En un ciclo celular se diferencian dos etapas:
1ª etapa inicial de larga duración, la interfase, en la que la célula crece y sintetiza diversas sustancias.
2ª etapa final , denominada división celular, en la que ocurre la mitosis o división nuclear y la citocinesis (división del citoplasma).
INTERFASE.
Es el período de tiempo que transcurre entre dos divisiones sucesivas. Durante la interfase hay una gran actividad metabólica y se produce un aumento de tamaño de la célula.
La interfase abarca tres períodos o fases:
G1
En esta etapa, que comienza al terminar la mitosis , se sintetizan las proteínas necesarias para que la célula aumente de tamaño y se forman nuevos orgánulos.
Al final de G1 se distingue un momento de no retorno, denominado punto de restricción (punto R) a partir del cual ya es imposible detener que se sucedan las fases siguientes (S, G2 y M).
Algunas células, antes de llegar al punto R, sufren un proceso de diferenciación celular.
Entonces las células han entrado en fase G0 o de reposo.
Posteriormente, bajo el efecto de activadores mitóticos, pueden volver a la fase G1 y alcanzar el punto R.
Fase S
En esta etapa tiene lugar la duplicación del ADN (síntesis de ADN y de histonas). Por ello, cuando posteriormente, durante la mitosis, el ADN se condense para formar los cromosomas, éstos en vez de tener una cromátida, tendrán dos (dos moléculas de ADN).
Fase G2
Se inicia cuando acaba la síntesis de ADN y termina en el momento en que ya empiezan a distinguirse los cromosomas. En esta fase se transcriben y traducen genes que codifican proteínas necesarias para que la célula se divida . Al final de este período la célula ya ha duplicado los centriolos.
DIVISIÓN CELULAR O FASE M.
Es el proceso mediante el cual, a partir de una célula madre, se forman dos células hijas con idéntica dotación cromosómica que la progenitora.
Entre las causas que desencadenan la división celular se encuentran:
Un aumento del tamaño del citoplasma, de tal manera que la relación nuceoplasmática hace inferior a un cierto valor. En este caso, el núcleo resulta insuficiente para controlar un citoplasma tan grande.Determinadas sustancias químicas (hormonas, oxígeno, ciertos nutrientes, etc.) o incluso un simple aumento de la temperatura.
Tras un número limitado de divisiones, las células mueren; es lo que se denomina apoptosis o muerte celular programada.
DIVISIÓN CELULAR: MITOSIS Y CITOCINESIS
La división celular o fase M del ciclo celular es el proceso mediante el cual, a partir de una célula madre, aparecen dos células hijas con idéntico material genético que la célula madre.
La división celular comprende la división del núcleo o mitosis, también denominada cariocinesis, y la división del citoplasma o citocinesis.
MITOSIS
Aunque la mitosis es un proceso continuo suelen diferenciarse cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase.
PROFASE
Se caracteriza por:
La condensación de la cromatina, por lo que los cromosomas comienzan a hacerse visibles. Como ya se ha producido la replicación del ADN durante la fase S, cada cromosoma está formado por dos cromátidas unidas por el centrómero.Los centriolos, que se duplicaron en la fase G2, comienzan a separarse hasta que se sitúan en polos opuestos de la célula.A medida que se separan los centriolos, se forman entre ellos los microtúbulos polares, que constituyen el huso acromático o huso mitótico. En las células vegetales, al carecer de centriolos, los microtúbulos del huso se organizan a partir de dos zonas más densas del citoplasma situadas en los polos de la celula . La membrana nuclear y el nucléolo desaparecen . Al final de la profase los cromosomas se unen al huso acromático. Para ello cada cromosoma presenta a ambos lados del centrómero, dos cinetocoros , a los que se unen ciertos microtúbulos denominados cromosómicos o cinetocóricos.
METAFASE
En esta fase es cuando mejor se visualizan los cromosomas, ya que alcanzan su máximo grado de empaquetamiento.
Durante la metafase, los microtúbulos cinetocóricos se alargan, por polimerización, y empujan a los cromosomas hasta situarlos en el plano ecuatorial del huso, donde forman la placa ecuatorial o metafásica.
ANAFASE
Es una etapa muy corta, que comienza cuando las dos cromátidas de cada cromosoma se separan, lo cual ocurre simultáneamente en todos los cromosomas. Cada cromátida que ya es un cromosoma hijo o cromosoma anafásico, se desplaza hacia polos opuestos por acortamiento de los microtúbulos cinetocóricos.
La anafase termina cuando los cromosomas llegan a los polos.
TELOFASE
Es la fase final de la mitosis y se caracteriza por:
La desaparición de los microtúbulos cromosómicos, una vez que los cromosoma hijos han alcanzado los polos.Los cromosomas comienzan a descondensarse, con lo que dejan de ser visibles . La membrana nuclear reaparece alrededor de cada grupo de cromosomas. Esta membrana se forma a partir del retículo endoplásmico y también de los restos de la envoltura nuclear de la célula madre.Aparecen de nuevo los nucléolos.
Se forman así dos núcleos hijos. Simultáneamente, ocurre la división del citoplasma.
CITOCINESIS
La división celular no termina con la mitosis; con ella se ha repartido el material genético de la célula, pero es necesario que el citoplasma y los orgánulos citoplasmáticos se repartan de manera equitativa entre las dos células hijas. Este proceso se denomina citocinesis y comienza habitualmente en la telofase.
En las células vegetales, el proceso es diferente, ya que la pared celulósica no permite el estrangulamiento. En este caso la citocinesis ocurre por la formación de un tabique entre las dos células hijas denominado fragmoplasto, que procede de la fusión de vesículas del aparato de Golgi, que cargada de celulosa y otros polisacáridos se alinean en el plano ecuatorial.
MEIOSIS
La meiosis es un tipo especial de división celular en el que una célula diploide (2n) da lugar a cuatro células haploides (n) llamadas gametos, que tienen la mitad de cromosomas que la célula madre.
Antes de que se inicie la meiosis, se duplica el ADN durante la interfase, y cada cromátida da lugar a su cromátida gemela, quedando ambas unidas por el centrómero. A partir de este momento transcurren dos divisiones sucesivas (cada una de las cuales se subdivide en cuatro etapas como la mitosis), pero sin duplicación del material genético en la breve interfase que las separa. Estas divisiones se denominan:
Primera división meiótica o división reduccional. En ella los cromosomas homólogos se emparejan y posteriormente se separan para dar lugar a los núcleos hijos, que contendrán entonces un cromosoma de cada par de homólogos (cada cromosoma contiene todavía dos cromátidas). El reparto de los cromosomas de cada par de homólogos ocurre al azar, lo cual contribuye a la variabilidad genética de los gametos.
Segunda división meiótica. Se produce el reparto de las cromátidas hermanas de cada cromosoma entre los dos núcleos hijos.
PRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA.
PROFASE
Es la fase más larga y compleja de la meiosis, en ella se produce el sobrecruzamiento (los cromosomas homólogos se aparean e intercambian fragmentos de material genético). Esta etapa se subdivide en 5 subetapas:
Leptoteno
Los cromosomas se hacen visibles. Cada cromosoma posee ya las dos cromátidas (aunque éstas no sean visibles, ya que permanecerán estrechamente unidas hasta el final de la profase I).
Zigoteno
Los cromosomas homólogos se aparean entre sí, fenómeno conocido con el nombre de sinapsis, y que tiene lugar mediante la formación de una estructura proteica denominada complejo sinaptonémico, que aparea cada gen con su homólogo.
En esta fase cada pareja de cromosomas se llama bivalente (dos cromosomas homólogos unidos) o tétrada (contienen cuatro cromátidas).
Paquiteno En esta fase tiene lugar el entrecruzamiento o sobrecruzamiento (crossing-over) entre cromátidas no hermanas, proceso que consiste en la rotura e intercambio de fragmentos entre cromátidas no hermanas. Como consecuencia del mismo, se produce una recombinación génica, es decir, un intercambio de genes entre cromosomas homólogos
En esta fase, al estar tan juntos los dos cromosomas, no se pueden observar los entrecruzamientos, pero si unas estructuras proteicas de los complejos sinaptonémicos, los nódulos de recombinación, posiblemente responsables de los entrecruzamientos.
Diploteno
Los cromosomas homólogos comienzan a separarse, aunque permanecen unidos por los puntos donde ha tenido lugar el sobrecruzamiento, denominados quiasmas.
Diacinesis
Los cromosomas se condensan al máximo, por lo que en cada bivalente se aprecian por primera vez las cuatro cromátidas (tétradas). Además, se aprecian los quiasmas existentes entre cromátidas no hermanas. Al final de la diacinesis comienzan a desaparecer la envoltura nuclear y el nucleólo, al mismo tiempo se forma el huso acromático y empiezan a formarse los microtúbulos cinetocóricos.
METAFASE I
Los bivalentes (parejas de cromosomas homólogos) se sitúan en el plano ecuatorial de la célula para formar la placa metafásica.
La diferencia de esta fase con la metafase mitótica es que la placa metafásica no la forman cromosomas individuales, sino parejas de homólogos.
ANAFASE I
Se rompen los quiasmas, separándose los bivalentes, y cada homólogo se desplaza a un polo opuesto de la célula.
A diferencia de la anafase mitótica, aquí no se separan cromátidas sino cromosomas completos.
TELOFASE I
Se forman los núcleos de las dos células hijas, cada una de las cuales contiene un juego completo de cromosomas (n). En esta fase reaparecen el nucléolo y la membrana nuclear. A continuación se produce la citocinesis obteniéndose dos células hijas con la mitad de cromosomas que tenía la célula madre y con dos cromátidas en cada cromosoma.
Hay una breve interfase , en la que nunca hay duplicación del ADN y en seguida comienza la segunda división meiótica.
SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA.
Es como una mitosis normal, en la que las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y emigran hacia los polos opuestos del huso acromático.
Después de una corta profase II en la que desaparece la membrana nuclear y el nucléolo, los cromosomas se condensan y se forma el huso acromático, se inicia la metafase II, en la que los cromosomas se sitúan en el huso formando la placa ecuatorial. Cada cromosoma está formado por dos cromátidas unidas por el centrómero.
Durante la anafase II se rompen los centrómeros, y cada cromátida emigra a un polo opuesto.
Finaliza el proceso con la telofase II, en la que los cromosomas se descondensan y se rodean de una envoltura nuclear. Simultáneamente se produce la citocinesis.
El resultado final de la meiosis es la aparición de cuatro células haploides o sea con la mitad de cromosomas que la célula madre y genéticamente distintas, ya que tienen algunos cromosomas recombinados.
MEIOSIS Y REPRODUCCIÓN SEXUAL
Cuando una célula se divide por mitosis, las dos células hijas producidas son genéticamente idénticas a la célula original, lo cual significa que para aquellos organismos que se reproducen asexualmente las posibilidades de variabilidad genética y, en consecuencia, de adaptación y de evolución son muy limitadas.
En los organismos con reproducción sexual, sin embargo, la fusión de dos núcleos haploides de distinta procedencia (es decir, genéticamente diferentes) origina un cigoto diploide con información genética distinta, producto de la recombinación de los dos núcleos parentales.
La variabilidad genética generada en la reproducción sexual se debe a:
Las distintas posibilidades de reparto en la segregación de los cromosomas parentales en la primera división meiotica . La recombinación y el intercambio de información genética producidos en la profase meiótica I.
ACTIVIDADES
1. A la vista de la imagen, conteste las siguientes cuestiones: a) ¿Qué etapa de la mitosis representa? Representa la telofase, ya que el ADN se encuentra de forma laxa.
¿Qué indican las flechas A, B y C? La flecha A indica los cromosomas que se están descondensando. La B, el huso mitótico formado por los microtúbulos polares y el cinetocoro. La C indica la zona donde se va a producir citocinesis.
¿Se trata de una célula animal o vegetal?, razone la respuesta. Se trata de una célula animal puesto que carece de pared celular y la citocinesis se da por estrangulación.
Describa detalladamente los fenómenos naturales que ocurren en esta etapa. Comienza cuando las cromáticas alcanzan los centriolos. Empieza a producirse la descondensación de los cromosomas. La lámina fibrosa que se forma a partir del retículo endoplasmático y de los restos de envoltura nuclear de la célula madre se adhiere a los cromosomas para volver a formar la envoltura nuclear. Los cromosomas se van desespiralizando, esto posibilita la transcripción y la formación de los nucléolos del ADN. El núcleo metafásico se parece más al núcleo interfásico. Por último, se produce la división de núcleo y la del citoplasma.
b) Describa los fenómenos celulares que tienen lugar en las restantes etapas de la mitosis. Explique cuál es el significado biológico de la misma. Sus etapas son la profase, donde se produce la condensación de la cromatina para formar los cromosomas y desaparecen los nucléolos y la envoltura nuclear. En la metafase se forma la placa ecuatorial y el huso mitótico y los cromosomas se fijan. En la anafase las cromáticas se separan y se dirigen hacia cada uno de los polos de la célula para su posterior descondensación y formación de dos nuevos núcleos en la telofase. La mitosis es la división del núcleo celular de las células somáticas y de aquellos organismos que tienen reproducción asexual.
2. A la vista del esquema responda razonadamente a las siguientes preguntas: a) Indique qué momento del ciclo celular representan los esquemas arriba indicados, lo que señalan los números, y describa los fenómenos celulares que ocurren en A, B y C. A: la etapa final de la interfase. B,C,D: profase. E: metafase. F: anafase. G,H: telofase. 1: señala el ADN condensado formando cromosomas. 2: señala el centrosoma. 3: señala el huso mitótico constituido por microtúbulos. En A nos encontramos en la etapa final de la interfase donde aún no se ha producido la duplicación del centrosoma. En B se produce la duplicación del centrosoma. En C se produce la fragmentación de la envoltura nuclear y empieza a formarse el huso mitótico.
b) Diga si los dibujos corresponden a una célula animal o vegetal. Indique, razonando la respuesta, dos características en las que se basa. Se trata de una célula animal ya que su citocinesis se produce por estrangulación y no por la creación de un tabique. Además, se aprecian los centriolos a diferencia de la célula vegetal que carece de ellos.
3. En relación con la figura adjunta conteste las siguientes cuestiones: a) ¿Qué representa la gráfica 1? Explique cómo cambia el contenido de ADN desde la fase A hasta la fase G. Representa la variación de ADN a lo largo del ciclo celular. En el intervalo A la célula parte de dos unidades de ADN y en el intervalo B la célula duplica la cantidad de ADN. En el intervalo C la célula mantiene duplicado el ADN. Se inicia la primera división celular en el apartado D ya que la célula pasa de nuevo a tener la cantidad de ADN inicial. En el periodo E sigue con la misma cantidad de ADN que al comienzo.
b) ¿Qué función tiene el cambio en el contenido de ADN que se representa en la gráfica 1? Fase C: imagen 1 Fase F y G: imagen 2 Fase C: imagen 3 Fase D y E: imagen 4
Suponiendo que los cromosomas fueran visibles a lo largo de todo el ciclo, ¿en qué fases, desde la C a la G, de la gráfica 1 encontraría las estructuras cromosómicas (1 a 4) que se muestran en la figura 2? C: 1 F: 2 D: 3 E: 4
En 2008 se planteó con unas ligeras modificaciones, a saber: a)¿Qué representa la gráfica 1?¿A qué tipo de división celular corresponde? Explique cómo cambia el contenido de ADN desde la fase A hasta la fase G. Representa el ciclo celular que experimenta una división meiótica. En la fase A nos encontramos en la etapa G1 de la interfase, siendo el ADN 2. En la fase B se duplica el ADN pasando a 4 y se trata de la fase S de la interfase. En el periodo C mantiene la misma cantidad de ADN por lo que se trata de la fase G2. En la etapa D se produce la primera división meiótica, puesto que vuelve a tener la cantidad inicial de ADN, es decir, 2. La fase E es la intercinesis. En la fase F se produce la segunda división meiótica, reduciendo a la mitad la cantidad de ADN inicial. La fase G es la interfase.
b) ¿Qué función tiene el cambio en el contenido de ADN que se representa en la gráfica 1? En la fase B nos indica que se ha producido la duplicación del ADN. En la fase D se produce la primera división meiótica y en la fase F se produce la segunda.
Suponiendo que los cromosomas fueran visibles a lo largo de todo el ciclo, ¿en qué períodos (indicados por letras) de la gráfica 1, encontraría las estructuras cromosómicas 1 y 2 que se muestran en la figura 2? Imagen 1: representa una cromática de un cromosoma correspondiente a la anafase II. Imagen 2: pareja de cromosomas homólogos tras el sobrecruzamiento, corresponde a la metafase I.
4. En relación con el esquema adjunto, que representa tres fases (1, 2 y 3) de distintos procesos de división celular de un organismo con una dotación cromosómica 2n = 4, conteste las siguientes cuestiones:
a) Indique de qué fases se trata y en qué tipo de división se da cada una de ellas. ¿Qué representan en cada caso las estructuras señaladas con las letras A, B, C, ¿y D? 1: anafase meiosis I. 2: anafase mitótica. 3: anafase meiosis II. A: cromosomas homólogos. B, C: cromáticas hermanas. D: huso mitótico.
b) ¿Cuál es la finalidad de los distintos tipos de división celular? [0’4]. Dibuje esquemáticamente el proceso de división completo del que forma parte la fase 2 identificando las distintas estructuras. Mitosis: división celular (reproducción y crecimiento). Meiosis: reducir a la mitad el número de cromosomas permitiendo así la variabilidad genética.
5.A la vista de las gráficas, conteste las siguientes cuestiones: a) ¿Qué proceso se representa en la gráfica A? Explique en qué se basa para dar la respuesta. Indique razonadamente qué ocurre con el ADN a lo largo del proceso. La gráfica A representa la mitosis. El ADN se condensa y se forman los cromosomas, se duplica el ADN y luego se divide. En la G1 se da la interfase, en la S la duplicación, en la G2 el ADN está duplicado, en la M la división mitótica y en la G1 la interfase otra vez.
b) ¿Qué proceso se representa en la gráfica B? Explique en qué se basa para dar la respuesta. Indique razonadamente qué ocurre con el ADN a lo largo del proceso. Representa la meiosis. El ADN se condensa y se forman los cromosomas. Se produce el sobrecruzamiento. Se produce la primera división meiótica. Posteriormente se produce la segunda división meiótica. Luego, la citocinesis.
6.En relación con las figuras adjuntas responda las siguientes cuestiones: a) Nombre los procesos señalados con las letras A y B. ¿Qué fase se señala con el número 1? Describa lo que ocurre en esta fase. Meiosis (A) y mitosis (B). 1. Se corresponde con la profase I meiótica. 3 en la profase I se produce el apareamiento y la recombinación de los cromosomas homólogos. Leptoteno: Los filamentos ADN se condensan y forman los cromosomas. Estos cromosomas ya están duplicados, pero no separados, por lo que presentan dos cromátidas. Zigoteno: cada cromosoma se asocia a su homólogo y ambos se juntan estrechamente por sinapsis. El emparejamiento es total, gen a gen. Paquiteno: se produce el entrecruzamiento. Diploteno: finaliza la sinapsis y los dos cromosomas homólogos se separan, se aprecian los puntos de unión (quiasmas). Diacinesis: los cromosomas están más condensados, en cada par bivalente se distinguen, además de los dos cromosomas homólogos, las dos cromáticas hermanas de cada uno de ellos.
b) Enumere cinco diferencias entre los procesos A y B. Indique la importancia biológica de ambos procesos. -En la mitosis se produce una división y en la meiosis dos. -En la mitosis se obtienen dos células y en meiosis cuatro. -En la mitosis no se produce sobrecruzamiento y en la meiosis sí. -La mitosis se da en las células somáticas y la meiosis en las germinales. -La meiosis se da en células diploides y la mitosis en células tanto diploides como haploides.
Ambos procesos son de gran importancia biológica. La mitosis ya que gracias a ella se produce el crecimiento del individuo y la renovación de los tejidos. La meiosis da lugar a la variabilidad genética.