Los Roles de la División Celular La capacidad de los organismos de reproducirse es una de las características que distingue a los organismos vivos de la materia no viva. La continuidad de la vida esta basada en la reproducción de las células, o división celular.

Organismos unicelulares => división de una célula => organismo entero.

Los organismos multicelulares dependen de la división celular para: * Desarrollarse a partir de una célula fertilizada * Crecimiento * Reparación

La división celular es una parte integral del ciclo celular, la vida de una célula desde su formación hasta su propia división.

La División Celular resulta en la formación de células hijas genéticamente idénticas Las células duplican su material genético antes de dividirse, asegurando que cada célula hija reciba una copia exacta del material genético, ADN. Una célula en división duplica su ADN=> distribución de 2 copias a extremos opuestos de la célula => separación 2 células hijas.

Genoma: La composición de ADN de una célula (su información genética)

EL CROMOSOMA EUCARIOTA ADN celular empaquetado en cromosomas.

Los cromosomas eucarióticos están formados por cromatina, un complejo de ADN y proteínas, que se condensa durante la división celular. Al prepararse para la división celular el ADN es replicado y los cromosomas se condensan.

EL CROMOSOMA EUCARIOTA En comparación con las procariotas, las células eucariotas tienen: - Mucho más cantidad de ADN. - ADN altamente repetitivo. - ADN asociado a proteínas - ADN con mayor complejidad estructural y en la regulación de la expresión génica. - Está formado por varias moléculas separadas entre sí. Cromatina = ADN + proteínas del ADN

(Chrõmo = color)

Más del 50% de la cromatina está formada por proteínas. Las proteínas más numerosas son las Histonas. Las Histonas son básicas El ADN es ácido

Asociación muy fuerte

Las HISTONAS: 5 tipos diferentes: H1, H2A, H2B, H3 y H4 H2A, H2B, H3 y H4=> muy conservadas entre todas las especies de eucariotas (secuencias de aminoácidos) H1=> menos conservadas

Empaquetamiento de la cromatina: Antes de que la célula se divida la cromatina se condensa. Existen diferentes niveles de empaquetamiento. El ADN tiene un diámetro de 2 nm => diámetro de 1400 nm.

1º) NUCLEOSOMA: unidad de empaquetamiento fundamental - región central formada por el octámero de H2A-H2B-H3-H4 + 2 vueltas de ADN - región externa en la que H1 rodea y fija a la región central. La longitud de la molécula se redujo a 1/6 de su longitud original: 7 nm diam. Los distintos nucleosomas se ubican tomando la forma de cuentas de collar.

2º) Solenoide: Fibra de 30 nm Los nucleosomas se agrupan formando una red de 30 nm de diámetro. Su estructura no se conoce claramente.

3º) Dominios en bucle: Las fibras se agrupan formando bucles de 300 nm de diámetro.

4º) Ramilletes del dominio: Los dominios se enrollan entre si formando ramilletes de 700 nm de diámetro.

5º) Cromosoma:

(Chrõmo = color; soma = cuerpo)

Los ramilletes se terminan de compactar formando cuerpos que se tiñen Son las estructuras que vemos en la mitosis y meiosis

Cromatina

Nucleosoma

Solenoide

Dominios en bucle

Ramilletes del dominio

Cromosoma

TIPOS DE CROMOSOMAS

Se los clasifica por la posición del centrómero

LA DIVISIÓN CELULAR Es el proceso por el cual se reparte el material genético de generación en generación. PROCARIOTAS: División directa = Amitosis = Fisión binaria El cromosoma bacteriano se replica (Replicación theta), cada cromosoma hijo se une en una región interna de la membrana plasmática (mesosoma).

A medida que la célula crece, los cromosomas se van separando.

La célula alcanza aproximadamente el doble de su tamaño original y la membrana celular se invagina.

Posteriormente cada célula sintetiza su pared y las células se terminan de separar.

EUCARIOTAS Existen 2 tipos de división celular MITOSIS División celular que produce dos células hijas con la misma cantidad de información genética que la célula madre; las células hijas son idénticas entre si y con la célula madre.

MEIOSIS División celular que produce cuatro células hijas con la mitad de la información genética que la célula madre; las células hijas son diferentes entre sí y a la célula madre. Las células eucariotas tienen 1000 veces más ADN y organelas para repartir. El ADN + histonas debe compactarse para ser repartido entre las células.

Duplicación de cromosomas

Separación de cromátidas hermanas

Ciclo Celular Diferentes etapas por la que pasa una célula eucariota • Interfase - G1 -S - G2 • División celular 1) - Mitosis - Meiosis 2) - Citocinesis

INTERFASE: Cada ciclo celular va de división a división. La célula pasa la mayor parte de su vida en interfase. Durante esta etapa ocurre continuamente la transcripción + traducción de proteínas. La replicación del ADN ocurre una única vez. La interfase se divide en: fase G1, fase S, fase G2.

G1: Es la primer etapa del ciclo. La célula crece y es muy activa metabólicamente Los ribosomas, microtúbulos, actinas y proteínas se sintetizan de cero. Las estructuras membranosas (golgi, membrana nuclear, vacuolas, vesículas, lisosomas, membrana plasmática) se originan del retículo endoplasmático. Las mitocondrias y cloroplastos se autoreplican. Los centríolos se van separando y replicando (comienzo), en cél. animales.

S: Ocurre la replicación del ADN, histonas y proteínas asociadas. G2: Es posterior a la fase S. Se sintetizan las enzimas que intervienen en la mitosis y citocinesis. Se empieza a condensar la cromatina (2 nm a 700 nm, ramilletes del dominio). Se terminan de replicar los centríolos. Se empieza a ensamblar el huso acromático y se sintetizan las proteínas y enzimas que lo regulan.

En general el paso crítico está en la fase G1, cuando la célula pasa ese punto de restricción la división no puede detenerse.

- Hay células que se dividen continuamente: Ej. células de las médula ósea, sanguíneas, ápices de tallos y raíces vegetales, organismos unicelulares, células epiteliales.

- Hay células longevas especializadas que nunca se dividen cuando alcanzan la madurez. No pasan la fase G1, estas células están arrestadas en fase G0. Ej. neuronas

- Hay células con capacidad potencial para dividirse y lo hacen en momentos especiales. Ej. células hepáticas

REGULACION La división celular en organismos multicelulares debe coordinarse para que los órganos y tejidos funcionen armónicamente. La falta de nutrientes, cambios de Tº y pH, la presencia de otras células pueden inhibir la división celular (factores externos y factores internos). Los eventos secuenciales del ciclo celular son dirigidos por un sistema de control del ciclo celular, el cual es similar a un reloj. Este reloj posee puntos específicos de control donde el ciclo celular se detiene hasta que recibe una señal para continuar.

Para muchas células el punto de control G1 parece ser el mas importante

Si una célula recibe una señal de continuación en G1 usualmente completará las fases S, G2, y M, y se dividirá

MITOSIS Los cromosomas suficientemente condensados pueden ser vistos con MOC Cada cromosoma está formado por 2 copias (moléculas) de ADN => cromátida hermana. Centrómero => une ambas cromátidas hermanas. Cinetocoros: complejo de proteínas situadas sobre los centrómeros

fibras del huso

“cineto” para movimiento y coro “núcleo”: núcleo de movimiento de cromosomas

El HUSO ACROMÁTICO (mitótico) Posibilita que cada copia sea repartida entre ambas células hijas. Es una estructura 3D formada por, al menos, 2 tipos de microtúbulos: 1) Fibras polares: que van de polo a polo 2) Fibras del cinetocoro: del cinetocoro a cada polo Las células animales presentan además fibras astrales (áster). Los centríolos se ubican en los áster. Se cree que sirve para fijar los polos del huso contra la membrana celular

Los dímeros de tubulina provienen del citoesqueleto, por lo que en cada división la célula desarticula al citoesqueleto y la célula adquiere forma redondeada. Luego de la división se desarticula el huso, el citoesqueleto se reconstruye y la célula adquiere su forma típica. Todas las células eucariotas presentan en los polos una región densamente teñida de donde salen las fibras del huso. centríolos

centríolos Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

FASES DE LA MITOSIS a) PROFASE: es la más larga de todas abarcando entre 50-70% del tiempo. Los cromosomas, +/- visibles al MOC, se ven como hebras dobles. Los cromosomas siguen condensándose y el huso empieza a formarse Si hay centríolos, migran a los polos. Los nucleolos desaparecen y la envoltura nuclear se va dispersando en fragmentos parecidos a retículo endoplasmático. Al final: los cromosomas están condensados y las fibras del huso se terminan de unir a los cinetocoros.

b) METAFASE: los cromosomas se acortan, alcanzan la máxima condensación y se ubican en el ecuador celular tironeados por las fibras del huso.

c) ANAFASE: es la etapa más corta Las cromátides de todos los cromosomas se separan simultáneamente por los centrómeros y migran a los polos opuestos tirados por las fibras del huso. Los centrómeros van adelantados y los brazos retrasados. Cada cromátide = 1 cromosoma

d) TELOFASE: empieza cuando los cromosomas llegan a los polos. Los cromosomas empiezan a descondensarse. El huso se desarticula para formar el citoesqueleto. El nucleolo se reorganiza y la envoltura nuclear vuelve a formarse.

MECANISMO: Es posible que el huso tire de los cromosomas acortando sus fibras en la anafase. Toda la mitosis ocurre mediante gasto de ATP a partir de los “brazos” proteicos de los microtúbulos.

Durante la mitosis la célula sigue realizando las demás funciones (respiración, síntesis de sustancias, responde a estímulos, etc).

Mitosis

Punta de la raíz

Zona de división Cofia

Esquema de las diversas fases de la mitosis o cariocinesis en una célula animal.

CITOCINESIS Empieza al mismo tiempo que se desarrolla la telofase La separación se origina en el ecuador celular En células animales microfilamentos de actina forman un surco superficial que se va profundizando hasta separar al citoplasma en dos (estrangulamiento). El surco forma pliegues en la membrana plasmática.

En células vegetales vesículas de los complejos de Golgi, La fusión forma la “placa celular” también llamado fragmoplasto. El fragmoplasto en crecimiento se fusiona a la membrana celular. Se forma una placa de polisacáridos entre ambas células. Se impregna de pectinas y se forma la laminilla media. Cada célula sintetiza su propia pared celular.

MEIOSIS Y REPRODUCCIÓN SEXUAL Los organismos vivos se distinguen por su capacidad de formar organismos de su mismo tipo. La herencia es la transmisión de caracteres de una generación a la siguiente. La variación muestra que la descendencia difiere en apariencia de sus progenitores y hermanos. La genética es la ciencia que estudia la herencia y la variación. En un sentido estricto la descendencia no hereda características básicas particulares de sus progenitores. Son los genes los que en realidad son heredados. Los genes son las unidades hereditarias.

Locus Reproducción sexual => necesitan 2 progenitores, y pasan por dos eventos acoplados: • Meiosis y • Fecundación. Fecundación: es el proceso por el cual los genes de ambos progenitores se combinan para formar al nuevo individuo. Meiosis: es una división especial que evolucionó de la mitosis. Implica la redistribución diferencial de la información genética en 4 células. Cada célula presenta la mitad de genes que la célula madre y diferente información genética entre ellas y la célula madre.

Todas las células somáticas que forman el cuerpo de un organismo, tienen el mismo número de cromosomas, que es típico para cada especie. La mitad de la información genética de estas células fue heredada de cada progenitor. Ej:. Mosquito: 6 cromosomas Gato:

38 cromosomas

Maíz:

20 cromosomas

Humano: 46 cromosomas

En cambio, las células sexuales (gametas) también llamadas germinales, tienen la mitad del número cromosómico de la especie.

Ej.

Mosquito: 3 cromosomas Gato: 19 cromosomas

Maíz: 10 cromosomas Humano: 23 cromosomas

Número diploide (2n): “doble dotación”, presentan 2 juegos cromosómicos, cada uno aportado por cada progenitor.

Número haploide (n): “dotación simple” de cromosomas, tienen la mitad del número cromosómico de los progenitores (o de las células somáticas).

En organismos diploides

Cromosomas homólogos

El cariotipo es la composición cromosómica de una especie.

Par sexual

Los cromosomas sexuales se denominan X e Y. Las hembras humanas poseen un par homólogo de cromosomas X (XX). Los machos humanos poseen un cromosoma X y un cromosoma Y (XY). Los 22 pares de cromosomas que no determinan el sexo son denominados autosomas.

Comparación entre Reproducción Sexual y Asexual En la reproducción asexual un progenitor produce descendencia genéticamente idéntica por mitosis.

En la reproducción sexual 2 progenitores dan lugar a descendencia que posee combinaciones únicas de genes heredados a partir de ambos progenitores.

La Fecundación y la Meiosis alternan en los Ciclos de Vida Sexuales

Fecundación

Meiosis

En la fecundación el nº cromosómico de la especie se restablece. La meiosis compensa los efectos de la fecundación. CIGOTA: célula que se forma por unión de las gametas (n + n)

Singamia: reproducción sexual por unión de gametas Isogamia: cuando ambas gametas son similares en tamaños y movimiento

Anisogamia: una de las gametas es más grande que la otra, ambas móviles

Oogamia: una célula es muy grande e inmóvil, la otras es muy pequeña y móvil.

En cada cigota cada cromosoma tiene su pareja, los pares de cada cromosoma se llaman cromosomas homólogos Óvulo: Espermatozoide:

crom1; crom2;….; crom23 crom1; crom2;.…; crom23

Pares de homólogos

CICLO VITAL La meiosis ocurre en diferentes momentos del ciclo de vida en las especies. - Ciclo HAPLONTE: En muchos protistas y hongos la meiosis ocurre inmediatamente después de la fecundación, por lo que los organismos presentan solo la mitad de los cromosomas que la cigota.

n

Fecundación Meiosis

- Ciclo DIPLONTE: En los animales la fecundación ocurre inmediatamente después de la meiosis, por lo que la cigota presenta 2 juegos de cromosomas (homólogos).

2n

Meiosis Fecundación

- Ciclo HAPLODIPLONTE: En las plantas la fecundación y la meiosis se alternan durante el ciclo de vida, por lo que en la misma especie hay una etapa n y otra etapa 2n independientes. Las plantas tienen alternancia de generaciones.

2n Fecundación

n

Meiosis

Esporofito Etapa 2n de la planta. Sufre meiosis y produce esporas haploides (n) que forman la siguiente etapa. Gametofito Etapa n de la planta que por mitosis produce gametas haploides (n) que se fusionan para formar al esporofito.

Diferencias: - Una espora es la célula reproductiva que puede formar a un individuo sin fusionarse con otra. - Una gameta es la célula reproductiva que requiere fusionarse con otra para formar a un individuo.

La Meiosis reduce el número de juegos de cromosomas a la mitad (ej. de diploide a haploide). Al igual que la mitosis, la meiosis es precedida por la replicación de los cromosomas. Existen dos grandes etapas porque hay 2 divisiones nucleares seguidas luego de la replicación del ADN. - Meiosis I: los cromosomas homólogos se aparean y se separan. - Meiosis II: se separan las cromátides hermanas. La MeI es una división reduccional

2n

n

La MeII es una división ecuacional

n

n

MEIOSIS I: 1) Profase 1. La cromatina se hace visible al MOC. Cada cromosoma está formado por 2 cromátidas unidas por el centrómero. Es la fase más larga de toda la meiosis. Los homólogos se aparean en toda su longitud
hacen “sinapsis” La sinapsis comprende una tétrada (4 cromátides) Diferentes regiones se cortan y empalman previo intercambio de secuencias de nucleótidos (crossing-over). Cada cromátida tiene diferente información genética inicial. Este proceso permite la recombinación génica y aporta variabilidad a la especie. El sitio en donde ocurre el intercambio se lo llama quiasma.

Luego de la formación del quiasma los cromosomas siguen condensándose, se disgrega la envoltura nuclear, se desorganiza el nucleolo, se va formando el huso acromático. Los cromosomas condensados empiezan a repelerse pero quedan unidos por los quiasmas.

2)

Metafase 1. Las tétradas se ubican en el ecuador tironeadas por las fibras del huso. Cada homólogo se ubica por encima y por debajo del plano ecuatorial.

3)

Anafase 1. Se separan los homólogos y migran a polos opuestos. Cada cromosoma está formado por sus 2 cromátidas unidas. Los centrómeros van adelantados y se ven diferentes formas que en la mitosis.

4) Telofase 1. Los homólogos llegaron a los polos y pueden descondensarse parcialmente. En algunas células ocurre citocinesis y una breve interfase antes de seguir la segunda parte de la meiosis. Si hay citocinesis, cada una de las 2 células se divide en simultáneo. En todas las células la segunda división ocurre en sentido perpendicular a la primera.

MEIOSIS II:

es parecida a una mitosis (SIN replicación previa de ADN)

1) Profase 2. Los cromosomas se recondensan. 2) Metafase 2. Los cromosomas se ubican en el ecuador. 3) Anafase 2. Se separan las cromátides hermanas y migran a polos opuestos. 4) Telofase 2. Los cromosomas ubicados en los polos se descondensan, se desarticula el huso, se reorganiza el núcleo. Ocurre la citocinesis

Meiosis en ANIMALES

MEIOSIS en humanos:

Ovogénesis y Espermatogénesis

En la mujer, alrededor del 3er mes de gestación todas las ovogonias duplican su ADN y se diferencian originando ovocitos 1arios, Al 5to mes de vida intrauterina, el ovocito 1ario comienza M1 quedando detenida en prof1 en el 8avo mes. Recién completa M1 a partir de la pubertad. En forma cíclica algunos ovocitos I se transforman en II. En la >ría de los vertebrados el ovocito II sigue hasta metafase 2, momento en el que se detiene.

MITOSIS versus MEIOSIS Mi: Ocurre en todo tipo de células de cualquier ploidía Me: Solo en células 2n o poliploides Mi: se forman 2 células iguales de la misma ploidía que la célula madre Me: se forman 4 células diferentes con la mitad de cromosomas

Células somáticas versus germinales

Tres eventos son exclusivos de la meiosis, y los 3 ocurren en meiosis I: * Sinapsis y crossing over en profase I: Los cromosomas homólogos se conectan fìsicamente e intercambian información Genética. * En la placa metafásica hay cromosomas homólogos replicados (tetradas) apareados. * En anafase I, son los cromosomas homólogos los que se separan y migran a polos opuestos de la célula.

Origen de la Variación Genética entre la Descendencia * El comportamiento de los cromosomas durante la meiosis y la fertilización es responsable de la mayor parte de la variación que aparece en cada Generación. * Tres mecanismos contribuyen a la variación genética: - Distribución independiente de los cromosomas

Meiosis - Crossing over - Fertilización al azar

Distribución Independiente de los Cromosomas Los pares de cromosomas homólogos se orientan al azar en la metafase I de la meiosis. En la distribución independiente cada par de cromosomas distribuye homólogos maternos y paternos en las células hijas independientemente de otros pares. El número de combinaciones posibles cuando los cromosomas se distribuyen independientemente en las gametas es 2n, donde n es el número haploide.

En los humanos (n = 23), hay mas de 8 millones (223) de combinaciones posibles de los cromosomas.

EJERCICIOS DE DIVISIÓN CELULAR Amigo, la mitosis empieza en 5’… no puedo creer que aún no estés condensado!

1- En la figura se representa la gráfica de la variación de la cantidad de ADN de una célula que ha sufrido un ciclo celular completo. Indique en cuál de las letras de la (a) a la (d) es más probable que vayamos a encontrar la célula de la fotografía. Justifique BREVEMENTE.

2- En el esquema se observan diversos aspecto que puede adoptar el cromosoma durante el ciclo celular ¿cuál de ellos correspondería a la célula de la figura 1?

3- A) En un estudio sobre la meiosis de la paloma Columba livia que posee 2n = 6, ¿Cuántos bivalentes se formarán? ¿En qué fase de la meiosis ocurrirá? ¿Cuántas células se formaran? ¿Cuántos cromosomas tendrán cada una de las células hija?

B) Esquematice la Anafase II correspondiente a la célula mencionada en (A).

4- Si en esta especie una célula con 2n cromosomas con una cromatida tienen 4pg de ADN ¿en qué posición (a => e) del gráfico es más probable que encontrases a la célula de la figura? Razona la respuesta

Agregué a cuestionarios

5- En el caso de las células humanas se cumple la igualdad: a. 2n = 23 b. n = 46 c. 2n = 46 d. 2n = 92 6- En qué fase del ciclo celular se produce el crecimiento general de la célula y aumento de la cantidad de organelas? a. Fase G0 b. Fase G1 c. Fase G2 d. Fase S

7- A qué fase de la mitosis corresponde la siguiente figura? a. Profase b. Metafase c. Anafase d. telofase

8- La segregación al azar de los cromosomas homólogos se inicia en : a. Anafase II b. Metafase II c. Profase I d. Metafase I

9- En la figura se observan diferentes aspectos que puede adoptar un cromosoma durante el ciclo celular. ¿Cuál de las figuras podría corresponder a la telofase? Razona la respuesta

10- En la figura se observa una fotografía hecha al MOC del ápice de la raíz de la cebolla. Las células están en diversos estadios del ciclo celular. Indica la fase en la que están las células encerradas en un círculo.

11- La meiosis es un proceso de división imprescindible para los seres con reproducción sexual porque forma: a. Células somáticas b. Células huevo c. Células haploides d. Ninguna de las anteriores

12- a Señale la respuesta verdadera: a. Al finalizar la segunda división meiótica, se obtienen 4 células hijas con la misma cantidad de cromosomas que la célula progenitora. b. Al finalizar la primera división meiótica se obtienen 4 células hijas con la misma cantidad de cromosomas que la célula madre. c. Al finalizar la segunda división meiótica se obtienen 4 células hija con la mitad de cromosomas que la célula madre.

13- Responda: a- cuántos cromosomas observa? b- cuántas cromátidas observa? c- cuántas cadenas de ADN presenta esta célula? d- cuántas moléculas de ADN presenta esta célula?

14- Una célula 2n = 12 a- cuántos cromosomas presentará la célula en G1? b- cuántas cromátidas presentará la misma célula en G1? c- Cuántos cromátidas presentará la misma célula en metafase mitótica? d- Si la célula se dividiera por meiosis, cuántos cromosomas y cuántas cromátidas presentar la célula en metafase I? e- Cuál será la ploidía final de las células hijas, cuantós cromosomas tendrán y cuántas cromátidas?