Tema 11 - La división celular

Tema 11 La divisi贸n celular

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 1.- Introducción 2.- El ciclo celular 3.- La interfase 3.1.- Fase G1 3.2.- Fase S 3.3.- Fase G2 3.4.- Control del ciclo celular 3.5.- Muerte celular 4.- La división celular 5.- Mitosis 5.1.- Tipos especiales de división celular 6.- Meiosis 6.1.- Significado biológico de la meiosis 7.- Comparación entre la mitosis y la meiosis 8.- Ciclos biológicos

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 1.- Introducción Uno de los principales puntos de la teoría celular postula que toda célula proviene de otra preexistente, esto significa que todas las células serán capaces de dividirse o tienen la capacidad para hacerlo. La división celular es un proceso muy importante que en las formas unicelulares genera nuevos organismos y en las formas pluricelulares permitirá el crecimiento y la regeneración celular así como la producción de gametos para la reproducción sexual.

Todas las etapas por las que pasa la célula desde su formación hasta su división en dos células hijas se conocen como ciclo celular y al ser un paso tan importante está fuertemente regulado y controlado para garantizar que las células hijas poseen las características deseadas y no se producen errores.

Las células pueden dividirse de dos formas diferentes, por mitosis o por meiosis, y cada proceso da lugar a células diferentes en cuanto a su información genética. Se producirá una u otra dependiendo de la finalidad que se desee. La mitosis origina células genéticamente iguales y la meiosis da lugar a células con la mitad de su contenido genético y distribuido de forma distinta a la original.

A lo largo de este tema estudiaremos el ciclo celular y nos centraremos en cómo se llevan a cabo la mitosis y la meiosis para conocer su significado biológico y su repercusión en la evolución de la vida.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 2.- El ciclo celular Como todas células se forman a partir de la división de una célula madre, el ciclo celular se define como el conjunto de procesos que se dan dentro de una célula desde que se forma hasta que se divide para formar células hijas. La duración de este proceso varía según el tipo celular, algunas no se dividen nunca (como las neuronas), otras tardan años y otras lo realizan en pocas horas.

El ciclo celular se divide en dos fases: 1.- Interfase: Es el periodo comprendido entre dos divisiones consecutivas, es la etapa más larga del ciclo celular y en ella la célula tiene una intensa actividad metabólica ya que durante esta fase la célula crece, se encarga de duplicar el ADN y prepara todo lo necesario para realizar la división celular. Dentro de la interfase se diferencian tres subetapas, la fase G1, la fase S y la fase G2.

2.- División celular o fase M: En esta etapa la célula madre se divide para formar dos células hijas genéticamente idénticas a la progenitora, este proceso dura muy poco tiempo (entre una y dos horas). La misión de la división celular será repartir correctamente, a las dos células hijas, el material genético que se ha duplicado previamente en la fase S de la interfase. Aquí se diferencian dos etapas: –

Mitosis, cariocinesis o división del núcleo.

–

Citocinesis o división del citoplasma.

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Interfase Ciclo celular Fase M

Tema 11.- La división celular

●

Fase G1

●

Fase S

●

Fase G2

●

Mitosis, cariocinesis o división del núcleo

●

Citocinesis o división del citoplasma.

La duración del ciclo es muy variable pero si consideramos que dura 24 horas, cada fase duraría aproximadamente:

G1 11

Interfase S 8

G2 4

Mitosis M 1

En minutos Profase 36

Metafase Anafase 3 3

Telofase 18

biologiabachiller.wikispaces.com Los dos juegos de cromosomas se separan.

Se empiezan a montar las estructuras necesarias para la división celular.

Los cromosomas empiezan a enrollarse y compactarse.

Se produce la duplicación del ADN y de las proteínas que tiene asociadas.

Ahora existen dos copias idénticas del material genético.

Tema 11.- La división celular El citoplasma se divide y se forman dos células idénticas.

La célula duplica su tamaño y aumenta la cantidad de sus orgánulos, de sus enzimas y de otras moléculas.

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biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Si observamos cómo varía la cantidad de ADN de una célula durante el ciclo celular se aprecia que dicha cantidad se duplica durante la fase S (replicación o duplicación del ADN) y después de la fase M el material genético se vuelve a reducir puesto que se ha realizado la división celular y se han repartido las dos copias idénticas de ADN a las dos células hijas.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Hay algunas células que pueden entrar en un estado de latencia, en este momento el ciclo celular se detiene y la célula no se divide. Este periodo durará un tiempo determinado o toda su vida como ocurre con las neuronas o los glóbulos rojos.

La célula entra en este estado cuando está en G 1 (al empezar el ciclo) para no gastar la energía que se requiere para completarlo, esta etapa se denomina Fase G0.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Durante la interfase la célula tiene su aspecto típico y se pueden apreciar todas sus estructuras.

El núcleo es visible y el ADN está en forma de cromatina.

Cuando la célula va a realizar la división celular, el núcleo desaparece, la cromatina se compacta en cromosomas y se reparte el material a los polos de la célula para volver a formar la membrana nuclear.

Después se divide el citoplasma para formar las dos células hijas.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 3.- La interfase Durante esta fase el núcleo celular es visible y el material genético está en forma de cromatina por lo que no se aprecian los cromosomas. En esta etapa la célula tiene una gran actividad metabólica en la cual irá aumentando su tamaño y se preparará para que la división celular se dé correctamente, para ello tendrá que producir todas las moléculas necesarias y tener el entorno intracelular adecuado. La célula pasa por tres fases muy diferenciadas y controladas: 3.1.- Fase G1: Es la primera etapa después de la división celular y la más variable en cuanto al tiempo de duración ya que en esta fase se producirá el crecimiento celular y la formación de los orgánulos citoplasmáticos necesarios.

Cuando una célula se divide, reparte sus orgánulos de forma más o menos equitativa, durante esta fase G1 se sintetizan nuevos ribosomas, el citoesqueleto necesario para ese tipo celular y los orgánulos membranosos aumentan de tamaño hasta alcanzar el volumen necesario que necesitará esa célula concreta. Las mitocondrias y cloroplastos no los puede producir la célula, se reparten en la división celular y se irán dividiendo (por partición o segmentación) para estar en el número correcto.

Durante este periodo hay una gran síntesis de ARN y por lo tanto de proteínas y enzimas que serán las que formen, realicen y controlen este aumento celular pero también se sintetizarán moléculas, proteínas y enzimas necesarias para llevar a cabo la siguiente fase de duplicación del ADN.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Una vez alcanzado el tamaño deseado, la célula podrá seguir dos caminos diferentes: 1.- Entrar en fase G0: La mayoría de las células no se dividen constantemente, lo normal es que la célula detenga su ciclo celular para diferenciarse y realizar una función determinada (células hepáticas o cardíacas), cuando ocurre esto se dice que la célula entra en un estado quiescente o fase G0. Una vez diferenciada puede estar así de forma continua (al final conducirá a un periodo de senescencia y muerte celular por apoptosis) o temporal (volverá a retomar el ciclo celular).

2.- Entrar en fase S: La célula continua el ciclo celular y pasa a la siguiente fase pero antes de hacerlo tiene una serie de controles que indican si la célula está preparada o no, si todo está bien comienza la etapa siguiente.

Entrada en la fase G0 Inicio de la fase G1

Crecimiento celular Entrada en la fase S

Diferenciación celular

Muerte celular

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 3.2.- Fase S: Durante este periodo el material genético se duplica1 completamente, originando una célula 4n con dos copias exactas de ADN. Durante la mitosis se repartirán ambas copias a cada una de las células hijas.

Como en esta etapa el material genético no está compactado en cromosomas la única diferencia apreciable es el aumento de cromatina pero para comprender el proceso de la mitosis hay que recordar cómo serán los cromosomas antes y después de este paso para visualizar mejor el reparto que se llevará a cabo posteriormente: En la fase G1 tenemos dos cromosomas homólogos (organismo diploide), la duplicación de la fase S origina una copia idéntica de cada uno de ellos unida por el centrómero (en este momento será 4n).

En la mitosis se separarán las cromátidas y se repartirán a las dos células hijas, quedando ambas con idéntico material genético que la célula madre.

1

El proceso de duplicación del ADN se explicará en un tema específico.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Esta fase es muy compleja y se tiene que producir sin cometer errores que pueden provocar mutaciones en las generaciones posteriores. Para que toda la maquinaria implicada pueda trabajar correctamente el ADN estará en forma de cromatina, por lo que junto con este paso se van sintetizando nuevas histonas que se irán uniendo a las nuevas hebras que se van formando.

Junto con la duplicación del ADN y la síntesis de histonas también se produce la duplicación de los centriolos, la forma de hacerlo es separarse y a partir de la base de cada uno se polimeriza el nuevo en dirección perpendicular, dando lugar a dos juegos. Ambas copias permanecerán en un único centrosoma hasta que comience la división celular. Esto ocurre en células animales (en células vegetales no existen los centriolos).

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 3.3.- Fase G2: Si en la fase G1 se preparaban los componentes necesarios para realizar la fase S, la fase G2 será una etapa en la que se acumulan todas las moléculas que se necesitarán en la siguiente etapa (fase M). Esto implica una alta transcripción y traducción de proteínas así como un aumento del tamaño celular.

En esta fase se comprueba si todas las fases anteriores se han realizado correctamente, detectando si hay errores en la duplicación del ADN o si el tamaño celular es el correcto, si no es así se parará el ciclo y no continuará hasta que todos los fallos se reparen. Si no existiera este control las células se dividirían con independencia de sus errores y provocaría células hijas defectuosas y no idénticas a la madre.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Fase G1 ● ●

● ●

●

●

Alta actividad metabólica.

Producción de las moléculas implicadas en la fase S. Aumento celular.

Síntesis de orgánulos no membranosos.

Aumento en tamaño de los orgánulos membranosos.

División de mitocondrias y cloroplastos.

Fase S ● ●

●

Fase G2

Duplicación del ADN. Síntesis de histonas y proteínas asociadas al ADN. Duplicación de los centriolos.

Interfase temprana

● ●

Aumento celular.

Síntesis de proteínas implicadas en la mitosis.

Interfase tardía

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biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 3.4.- Control del ciclo celular: El proceso de la división celular es uno de los más importantes que se dan en las células tanto en organismos unicelulares como pluricelulares, razón por la cual han de asegurarse que se lleva a cabo correctamente. La forma de conseguir esto es estableciendo una serie de puntos de control a lo largo del ciclo donde se examinará si todo funciona correctamente; no se podrá seguir adelante si se detecta alguna deficiencia. Errores en las señales de control del ciclo celular provocan cáncer.

El sistema funciona como una lavadora, en ella hay una serie de sensores que detectan si la cantidad de agua es la correcta o cuando hay que añadir jabón y suavizante, si el sensor indica que algo no va bien se detiene y no pasa a la siguiente fase. En las células los sensores serán dos grupos de proteínas citoplasmáticas que analizarán, en determinados puntos, si todo está ocurriendo adecuadamente:  Quinasas dependientes de ciclinas (CDK): Enzimas que fosforilan (activan) compuestos relacionados con el avance del ciclo celular. Su concentración a lo largo del ciclo es la misma pero su actividad depende de su activación.  Ciclinas: Enzimas que se unirán a las CDK para activarlas. Su concentración variará a lo largo del ciclo, por lo que su presencia o ausencia determinará si se pasa o no a la siguiente fase.

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Control del ciclo mediante las enzimas Cdk y ciclinas

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Las quinasas y las CDK establecen tres puntos de control:

–

Punto de control G1: Se sitúa al final de la fase G1, aquí se verifica si el tamaño celular es el correcto, si los orgánulos celulares están en un número adecuado y se comprueba que el ADN no esté dañado antes de duplicarlo. Si se detecta algún problema, la célula entrará en G0 hasta que se solucione.

–

Punto de control G2: Está al final de la fase G2, aquí se analiza si la duplicación del ADN se ha realizado correctamente y si el tamaño celular es el adecuado para realizar la fase siguiente: la mitosis.

–

Punto de control de la metafase: En la mitosis está el último punto de control, aquí se comprueba si los cromosomas están alineados correctamente para realizar la separación de las cromátidas, asegurándose del reparto equitativo del material genético.

Este complejo sistema de ciclinas-CDK analiza y genera una respuesta frente a factores externos como la densidad celular, factores de crecimiento, hormonas o fitohormonas, y factores internos como el tamaño celular, duplicación del ADN o alineación de los cromosomas.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Control G2 - ¿La duplicación del ADN se ha realizado sin errores?

- ¿El tamaño celular es el adecuado?

- ¿Las condiciones ambientales son favorables?

Control M - ¿Están los cromosomas bien alineados?

Finalizar la división celular

Entrar en mitosis

Control G1 - ¿El tamaño celular es el adecuado?

- Las condiciones ambientales son favorables?

Iniciar la fase S

Resumen de los diferentes puntos de control llevados a cabo por las ciclinas y las Cdk

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 3.5.- Muerte celular: Las células no viven ni se dividen indefinidamente, hay múltiples causas que producen la muerte celular como errores genéticos o acumulación de radicales libres pero la razón principal es el número de divisiones celulares ya que es limitado como consecuencia del acortamiento de los telómeros. Los telómeros son los temporizadores de la célula y marcan su envejecimiento.

Diferenciación

División

Muerte

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Existen dos tipos de muerte celular: ●

Apoptosis: Este tipo de muerte celular se produce por control genético y por ello es un proceso controlado por el organismo.

Cuando la célula entra en este estado se activan genes que impiden la entrada en la fase S, la célula empieza a desintegrarse en pequeñas vesículas llamadas cuerpos apoptóticos y no se libera su contenido intracelular al exterior. Este hecho impide que se produzca una respuesta inflamatoria pero los cuerpos apoptóticos serán capturados y digeridos por macrófagos.

La apoptosis es un proceso fundamental durante el desarrollo de los organismos, en la renovación tisular y en la eliminación de células con algún tipo de alteración. Son muchos los ejemplos como en la formación de las hojas, durante la fase de pupa en los insectos o incluso en la formación de los dedos en humanos.

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biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular ●

Necrosis: Se produce por factores físicos o químicos, es decir, por una lesión grave que daña de forma irreversible a la célula.

Cuando se dan éstas circunstancias la membrana plasmática se rompe y el contenido intracelular se libera, las proteínas se desnaturalizan y se desencadena una respuesta inflamatoria que atrae a los macrófagos para que fagociten los restos celulares.

Apoptosis

Necrosis

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 4.- La división celular Una vez que la célula ha duplicado su material genético y ha crecido lo suficiente empezará a dividirse. Al ser un paso tan crucial se hará en dos fases: primero se dividirá el núcleo (cariocinesis) para repartir el material genético y después se dividirá el citoplasma (citocinesis). El resultado final serán dos células a partir de una célula madre.

La cariocinesis se pude realizar de dos formas, mediante mitosis o meiosis, en el primer caso el reparto genético se realiza para formar dos células idénticas a la madre mientras que en el segundo caso el reparto no es igual y las células hijas tendrán diferencias. Esta diferencia en la segregación del ADN implica que cada proceso se realizará para fines distintos.

Cariocinesis Mitosis Interfase

Citocinesis Meiosis División celular

Interfase

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 5.- Mitosis Es la división del núcleo celular mediante un reparto genético equitativo, esto implica que las dos células que se formarán al terminar la división serán genéticamente idénticas a la célula madre original. Pese a la complejidad del proceso, por las reorganizaciones celulares que se llevan a cabo, ocurre de forma continua y muy rápida (entre 1 y 2 horas).

La mitosis ocurre exclusivamente en eucariotas, en eucariotas unicelulares implicará una reproducción que formará nuevos organismos idénticos: es lo que conocemos como reproducción asexual. En eucariotas pluricelulares se utiliza para desarrollarse, crecer y renovarse, formando un organismo complejo con células genéticamente idénticas.

Esta fase ocurre de forma continua y sin interrupciones pero para estudiarlo mejor la dividiremos en cuatro etapas: - Profase - Metafase - Anafase - Telofase

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Interfase

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Al final de la fase G2 la célula tiene el tamaño adecuado, todos los orgánulos celulares en un número suficiente para repartirlos a las células hijas y el material genético duplicado y en forma de cromatina. En estas condiciones se inicia la mitosis.

Las diferentes fases se pueden reconocer gracias a la visualización de los cromosomas, por lo que sus posiciones y alteraciones nos marcarán el proceso y nos permitirán definirlo.

Gracias al microscopio así como a la correcta preparación y tinción de las muestras se consiguió descus células. descubrir cómo se dividían las células.

Conocer los siguientes cuatro puntos será muy importante para entender correctamente el ciclo:

1.- Grado de compactación de los cromosomas en cada fase, posición que ocupan en la célula y destino de sus cromátidas.

2.- Conocer qué ocurre con el resto de los componentes celulares.

3.- Diferencias entre células animales y vegetales.

4.- Identificar las etapas del ciclo en fotografías reales con el microscopio óptico.

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Profase

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Algunos autores explican esta etapa como un todo mientras que otros la subdividen en dos, llamándose profase temprana y profase tardía o profase y prometafase. Con independencia de la terminología, los fenómenos que ocurren aquí son los siguientes: Profase: - La cromatina se va condensando y los cromosomas empiezan a ser visibles, cada vez son más grandes y gruesos.

- El nucleolo desaparece y la membrana nuclear se rompe en pequeñas vesículas.

- Los centriolos empiezan a migrar a los polos de la célula mientras que los microtúbulos del huso mitótico empiezan a formarse. También se forman los cinetocoros a ambos lado del centrómero.

Prometafase: - Al final de esta fase los centriolos estarán en polos opuestos. Hay que recordar que en vegetales no existen por lo que el huso se forma a partir del material pericentriolar.

- El núcleo desaparece.

- Los cromosomas están totalmente compactados.

- Los microtúbulos del huso interaccionan con los cinetocoros de los cromosomas.

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Metafase

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Como los cromosomas están unidos al huso mitótico mediante los cinetocoros, a medida que vayan creciendo los microtúbulos irán empujando a los cromosomas y se moverán hacia el plano ecuatorial de la célula formando la llamada placa metafásica.

Las características de esta fase son: - Máximo grado de compactación de los cromosomas. Cada uno tiene dos cromátidas unidas por el centrómero.

- Formación completa del huso mitótico.

- Al final de esta fase los cromosomas quedarán en el centro con los centrómeros orientados perpendicularmente a los centriolos. Cada una de las cromátidas del cromosoma queda orientada hacia un polo.

Los microtúbulos del huso pueden ser de tres tipos: 1.- Cinetocóricos 2.- Polares 3.- Astrales Cada tipo de microtúbulo desempeña una función importante a lo largo del ciclo: largo del ciclo:

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Metafase

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1.- Cinetocóricos: Van desde los centriolos hasta los cinetocoros de cada centrómero, conducen el movimiento de los cromosomas a lo largo de la mitosis.

2.- Polares: Van hacia en centro para conectar con otro microtúbulo del centrosoma opuesto. Empujan y separan los dos polos de la célula.

3.- Astrales: Parten de un centrosoma en todas las direcciones y no se unen a nada. Son necesarios para situar la posición de todos los componentes con el entorno celular.

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Anafase

En esta fase las cromátidas hermanas se separan por la despolimerización de los microtúbulos cinetocóricos lo que produce que cada cromátida se dirija a un polo diferente (se desplazan hacia los centriolos). Los procesos que ocurren a lo largo de esta fase son: - La despolimerización de los microtúbulos cinetocóricos ejerce, a nivel del centrómero, dos fuerzas de sentido contrario que provocan la rotura de los cromosomas, separándolos en sus dos cromátidas hermanas.

- Al mismo tiempo que se acortan los microtúbulos cinetocóricos se alargan los polares, haciendo que cada polo se separe más.

- Al separarse, se conduce cada cromátida a un pol polo de la célua. Como el movimiento se da desde el centrómero, los cromosomas se aprecian con forma de “V”.

- Estos procesos ocurren denominada anafase temprana.

en

la

- En este momento, el material genético se ha repartido de forma idéntica en cada parte. Cada polo de la célula tendrá el contenido normal de una célula.

- Esta fase concluye cuando todas las cromátidas llegan a los polos, es la anafase tardía.

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Telofase

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Esta fase es como la profase pero al revés, por lo que en cada polo se da, de forma inversa, una prometafase y una profase. Al final quedará una célula con dos núcleos, ambos genéticamente iguales. Los pasos que se producen son: - Se empiezan a reconstruir los núcleos, apareciendo una membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas.

- Los cromosomas se van descondensando hasta que dejan de ser visibles al pasar a su forma de cromatina.

- Desaparecen los microtúbulos del huso.

- Los nucleolos vuelven a aparecer.

- Esta fase, y con ella la mitosis, termina al formarse completamente las membranas nucleares.

- Para terminar la división celular se tiene que producir la división del citoplasma, la citocinesis, pero hay que recordar que estrictamente no es una fase de la mitosis.

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Citocinesis

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Se define como la división del citoplasma y ocurre cuando las membranas nucleares están totalmente formadas. Este proceso está condicionado por la presencia o no de una pared celular y por ello ocurre de forma distinta en células animales y vegetales.

- Esta fase es la última etapa de la división celular y una vez finalizada tendremos dos células idénticas genéticamente.

Junto con la separación de los núcleos también se reparten los orgánulos de forma equitativa.

- Cuando la separación de las células se ha completado entrarán en fase G1 y el ciclo celular comenzará otra vez.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Citocinesis animal: se realiza por estrangulación, de fuera a dentro, por la acción del denominado anillo contráctil que está formado por microfilamentos de actina y miosina. El anillo se forma en el plano ecuatorial de la célula y origina un surco de segmentación que va estrangulando la célula hasta provocar la separación.

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biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Citocinesis vegetal: La presencia de la pared celular impide que la citocinesis de las células vegetales se produzca por estrangulamiento. Aquí se realiza mediante la formación de nueva pared celular a modo de tabique (desde dentro hacia afuera) que terminará separando en dos a la célula original. Este tabique se denomina fragmoplasto.

El fragmoplasto se produce a partir del aparato de Golgi y lo hace desplazando sus vesículas a la región ecuatorial donde se acumulan y se funden para formar la membrana plasmática y al mismo tiempo el contenido de las vesículas formará la lámina media de la pared celular, separando ambas células. Después empezará a producirse a cada lado la pared primaria. Durante este proceso se forman también los plasmodesmos que conectarán el citoplasma de ambas células.

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Profase

Metafase

Anafase

Telofase

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Interfase

Profase

Metafase

Anafase

Telofase

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biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 5.1.- Tipos especiales de división celular: Cuando la mitosis se produce en un organismo unicelular o en determinadas zonas de un organismo pluricelular, la división implicará la formación de nuevos organismos que serán genéticamente idénticos, es la reproducción asexual. Hay tres tipos principales de divisiones celulares: 1.- Bipartición: Es el mecanismo más sencillo, aquí se produce primero una división del núcleo y después una división del citoplasma, formándose dos células idénticas. La realizan los protozoos.

2.- Gemación: En este proceso se produce un reparto asimétrico del citoplasma de forma que la célula hija será de menor tamaño y se llama yema aunque tiene el mismo contenido genético. Es típica de levaduras.

3.- Esporulación: En este caso se producen varias mitosis sucesivas pero sin realizar la citocinesis por lo que se forma una célula plurinucleada. Después cada núcleo se rodea de citoplasma y membrana y salen de la célula madre.

La esporulación se realiza cuando el medio externo es desfavorable y por ello las células resultantes, llamadas esporas, se recubren de una cubierta externa que les permitirá soportar las condiciones extremas. Es típica de hongos y protozoos.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 6.- Meiosis Proceso de división celular en el que una célula diploide (2n) sufre dos divisiones consecutivas para formar cuatro células hijas haploides (n) genéticamente diferentes entre sí. La meiosis es el mecanismo utilizado en la reproducción sexual ya que las células haploides formadas darán lugar a los gametos y al juntarse dos de sexo opuesto se formará un zigoto diploide que formará un nuevo individuo cuya información genética será una mezcla de ambos parentales.

La primera división se llama Meiosis I y es una fase reduccional en la que cada cromosoma homólogo va a una célula hija. La segunda división, la Meiosis II, es similar a la mitosis ya que aquí se reparten las cromátidas hermanas.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Pese a que el reparto cromosómico es diferente en cada división, los procesos que dan lugar a compactación de la cromatina, la disolución de la membrana nuclear o la formación del huso mitótico son iguales a los realizados en la mitosis y por ello las dos divisiones meióticas se dividen en los mismos pasos.

La diferencia crucial entre la mitosis y la meiosis ocurre durante la profase de la meiosis I. Los fenómenos que se producen en esta fase determinarán la distribución de los cromosomas a las células hijas y el intercambio de fragmentos entre ellos (recombinación genética).

Leptoteno Zigoteno

Meiosis I

Profase I

Paquiteno

Metafase I

Diploteno

Anafase I

Diacinesis

Telofase I Profase II Meiosis II

Metafase II Anafase II Telofase II

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Profase I

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Es necesario tener en cuenta las condiciones iniciales antes de explicar el proceso. La meiosis ocurre, al igual que la mitosis, tras una interfase en la que el ADN se ha duplicado por lo que partiremos de una célula 4n en la que todos los cromosomas tendrán dos cromátidas cada uno. Cuando se termina la fase G2 la célula comenzará la división celular.

La profase I implica todos los cambios celulares que se daban en la mitosis, es por ello que a lo largo de esta etapa veremos que se producen los siguientes fenómenos: –

Desaparece la membrana nuclear.

–

Desaparece el nucleolo.

–

Se empiezan a observar los cromosomas como consecuencia de la compactación de la cromatina.

–

Cada par de centriolos se dirige a un polo de la célula y se empieza a formar el huso acromático.

–

Se forman los cinetocoros en cada centriolo y cada uno conectará con un microtúbulo cinetocórico del huso.

Mientras ocurre esto en la célula los cromosomas van a interaccionar de una forma muy concreta. Para explicar bien lo que ocurre, la profase I se divide en cinco etapas:

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Profase I

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 Leptoteno: Se produce al comienzo de la profase I, aquí los cromosomas empiezan a condensarse y se hacen visibles. Como el ADN se ha duplicado cada cromosoma posee dos cromátidas unidas por el centrómero pero en este estado todavía no se diferencian al microscopio óptico.

Los cromosomas se anclan a la membrana nuclear mediante un armazón proteico denominado placa de unión. También aparecen a lo largo de los cromosomas una serie de pequeños engrosamientos llamados cromómeros.

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Profase I

Tema 11.- La división celular

 Zigoteno: En esta fase se produce un apareamiento o sinapsis entre los cromosomas homólogos que comienza en los extremos y se extiende por todo el cromosoma hasta formar el llamado complejo sinaptonémico.

El apareamiento se realiza gen a gen, uniéndose las dos cromátidas de un cromosoma homólogo con las dos de su homólogo y el resultado final es la formación de una tétrada o bivalente ya que hay cuatro cromátidas procedentes de dos cromosomas homólogos.

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Profase I ďƒ˜ Zigoteno

Tema 11.- La divisiĂłn celular

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Profase I ďƒ˜ Zigoteno

Tema 11.- La divisiĂłn celular

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Profase I

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 Paquiteno: Cuando se completa la sinapsis se produce el sobrecruzamiento o crossing-over en el que las cromátidas de los cromosomas homólogos unidas en el complejo se intercambian fragmentos de ADN. Este paso implica la rotura del ADN por varios puntos y el intercambio de fragmentos entre cromátidas no hermanas, es la llamada recombinación genética. Los puntos de entrecruzamiento serán visibles en la fase siguiente.

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Profase I ďƒ˜ Paquiteno

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Profase I

Tema 11.- La división celular

 Diploteno: Después de producirse la recombinación genética los cromosomas homólogos empiezan a separarse entre sí pero continúan unidos por los puntos en los que se ha producido el sobrecruzamiento. Estos puntos de unión son ahora visibles al microscopio óptico y se denominan quiasmas.

Los quiasmas son la manifestación morfológica del proceso citogenético del sobrecruzamiento y por ellos los dos cromosomas homólogos forman figuras en forma de “X”. Esta fase puede durar años como en los oocitos de una mujer.

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Profase I ďƒ˜ Diploteno

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Profase I

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 Diacinesis: Es la última fase de la profase I y por ello los cromosomas se siguen condensando y se separan de la membrana nuclear que desaparece. También desaparece el nucleolo, los centriolos se colocan en polos opuestos, se empieza a formar el huso acromático y aparecen los cinetocoros en los centrómeros.

Los cromosomas homólogos siguen estando juntos por los quiasmas formando tétradas y por ello, en esta fase, las cromátidas hermanas están unidas por el centrómero y las no hermanas por los quiasmas.

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Profase I ďƒ˜ Diacinesis

Tema 11.- La divisiĂłn celular

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Profase I

Leptoteno

Zigoteno

Paquiteno

Diploteno

Diacinesis

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Leptoteno Zigoteno Profase I

Paquiteno Diploteno Diacinesis

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Metafase I

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El resto de las etapas de la meiosis I son muy parecidas a las de la mitosis en cuanto a los fenómenos que ocurren en la célula, la diferencia fundamental se produce con la separación de los cromosomas ya que los homólogos están unidos mediante quiasmas.

Los cromosomas alcanzan en máximo grado de condensación y todos se unen a las fibras del huso acromático.

Como los cromosomas homólogos están unidos, los dos cinetocoros de uno de ellos se unen a los microtúbulos de un polo y los dos del otro cromosoma lo hacen con los del otro polo y de esta forma, a medida que van creciendo los microtúbulos del huso, los cromosomas homólogos se dirigen hasta el ecuador de la célula formando la placa metafásica.

La orientación de los cromosomas hacia cada polo es al azar y por ello el reparto de los cromosomas paterno y materno será diferente en cada meiosis.

Si en la mitosis la placa metafásica estaba formada por todos los cromosomas (cada uno de ellos con dos cromátidas), en la meiosis I la de homólogos (cada uno la formarán parejas de ellos con cuatro cromátidas, una tétrada).

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Anafase I

Comienza con la separación de los cromosomas homólogos como consecuencia del acortamiento de los microtúbulos del huso. La separación implica la desaparición de los quiasmas.

Aquí no se separan las cromátidas, lo hacen los cromosomas completos por lo que cada cromosoma posee dos cromátidas.

Al final de la anafase I tendremos dos juegos cromosómicos en cada polo de la célula por lo que el número de cromosomas se reduce a la mitad. Por esta ra razón la meiosis I se define como una fase reduccional.

En este momento ya se han producido las dos fuentes de variabilidad que se dan en la meiosis:

proceso.

1.- La recombinación genética provoca que las cromátidas intercambien fragmentos con sus homólogos, ahora su información es diferente a la que poseían al principio del p

2.- La separación al azar de los cromosomas paternos y maternos.

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Telofase I

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Una vez separados los cromosomas y posicionados en cada polo se forman las dos membranas nucleares, aparecen los nucleolos, desaparece el huso acromático y los cromosomas sufren una pequeña descondensación.

Cuando termina la telofase I se produce la citocinesis, dividiendo su citoplasma y formando dos células que tendrán n cromosomas con dos cromátidas (células haploides). La citocinesis será diferente en células animales y vegetales tal y como ocurre en la mitosis.

Estas dos células entrarán en la meiosis II para volver a dividirse y pasarán a esta fase sin realizar la fase de síntesis por lo que la interfase será muy breve y el contenido genético el mismo que al finalizar la mieosis I.

 Si una célula posee 2n=8 cromosomas ¿cuántas posibilidades existen a la hora de distribuirlos?  ¿Por qué se dice que las células resultantes de la meiosis I tienen n cromosomas?  ¿Cómo será una célula que no continúe el ciclo por mitosis? ¿y por ciclo? ¿podrá dividirse meiosis?  ¿Cómo se distribuirían los cromosomas si no se formasen quiasmas?

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Metafase I

Anafase I

Telofase I

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Meiosis II Es como una mitosis normal que ocurre simultáneamente en las dos células formadas en la meiosis I. Aquí no hay recombinación genética, la placa metafásica está formada por los n cromosomas y en la anafase II se separan las cromátidas hermanas.

Una vez realizada la citocinesis se forman cuatro células haploides que tienen la mitad del contenido genético que la célula inicial y cuya información es diferente a la original.

Las cuatro células formadas se transformarán en gametos mediante un proceso de diferenciación celular y su función será la de intervenir en la reproducción sexual; cuando un gameto masculino y uno femenino se junten en la fecundación formarán un zigoto que dará lugar a un nuevo individuo cuyo contenido genético será 2n y cuya información genética será la combinación de ambos gametos.

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Profase II

Metafase II

Anafase II

Telofase II

Células haploides

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Antes de la meiosis: Duplicación del ADN

1.- Interfase: El material genético se replica en la célula parental.

Meiosis I: Separación de los cromosomas homólogos

2.- Profase I temprana: Los 3.- Profase I tardía: Se cromosomas se condensan, produce el sobrecruzamiento desaparece la envoltura entre cromátidas no hermanas nuclear y se forma el huso (a menudo se forman varios en acromático. la misma cromátida).

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Meiosis I: Separación de los cromosomas homólogos

4.- Metafase I: Las tétradas migran a la placa metafásica.

5.- Anafase I: Los cromosomas homólogos se separan y se desplazan a polos opuestos.

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6.- Telofase I y Citoquinesis: Los cromosomas se descondensan un poco y se divide la célula.

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Meiosis II: Separación de las cromátidas hermanas

7.- Profase II: Se vuelve a formar el huso acromático.

8.- Metafase II: Los cromosomas se alinean en el centro de la célula.

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9.- Anafase II: Las cromátidas hermanas se separan y se desplazan a polos opuestos.

10.- Telofase II y Citoquinesis: Las células se dividen.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La divisi贸n celular Leptoteno

Diacinesis Zigoteno

Metafase I Paquiteno

Anafase I temprana Diploteno

Anafase I tard铆a

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La divisi贸n celular Telofase I

Anafase II Citocinesis e interfase

Telofase II Profase II

Citocinesis Metafase II

Diferenciaci贸n de granos de polen

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Gametog茅nesis humana

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Durante la meiosis el número de cromosomas se reduce a la mitad. De una célula diploide se forman cuatro haploides.

El contenido cromosómico se restaura en la fecundación.

E

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biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 6.1.- Significado biológico de la meiosis: La división celular por meiosis es un proceso fundamental para las especies y a lo largo de la evolución se ha ido favorecido la reproducción sexual por sus múltiples ventajas:

●

●

●

A nivel genético: Produce variabilidad genética mediante la recombinación genética y el reparto al azar de los cromosomas homólogos. Cada gameto tendrá una información distinta haciendo que las posibilidades sean prácticamente infinitas.

A nivel celular: La meiosis implica una reducción a la mitad del contenido genético en aquellos organismos que sean diploides. Este hecho permite la reproducción sexual ya que al fusionarse los gametos se restablece el contenido normal y con el paso de las generaciones seguirá siendo el mismo, ni más ni menos.

A nivel orgánico: Los procesos de meiosis son los que generan los gametos para la reproducción sexual y las esporas para la reproducción asexual en organismos como las plantas o los hongos. Además, muchos organismos poseen cromosomas sexuales que determinarán el sexo por lo que la meiosis y la fecundación también están implicadas en la diferenciación sexual.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 7.- Comparación entre la mitosis y la meiosis Ambos procesos poseen diferencias y semejanzas y por ello hay que conocer las características de cada uno para diferenciarlos. La estructura de los cromosomas, su reparto y el número y características de las células formadas será esencial: Mitosis ●

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●

Se produce una división celular que da lugar a dos células.

En las células hijas la información genética es la misma y se mantiene constante el número de cromosomas.

Los cromosomas homólogos no se aparean.

No hay recombinación.

Meiosis ●

●

●

Se producen dos divisiones celulares que dan lugar a cuatro células.

En las células hijas la información genética y el número de cromosomas es diferente.

Los cromosomas homólogos se aparean y sufren recombinación.

●

Implicada en la reproducción asexual.

●

Implicada en la reproducción sexual.

●

Se da en todos los organismos.

●

Solo se da en organismos diploides*.

●

En organismos unicelulares forma nuevos individuos genéticamente idénticos. En organismos pluricelulares forma las células somáticas implicadas en el crecimiento y la renovación celular.

●

En organismos diploides forma las células gaméticas. Si son unicelulares será el propio individuo, si son pluricelulares serán células especiales.

biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular Por las características de la mitosis y la meiosis, la reproducción sexual y asexual son diferentes y se emplean para procesos distintos:

Reproducción asexual

Reproducción sexual

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Se realiza por mitosis.

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Se realiza por meiosis.

●

Interviene un solo organismo.

●

Intervienen dos organismos de sexo opuesto.

●

●

●

●

Se obtienen individuos idénticos. No se genera variabilidad genética.

Se da en organismos pluricelulares.

unicelulares

y

Muy eficaz para colonizar nuevos ecosistemas puesto que solo necesita un organismo.

Como no genera variabilidad genética impide su adaptación si cambian las condiciones del medio.

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●

●

Se obtienen individuos diferentes, su contenido genético es una mezcla del de sus progenitores. Se genera variabilidad genética.

Se da en organismos diploides* que pueden ser unicelulares o pluricelulares.

Para colonizar nuevos ecosistemas se necesitan dos organismos de sexo opuesto.

La variabilidad que genera permite la adaptación constante al medio, cambien o no sus condiciones: selección natural.

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biologiabachiller.wikispaces.com Tema 11.- La división celular 8.- Ciclos biológicos Representan el desarrollo de un ser vivo desde que nace hasta que se reproduce y se forma un nuevo organismo que repetirá el mismo ciclo. El ciclo de vida de los organismos puede ser muy complejo (como ocurre con algunas especies parásitas) pero aquí las diferencias que nos interesan se establecen en el grado de ploidía de los individuos adultos y en qué momento se produce la meiosis.

Ciclo de vida del platelminto tremátodo Schistosoma haematobium causante de la enfermedad esquistosomiasis

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Tema 11.- La división celular Ciclo haplonte: El zigoto diploide formado tras la fecundación sufre una meiosis que forma células haploides que darán lugar al individuo adulto por lo que la meiosis ocurre inmediatamente después de la fecundación. Este ciclo lo poseen algunas especies de algas, hongos y protozoos.

Ciclo de vida del alga Chlamidomonas

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Tema 11.- La división celular Ciclo diplonte: En este ciclo el individuo adulto es diploide y mediante meiosis produce gametos haploides que tras la fecundación darán lugar a un zigoto diploide (la meiosis ocurre antes de la fecundación). Este ciclo es típico de animales pero también lo poseen algunas especies unicelulares de algas y hongos.

Ciclo de vida del ser humano

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Tema 11.- La división celular Ciclo diplohaplonte: En este ciclo hay dos generaciones. El zigoto diploide se desarrolla para formar un individuo que, mediante meiosis, da lugar a esporas haploides (no forma gametos). Las esporas forman un individuo haploide que produce gametos y mediante la fecundación se forma un nuevo zigoto. Este ciclo lo poseen las plantas, denominándose esporofito al individuo diploide (forma esporas) y gametofito al haploide (forma gametos).

Ciclo de vida de un helecho