Actividad: Cómo se multiplican las células?

Transcripción

1 Actividad: Cómo se multiplican las células? La célula es la unidad fundamental de vida. A través de la célula se realizan todas las funciones de los organismos vivos, entre ellas la reproducción en que se da lugar a otro organismo vivo de similares características que el progenitor. - Cómo es que una sola célula fecundada se transforma en un individuo de millones de células? Sabemos que las células contienen el material genético necesario para dividirse y formar una célula igual a la anterior. Si todas las células se reproducen: - Qué es el material genético? - Cómo y qué es lo que hace que la información sea transmitida a la célula siguiente? - Cuántas células origina una célula progenitora? Tu cuerpo está compuesto por más de mil millones de células que van muriendo continuamente y nuevas células se van formando construyendo nuestro cuerpo. El material hereditario de cada célula se encuentra en el núcleo de las células, tanto en las somáticas como en las reproductoras o gametos. Material genético El material genético en el humano está organizado en 46 estructuras llamadas cromosomas. Un cromosoma es una doble cadena de ADN en forma de hélice. En promedio, cada cromosoma contiene entre uno y dos mil genes. Y un gen contiene la información para sintetizar una proteína a través del ARN mensajero. Cada vez que una célula se divide, cada cromosoma debe ser replicado (copiado o duplicado) y luego distribuido, así se asegura que cada célula hija reciba la información completa y exacta. La división nuclear incluye los procesos sucesivos de replicación (duplicación), separación y distribución de los cromosomas. La Figura 1, ilustra el proceso: Figura 1: Replicación y división de cromosomas.

2 Figura 2: Replicación de ADN. La síntesis de ADN ocurre en el núcleo y produce una copia exacta de cada cromosoma. Durante la replicación, la doble hélice se abre y una nueva hebra complementaria es sintetizada a partir de cada una de las hebras originales (proceso ilustrado en la Figura 2). Finalmente se obtienen dos hélices idénticas de ADN, cada una contiene una hebra original y una hebra nueva sintetizada. Cada célula atraviesa un ciclo vital, semejante al ciclo de la vida humana. Así también, el ciclo de vida de una célula tiene las siguientes etapas: Interfase, que a su vez se divide en: - G1 (crecimiento 1) - S (síntesis de ADN) - G2 (crecimiento 2) Mitosis: - Profase - Metafase - Anafase - Telofase La síntesis de ADN ocurre durante la fase de Síntesis (fase S) de la interfase. Observa la Figura 3 que ilustra el ciclo celular. Una vez que la célula se encuentra en la etapa de mitosis: cuántas veces se dividirá una misma célula? Con las actividades que te proponemos podrás encontrar la respuesta a ésta y a otras preguntas de la división celular. Además podrás comprender a cabalidad el proceso de la mitosis.

3 ACTIVIDAD: Explorando el proceso de la división celular mitótica En esta actividad estudiarás la mitosis en un organismo con seis cromosomas que se representan a través de un diagrama construido con cuchillos, tenedores y cucharas. Los materiales que debes utilizar en cada paso son: - Papel para representar las células. - Hilo de coser para representar las membranas. - Cordel o pitilla para representar las fibras del huso mitótico. Figura 3: Ciclo celular. Cuchillos, tenedores y cucharas de diferentes materiales o colores. Estos representarán cromosomas. - Elásticos. Con estos materiales y siguiendo un procedimiento, podrás representar cada etapa del ciclo de vida de una célula eucarionte. En cada etapa que se detalla a continuación existe un procedimiento detallado que debes seguir, acompañado con una serie de preguntas que puedes utilizar a modo de autoevaluación. Te recomendamos que expliques tus respuestas con tus propias palabras sin recitar, de ese modo, puedes asegurar que aprendiste en qué consiste la mitosis celular. Procedimientos: A continuación hay 6 procedimientos que debes desarrollar, cada uno indica una etapa diferente del ciclo celular. Al final de este proceso, habrás construido por ti mismo, un modelo de la mitosis. I. Procedimiento: Construye tu célula En esta etapa, haz una célula con la que construirás el modelo de mitosis celular. 1. Toma un papel grande y dibuja tu célula. Utiliza un hilo del color para mostrar la membrana nuclear y otro hilo de diferente color para mostrar la membrana celular. Al interior de la célula, se encuentra en el núcleo, y al interior de él el material genético, que será representado por cuchillos, tenedores y cucharas.

4 2. Representa los cromosomas por dos tenedores (uno rojo que represente el proveniente de la madre y uno blanco proveniente del padre), dos cuchillos (uno rojo y uno blanco), y dos cucharas (una roja y una blanca). Lo importante es que cada par de tenedores, cuchillos o cucharas sean diferentes entre si. Puedes utilizar dos tenedores de diferente material, o de diferente color. Este procedimiento simula una célula diploide con tres pares de cromosomas (o seis cromosomas) en el núcleo. Obtendrás una imagen de una célula con dos membranas (membrana celular y nuclear), y dentro de la membrana nuclear deben estar los 6 elementos que usaste para representar los cromosomas. Observa tu diagrama y luego contesta las siguientes preguntas. Puede que necesites bibliografía de apoyo para contestar alguna de ellas. 1) Qué es una célula diploide? 2) La mayoría de las células humanas, son diploides o haploides? 3) Según tu diagrama celular, Cuántos pares de cromosomas homólogos hay? 4) Luego de estas preguntas, dibuja en tu diagrama un círculo que encierre cada par homólogo de cromosomas. Luego puedes continuar con el resto de las preguntas. 5) Estos cromosomas homólogos están apareados uno junto al otro en la célula, o son independiente uno del otro? 6) De acuerdo a las siguientes alternativas (a, b, c, d), Cuál es la mejor descripción de cromosomas homólogos? (Escoge la mejor respuesta) a) Son del mismo tamaño y forma. b) Contienen los mismos tipos de genes y en el mismo orden. c) Generalmente contienen versiones diferentes (alelos) de muchos genes. d) Todas son correctas 7) Intenta hacer tú mismo una definición de cromosoma homólogo. Luego de hacer esta definición, busca una definición en bibliografía y compáralas. Complétala si es necesario. 8) Qué es un gen? II. Procedimiento: Tu célula en la etapa de Interfase y replicación de cromosomas En la etapa de interfase los cromosomas en el núcleo de la célula están extendidos y, por tanto, no están formando una doble hélice. En esta configuración no son visibles al microscopio. En esta etapa el material genético recibe el nombre de ADN.

5 En nuestro esquema celular no podremos simular esta situación debido a que no podemos desenrollar los elementos que representan los cromosomas. Por lo tanto, pensemos e imaginemos que cada uno de estos elementos está extendido, lo que equivale en nuestra célula, a que nuestros cubiertos estuviesen trozados y dispersos en el núcleo. En tu célula: 1. Replica (duplica) cada uno de los cromosomas en el núcleo. Realiza esto ubicando seis cromosomas más (o los elementos que utilizaste), que se emparejan con el conjunto que se tiene. En la replicación de cromosomas, cada uno de ellos da origen a uno de iguales características que se encuentran unidos por medio del centrómero. 2. Conecta con un elástico los elementos similares. Por ejemplo: une un tenedor rojo al otro tenedor rojo, un tenedor blanco al otro tenedor blanco, etc. Este elástico representará el centrómero. El núcleo tenía inicialmente, seis cromosomas (tres pares) no duplicados, y ahora contiene seis cromosomas duplicados (6 pares). Por lo tanto, en esta etapa, cada cromosoma ha hecho esencialmente una copia idéntica de sí mismo. Las dos copias idénticas de cada cromosoma conectadas por el centrómero se llaman cromátidas hermanas, como lo indica la Figura 5. Luego de que tengas hecho tu diagrama con los 6 cromosomas duplicados, contesta las siguientes preguntas: 1) Qué es una cromátida? De qué está hecho? Será una proteína, un carbohidrato, un lípido y/o ADN)?

6 2) En qué se diferencia una cromátida hermana de un cromosoma? 3) Qué es el centrómero? Recuerda que cuando la célula se encuentra en la etapa de interfase, el material genético está extendido. Cuando la célula pasa a la etapa de mitosis, el mismo material genético se enrolla formando los cromosomas. 4) Habrán más diferencias? Compara un cromosoma extendido (desenrollado o descondensado) con un cromosoma condensado. Esta debería ir debajo de profase, o sea con esas preguntas. III. Procedimiento: La célula en la Profase de la mitosis En la profase (primera etapa de la mitosis) los cromosomas replicados, que estaban unidos por el centrómero, se condensan y son visibles, como lo indica la Figura 6. Figura 6: Profase. Los cromosomas al interior de tu célula están unidos por el elástico que representa el centrómero. Con respecto a esta etapa: 1) Fíjate en las cromátidas hermanas conectadas por un centrómero son idénticas o contienen alelos diferentes? Explica. Como has notado en la Figura 6, estas estructuras son llamadas cromosomas duplicados. Los cromosomas duplicados son bastante diferentes de los cromosomas no duplicados vistos anteriormente.

7 2) Compara los cromosomas replicados con unos no duplicados. Completa la frase. a) La cantidad de ADN en un cromosoma replicado es (inserte el número) veces la cantidad de ADN de un cromosoma sin duplicar. b) El número de copias de cada gen en un cromosoma replicado es (inserte el número) veces el número de copias de un cromosoma no replicado. c) Cada cromosoma replicado contiene (inserte el número) copias completas de información genética. d) Las copias de la información genética en cada cromosoma son (idénticas, homólogas, o complementarias). 3) Crees que los cromosomas homólogos replicados (los dos pares de cuchillos, los dos pares de tenedores y los dos pares de cucharas) se aparearán el uno al otro durante la mitosis? Explica. 4) En tu esquema, Cuántas cromátidas hermanas hay en el núcleo durante la profase? 5) Una célula humana diploide contiene 46 cromosomas no duplicados en la interfase temprana. Cuántas cromátidas hermanas estarán presentes durante la profase de la mitosis? Al final de esta etapa, la membrana nuclear "desaparece", lo que permite el desarrollo del resto de los acontecimientos de la mitosis. 1. En tu célula, quita la membrana nuclear que rodea los cromosomas Aparecen fibras (huso mitótico o acromático) que proceden de dos estructuras llamadas centríolos que han emigrado a polos opuestos de la célula. Las fibras están formadas por microtúbulos de proteína. 2. Luego, pon fibras en tu célula utilizando pedazos de cordel y dibuja los centríolos en los puntos apropiados del papel. Las fibras conectan a los cromosomas duplicados en sus centrómeros. Las fibras deben pasar por el elástico que representa el centrómero. IV. Procedimiento: La célula en la Metafase de la mitosis En la metafase, las fibras ordenan los cromosomas en el plano ecuatorial en el centro de la célula, tal como lo indica la Figura 7. Los cromosomas homólogos son independientes uno del otro, es decir los cromosomas homólogos replicados, como los dos conjuntos de cucharas replicados, NO ESTÁN APAREADOS.

8 Figura 7: Metafase. En tu célula, arregla los cromosomas en el centro de la célula. El orden específico de los cromosomas y su orientación (boca arriba, al revés) es completamente aleatorio. Con respecto a esta etapa, contesta: 1) Cuántos cromosomas replicados están en el plano de la metafase en tu esquema? 2) Cuántos cromosomas replicados estarían en el plano de la metafase en una célula humana que experimenta la mitosis? V. Procedimiento: Anafase de la Mitosis Durante la etapa de anafase, las cromátidas hermanas se separan para formar a los cromosomas hijos. Observa la Figura 8. Figura 8: Anafase. En tu célula, separa las cromátidas hermanas (servicios) para formar los cromosomas hijos. Los cromosomas hijos son movidos hacia polos opuestos por el huso. Las cromátidas son flexibles y son arrastradas a través del citoplasma mediante las fibras del huso unidas a cada centrómero.

9 Con respecto a esta etapa, contesta las siguientes preguntas: 1) Los cromosomas hijos están duplicados o no duplicados? 2) Los dos conjuntos de cromosomas hijos, uno moviéndose hacia la izquierda y el otro hacia la derecha, son idénticos o distintos? 3) Los dos conjuntos de cromosomas hijos son idénticos a los de la célula progenitora? Qué se ha logrado en este proceso? VI. Procedimiento: La célula en la Telofase de la Mitosis Durante esta etapa los cromosomas hijos alcanzan los polos de la célula y comienzan a descondensarse. Las fibras del huso desaparecen. En tu célula quita las fibras e imagina que tus cromosomas entran al estado descondensado (plástico derretido). Se forman dos nuevas membranas nucleares, una alrededor de cada conjunto de cromosomas hijos. Luego, utiliza hilo de coser para crear dos nuevas membranas nucleares en tu célula (Figura 9). Figura 9: Telofase. Al final de la telofase ocurre la citocinesis, en ella la membrana celular de una célula animal, comienza a hundirse en el centro (Figura 9), dividiéndose el citoplasma por la mitad, originando dos células hijas (Figura 10). Divide tu célula por la mitad, reemplazando el hilo largo que representaba la membrana de la célula progenitora con dos pedazos más cortos de hilo que representarán a las membranas de las dos células hijas.

10 Figura 10: Citocinesis completa Estas células hijas ahora entran a la etapa temprana de interfase. Imagina que tus cromosomas están desenrollados. Las células crecerán hasta el tamaño normal, continuarán dividiéndose, replicarán sus cromosomas y repetirán el ciclo otra vez. Con respecto a última etapa: 1) Existe todavía la célula progenitora? 2) Cómo están relacionadas las células hijas? 3) Cómo están relacionadas estas células hijas con la célula progenitora? 4) En términos generales, qué se logró a través de la mitosis?