoesqueleto y regulando el contenido hídrico de la célula, pero pueden almacenar más sustancias como pigmentos o sustancias de reserva.
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4.3.- El núcleo celular: El núcleo de las células eucariotas contiene el material genético, pero su estructura cambia en función del estado en el que se encuentre la célula. Existen dos organizaciones distintas: el núcleo en interfase, cuando la célula no se está dividiendo, y el núcleo en división: ➯ Núcleo en interfase: En este estado se aprecian las estructuras típicas, con una membrana nuclear con poros para permitir el paso de sustancias con el citoplasma, un líquido similar al citoplasma llamado nucleoplasma, un orgánulo esférico denominado nucléolo donde se sintetizan los ribosomas, y la cromatina, que es el ADN unido a unas proteínas llamadas histonas que lo compactan para que pueda coger en el interior del núcleo.
Membrana nuclear Cromatina Nucléolo
RER Poro nuclear
Ribosomas
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➯ Núcleo en división: Cuando la célula va a dividirse, la membrana nuclear desaparece, el nucleoplasma se mezcla con el citoplasma y lo único que apreciamos son los cromosomas, estructuras que surgen de la compactación de la cromatina para poder repartir mejor la información genética de la célula madre a las células hijas. El número de cromosomas, al igual que la forma de cada uno de ellos, es propio de cada especie, aunque el número total de cromosomas de una especie no se corresponde con su complejidad. Es muy importante conocer la estructura de un cromosoma y sus partes para entender todos los procesos que ocurren durante la división celular:
ADN Cromosoma Cromatina
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Centrómero Brazo largo
Cromátida
Brazo corto
Cromátidas hermanas
Cromosoma simple
Cromosoma duplicado
➯ Cromátida: Es toda la estructura longitudinal que forma al cromosoma. Si hay dos cromátidas en un mismo cromosoma se les llama cromátidas hermanas, ya que una de ellas es la copia exacta de la otra, por lo que son idénticas y tienen la misma información. ➯ Centrómero: Es un estrechamiento por donde se unen las cromátidas hermanas y separa la cromátida en dos partes llamadas brazos. ➯ Brazos: Cada uno de los fragmentos de la cromátida que quedan separados por el centrómero. La longitud de los brazos varía en cada cromosoma.
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Los cromosomas se clasifican según la posición del centrómero y pueden ser: Metacéntrico Submetacéntrico Acrocéntrico Telocéntrico El centrómero se ubica en El centrómero está en un La longitud de un brazo es la mitad del cromosoma, Un brazo es bastante más extremo del cromosoma, ligeramente mayor que la por lo que ambos brazos pequeño que el otro por lo que solo existe un del otro tienen la misma longitud único brazo
Por último, se deben introducir varios conceptos relacionados con el número de cromosomas de las células para poder entender cómo se producen las diferentes modalidades de división celular, así como las implicaciones que tienen en la formación de nuevas células:
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➯ Célula diploide (2n): Son aquellas que poseen dos juegos de cromosomas idénticos en cuanto a su forma, pero con diferente información ya que uno procede de la madre y otro del padre. Cada pareja de cromosomas se llaman cromosomas homólogos. Los organismos con células diploides se reproducen sexualmente y serán así las células somáticas, es decir, todas las células del cuerpo que no son reproductoras. Las células somáticas del ser humano tienen 46 cromosomas: 2n = 46. ➯ Célula haploide (n): Son aquellas que solo tienen un juego de cada cromosoma y serán así las células reproductoras o gametos. La reducción cromosómica se produce porque el gameto femenino (óvulo) y el masculino (espermatozoide) se unirán para formar una célula diploide. En el ser humano tienen 23 cromosomas: n = 23.
Dos pares de cromosomas homólogos A
A
a
a Haploide n=2
B C
B C
b c
Cromosomas homólogos
b c
Diploide 2n = 4 Haploide n=2
Dos cromosomas no homólogos
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➯ Cromosomas autosomas: Son los cromosomas homólogos que son iguales en ambos sexos. En el ser humano existen 22 pares de autosomas. ➯ Heterocromosomas o cromosomas sexuales: Son aquellos que determinan el sexo del individuo, siendo diferentes en hombres y en mujeres. En el ser humano, el sexo femenino se determina con la presencia de dos cromosomas X (XX) y el sexo masculino con un cromosoma X y uno Y (XY), por lo que en hombres, los cromosomas sexuales son diferentes en tamaño y forma y no son homólogos.
Cromosoma Y
Cromosoma X
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5. Diferencias entre células Las diferentes organizaciones celulares difieren en los siguientes puntos generales: Características
Procariota
Eucariota
Tamaño celular
1-10 μm
10-100 μm
Pared celular Orgánulos membranosos Núcleo Locomoción Organismos
Sí (pared bacteriana) No No Flagelo bacteriano Bacterias
En hongos y en vegetales Sí Sí Cilios y flagelos Protoctistas, hongos, plantas y animales
Características
Eucariota animal
Eucariota vegetal
Pared celular Centriolos Cloroplastos Vacuolas Cilios y flagelos
No SÍ No Pequeñas, poseen una o más Pueden existir
Sí, pared de celulosa No Sí Poseen una y muy grande No
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6. La división celular La división celular es el proceso que realizan los organismos unicelulares para formar nuevos individuos y los pluricelulares para su crecimiento y desarrollo, para la regeneración de estructuras y para su reproducción. El ciclo celular es el conjunto de procesos que ocurren en el interior de las células desde que nacen hasta que se reproducen y, en las células eucariotas, se divide en dos fases: ➯ Interfase: Es la etapa más larga de la célula y ocurre desde que se forma la célula hasta que empieza a dividirse. A lo largo de esta fase la célula aumenta su tamaño, realiza sus funciones y, antes de empezar a dividirse, se produce la duplicación del ADN, los centriolos se duplican y se producen nuevos orgánulos celulares. Algunas células no se dividirán nunca, como las neuronas; en estos casos se produce la diferenciación celular para realizar su función y siempre permanecerán en esta fase hasta su muerte. Durante esta fase, el núcleo es visible y el ADN está en forma de cromatina, pero como se ha duplicado, cuando los cromosomas se hagan visibles tendrán dos cromátidas idénticas (dos copias idénticas de su material genético). Este paso es crucial para ceder a las células hijas una copia del material genético durante el siguiente paso, la división celular.
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➯ División celular o fase M: Es la etapa final que completa el ciclo y donde se originan las células hijas. Durante este proceso, la membrana nuclear desaparece y se produce la condensación de la cromatina, por lo que los cromosomas se hacen visibles. Esta fase comprende dos etapas: ➺ Cariocinesis: Es la división del núcleo, donde se produce el reparto cromosómico entre las células hijas. Se puede realizar de dos formas, por mitosis o por meiosis. ➺ Citocinesis: Es la división del citoplasma, es una etapa más corta y con la que finaliza el ciclo celular.
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6.1.- Mitosis: Es el proceso de división del núcleo en el que se reparte de forma equitativa el material genético (los cromosomas) para formar células genéticamente idénticas a la célula madre. Este mecanismo se utiliza en los organismos unicelulares y en algunos pluricelulares para reproducirse asexualmente, pero en los pluricelulares se produce en todas las células, a excepción de las sexuales, para crecer y regenerar estructuras. Antes de entrar en mitosis, la célula ha pasado por la interfase, por lo que ha duplicado su material genético (está en forma de cromatina), sus centriolos se han dividido (es importante recordar que las células vegetales solo poseen el centrosoma y no hay centriolos) y se han fabricado más orgánulos para que sean distribuidos a las células hijas. En este punto de partida comienza la mitosis. Es un proceso continuo, pero para facilitar su estudio se divide en cuatro fases:
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➯ Profase: Los principales procesos que ocurren son: - Desaparece el nucléolo. - La cromatina se va compactando y empiezan a visualizarse los cromosomas. - La envoltura nuclear se fragmenta y desaparece. - Los centriolos se van desplazando a extremos opuestos de la célula y comienzan a formar el denominado huso acromático, fibras proteicas que parten del centrosoma y se unen a los centrómeros de los cromosomas. ➯ Metafase: El proceso continúa, los siguientes pasos son: - La condensación de los cromosomas es total. - El huso acromático se va alargando, desplazando a los cromosomas hasta el ecuador de la célula. La posición final de todos ellos se denomina placa ecuatorial. - Las cromátidas hermanas de cada cromosoma están orientadas hacia polos opuestos de la célula.
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➯ Anafase: Comienza con la rotura de la placa ecuatorial: - El huso acromático comienza a acortarse, estirando hacia polos opuestos las cromátidas hermanas de cada cromosoma hasta que se rompen. Las cromátidas ahora están separadas. - Al acortarse el huso, cada cromátida se dirige a un polo de la célula y, al estar unidos por el centrómero, cada cromátida tiene aspecto de “V”. En cada polo tendremos el mismo número de cromátidas con la misma información. ➯ Telofase: El último paso de la mitosis es como la profase, pero al revés: - Los cromosomas se vuelven a descompactar y pasan a cromatina. - Se forman dos membranas nucleares envolviendo cada juego cromosómico y reaparece el nucléolo. - Desaparece el huso acromático. - El núcleo se ha dividido, ahora queda la división del citoplasma, proceso que ya se ha iniciado.
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➯ Citocinesis: La división del citoplasma permite la distribución de los orgánulos celulares a las dos células hijas, pero ocurre de forma distinta en las células animales y en las vegetales: ➺ Animales: Se produce por estrangulamiento gracias a unas fibras del citoesqueleto que forman un anillo contráctil que se irá estrechando y dividirá la célula con dos núcleos en dos células. ➺ Vegetales: La pared celular impide que pueda hacerse por estrangulamiento. Aquí se va formando un tabique llamado fragmoplasto que dividirá el citoplasma, formando una nueva pared celular y, con ello, dos células independientes.
Surco de segmentación
Anillo contráctil
Fragmoplasto
Aparato de Golgi
Microtúbulos Vesículas
Plasmodesmos
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➯ Localiza, como mínimo, dos células que estén en cada una de las fases de la mitosis y otras dos que estén en interfase:
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6.2.- Meiosis: Esta división del núcleo se produce únicamente en las células que darán lugar a los gametos, es decir, a los óvulos y a los espermatozoides. Aquí se producen dos divisiones consecutivas que darán lugar a cuatro células y cada una de ellas verá reducido su número cromosómico a la mitad (se formarán células haploides) y la información que contienen será distinta a la de los cromosomas iniciales porque se intercambiarán información genética en un proceso conocido como recombinación. Como las células formadas tienen la mitad de cromosomas, al juntarse un óvulo (n) y un espermatozoide (n), la célula resultante, llamada cigoto, será diploide (2n) y dará lugar a un nuevo organismo pluricelular tras múltiples divisiones por mitosis. La situación de partida será la misma que en la mitosis: tras la interfase, el material genético se ha duplicado y los centriolos se han dividido. Ahora se producirán dos divisiones consecutivas:
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➯ Primera división meiótica: Se divide en las mismas fases que en la mitosis, pero ocurren cambios significativos en la distribución de los cromosomas: ➺ Profase I: Ocurren los mismos pasos que en la profase de la mitosis, es decir, condensación progresiva de la cromatina, se desintegra la membrana nuclear y desaparece, desaparece también el nucleolo y cada juego de centriolos migra a un polo de la célula mientras comienza a producirse el huso acromático. Pero durante este proceso los cromosomas homólogos se unen físicamente en determinados puntos (al azar) y se intercambian fragmentos, este proceso se llama entrecruzamiento. De esta forma, los cromosomas homólogos quedan unidos por sus cromátidas.
A
A a
a
A
a
A
A a
a
B C
B b C c
b c
B C
b c
B C
B b c C
b c
Cromosomas homólogos
Entrecruzamiento
Recombinación
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➺ Metafase I: La recombinación que ha juntado las cromátidas de los cromosomas homólogos es la responsable de formar una placa metafásica diferente a la mitosis, ya que ahora está compuesta por parejas de cromosomas homólogos (bivalentes). ➺ Anafase I: Cuando el huso acromático se acorta, se separan los cromosomas homólogos y se dirigen a polos opuestos de la célula. En la primera división meiótica se separan cromosomas homólogos y no cromátidas como ocurría en la mitosis. ➺ Telofase I: Al igual que en la mitosis, ahora desaparece el huso acromático, los cromosomas se descondensan, se reconstruye la membrana nuclear y reaparecen los nucleolos. Después de esta fase se realizará la citocinesis y las dos células formadas entrarán en la segunda división meiótica.
Las dos células formadas tienen la mitad de cromosomas (ahora son células haploides) y su información está duplicada (cromátidas hermanas).
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➯ Segunda división meiótica: Se divide en las mismas cuatro fases y ocurre de la misma forma que la mitosis: ➺ Profase II: No se produce recombinación, por lo que se dan los mismos fenómenos que en la profase de la mitosis. ➺ Metafase II: Los cromosomas con sus dos cromátidas forman la placa ecuatorial. ➺ Anafase II: El huso acromático se acorta y separa las cromátidas hermanas a polos opuestos de la célula. ➺ Telofase II: Fase inversa a la profase donde los cromosomas pasan a cromatina, reaparece la membrana nuclear, se hacen visibles los nucleolos y desaparece el huso acromático. Ahora se producirá la segunda citocinesis que formará cuatro células.
Al final de la meiosis, se forman cuatro células haploides y la información que contienen sus cromosomas es diferente por la recombinación genética.
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Profase I
Metafase I
Anafase I
Telofase I
Profase II
Metafase II
Anafase II
Telofase II
Tema 4 - La célula
6.3.- Diferencias entre mitosis y meiosis: Ambos procesos tienen la misma interfase previa que duplica el material genético, intervienen las mismas estructuras como el huso acromático y constituyen una división del núcleo. La citocinesis también es igual en las dos, al igual que el proceso de mover los cromosomas al ecuador de la célula para repartir su contenido, pero las diferencias entre mitosis y meiosis son muy grandes, al igual que sus resultados: Mitosis Meiosis Se produce una división celular que da lugar a dos células Los cromosomas homólogos no se aparean, por lo que no existe recombinación En la anafase se separan las cromátidas hermanas (tienen la misma información) Las células hijas tienen la misma información genética y se mantiene constante el número de cromosomas que tenía la célula madre Implicada en la reproducción asexual En organismos unicelulares forma nuevos individuos genéticamente idénticos. En organismos pluricelulares forma células somáticas implicadas en el crecimiento y en la renovación de estructuras
Se producen dos divisiones celulares que dan lugar a cuatro células Los cromosomas homólogos sí se aparean, por lo que existe recombinación En la anafase I se separan cromosomas homólogos y en la anafase II las cromátidas hermanas Las células hijas no tienen la misma información genética (recombinación) y el número de cromosomas se reduce a la mitad (células haploides) Implicada en la reproducción sexual En organismos diploides forma las células gaméticas, que son células especiales implicadas en la reproducción (óvulos y espermatozoides en animales, oosfera y polen en vegetales)
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Mitosis
Meiosis Célula madre
Entrecruzamiento
Profase Cromosoma duplicado (cromátidas hermanas)
Duplicación del ADN
Metafase
Los cromosomas individuales (con dos cromátidas) se alinean en la placa metafásica
Anafase Telofase
Las cromátidas hermanas se separan durante la anafase
Células hijas de la mitosis
Meiosis I Profase I
Duplicación del ADN
Los cromosomas homólogos permanecen juntos
Los cromosomas homólogos (con dos cromátidas cada uno) se alinean en la placa metafásica
Metafase I
Los cromosomas homólogos se separan durante la anafase I
Anafase I Telofase I
Las cromátidas Meiosis II hermanas se separan durante la anafase II Células hijas de la meiosis II
Tema 4 - La célula
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6.4.- Significado biológico: La mitosis y la meiosis son dos tipos de división celular, pero tienen objetivos diferentes: ➯ Mitosis: Su objetivo es formar células genéticamente idénticas y se utiliza de varias formas según la organización celular del individuo: ➺ Organismos unicelulares: Se utiliza para la reproducción asexual, por lo que un único individuo puede reproducirse y formar organismos idénticos al progenitor. ➺ Organismos pluricelulares: Se utiliza para crecer, ya que los organismos se forman a partir de una única célula; esto significa que todas las células de un individuo poseen la misma información genética. La mitosis también se utiliza para renovar estructuras y reparar estructuras dañadas. ➯ Meiosis: Su objetivo es formar células con la mitad de la información (células haploides) y que dicha información no sea idéntica. Esto se hace para realizar la reproducción sexual: ➺ Formación de gametos: Para formar un nuevo organismo sin duplicar su número de cromosomas, los gametos deben tener la mitad para que al juntarse se mantenga el mismo número. ➺ Variabilidad genética: La información que se cede es una mezcla de la original para formar organismos distintos que puedan adaptarse constantemente al medio que les rodea gracias a la recombinación.