V. Ciclo Celular: Mitosis y Meiosis · Las células surgen por división celular a partir de otra célula preexistente. La célula madre La célula madre duplica su material genético

V. Ciclo Celular: Mitosis y Meiosis

Asignatura: Biología

Mg. Bárbara Cuevas Montuschi

Universidad la República Escuela de Enfermería y Salud Pública Licenciatura en Enfermería

Conceptos Básicos

- Todos los seres vivos contienen en sus células la información genética (ADN) que les permitirá sintetizar sus proteínas. - La cantidad de ADN (c) y número de cromosomas (ploidía) dependerá de cada especie. - Los seres vivos tienen la capacidad para reproducirse y heredan de sus progenitores la información genética.

Células Humanas: Diploides

CÉLULAS SOMÁTICAS: Hepatocitos, enterocitos, linfoctos, queratinocitos,

miocitos, neuronas, etc….

Células Humanas: Haploides

CÉLULAS SEXUALES O GAMETOS

Cantidad de ADN / N° cromosomas

Núcleo diploide 2n=2c

Núcleo haploide n=c

…los cromosomas son estructuras que se requieren para la división celular…

Par de cromosomas homólogos

Cromosomas Homólogos

Un alelo es cada una de las formas alternativas que puede tener un mismo gen que se diferencian en su secuencia y que se puede manifestar en modificaciones concretas de la función de ese gen.

Estructura de un cromosoma

- Metacéntricos: el centrómero en posición central determina brazos de igual longitud. - Submetacéntricos: un par de brazos es más corto que el otro, pues el centrómero se encuentra alejado del centro. - Acrocéntricos: el centrómero se halla próximo a uno de los extremos, por lo tanto uno de los brazos es casi inexistente.

El más corto de los dos brazos del cromosoma se llama p; el más largo es el brazo q.

CARIOTIPO HUMANO:

El cariotipo es una representación gráfica o fotográfica de los cromosomas presentes en el núcleo de una sola célula somática de un individuo. Cada miembro del par de cromosomas homólogos proviene de cada uno de los padres del individuo cuyas células examinamos. El cariotipo de la mujer contiene 23 pares de cromosomas homólogos, 22 pares son autosomas y el par restante, cromosomas sexuales, ambos " X". El cariotipo del hombre contiene los mismos 22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas sexuales, un cromosoma sexual "X" y un cromosoma sexual "Y" (un gen en el cromosoma Y designado SRY es el que pone en marcha el desarrollo de un varón, por lo tanto determina el sexo). Durante la mitosis, los 23 pares de cromosomas humanos se condensan y son visibles con un microscopio óptico.

Cromosomas Sexuales

Ciclo Celular

Crecimiento Celular

Replicación del ADN

Distribución de los cromosomas duplicados a las

células hijas

División celular

Las células surgen por división celular a partir de otra célula preexistente. La célula madre duplica su material genético y luego lo distribuye, de manera que cada futura célula hija reciba una copia completa del mismo. Finalmente se divide el citoplasma de la célula madre, con sus correspondientes organelos, dando lugar a la formación de dos células hijas.

Interfase

-G1 (G proviene de “gap”: intervalo): ésta es la etapa de crecimiento celular. Las células sintetizan nuevos componentes, hasta alcanzar el tamaño de la célula madre. La etapa G1 es de una intensa actividad celular. -S (de “síntesis”): durante esta fase la célula duplica el material genético. Cada molécula de ADN del núcleo celular se utiliza como molde para generar dos moléculas de ADN idénticas. Este proceso se denomina replicación o auto-duplicación del ADN. Las dos copias idénticas permanecen unidas hasta la división celular. -G2: es una etapa de preparación para la división celular inminente.

Mitosis La división celular es un fenómeno complejo por el que los materiales celulares se dividen en partes iguales entre las dos células hijas. En una serie de pasos que en conjunto se llaman MITOSIS se asigna a cada célula hija un juego completo de cromosomas. Hacia el final de este proceso, se produce la división o clivaje del citoplasma (citocinesis) y las dos células hijas se separan, de modo que cada una no sólo contiene un complemento cromosómico completo, sino también más o menos la mitad del citoplasma y de los organelos de la célula madre.

En los organismos animales, la mitosis se lleva a cabo en las células somáticas o corporales. La mitosis permite:

- El crecimiento por aumento en el número de células. - La reparación y renovación de los tejidos. - La formación de un organismo multicelular a partir del cigoto, durante el desarrollo embrionario.

Profase

Prometafase

Metafase

Anafase

Telofase

Citocinesis (Citodiéresis)

Control del Ciclo Celular El avance del ciclo está mediado por complejos formados por dos tipos de proteínas: las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas (cdk). Las ciclinas presentan concentraciones variables a lo largo del ciclo. Las quinasas, activadas por la presencia de las ciclinas, catalizan la fosforilación de diversas proteínas “blanco”. La fosforilación es un mecanismo que permite “encender” o “apagar” a las proteínas. Las proteínas blanco fosforiladas modifican su actividad, provocando los cambios celulares cíclicos.

Mecanismo de regulación del ciclo celular:

Punto de control G1, en este punto el sistema de control de la célula pondrá en marcha el proceso que inicia la fase S. El sistema evaluará la integridad del ADN , la presencia de nutrientes en el entorno y el tamaño celular. Aquí es donde generalmente actúan las señales que detienen el ciclo (arresto celular) . Punto de control G2, en él se pone en marcha el proceso que inicia la fase M. En este punto, el sistema de control verificará que la duplicación del ADN se halla completado, si es favorable el entorno y si la célula es lo suficientemente grande para dividirse. Punto de control de la Metafase o del Huso, verifica si los cromosomas están alineados apropiadamente en el plano metafásico antes de entrar en anafase. Este punto protege contra pérdidas o ganancias de cromosomas, siendo controlado por la activación del APC.

Proteína P-53: El guardián del genoma

Cuando el ADN presenta un daño "limitado", aumentan los niveles de proteína p53. Dicha proteína activa la transcripción del gen p21, que codifica a la proteína p21. Esta última proteína ejerce su efecto inhibidor uniéndose al complejo ciclina-Cdk2 y deteniendo el ciclo. Cuando el ADN es reparado, la proteína p53 se libera del promotor del gen p21, provocando el descenso en los niveles de p21. Esto permite restaurar la actividad del complejo ciclina-Cdk2.

El gen p53 es uno de los genes supresores de tumores más conocidos, que no sólo detiene el ciclo (arresto celular), sino también participa en la apoptosis (muerte celular programada) forzando a las células al suicidio cuando el daño en el ADN es irreparable. Las células que presentan los dos alelos del gen p53 mutados, tendrán proteína p53 no activa y por lo tanto continuarán dividiéndose a pesar del daño en su genoma, por lo tanto desarrollarán cáncer. Las mutaciones del gen p53 presenta una alta incidencia en la mayoría de los cánceres humanos.

Meiosis La meiosis es un tipo especial de división celular. Las células que inician la meiosis son siempre diploides. En los animales, sólo las células de la línea germinal, ubicadas en las gónadas, realizan la meiosis. El producto de la misma son las gametos. La meiosis consiste en dos divisiones sucesivas, designadas convencionalmente meiosis I y meiosis II.

Durante la interfase que precede a la meiosis, los cromosomas se duplican. Al terminar la meiosis I se obtienen dos células hijas, ambas haploides. La meiosis I es reduccional, pues produce células haploides a partir de una célula diploide.

Las células hijas pueden pasar por un período de intercinesis, pero esta vez, el material cromosómico no se duplica. A continuación, cada célula hija inicia la meiosis II. El resultado final son cuatro células hijas haploides. La meiosis II es ecuacional, ya que comienza y termina con células haploides.

Profase I

Una vez apareados, entre los homólogos se produce el crossing over o entrecruzamiento genético. Este fenómeno consiste en un intercambio de fragmentos equivalentes, en uno o más puntos, entre cromátidas no hermanas. Los puntos de entrecruzamiento reciben el nombre de quiasmas. Como resultado se obtienen cromátides con información recombinada de origen materno y paterno. Si bien el esquema lo representa en un solo par de homólogos, el crossing over acontece en cada uno de los pares cromosómicos.

Metafase I

Los cromosomas homólogos se ubican en el plano ecuatorial. Los dos homólogos de un par se unen a la misma fibra del huso.

Anafase I

Se separan los homólogos cada uno hacia polos distintos de la célula. Hacia finales de esta etapa puede observarse el comienzo de la citocinesis (división del citoplasma). Cabe aclarar que la migración de los cromosomas hacia polos opuestos de la célula es al azar.

Telofase I

Los cromosomas ubicados en los polos de la célula se reagrupan. Cada polo recibe la mitad del número de cromosomas de la célula origina. Se completa la citocinesis. Luego de este período puede existir un intervalo llamado intercinesis.

MEIOSIS II

En conclusión, la meiosis posibilita:

1. La obtención de células haploides, ya que después de duplicar el material genético una sola vez, se realizan dos divisiones sucesivas. En la primera de ellas se separan los cromosomas homólogos; en la segunda, se separan las cromátidas hermanas.

2. La generación de diversidad dentro de la especie, puesto que las células hijas son distintas entre sí, y probablemente lo sean en cada meiosis que realiza un individuo. Esto se debe a tres fenómenos: el crossing over, la separación al azar de los homólogos y la separación al azar de la cromátidas hermanas.

Gametogénesis El proceso antes descripto es el que ocurre en aquellas células destinadas a formar células sexuales. Según el tipo de organismo del que se trate, podemos hablar de una gametogénesis (es decir que la meiosis produce gametos) o esporogénesis (cuando los productos son esporas). En el caso de las gametos, se originan por meiosis los óvulos femeninos y los espermatozoides masculinos. En ambos casos, se trata de células especiales, las gametogonios, las que en los órganos reproductivos (ovarios y testículos) van a experimentar la meiosis y así originar las gametos.

ESPERMATOGÉNESIS

OVOGÉNESIS

Anomalías Cromosómicas

Errores ocurridos durante la gametogénesis pueden ocasionar la formación de gametas con un número anormal (en más o en menos) de cromosomas, alteraciones que reciben el nombre de aneuploidías. Las cigotas resultantes no suelen ser viables cuando presentan monosomías autosómicas (existencia de un solo cromosoma del par). Sin embargo, sí lo son algunas trisomías, como el síndrome de Down, que se caracteriza por la existencia de tres cromosomas 21. Las aneuploidías más comunes observadas en los seres humanos están relacionadas con los cromosomas sexuales, como el síndrome de Turner (mujeres XO) y el síndrome de Klinefelter(varones XXY).

Síndrome de Turner:

En las niñas mayores, se puede observar una combinación de los siguientes síntomas: • Desarrollo retrasado o incompleto en la

pubertad, que incluye mamas pequeñas y vello púbico disperso.

• Tórax plano y ancho en forma de escudo.

• Párpados caídos. • Ojos resecos. • Infertilidad. • Ausencia de períodos (ausencia de la

menstruación). • Resequedad vaginal, que puede llevar a

relaciones sexuales dolorosas.

Síndrome de Klinefelter:

• Proporciones corporales anormales (piernas largas, tronco corto, hombro igual al tamaño de la cadera).

• Agrandamiento anormal de las mamas (ginecomastia).

• Infertilidad. • Problemas sexuales. • Vello púbico, axilar y facial menor a la

cantidad normal. • Testículos pequeños y firmes. • Estatura alta.

Síndrome de Down:

Los signos físicos comunes abarcan: • Disminución del tono muscular al nacer. • Exceso de piel en la nuca. • Nariz achatada. • Uniones separadas entre los huesos del

cráneo (suturas). • Pliegue único en la palma de la mano. • Orejas pequeñas. • Boca pequeña. • Ojos inclinados hacia arriba. • Manos cortas y anchas con dedos

cortos. • Manchas blancas en la parte coloreada

del ojo (manchas de Brushfield).

Síndrome de Patau: • Labio leporino o paladar hendido • Manos empuñadas (con los dedos externos

sobre los dedos internos) • Ojos muy juntos: los ojos pueden realmente

fusionarse en uno • Disminución del tono muscular • Dedos adicionales en manos o pies

(polidactilia) • Hernias: hernia umbilical, hernia inguinal • Agujero, división o hendidura en el iris

(coloboma) • Orejas de implantación baja • Discapacidad intelectual severo • Defectos del cuero cabelludo (ausencia de

piel) • Convulsiones • Pliegue palmar único • Anomalías esqueléticas de las extremidades • Ojos pequeños • Cabeza pequeña (microcefalia) • Mandíbula inferior pequeña (micrognacia) • Testículo no descendido (criptorquidia)

Síndrome de Edwars:

• Puños cerrados • Piernas cruzadas • Pies con un fondo redondeado (pies en

mecedora o pies convexos) • Bajo peso al nacer • Orejas de implantación baja • Retardo mental • Uñas insuficientemente desarrolladas • Cabeza pequeña (microcefalia) • Mandíbula pequeña (micrognacia) • Criptorquidia • Forma inusual del pecho (tórax en quilla)