UNIDAD III PROCESOS PARA CONTINUIDAD DE LA VIDA

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1 UNIDAD III PROCESOS PARA CONTINUIDAD DE LA VIDA PROPÓSITOS Al concluir esta unidad serás capaz de: Conocer los procesos de reproducción y herencia que permiten la continuidad de la vida. Identificar los procesos de reproducción celular (ciclo celular, mitosis y meiosis) con la finalidad de descartar su importancia en la continuidad de la vida. INTRODUCCIÓN A LA UNIDAD En los organismos la velocidad de reproducción o división celular está condicionada o depende de las condiciones de su medio. Es decir, los organismos unicelulares como bacterias y protozoarios crecen y se reproducen más rápido, ya que están más al contacto con el medio y, por lo tanto, con sus nutrientes. Sin embargo, en los organismos pluricelulares, la velocidad de división celular es más compleja, ya que ésta depende de la línea celular a la que pertenece y, por lo tanto, de las condiciones de su medio. REPRODUCCIÓN CELULAR Ciclo celular La reproducción es un proceso continuo, y se conoce como ciclo celular, el cual es una serie compleja de sucesos en los que el material celular se distribuye en las células hijas. El ciclo celular se divide en interfase y la fase reproductora que puede ser por mitosis o meiosis. La interfase es un estadio de gran actividad metabólica, en la cual se lleva a cabo la duplicación del DNA y sus proteínas asociadas. Durante ella se observa el material genético UNIDAD III 1 15

2 disperso en el núcleo de la célula que constituye la cromatina. Comprende de la fase G1, S y G2. En esta fase G1 no hay síntesis de DNA, pero si de los materiales necesarios para el crecimiento celular y reparación del DNA. Tras la fase G1, comienza la fase S, en la cual tiene lugar la síntesis o replicación del DNA y la duplicación del centríolo. La fase G2 se caracteriza por la biosíntesis de moléculas diversas para preparar a las células para la mitosis o meiosis. Mitosis es La división de las células somáticas, excepto las sexuales, de un organismo eucariótico. Al dividirse una célula mitótica forma dos células hijas iguales, cada una contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula madre. Después, cada célula hija se divide de nuevo, y así continúa el proceso. Importancia La mitosis es un proceso importante si consideramos que las plantas y los animales están formados por millones de células individuales organizadas en tejidos (piel, tallos, hojas, endometrio entre otros) y órganos (corazón, hígado, páncreas, vejiga, útero, entre otros) que realizan funciones específicas. Las células de las plantas y los animales surgen de una única célula inicial que ha pasado por un proceso de mitosis. A continuación, estudiaremos este proceso de reproducción. UNIDAD III 2 15

3 Fases de la mitosis La mitosis es un proceso continuo, pero para su mejor comprensión al estudiarla se ha dividido en 4 fases. 1. Profase Es la primera fase de la mitosis, se distingue porque aparecen los cromosomas como formas distinguibles, al hacerse visibles, éstos adoptan una apariencia de doble filamento denominada cromátidas, mismas que se mantienen juntas en una región llamada centrómero, y es en este momento cuando desaparecen los nucléolos. La membrana nuclear se vuelve invisible (ya no se puede observar con el microscopio óptico). Los nucléolos desaparecen pues se dispersan en el citoplasma. Se inicia la formación del huso acromático. Los cromosomas se ven como largos filamentos dobles que, conforme avanza la profase, se van acortando y engrosando. En lo que se conoce como profase tardía termina de formarse el huso, que es donde se fijan los cromosomas, por medio del centrómero. Los cromosomas comienzan a trasladarse al ecuador de la célula, es decir, al centro. 2. Metafase En esta fase los cromosomas se desplazan al plano ecuatorial de la célula (parte media). Cada cromosoma se fija a las fibras del huso por el centrómero. Los cromosomas alineados en la región ecuatorial de la célula, muestran la máxima condensación y acortamiento. UNIDAD III 3 15

4 En la metafase tardía los centrómeros y la cromátidas hermanas comienzan a separarse para emigrar hacia los polos celulares. 3. Anafase Esta fase comienza cuando los centrómeros duplicados de cada par de las cromátidas hermanas se separan, moviéndose cada una a un polo de la célula debido a la acción del huso. Al final de ésta, un juego completo de cromosomas se agrupa en cada polo de la célula. Los cromosomas se ven en el microscopio en forma dede < > y las nuevas cromosomas hermanas se van moviendo a los polos opuestos de la célula. UNIDAD III 4 15

5 4. Telofase Inicia cuando los cromosomas están en los polos celulares. Nuevamente los cromosomas se alargan y se descomprimen. Se forma el nucléolo. Desaparece el huso mitótico y alrededor de cada grupo de cromosomas se inicia la formación de una nueva célula hija. 5. Citocinesis Fase de culminación de la mitosis. Es la división del citoplasma con sus respectivos organelos celulares para formar dos células hijas separadas. Con la citocinesis y la telofase termina el proceso de la mitosis. Ahora cada célula hija, nueva, inicia su ciclo celular en G1 (primera fase del ciclo celular). Da clic en cualquier parte de la imagen para que veas una micrografía de la Citocinesis. UNIDAD III 5 15

6 Por qué es importante la meiosis? El proceso de la meiosis está íntimamente relacionado con la reproducción sexual, ya que es el mecanismo por medio del cual se forman los gametos (óvulos, espermatozoides y granos de polen) que son células haploides, pues sólo tienen la mitad del número cromosómico de la especie. Para que se restituya el número de cromosomas típico de cada especie (diploide) es necesario que ocurra la fecundación, la cual propicia la combinación de características paternas y maternas que dará variabilidad genética entre los miembros de la especie. La meiosis fue descrita por primera vez en 1876 por el biólogo alemán Oscar Hertwig cuando estudiaba huevos de erizo de mar, posteriormente en 1887, el zoólogo belga Edouard Van Beneden observó que cada par de cromosomas se separaba para formar dos células, las cuales presentaban la mitad del número de cromosomas característico de la especie. Realizó estos estudios en huevos de Ascaris, y le dio el nombre de meiosis. Fue hasta 1890 que se determinó que el proceso de la meiosis requiere de dos divisiones celulares para producir, a partir de una célula diploide, cuatro haploides. Este descubrimiento fue realizado por el biólogo alemán August Weismann, pero fue el genetista estadounidense Thomas Hunt Morgan en 1911 quien observó la meiosis en la mosca de la fruta, y dedujo que los genes se encuentran en los cromosomas, dando con esto un paso importante en el estudio de la transmisión de los caracteres hereditarios de padres a hijos. Meiosis A continuación se describe cómo se lleva a cabo el proceso de la meiosis y la importancia que tiene, ya que propicia la variabilidad genética y el mantenimiento del número cromosómico típico de cada especie generación tras generaciones, y es característico de los organismos que realizan la reproducción sexual, por ejemplo podemos ver que en una camada de perros todos los cachorros son diferentes gracias al proceso de la meiosis, o que tú eres único ya que solo tienes parecido con tus padres, hermanos o familiares. La meiosis (Gr. meios - mitad o disminución) es el proceso por el cual se forman los gametos (óvulos, espermatozoides y granos de polen) en los organismos que tienen reproducción sexual, ya que estos presentan la mitad del número cromosómico característico de la especie, es decir son células haploides (n), para que esto suceda es necesario que se realicen dos divisiones meióticas consecutivas, y cada una consta de cuatro etapas sucesivas que son: Profase I, Metafase I, Anafase I y Telofase I, UNIDAD III 6 15

7 continuándose con Profase II, Metafase II, Anafase II y Telofase II. Como resultado final de la meiosis se forman cuatro células haploides con diferente información genética. La fecundación consiste en la unión del gameto masculino con el femenino con lo cual se restaura el número cromosómico típico de cada especie, que se conoce como diploide (2n); lo que permite que este no se altere a través del tiempo en los descendientes. Una de las características de la meiosis es que propicia la variabilidad entre los organismos de la especie, debido a dos eventos que son: la sinapsis y el entrecruzamiento. Para entender el proceso de la meiosis, tenemos que hablar del ciclo celular, el cual se refiere a todas las actividades que realiza una célula antes de iniciar la meiosis (interfase). Interfase La interfase es una etapa del ciclo celular en la que se llevan a cabo un gran número de procesos, está dividida en tres fases y una de ellas es la S, en la que se realiza la duplicación de los cromosomas, y consiste en que cada uno de ellos hace una copia de sí mismo, por lo que están formados por dos cromátidas hermanas idénticas, unidas por el centrómero y tienen la apariencia de fibras a las que se les conoce como cromatina. También durante la interfase se duplican los centriolos (su función es intervenir en la división celular) y permanecen juntos cerca del núcleo. Posteriormente se inicia la Primera División Meiótica, continúa la Intercinesis o Interfase, para dar paso a la Segunda División Meiótica. Cada una consta de cuatro etapas sucesivas que son: Profase I, Metafase I, Anafase I y Telofase I, y continúa con Profase II, Metafase II, Anafase II y Telofase II. A continuación, las estudiaremos a detalle. UNIDAD III 7 15

8 Primera División Meiótica Después de la interfase comienza el proceso de la Primera División Meiótica. Profase I Es la más significativa y la de mayor duración, ya que tarda aproximadamente el 90% del tiempo total que dura el proceso de la meiosis. Antes de iniciarse ésta, los cromosomas ya se duplicaron, es decir que cada uno formó una copia exacta de él, permaneciendo unidos a todo lo largo dando lugar a las cromátidas hermanas. Por ejemplo, si la célula original tenía 46 cromosomas ahora tiene dos juegos de 46 (92 cromosomas). Para que los gametos sean haploides es necesario que los cromosomas homólogos duplicados se reconozcan entre sí y se lleve a cabo el apareamiento dando lugar a los cromosomas bivalentes o tetradas que están formados por cuatro cromátidas. El apareamiento de los cromosomas permite la recombinación genética, que consiste en el intercambio de fragmentos de una cromátida materna con una paterna. Los sitios de unión entre las dos cromátidas no hermanas se llaman quiasmas (Gr. Khiasma - cruz), es el lugar donde se realiza el entrecruzamiento y puede haber dos o más quiasmas y se pueden presentar en cualquier sitio del cromosoma; también son importantes porque mantienen unidos a los cromosomas homólogos paternos y maternos hasta la anafase I. La profase I se ha subdividido a su vez en cinco etapas que son: leptoteno, zigoteno, paquiteno, diploteno y diacinesis. UNIDAD III 8 15

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11 Metafase I Los cromosomas bivalentes o tétradas con sus quiasmas se alinean en la parte media o plano ecuatorial de la célula. Un microtúbulo del huso proviene de un polo y se une a un cromosoma homólogo de la tétrada y otro microtúbulo que proviene del polo opuesto se une al otro cromosoma homólogo, por lo que, éstos cromosomas se moverán hacia los polos opuestos de la célula. UNIDAD III 11 15

12 Anafase I Hasta esta etapa los quiasmas se separan y los cromosomas bivalentes son jalados en sentidos opuestos por los microtúbulos del huso, que están unidos a los cinetocoros de los cromosomas homólogos (formados por dos cromátidas hermanas unidas por el centrómero), son separados y guiados a cada polo de la célula, ya que no se dividen las cromátidas como en la mitosis. Debido a lo anterior, a cada polo de la célula le llega la mitad del número de cromosomas característicos de la especie, es decir, son haploides (n), pero su dotación de ADN será diploide, ya que cada cromosoma está duplicado, es en esta etapa en donde se lleva a cabo la reducción del número cromosómico. Telofase I Llega un juego de cromosomas haploides (n) a cada polo, sin embargo, cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas, característica por la cual se dice que la primera división meiótica es reduccional, es decir, pasa de diploide (antes de la división) a haploide (después de la división). Asimismo, desaparecen los microtúbulos del huso acromático, se forma la envoltura nuclear en cada polo, se realiza la citocinesis (división del citoplasma), dando lugar a dos células con diferentes combinaciones de características paternas y maternas, como producto del entrecruzamiento y las cromátidas se desenrollan. En algunas especies no se forma la envoltura nuclear, ni se realiza la citocinesis y pasan inmediatamente a la segunda división meiótica. Al finalizar esta etapa se formaron dos células haploides con diferentes características y ambas entrarán a una etapa llamada interfase. UNIDAD III 12 15

13 Interfase: También suele llamársele intercinesis a ésta fase, que es intermedia entre las dos divisiones meióticas. Finalmente las células entran a una etapa muy breve de interfase, que es peculiar, debido a que no se duplica el ADN y cada célula inicia la segunda división meiótica con el mismo número de cromosomas con el que terminó la primera división. La primera división meiótica se caracteriza por ser reduccional, debido a que el número cromosómico pasa de diploide (2n) a haploide (n). Segunda División Meiótica Esta segunda división la van a llevar a cabo las dos células que se originaron en la primera división meiótica. A esta segunda división meiótica se le considera como una etapa ecuacional, debido a que se mantiene el número cromosómico haploide que se había originado en la etapa anterior (primera división meiótica). UNIDAD III 13 15

14 Profase II Se vuelven a condensar los cromosomas hasta hacerse visibles, se fragmenta y desaparece la envoltura nuclear y el nucleolo, se forman los microtúbulos del huso acromático que se desplazan hacia el centro de la célula, para unirse a los cinetocoros de los cromosomas, que los desplazarán hacia el centro de la célula. Metafase II Los microtúbulos del huso acromático están unidos a la cara opuesta de los centrómeros (hacia fuera), en la región de los cinetocoros y los cromosomas son alineados en el plano ecuatorial o la parte media de la célula. Anafase II Los microtúbulos del huso se van acortando y por lo tanto, jalan a los cinetocoros, lo que origina que los centrómeros y las cromátidas hermanas se separen, quedando un cromosoma hijo independiente de cada par, que se dirige a su respectivo polo de la célula. UNIDAD III 14 15

15 Telofase II A cada polo o extremo de la célula llega un juego haploide de cromosomas (cromátidas), los que son encerrados por la envoltura nuclear, desaparece el huso acromático, se forman nuevos nucleolos, se desenrollan los cromosomas y se produce la citocinesis. Como resultado de la meiosis se formaron cuatro células haploides con diferentes combinaciones de características paternas y maternas. UNIDAD III 15 15