TEMA 9: DIVISIÓN CELULAR: MITOSIS Y MEIOSIS 1. EL CICLO CELULAR Se denomina así a la secuencia cíclica de acontecimientos en la vida de una célula desde que nace por división de otra, hasta que se divide de nuevo. El ciclo comprende dos momentos principales: - La mitosis (M): es el período de división celular - La interfase: es el período de crecimiento entre dos divisiones y comprende a su vez dos fases de crecimiento diferenciadas: G1 y G2, y una fase intermedia de síntesis de ADN: S. - Algunas células pueden entrar en una fase de inactivación de la división y el crecimiento llamada G0, propia de las células muy especializadas. Para pasar de una fase a otra es necesario sobrepasar unos puntos de restricción o arranque: son interruptores que permiten el paso hacia la siguiente fase cuando se cumplen determinadas condiciones, pero que no permiten nunca el retroceso. 2. LOS CROMOSOMAS El ADN en interfase se encuentra poco empaquetado, en forma de cromatina. Sería como un costurero desordenado, con hilos enredados, con tantos hilos como cromosomas. El ADN durante la mitosis se empaqueta formando los cromosomas (sería como un costurero con todos los hilos enrollados en su correspondiente bobina, con tantas bobinas como cromosomas). Un cromosoma, por tanto, es ADN empaquetado en dos cromátidas (las bobinas son dobles) unidas por un punto central o centrómero y con dos puntos laterales de enganche que permiten que sea desplazado: los cinetocoros. Biología 2010 / Javier Mateos García 1
3. DIVISIÓN CELULAR SIMPLE En las células procarióticas no es necesario un procedimiento especializado de división como la mitosis, pues sólo tienen un cromosoma circular que se divide por separación de las dos hebras de ADN. 4. MITOSIS Y CITOCINESIS La mitosis es el procedimiento especializado que emplean las células eucarióticas para dividir su material cromosómico en dos mitades iguales. Para su estudio se puede dividir en varias fases: profase, metafase, anafase y telofase. Para completar la división celular es necesario repartir el citoplasma con sus orgánulos y la membrana plasmática, tarea que se realiza en otra fase llamada citocinesis. Hay dos tipos: - Mitosis astral: se produce en las células animales, que tienen microtúbulos astrales. - Mitosis anastral: se produce en las células vegetales, que no tienen. 4.1. Profase Se inicia tras la fase S, en la que la célula ha duplicado la información cromosómica fabricando una cromátida hermana (exactamente igual) en cada cromosoma. Por lo que ahora tienen dos cromátidas todos los cromosomas. Biología 2010 / Javier Mateos García 2
4.2. Metafase En ella los cromosomas se colocan al azar, rodeando el huso mitótico por su zona ecuatorial. 4.3. Anafase Biología 2010 / Javier Mateos García 3
4.4. Telofase 4.5. Citocinesis El resultado son dos células diploides con 2n = 3, con cromosomas que tienen una sola cromátida. Son dos células genéticamente iguales. 5. MEIOSIS La meiosis es el procedimiento especial de división que tienen las células sexuales, que consiste en dos divisiones sucesivas, tras las cuales se obtienen cuatro células haploides, distintas entre sí y con la mitad de cromosomas que la célula madre. Se puede dividir en: leptoteno (lepto>delgado, teno>cinta), zigoteno (zygo>yugo) - Profase I paquiteno (paqui>espeso) Diploteno (diplo>doble) 1º.Primera división meiótica diacinesis (dia>separación, cinesis>mov.) - Metafase I - Anafase I - Telofase I - Profase II, - Metafase II 2º.Segunda división meiótica: - Anafase II - Telofase II 3º. Citocinesis Biología 2010 / Javier Mateos García 4
5.1. Profase I o Leptoteno: Los cromosomas no se han acabado de empaquetar, por lo que no se observan las dos cromátidas hermanas. Permanecen unidos a la lámina fibrosa por sus extremos. o Zigoteno: los cromosomas homólogos comienzan a emparejarse, uniéndose como las dos partes de una cremallera que se cierra. El proceso se llama sinapsis y se lleva a cabo con la formación de una estructura proteica llamada complejo sinaptonémico (syn>unión, hap>tocar, nem>hilo). o Paquiteno: durante esta fase se produce el intercambio de fragmentos entre los cromosomas homólogos, que ahora se denominan bivalentes. El procedimiento se llama entrecruzamiento o sobrecruzamiento y su consecuencia es la recombinación génica (aparición de nuevas combinaciones de genes en los cromosomas paterno y materno) o Diploteno: Los cromosomas homólogos se separan, pero permanecen unidos por los puntos de intercambio de fragmentos, que se denominan quiasmas. Los cromosomas ya se han acabado de empaquetar y podemos observar las dos cromátidas de cada cromosoma, por lo que las parejas de cromosomas homólogos unidas se denominan tétradas. o Diacinesis: en ella desaparece la membrana nuclear y acaba de formarse el huso. 5.2. Metafase I Biología 2010 / Javier Mateos García 5
Los pares de cromosomas homólogos se sitúan en el ecuador del huso al azar, sin orden en la secuencia ni en la colocación lateral de los cromosomas paterno y materno. En poliploides también forman bivalentes (p.e. el trigo es 6n=42 y forma 21 bivalentes en metafase I, pues los 6 juegos no son exactamente iguales sino que hay 3 tipos: son iguales dos a dos) 5.3. Anafase I Se rompen los quiasmas y cada cromosoma homólogo es arrastrado hacia un polo del huso por los microtúbulos cinetocóricos. 5.4. Telofase I Durante esta fase se regenera la membrana nuclear y se empiezan a separar los dos núcleos para repartirse el citoplasma. 5.5. Citocinesis: se produce un surco de segmentación que separa las dos células hijas de la primera división y los cromosomas se desempaquetan ligeramente. 5.6. Profase II: en esta etapa desaparecen las membranas nucleares y se forma el huso de nuevo. 5.7. Metafase II Los cromosomas se colocan en el ecuador del huso al azar. Los fragmentos recombinados de cada cromosoma pueden quedar a un lado u otro independientemente de la colocación de los demás. 5.8. Anafase II: Se rompen los cromosomas por los centrómeros y las cromátidas migran hacia los polos del huso arrastradas por los microtúbulos cinetocóricos. 5.9. Telofase II: se regeneran las membranas nucleares y se forma el surco de segmentación que dividirá el citoplasma de las dos células hijas. Biología 2010 / Javier Mateos García 6
5.10. Citocinesis: se completa la división del citoplasma de las dos células para formarse cuatro células hijas. 6. MEIOSIS GAMETOGÉNICA Es el procedimiento que emplean todos los organismos con reproducción sexual para producir sus células sexuales o gametos. 6.1. Espermatogénesis Las células madre sexuales se denominan espermatogonias y producen espermatocitos primarios (meiocitos) por mitosis. Cada espermatocito primario da lugar a 2 espermatocitos secundarios en la primera división meiótica y estos producen en la 2ª división cuatro espermátidas, que maduran dando lugar a cuatro espermatozoides. 6.2. Ovogénesis Las células madre sexuales femeninas se denominan ovogonias y dan lugar a ovocitos primarios por mitosis. Estos ovocitos primarios sufren una primera división meiótica dando lugar a un ovocito secundario y un cuerpo polar (célula con el núcleo igual que el otro ovocito, pero sin apenas citoplasma, que aborta) El ovocito secundario sufre la segunda división meiótica dando lugar a otro corpúsculo polar y a un único óvulo funcional. Biología 2010 / Javier Mateos García 7
7. DIFERENCIAS ENTRE LA REPRODUCCIÓN SEXUAL Y LA ASEXUAL SEXUAL ASEXUAL Requiere la presencia de dos células especializadas. Sólo necesita una única célula normal Es un procedimiento más lento que necesita el reconocimiento Es un procedimiento rápido de las dos células y su fusión. El procedimiento genera que en poco tiempo produce muchas células especializadas, todas distintas, que al unirse una gran población de dan lugar a combinaciones de caracteres distintas descendientes, todos iguales Si hay un cambio en el medio, es posible que alguna de las combinaciones producidas pueda estar mejor adaptada. Si hay un cambio del medio toda la población se encuentra desadaptada. Biología 2010 / Javier Mateos García 8