Trabajo Práctico Nº 3: Mitosis y Meiosis INTRODUCCIÓN: Las células eucariotas se reproducen al atravesar por una secuencia de crecimiento y de división denominada ciclo celular. Este ciclo está formado por 5 etapas principales: G 1, S, G 2, mitosis (o meiosis) y citocinesis (Fig. 1). Las fases G 1, S y G 2 comprenden a la interfase celular. Fig. 1: Ciclo celular eucariota básico. En el pasado, utilizando solo el MOC, los científicos dividieron el ciclo celular en dos períodos: 1) la mitosis, caracterizada por una elevada reorganización y movimiento de los componentes subcelulares, en la cual los cromosomas se hacen visibles por condensación y que finaliza con la segregación y división celular; 2) la interfase, que transcurre entre dos mitosis, comprende la mayor parte del ciclo celular y es un período de gran actividad durante el que se llevan a cabo todas las actividades metabólicas y los preparativos para que ocurra la división celular. Durante la interfase tiene lugar el crecimiento de la célula que incluye la síntesis de nuevas organelas celulares y la mayor parte de las proteínas; también comprende la replicación del ADN durante el período conocido como fase S (de Síntesis). El intervalo que transcurre entre el final de la mitosis del ciclo anterior y el comienzo de la síntesis de ADN se conoce como fase G 1 (Gap = intervalo) y el intervalo entre el fin de la fase S y una nueva mitosis comprende la fase G 2. Las fases G 1 y G 2 proporcionan el tiempo para el crecimiento. Durante la fase G 1, si las condiciones ambientales son adecuadas y siempre y cuando la célula cuente con el tamaño mínimo indispensable, comenzará el proceso irreversible de la división celular (punto de Inicio en la Fig. 1). Si las condiciones ambientales no son adecuadas la célula entrará en un período de quiescencia, denominado G 0, en el que puede permanecer por largo tiempo. En este estadio la célula es sensible a señales de diferenciación (en el caso de organismos pluricelulares) o de inicio de procesos sexuales. Si las condiciones ambientales vuelven a ser favorables, la célula puede volver a iniciar el ciclo de división. En la fase G 2, si la célula completó correctamente la fase S, comenzará la mitosis o, de ser necesario, debe esperar para que se realicen las reparaciones necesarias. Las células eucariotas pueden presentar dos tipos de división celular: mitosis y meiosis. 23
- Mitosis: división celular por la cual una célula produce dos células hijas genéticamente idénticas entre sí y a la célula progenitora, así cada célula hereda una réplica exacta de la información hereditaria de la célula madre. La mitosis ocurre solamente en organismos eucariontes, sean haploides (n) o diploides (2n), unicelulares o multicelulares. Los procariontes presentan amitosis (división directa del material genético). Durante la mitosis los cromosomas duplicados (en fase S) dividen sus cromátidas hermanas que se dirigen hacia los polos opuestos para que cada célula hija obtenga un complemento completo de cromosomas. La capacidad para esta distribución depende del ensamblaje de los cromosomas en el huso mitótico. En organismos unicelulares, la mitosis permite el aumento en el número de individuos de la población, pero en organismos multicelulares es el mecanismo por el cual crecen a partir de una cigota o remplazan y reparan los tejidos dañados. La mitosis comprende 4 etapas o fases: - En profase: los cromosomas que están condensándose se hacen visibles y parecen fibras enrolladas. La envoltura nuclear se fracciona, los nucleolos desaparecen y algunas fibras del citoesqueleto atraviesan a la célula para formar el huso mitótico. - En metafase: los cromosomas están totalmente condensados, por lo que se ven más cortos y gruesos que en la profase, y todos los centrómeros se ubican en el ecuador celular porque fueron desplazados por los microtúbulos del huso. - En anafase: se separan los centrómeros y ambas cromátidas (cromosomas hijos) migran hacia los polos opuestos. - En telofase: los cromosomas, ubicados en los polos, se alargan al perder condensación y ya no son visibles al MOC, las fibras del huso se dispersan, se restablece la envoltura nuclear y comienza la citocinesis. La citocinesis es la división del citoplasma de la célula madre para formar las 2 células hijas. En las células animales, ocurre cuando un anillo formado por proteínas estructurales del grupo de las actinas se contrae alrededor del ecuador de la célula estrangulando el citoplasma para dividir a la célula en dos. En la células vegetales, la existencia de pared celular impide el estrangulamiento por lo que la célula sintetiza un tabique llamado fragmoplasto a partir de la acumulación de vesículas secretadas por el aparato de Golgi entre las dos futuras células hijas, finalmente cada célula hija sintetiza su propia pared celular. - La Meiosis ocurre en aquellos organismos eucariontes que se reproducen sexualmente, por lo que tiene lugar solo en las células germinales de los individuos. Es un proceso universal muy similar en todas las especies y consiste en una única duplicación de los cromosomas de una célula diploide, seguida de dos divisiones celulares de las cuales resultan 4 células haploides. 24
La reproducción sexual permite que los genes de dos individuos se combinen, mediante el entrecruzamiento de los cromosomas homólogos ( crossing-over ) y aporta variabilidad sobre la cual puede actuar la evolución. Las células sexuales o gametas producidas por meiosis, contienen la mitad de los cromosomas de la célula progenitora. La combinación de las gametas, durante la fecundación, restituye el número cromosómico de la especie. La meiosis se divide en 2 grandes etapas: Meiosis I y Meiosis II, cada una de las cuales presenta las fases conocidas como: profase, metafase, anafase y telofase. - En la primera división meiótica existe una profase muy larga (profase I) durante la cual los cromosomas empiezan a condensarse y los cromosomas homólogos se entrecruzan para intercambiar material genético. Durante la metafase I la contracción de los cromosomas es máxima y se ubican en el ecuador. En anafase I se separan los cromosomas homólogos y migran hacia los polos opuestos. Debido a que al final de la meiosis I el número de cromosomas se ha reducido a la mitad, se dice que es una división reduccional. - La segunda división meiótica es muy parecida a una mitosis y en anafase II se separan las cromátidas hermanas. Por lo tanto, se la denomina división ecuacional. Al finalizar la meiosis se reconstituye la membrana nuclear alrededor de los cromosomas y cada una de las 4 células hijas, formada por citocinesis, se diferencia en una gameta. Comparación entre la meiosis y el resultado genético: Características de la meiosis Resultado genético - Segregación de los cromosomas homólogos a los polos Primera ley de Mendel opuestos durante la primera división (segregación al azar) - Segregación independiente de los diferentes pares de Segunda ley de Mendel cromosomas homólogos (distribución independiente) - Formación de quiasmas luego del intercambio de segmentos Recombinación entre genes cromosómicos localizados en el mismo cromosoma OBJETIVOS: - Diferenciar el tipo de división celular existente en organismos procariontes y eucariontes. - Reconocer las fases de la mitosis y de la meiosis. - Comparar los eventos que ocurren en mitosis y en meiosis. 25
MATERIALES: Biológicos: Ápices de cebolla (Allium cepa) Preparados permanentes de ápices de cebolla De laboratorio: Agujas de disección y pinzas Cubre y portaobjetos Papel tissue y pipetas Pasteur Colorante: azul de metileno Ácido clorhídrico (HCl) 5N Lupa binocular y MOC ACTIVIDADES: 1. Mitosis en ápices de cebolla: 2n = 16 Previo al TP, el Instrutor retirará las catáfilas secas y restos de raíces viejas de una cebolla y la colocará sobre la boca de un frasco lleno de agua para que broten las raíces que queden en contacto con el agua. Dos a tres días después las raíces medirán entre 1-3 cm. Cortar las raíces y fijarlas con alcohol-ácido acético (3:1) durante 24 h. para su fijación. Luego conservar las raíces en alcohol 70%. Actividades en el TP: - Dejar reposar las raíces en ácido clorhídrico 5N por 5 min. - Colocar una raíz en un portaobjetos. - Bajo lupa binocular: aislar la región meristemática (se ve de color gris) retirando la cofia y tejidos adultos (transparentes). - Secar el ácido sobrante con papel tissue y agregar una gota de colorante. - Macerar el meristema con la parte posterior de una aguja histológica o con una varilla de vidrio. - Colocar suavemente un cubreobjetos y golpear suavemente con la aguja sobre el cubre en las regiones donde aún el tejido permanezca sin disgregar. - Cubrir el preparado con papel tissue y apoyando el dedo pulgar sobre el cubreobjetos presionar en sentido vertical evitando que se desplace horizontalmente. - Observar al MOC las distintas fases de la mitosis y dibujar indicando el aumento utilizado en cada caso. 26
2. Meiosis en testículos de langosta: 2n = 12 + X0 Observe las distintas fases de la meiosis presente en las siguientes fotos. Indique para cada foto la fase de división, mencione el estado de los cromosomas y el número de células presentes. 27
vista ecuatorial vista polar 3. Indique la función de ambos tipos de división celular en el siguiente cuadro comparativo: Funciones Mitosis Meiosis En unicelulares - - En multicelulares - - 28
4. Considere una célula 2n = 4 y complete el siguiente cuadro para la división mitótica: Fase N de moléculas de ADN N de cromátidas Profase Metafase Anafase Telofase (Nº en una célula) G 1 (Nº en una célula) G 2 (Nº en una célula) 5. Complete el siguiente cuadro comparativo: MITOSIS División equitativa que separa las cromátidas hermanas Los cromosomas homólogos no sinapsan ni intercambian material genético El contenido genético de las células producidas es idéntico al de la célula madre Se producen dos células en todo el ciclo MEIOSIS Dos divisiones por ciclo Se presenta en células germinales Las células resultantes son haploides 6. Esquematice la profase mitótica y las profases I y II de la meiosis de una célula 2n = 6. 7. Grafique para una célula 2n = 4 las etapas de la mitosis y de la meiosis. Indique si la misma pertenece a una célula animal o vegetal. 29
MITOSIS MEIOSIS I y II 8. Observe las siguientes células y en CADA CASO indique: - Ploidía (2n o n) de la célula original - Fase del ciclo celular - La célula está en división mitótica o meiótica? Explique por qué? - Número cromosómico de las células finales 30
9. Complete la siguiente tabla referente a las células pertenecientes al ciclo de vida del ser humano (2n = 46): Característica óvulo miocito espermatocito 1 a hepatocito b cigota Nº de cromosomas Nº de cromátidas Nº de moléculas de ADN Nº de cadenas de ADN a Célula germinal que originará a los espermatozoides. b Los datos variarán en función de si esa persona donó parte de su hígado. BIBLIOGRAFÍA: - Curtis H. y S. N. Barnes. 2008. Biología. 7º Edición. Editorial Panamericana. Buenos Aires. - Curtis H. y S. N. Barnes. 2001. Biología. 6º Edición. Editorial Panamericana. Buenos Aires. - Citogenética. GTP. Departamento de Ecología, Genética y Evolución. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. - Introducción a la Biología. GTP. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura. Universidad Nacional del Nordeste. 31