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Biología - 10 - Ciclo Celular

1 octubre 2015, 12:00 por Arturo J. Murias

I. Ciclo Celular

a) Fase G1
  • Comienza al terminar la citocinesis.
  • La célula madura y se diferencia, inactivándose parte de sus genes por heterocromatinización.
  • El volumen celular aumenta progresivamente.
  • Actividad celular normal; transcripción del ADN y biosíntesis de proteínas.
b) Fase G0
  • La célula entra en fase de quiescencia, no aumenta su volumen y no avanza hacia la división.
    • Suele ser permanente: neuronas, células del músculo esquelético.
    • A veces es temporal (reversible): hepatocitos.
    • Nunca sucede en células madre (hematopoyéticas, fibroblastos, meristemáticas) u otras con elevada tasa de proliferación (epiteliales).
c) Fase S
  • Duplicación del ADN: la célula pasa de 2n a 4n, con 4 copias de cada clase de cromosoma, 2 de origen paterno y 2 de origen materno. Cada par de moléculas idénticas de ADN permanece unido por el futuro centrómero del cromosoma doble metafásico; cada molécula del par será una cromátida.
    • Ejemplo para n=3: 1, 1', 2, 2', 3, 3' -> 1-1, 1'-1', 2-2, 2'-2', 3-3, 3'-3'.
  • Duplicación de las histonas.
  • Se inicia ante la presencia de algún factor químico o físico, endógeno o exógeno:
    • Incremento del volumen celular por encima de una determinada ratio célula/núcleo propia de cada tipo celular;
    • Descenso de la presión que ejercen las células circundantes;
    • Presencia de hormonas o factores de crecimiento en el tejido, que son detectados por receptores superficiales de las células (p.e. la somatotropina).
d) Fase G2
  • Duplicación del COM (el centrosoma, en las células animales).
  • Reorganización del citoesqueleto por despolimerización masiva de microtúbulos.

II. Apoptosis

  • La propia célula organiza su autodestrucción mediante autofagolisosomas.
  • Sucede para liberar a los tejidos de células viejas, con el ADN potencialmente dañado por su propia actividad normal (p.e. por residuos metabólicos tales como los radicales libres), y por tanto con riesgo alto de...
    • Malfuncionamiento celular y, por tanto, del órgano al que pertenecen;
    • Cáncer (causado por daños en los genes que impiden que una célula se divida descontroladamente).
  • Se inicia cuando una célula se ha dividido ya varias veces y sus telómeros se han acortado demasiado.

III. Mitosis

La mitosis es un proceso de división de células diploides que permite producir 2 células hijas genéticamente iguales entre sí y a la célula madre, ya que se realiza a través de un reparto equitativo y ordenado de cromosomas.

Es necesaria cuando n > 1, como sucede en los eucariontes.

a) Profase
  • Condensación de la cromatina hasta cromosomas.
  • Desaparición del nucleolo.
  • Desintegración de la membrana nuclear.
  • Migración de los centrosomas hasta polos opuestos de la célula.
  • Formación de las fibras del áster en los centrosomas (en células animales).
  • Formación de las fibras polares del huso acromático entre ambos centrosomas.
b) Prometafase
  • Formación de las fibras cinetocóricas del huso acromático entre los centrosomas y los cinetócoros de los centrómeros de los cromosomas. Cada cromátida queda unida a un centrosoma.
  • Los cromosomas se desplazan hacia el ecuador celular.
c) Metafase
  • Los cromosomas ("dobles") alcanzan su máximo estado de condensación.
  • Los cromosomas se disponen formando la placa ecuatorial, con los brazos hacia afuera, y cada cromátida orientada hacia un polo celular.
d) Anafase
  • Los microtúbulos cinetocóricos se acortan y los cromosomas se desgarran por el centrómero, separándose las cromátidas hermanas, que ahora se llaman cromosomas anafásicos ("simples").
  • Cada grupo de cromosomas se desplaza hacia un polo celular.
e) Telofase
  • Cada grupo de cromosomas se alcanza un polo celular.
  • El huso mitótico (microtúbulos polares y cinetocóricos) se desorganiza.
  • Los cromosomas se descondensan.
  • Los nucleolos se regeneran.
  • Se forma una envoltura nuclear en torno a cada grupo de cromosomas.
f) Citocinesis
  • Es la división de la célula madre en 2 hijas, que acompaña a la mitosis.
  • Se inicia en la telofase.
  • Los orgánulos celulares no se reparten de forma equitativa: no es necesario, ya que cada célula hija...
    • tiene los genes necesarios para sintetizar los orgánulos que necesite;
    • recibe varias mitocondrias (y cloroplastos), que son de replicación autónoma.
  • En células animales: la célula madre se estrangula por su ecuador, gracias a un anillo de filamentos de actina, que se va cerrando progresivamente.
  • En células vegetales: se forma un tabique en la zona ecuatorial, el fragmoplasto, a partir de vesículas del aparato de Golgi que contienen las moléculas propias de la lámina media de la pared celular vegetal. Estas vesículas se van fusionando progresivamente hasta que se forma una pared continua que separa a las 2 células hijas. Posteriormente se añadiran las moléculas propias de la pared primaria y, en su caso, de la secundaria.

IV. Meiosis

La meiosis es un proceso de división de células diploides que permite producir 4 células hijas haploides, que luego van a madurar hasta gametos, y que podrán unirse a otros gametos durante la fecundación. Es decir, es necesaria para la reproducción sexual.

Además, incluye 2 procesos (el sobrecruzamiento en la profase I, y la segregación independiente de los cromosomas del mismo parental en la anafase I) que permiten generar combinaciones nuevas y únicas de genes. Esta recombinación genética hace imposible que en una misma especie haya 2 gametos iguales, y junto con la fecundación al azar de 2 gametos de polaridad opuesta, hace imposible que en las especies con reproducción sexual haya 2 individuos iguales, salvo que provengan del mismo cigoto (gemelos).

Sucede a través de 2 divisiones celulares consecutivas, que siguen a una única fase de duplicación del ADN: 1cel x 2n simples -> 1cel x 2n dobles -> 2cel x n dobles -> 4cel x n simples.

a) Profase I
  • Leptotene: Unión de los cromosomas a la membrana nuclear.
  • Zigotene: Los cromosomas homólogos se unen entre sí y se forman los bivalentes, cada uno con 4 cromátidas.
  • Paquitene: Sobrecruzamiento entre segmentos homólogos (con los mismos loci) de cromátidas no hermanas en cada bivalente. Este proceso genera cromosomas con una combinación de genes distinta de las originales materna y paterna, y por tanto es causa de recombinación genética.
  • Diplotene: Separación de los cromosomas homólogos de cada bivalente; se visualizan al m.o. los lugares donde ha habido sobrecruzamiento (quiasmas). En este estado están los ovocitos humanos hasta que su folículo de Graaf madura.
  • Diacinesis: Los bivalentes terminan de separarse al desplazarse los quiasmas hacia los extremos.
  • Además, a lo largo de la profase I se separan los centrosomas, se forma el huso acromático, se condensan los cromosomas, se unen a los microtúbulos cinetocóricos y desaparecen el nucleolo y la membrana nuclear.
b) Metafase I
  • Los bivalentes alcanzan su máximo estado de condensación.
  • Los bivalentes se sitúan en la placa ecuatorial, con los 2 cinetócoros de cada cromosoma orientados hacia el mismo polo.
c) Anafase I
  • Los microtúbulos cinetocóricos se acortan y los bivalentes se desgarran, separándose los cromosomas homólogos. Esta separación forma 2 grupos de n cromosomas "dobles", cada uno de los cuales incluye tanto cromosomas de origen materno como cromosomas de origen paterno, y por lo tanto es causa de recombinación genética.
  • Cada grupo de cromosomas se desplaza hacia un polo celular.
d) Telofase I
  • El huso mitótico (microtúbulos polares y cinetocóricos) se desorganiza.
  • Los cromosomas se descondensan.
  • Los nucleolos se regeneran.
  • Se forma una envoltura nuclear en torno a cada grupo de cromosomas.
e) Citocinesis I
  • Se divide el citoplasma y se forman 2 células hijas, cada una con n cromosomas "dobles".
f) 2ª División Meiótica
  • Sucede a continuación de la primera, sin una duplicación del ADN entre ambas.
  • Es una mitosis normal.
  • En la metafase II se separan las cromátidas de los n cromosomas "dobles" de cada una de las 2 células.
  • Al final se forman 4 células hijas, cada una con n cromosomas "simples".

V. Mitosis, Meiosis y Reproducción

La reproducción asexual por mitosis genera 2 individuos unicelulares hijos genéticamente idénticos, clónicos. Resulta fácil y permite una rápida expansión dentro de un único hábitat cuando las condiciones son estables y favorables.

La reproducción sexual por meiosis y fecundación genera individuos siempre diferentes, ya que:

  • Se produce por combinación al azar entre gametos durante la fecundación;
  • Estos gametos son siempre distintos a causa de los 2 procesos de recombinación genética que se dan durante la meiosis de la gametogénesis:
    • El sobrecruzamiento de la Profase I;
    • La segregación independiente de los cromosomas del mismo parental en la Anafase I.

Resulta más laboriosa, pero al generar una enorme diversidad de individuos, permite la adaptación a una diversidad de ambientes mucho mayor. Esto favorece que la especie...

  • Pueda colonizar nuevos hábitats;
  • Tenga más capacidad de resistir los cambios ambientales.