!

9 2,C6mo se reproducen las celulas? IMPACTOS Y PROBLEMAS I

Las celulas inmortales de Henrietta

Cada humano se inicia como un ovulo fertilizado. En el momenta

bido el diagnostico de cancer, las celu las malignas habian

del parto, el cuerpo humano consta de aproximadamente un billon

invadido todos los tejidos de su organismo. Oos meses despues

de celulas y todas elias descienden de esa primera celula. En un

de eso, Henrietta Lacks, una jovencita de Baltimore, murio.

adulto, miles de millones de celulas se dividen cad a dia reempla-

A pesar de la defuncion de Henrietta, sus celulas continuaron

zando a sus predecesoras que han sido danadas 0 envejecieron.

vivas en el laboratorio de Gey (figura 9.1). Los Gey emplearon

Sin embargo, las celulas humanas cultivadas en el laboratorio tien-

las celulas HeLa para diferenciar las cepas virales que provocan

den a dividirse pocas veces y mueren en pocas semanas.

la polio y que en ese momenta ocasionaba epidemias. Tambien

Oesde mediados del siglo

XIX

los investig adores han intentado

que las celu las humanas sean inmortales: sigan dividiendose

enviaron las celulas a otros laboratorios del mundo. Los investigadores aun emplean tecni cas de cultivo celular desarrolladas

fuera del cuerpo humano. LPara que? Muchas enfermedades

por los Gey, y continuan usando las celulas HeLa para investigar

humanas se propagan unicamente en celulas humanas. Los

el cancer, el crecimiento de virus, la sintesis de las proteinas,

linajes de celulas inmortales 0 linajes celulares permitirian a los

los efectos de las radiac iones sobre las celulas y otros temas.

investigadores estudiar estas enfermedades sin tener que experi-

Inclusive algunas ce lulas HeLa fueron enviadas a experimentos

mentar en personas. En la Universidad de Johns Hopkins, George

espaciales en el satelite Discoverer XVI/.

y Margaret Gey, investigadores dedicados a este campo, intentaron cultivar celulas humanas durante casi 30 anos, hasta que en

Henrietta Lacks tenia 31 anos y era madre de cuatro hijos, cuando la division incontrolada de sus celu las ocasiono su muerte.

1951, su ayudante Mary Kubicek preparo una ultima muestra

Oecadas mas tarde, su legado continua ayudando a los humanos

de celulas humanas de cancer. Mary dio el nombre de HeLa

de todo el mundo, y sus celulas siguen dividiendose dia tras dia.

a estas celulas, tomando las primeras letras y el apel lido de la paciente de quien se derivaban . Las ce lulas HeLa comenzaron a dividirse. Se divid ieron una

Entender la division celular (yen ultimo termino, la manera en que los nuevos individuos se ensamblan a imagen de sus padres) se iniciara respondi endo a tres preg untas. Primera, Lque tipo de

y otra vez. Cuatro dias mas tarde, habia tantas celulas que los

informacion guia la herencia? LComo se copia esta informacion

investigadores tuvieron que transferir parte de la poblacion a mas

dentro de la celula original antes de distribuirse a cada una de

tubos para cultivo. Las poblaciones de celulas aumentaron a una

las ce lulas descendientes? Y tercera, Lque tipo de mecanismos

tasa fenomenal: las celulas se duplicaban cad a 24 horas recu-

transmiten esta informacion a las ce lul as descendientes?

briendo el interior de los tubos en pocos dias. Tristemente, las celulas de cancer de la paciente continuaron dividiendose igual de rap ido. Seis meses despues de haber reci-

Requeriremos mas de un capitulo para examinar la naturaleza de la herencia. En este capitulo, introduciremos la estructura y mecanismo que las celulas emplean para divid irse.

d'1H', Ill! "i'.i, 'n! Figu ra 9.1 Izquierda, celulas HeLa dividiendose (constituye un legado celular de Henrietta Lacks, que murio muy joven a causa del cancer). Derecha, el hijo de Henrietta, David, nos ensena una foto de sus padres.

conceptos basicos Los cromosomas y las ce lul as en d ivis io n Los individuos tienen un numero caracteristico de cromosomas en cada una de sus ce lulas. Los cromosomas difieren en long itud y forma , ademas portan diferentes porciones de la informacion hered itaria de la celula. Los mecanismos de division transmiten dicha informacion a las ce lulas descendientes. Secci6n 9.1

Sit io de la mi t os is en el c ici o ce lul ar

Conexiones a conceptos anteriores •

Antes de que inicies este capitul o, recuerda la apariencia camb iante de los cromosomas en el nucleo de las ce lulas eucariontes (seccion 4.8)

•

Quiza tamb ien desees repasar la introducc ion a los mic rotubulos y las p roteinas motoras (4.13) . Hacerlo te ayudara a entender como fu nciona el huso mitotico en la mitosis.

•

Un repaso de las paredes de las cel ulas vegetales (4. 12) te ayudara a entender por que las ce lulas vegetales no se dividen par invaginacion del citoplasma para formar dos paq uetes, como ocurre can las celulas animales.

EI cicio ce lular se inicia cuando se forma una nueva celula por division de la ce lula ori ginal y te rmi na cuando dicha ce lula comp leta su pro pia division. Un cicio celular tfpico procede por diversas etapas: interfase, mitosis y citocinesi s. Secci6n 9.2

Etapas de la mi t os is En la mitosis el nucleo se divide, no el citoplasma . Tiene cuatro etapas secuenc iales : la profase, la metafase, la anafase y la te lofase. Se forma un huso mitotico y los cromosomas duplicados de las celulas se dividen en dos paquetes, que te rminan en dos nucleos geneticamente identicos . Secci6n 9.3

Como se d iv ide el c itop lasm a Despues de la division nuclear, el citop lasma se divide . De manera tip ica, cada nueva ce lula rec ibe un nucleo. EI c itoplasma de la ce lula animal simplemente se divide en dos. En las ce lulas vegetales se forma una pared intermed ia en el citop lasma dividiendolo. Secci6n 9.4

EI c ici o ce lul ar y el ca ncer Los mecanismos internos monitorean y contro lan el momenta y la ve locidad de la division ce lular. En casos poco frecuentes, estos mecanismos fallan , y la divisio n de las ce lulas procede si n control. La formacion de tumores y el cancer son los resultados. Secci6n 9.5

Nadie pidi6 permiso a Henrietta Lacks para usar sus celulas. Su familia no supo 10 ocurrido con las celulas de Henrietta hasta 25 arios despues de su muerte. Las celulas HeLa aun se venden a nivel mundial. i,Seria correcto que parte de las ganancias fueran concedidas a los familiares de Henrietta Lacks? Ve mas detalles en CengageNOW y despues vota en linea. S610 disponible en ingles.

141

9 .1

I

Generalidades sobre los mecanismos de division celular

• Las celu las u organismos individuales producen descendientes gracias al proceso de reproduccion. i,J

un cromosoma (no duplicado)

Conexion con Nucleo 4.8.

Cuando una celula se reproduce, cada uno de sus descendientes celulares hereda informaci6n codificada en el ADN original junto con suficiente citoplasma para iniciar sus propias funciones. El ADN contiene instrucciones para la sintesis de proteinas. Algunas de elias son material estructural y otras son enzimas que ace Ie ran la sintesis de las moleculas organicas. Cuando la nueva celula no hereda toda la informaci6n necesaria para sintetizar proteinas, no crece 0 funciona adecuadamente. El citoplasma de la celula original contiene todas las enzimas, organelos y todos los mecanismos metab6licos necesarios para la vida. Cuando una celula descendiente, hereda algo de ese citoplasma, adquiere estos mecanismos metab6licos que Ie permitiran iniciar su funcionamiento hasta poder con tar con los propios.

Mitosis, meiosis y los procariontes En general, las celulas eucariontes no pueden simplemente dividirse en dos, porque s610 uno de sus descendientes tend ria nlicleo y, por 10 tanto, el ADN. El citoplasma de la celula se divide s610 despues de que el ADN es empaquetado en mas de un ntlcleo mediante mitosis 0 meiosis. La mitosis es un mecanismo de divisi6n celular que tiene lugar en las celulas somatic as (celulas del cuerpo) de los eucariontes multicelulares. La mitosis y la divisi6n del citoplasma son la base del aumento de tamafto corporal en el desarrollo, y el reemplazo continuo de celulas daftadas 0 muertas. Muchas especies de plantas, animales, hongos, y protistas unicelulares tambien forman copias de S1 mismos o se reproducen asexualmente por mitosis (tabla 9.1).

Tabla 9.1 Comparacion de los mecanismos de division celular

Mecanismos Mitosis, division de citoplasma

Meiosis, divisi6n de citoplasma Fision procarionte 142

UNIDAD II

Funciones En todos los eucariontes multicelulares, es la base de: 1. Aumento del tamano corporal durante el crecimiento. 2. Reemplazo de las celulas muertas 0 danadas. 3. Reparaci6n de tejidos danados. En especies unicelulares y en muchas multicelulares tambien es la base de la reproducci6n asexual . En eucariontes unicelulares y multicelu lares es la base de la reproducci6n sexual; forma parte de los procesos por los cuales los gametos y las esporas sexuales se forman (capitulo 10). En las bacterias y las arqueas unicamente es la base de la reproducci6n asexual (secci6n 21.5).

LOS PRINCIPIOS DE LA HEREN CIA

cromatida~:i~~~~=li~~:::

una su cromatida hermana-

un cromosoma (duplicado) Figura 9,2 Un cromosoma eucarionte en estado no duplicado y duplicado. Las celulas eucariontes duplican sus cromosomas antes de que se inicie la mitosis 0 la meiosis. Tras la duplicaci6n, cada cromosoma consta de dos cromatidas hermanas.

La meiosis es el mecanismo de divisi6n nuclear que precede a la formaci6n de gametos 0 esporas, y constituye la base de la reproducci6n sexual. En los humanos y todos los demas mamiferos, los gametos, llamados espermatozoides, y 6vulos se desarrollan a partir de celulas reproductivas inmaduras. Las esporas, que protegen y permiten la dispersi6n de las nuevas generaciones, se forman durante el ciclo vital de hongos, plantas y muchos tipos de protistas. Como descubriras en este capitulo y en el siguiente, la meiosis y la mitosis tienen mucho en comlin. No obstante, sus resultados son distintos. ~ Que podemos decir acerca de los procariontes, bacterias y arqueas? Estas celulas se reproducen asexualmente por fisi6n procarionte, que es un mecanismo totalmente distinto. Considera la fisi6n procarionte mas adelante, en la secci6n 21.5.

Puntos clave acerca de la estructura de los cromosomas La informaci6n genetica de cada especie eucarionte esta distribuida en un numero caracteristico de cromosomas que difieren en longitud y forma (secci6n 4.8). Antes de que la celula eucarionte entre a la mitosis 0 la meiosis, cada uno de estos cromosomas consta de una molecula de ADN de doble cadena (figura 9.2). Despues de que los cromosomas se duplican, cada uno consta de dos moleculas de ADN de doble cadena. Estas dos moleculas de ADN permanecen unidas como un cromosoma Unico hasta una etapa tard1a en la divisi6n nuclear. Hasta que se separan reciben el nombre de cromMidas hermanas. Durante las etapas tempranas de la mitosis y la meiosis, cada cromosoma duplicado se enrolla sobre S1 mismo de nuevo una y otra vez hasta que se condensa mucho. En la figura 9.3a se muestra un ejemplo de un cromosoma humano duplicado cuando esta mas condensado. La organizaci6n estructural del cromosoma se deriva de interacciones entre cada molecula de ADN y las prote1nas asociadas con el.

B Cuando el cromosoma se encuentra mas condensado, su AD N esta empacado en as as comprimidas.

centr6mero

A Cromosoma humane duplicado en su forma mas condensada. Si el cromosoma fuese realmente del tamano que se muestra en la microfotografia, sus cadenas de ADN abarcarian aproximadamente 800 metros.

nivele s multiples de enrollamiento del ADN y las proteinas

C Cuando las asas se desenrollan, una molecula del ADN cromosomal y las proteinas asociadas a ella se organizan en forma de fibra cilindrica.

A intervalos regulares, una molecula de ADN de doble cadena se enrolla dos veces en torno a "carretes" de proteinil S Ilamadas histonas. En una microfotografia, estos carretes de ADN e histonas tienen la apariencia de cuentas de LIn collar (figura 9.3d). Cada "cuenta" es un nucleosoma; la unidad mas pequena de organizacion estructural en los cromosomas eucariontes (figura 9.3e). Cuando un cromosoma duplicado se condensa sus cromMidas hermanas experimentan constriccion y se unen L1nil il otra. Esta region d e constriccion se llama centromew (figura 9.3a). La ubicacion del centromero difiere en cildil tipo d e cromosoma. Durante la division nuclear, se form a un cinetocoro en el centr6mero. Los cinetocoros son sitios de enlace para los microtubulos que se unen a las cromatidas . LCwH es el objeto de esta organizaci6n estructural? PerIllite que grandes cantidades de ADN se condensen en un mkleo pequeii.o. Por ejemplo, el ADN de una de las celulas de tu cuerpo al desenrollarse mediria aproximadamente dos metros; estas cantidades de ADN son demasiado grandes como para empacarse en un nucleo que de manera tipiCil mide menos de 10 micrometros de diametro. Este empaque tambien tiene fines regulatorios. Como veras en el cilpftulo 15, las enzimas no pueden tener acceso al ADN qu e esta empacado densamente.

fibra

D La fibra aflojada muestra una organizaci6n similar a "collar de perlas". EI "collar" es la molecu la de ADN ; y cad a "cuenta" es un nucleosoma. cuentas en un co ll ar

doble

1\'\Wr-- - - helice del ADN nucleo de

Pa rQ r, ·pa~.?L.~!!.'