Biología 2º de bachillerato

UNIDAD REPRODUCCIÓN CELULAR

1. La vida de la célula (VER POR EL LIBRO DE FORMA RESUMIDA)2. El ciclo celular.3. División celular:

3.1. Mitosis (cariocinesis)3.2. Citocinosis 3.3. Importancia y significado biológico del proceso mitótico. (VER POR EL LIBRO DE FORMA RESUMIDA)

4. Meiosis5. Importancia y significado del proceso meiótico (VER POR EL LIBRO DE FORMA RESUMIDA)6. Los ciclos biológicos.7. Ventajas de la reproducción sexual. (VER POR EL LIBRO DE FORMA RESUMIDA)

2. Ciclo celular

Se entiende por ciclo celular el conjunto de cambios que sufre una célula desde que se ha formado, por división de otra preexistente, hasta que se divide para dar origen a dos células hijas.La duración del ciclo celular varía según el tipo de célula. Puede durar desde unas horas hasta años. En las células eucariotas el ciclo celular se divide en dos etapas:

1. Interfase . Período entre dos divisiones sucesivas. En esta etapa la célula crece y duplica sus estructuras. Se divide a su vez en 3 fases: G1, s y G2.

2. División . (Fase M). La célula se divide en dos o más células hijas. Consta de dos procesos:

a. Mitosis o cariocinesis: comprende la división del núcleo.b. Citocinesis: comprende la división del citoplasma

Durante la división el núcleo se desintegra, y en su lugar aparecen los cromosomas (núcleo en división)

INTERFASE

Ocupa la mayor parte del ciclo celular. Se compone de varias fases:

- Fase G1: (del inglés gap= intervalo). En ella la célula sintetiza proteínas (necesarias para que la célula pueda aumentar de tamaño). En las células de los mamíferos, al final de G1 se produce un punto de no retorno a partir del cual es imposible que se sucedan las fases S, G2 y M, denominado punto de control o de restricción (punto R).Algunas células, antes de llegar al punto R expresan algunos genes concretos, produciéndose un proceso de diferenciación celular, que produce la especialización de dichas células. En este caso pueden permanecer días o meses sin alcanzar el punto R. Se dice entonces que la célula ha entrado en fase de quiescencia (Go). Se da en células que han sufrido un importante proceso de diferenciación, como neuronas, fibras musculares o glóbulos rojos. - Fase S. En esta fase se produce la replicación del ADN y la síntesis de histonas. Como resultado de la replicación cada cromosoma se compone de dos cromátidas unidas por el centrómero. También en esta fase continúa la síntesis de ARNm y de proteínas, como las histonas.- Fase G2: Fase de duración corta. La célula aumenta ligeramente de tamaño y se duplican los centríolos (aparecen así dos pares de centríolos o diplosomas). Además, comienza una muy ligera condensación de los cromosomas.

En las fases G1, S y G2 el núcleo celular no cambia de forma (se llama núcleo interfásico). Tras un número limitado de divisiones la célula muere (mediante apoptosis o muerte celular programada). Sólo las células cancerosas escapan a este control y siguen dividiéndose indefinidamente.

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La apoptosis, desde el punto de vista morfológico se caracteriza por:- Retracción celular (diminución del volumen de la célula)- Condensación de la cromatina y su fragmentación en oligonucleosomas.- Formación de protuberancias en la superficie de la célula.- Ruptura de la célula en fragmentos o cuerpos apoptósicos que son fagocitados por los

macrófagos.

En general la duración de la vida de la mayoría de las células animales oscila entre unas 8 h y poco más de 100 días.

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3. División celular: mitosis y citocinesis

La división celular es un proceso por el cual, a partir de una célula madre, aparecen dos células hijas con idéntica dotación cromosómica que la progenitora.La división celular o fase M comprende:a) Mitosis, cariocinesis o división del núcleob) Citocinesis o división del citoplasma

3.1. MITOSIS

Proceso por el cual se reparte equitativamente la información genética, previamente replicada, a dos núcleos hijos. Es decir, la mitosis supone la división del núcleo, para lo cual de una célula madre diploide (con 2n cromosomas) se forman dos células hijas idénticas (entre sí y a la célula madre), es decir, con 2n cromosomas.Aunque la mitosis es un proceso continuo para su estudio se divide en varias fases:

PROFASE

Se inicia con la condensación de la cromatina, para formar los cromosomas (es decir, las dos fibras de cromatina, resultado de la duplicación y unidas, se enrollan sobre sí mismas para constituir cada una una cromátida. Ambas cromátidas quedarán unidas por el centrómero, constituyendo un cromosoma.

Cada diplosoma (dos centríolos dispuestos perpendicularmente) duplicados en la fase G2, se separan. Cada diplosoma se sitúa en un polo opuesto de la célula.

Desaparece el nucléolo. A partir del material pericentriolar de cada diplosoma se forman microtúbulos que se

disponen radialmente, formando las fibras del áster. Al conjunto de diplosoma, material pericentriolar y áster se le denomina centrosoma.

A partir del material percentriolar de cada centrosoma se forman microtúbulos que van de polo a polo, constituyendo los microtúbulos polares o fibras continuas. Dichos microtúbulos constituyen el huso mitótico o acromático.

Finalmente el núcleo se hincha (debido a la entrada de agua) y se fragmenta la envoltura nuclear. Termina por desaparecer la membrana nuclear, con lo que los cromosomas quedan dispersos por el citoplasma.

En cada cromosoma, en cada una de las cromátidas, se empieza a formar, a nivel del centrómero, el cinetocoro, que se comporta como centro organizador de microtúbulos. A partir de dichos cinetocoros se forman los microtúbulos cinetocóricos o fibras cromosómicas.

METAFASE

Los cromosomas alcanzan el máximo grado de compactación (ahora es cuando mejor se ven).

Los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial, constituyendo entre todos la placa ecuatorial.

ANAFASE

Se inicia con la separación de las dos cromátidas hermanas que constituyen cada uno de los cromosomas metafísicos. A partir de este momento una sola cromátida constituye un cromosoma anafásico.

La separación de las dos cromátidas se produce por los microtúbulos cinetocóricos, que se acortan y despolimerizan.

La anafase concluye cuando las dos cromátidas de cada cromosoma, separadas, llegan a polos opuestos de la célula.

Al final de la anafase desaparecen los microtúbulos cinetocóricos.

TELOFASE

Los cromosomas anafásicos se descondensan, lo que facilita que puedan ser transcritos y se forman los nucleólos (a partir de las regiones organizadoras de nucleólos (NOR) de cada cromosoma).

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Se forma la membrana nuclear.

3.2. CITOCINESIS

Se inicia al final de anafase. Se produce un reparto del citoplasma y los orgánulos celulares. En las células animales se produce un estrangulamiento del citoplasma y en las células vegetales se produce por tabicación intracelular.

Células animales.

Se inicia con una invaginación de la membrana plasmática a nivel del plano ecuatorial. Aparece el surco de división, resultado de la formación de un anillo contráctil interno (de microfilamentos de actina y miosina) cada vez más pequeño, estrangulando así a la célula. El anillo contráctil termina finalmente por separar a las dos células hijas.

Células vegetales

No existe estrangulamiento. A la altura de la placa ecuatorial se forma un tabique de separación entre las dos células hijas denominado fragmoplasto. Dicho tabique se forma por la fusión de vesículas del aparato de Golgi. El fragmoplasmo no se cierra completamente, sino que se halla perforado por finos puentes citoplasmáticos denominados plasmodemos, que permiten el intercambio de sustancias entre las dos células hijas. El fragmoplasmo dará lugar a las membranas de las dos células hijas, separadas por la lámina media, en el ecuador de la célula. Por último, se depositará la pared primaria y, en algunos casos, la pared secundaria, dependiendo del tipo de célula.La división celular origina dos células hijas genéticamente idénticas al individuo parental, por lo que en los organismos unicelulares este proceso puede considerarse una reproducción asexual.

Este tipo de mitosis, en la que el aparato acromático está formado por los centriolos y ásteres, recibe el nombre de mitosis astral o anfiastral, y es la más frecuente en las células animales. Las células vegetales carecen de centríolos. En dichas células, los microtúbulos del huso se organizan a partir de una zona del citoplasma próxima al núcleo que ejerce la función de organizador microtubular. Al no existir centríolos, el huso que se forma tiene forma de tonel y carece de ásteres, por lo que la mitosis recibe el nombre de mitosis anastral (sin áster).

4. División celular: meiosis

La meiosis es un proceso generador de células con la mitad de cromosomas. En los individuos diploides la meiosis es un proceso necesario para la formación de los gametos (células haploides) y esporas durante la reproducción sexual y para el mantenimiento del número de cromosomas de la especie. Los gametos (n) son células que precisan unirse a otros gametos para dar nuevos individuos (excepto los óvulos en partenogénesis).Las esporas se desarrollan directamente, y sin unirse a otras células, dan un nuevo individuo.

La meiosis comprende dos divisiones sucesivas denominadas: primera división meiótica (meiosis I) y segunda división meiótica (meiosis II). La primera es una división reduccional, ya que las células hijas tienen la mitad de cromosomas que la célula madre, mientras que la segunda es una división ecuacional, pues las células hijas tienen el mismo número de cromosomas que la célula madre.Así, en el caso de una célula diploide (2n) en la primera división se obtienen dos células hijas haploides (n), y en la segunda cuatro células haploides.

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Si no se produjese la meiosis, los gametos tendrían el mismo número de cromosomas que las células somáticas, y, después de cada fecundación, la célula resultante (cigoto) tendría el doble de cromosomas. La repetición, generación tras generación, de esta duplicación, aumentaría indefinidamente el número de cromosomas.

Antes de iniciarse la primera división meiótica, al igual que en la mitosis, hay un período de interfase, en la que se duplica el ADN. Entre la primera y segunda división meiótica también tiene lugar una interfase, pero en ella no hay duplicación del ADN.

Primera división meiótica

Comprende cuatro fases: Profase I, metafase I, anafase I y telofase I. Al final de la primera división meiótica hay una división del citoplasma o citocinesis.

Profase I

Es la más larga de las fases. Previamente a dicha fase se produce la duplicación del ADN, en la fase S del ciclo celular. Para su mejor comprensión se divide en cinco subfases:

Leptoteno

Los cromosomas, aún en proceso de condensación, se unen a la membrana nuclear en zonas próximas a los centríolos, mediante placas de unión (bouquet). Los cromosomas presentan dos cromátidas, estrechamente unidas, que no se distinguen hasta el final de profase I.

Zigoteno

Cada cromosoma se aparea con su homólogo, quedando completamente alineados punto por punto (gen a gen), por toda su longitud. Dicho apareamiento recibe el nombre de sinapsis y se produce gracias a la formación del complejo sinaptonémico (apareamiento gen a gen). Se forma así una estructura constituida por dos cromosomas homólogos unidos (bivalente) o cuatro cromátidas (la tétrada).

Paquiteno

Se produce el sobrecruzamiento (crossing-over), o intercambio de material cromatínico entre las cromátidas de los cromosomas homólogos. La consecuencia de este sobrecruzamiento es el intercambio de genes o recombinación génica.

Diploteno

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Célula madre

2n

Células n

Células n

Primera división meiótica Segunda división meiótica

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Los cromosomas homólogos comienzan a separarse, permaneciendo unidos por los puntos donde ha tenido lugar el sobrecruzamiento, denominados quiasmas. La etapa de diploteno es la más larga de la meiosis, pudiendo durar días e incluso años, como es el caso de los ovocitos humanos.

Diacinesis

Los cromosomas se condensan al máximo, por lo que en cada bivalente no solo se diferencian los dos cromosomas homólogos, sino que se ven claramente las dos cromátidas de cada cromosoma. Cada par de cromátidas hermanas permanecen unidas por el centrómero, mientras que las cromátidas de cromosomas homólogos (cromátidas no hermanas) permanecen unidas por los quiasmas.Desaparece el nucléolo y la membrana nuclear, y se forma el huso acromático. Comienzan a formarse las fibras cinetocóricas.

Metafase I

Los bivalentes o tétradas se disponen en el plano ecuatorial. Solo se observan algunos quiasmas terminales.

Anafase I

Los dos cromosomas homólogos que forman cada bivalente se separan y mugirán, cada uno constituido por dos cromátidas, hacia polos opuestos de la célula. Dichos cromosomas son arrastrados por olas fibras del huso acromático. Observa, como a diferencia de la mitosis no se separan cromátidas, sino cromosomas enteros. Además las cromátidas de cada cromosoma ya no son iguales, sino que en ellas ha tenido lugar la recombinación génica.

Telofase I

Reaparece la membrana nuclear y el nucléolo. Los cromosomas sufren una leve descondensación.A continuación se produce la citocinesis o separación de las dos células hijas, cada una de las cuales contiene solo un juego de cromosomas (a diferencia de la célula madre). Se han originado así dos células hijas haploides (mitad de cromosomas que la célula madre), y diferentes entre sí (ya que tuvo lugar la recombinación génica).

Entre el período que transcurre entre la primera y segunda división meiótica tiene lugar una pequeña intercinesis, en la que no hay duplicación del ADN.

Segunda división meiótica

Esta segunda división se desarrolla simultáneamente en las dos células hijas. Las fases de esta segunda división son las mismas que las de la mitosis.

Profase II

Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo. Los cromosomas se condensan y aparece el huso mitótico.

Metafase II

Los cromosomas se disponen en el ecuador de la célula. Cada cromosoma está formado por dos cromátidas unidas por el centrómero.

Anafase II

Las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y cada una emigra a un polo de la célula.

Telofase II

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Los cromosomas (formados ahora por una sola cromátida) se descondensan. Se forma la membrana nuclear y el nucléolo. Se produce la citocinesis y se obtienen cuatro células hijas haploides (cada una con la mitad de cromosomas que la célula madre). Dichas células además de ser haploides son genéticamente diferentes, ya que tienen alguno de los cromosomas recombinados.

5. Reproducción sexual y asexual

En la reproducción asexual sólo interviene un organismo que produce copias idénticas de sí mismo. Se da en todos los seres unicelulares, además de en plantas y hongos y algunos animales.Mediante este tipo de reproducción no se genera variabilidad. La ventaja que tiene es que un organismo que esté bien adaptado al medio puede dar lugar en poco tiempo a un numeroso grupo de individuos. Sin embargo, si las condiciones del medio cambian, toda la población que es genéticamente idéntica puede sucumbir por no estar preparada para las nuevas condiciones.

En la reproducción sexual intervienen dos individuos, que combinan su información para formar un nuevo individuo, que tendrá la mezcla de los caracteres de los progenitores. Se da en los seres pluricelulares y en algunos unicelulares.Cada progenitor aporta un gameto o célula reproductora haploide, que se ha producido mediante meiosis. En la fecundación se fusionan ambos gametos y forman una célula llamada célula huevo o citota, diploide (2n), en la que se restituye el número de cromosomas de la especie. El cigoto sufre diferentes divisiones mediante mitosis, originando un individuo completo.

Mientras que en la reproducción asexual se generan individuos genéticamente idénticos a sus progenitores, en la sexual se generan individuos diferentes. Esta variabilidad permite que ante un cambio en las condiciones del ambiente, existan organismos con más probabilidades de sobrevivir.

La variabilidad de los descendientes se debe a:

- Recombinación al azar de genes durante la meiosis, entre una de las dos cromátidas de un cromosoma y otra del cromosoma homólogo. Las cromátidas recombinadas son pues diferentes entre sí.

- Durante la formación de los gametos o de las esporas, se producen combinaciones al azar de cromosomas, ya que cada una de las células sólo recibe un ejemplar, al azar, de cada tipo de cromosomas, el paterno o el materno. Por ello, los gametos también son diferentes entre sí.

- El nuevo individuo se forma a partir de la unión de dos células sexuales (gametos), por lo que el azar también influye en la fecundación. Por ejemplo, en los animales, de los millones de espermatozoides emitidos, sólo una fecunda al óvulo.

Las desventajas de la reproducción sexual son:

- Si el ambiente permanece invariable lo mejor es general copias idénticas a los progenitores, ya que están perfectamente adaptados.

- Al realizarse dicha reproducción mediante gametos, esto comporta la dificultad del encuentro, emparejamiento, de la fecundación y el desarrollo embrionario.

6. Ciclos biológicos

Según el momento en que se produce la meiosis se diferencian tres tipos de ciclos biológicos:

Los Ciclos Biológicos representan el desarrollo en el tiempo de la vida de un ser vivo, desde que nace, hasta que se reproduce y origina un nuevo individuo que repetirá el mismo ciclo.

Ciclo haplonte. Propio de las especies cuyos individuos adultos siempre son haploides (n). El cigoto, que es diploide (2n) se divide por meiosis (meiosis cigótica), dando lugar a células

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haploides de las que se forman adultos haploides. Estos, mediante mitosis, generan gametos haploides, que trass la fecundación darán cigotos nuevamente diploides. Se da en moneras, algunos protozoos, algunas algas y hongos.

Ciclo diplonte. Propio de las especies cuyos individuos siempre son diploides (2n). El cigoto diploide (2n) se divide por mitosis y da lugar a un individuo adulto constituido por células diploides (2n). Los adultos, por meiosis, producen gametos haploides (meiosis gametogénica). Tras la fecundación (unión del gametos masculino (n) y el femenino (n) se produce un cigoto diploide (2n). Este ciclo se da en casi todos los animales, en muchos protozoos y en algunas algas y hongos.

Ciclo diplohaplonte. Propio de las especies que presentan alternancia de generaciones, es decir, dos tipos de individuos adultos, unos diploides y otros haploides. El cigoto diploide se divide por mitosis originando un adulto diploide (llamado esporofito), que por meiosis produce esporas haploides (meiosis esporogénica). Las esporas originan adultos haploides (gametófitos), que por mitosis forman gametos, éstos tras la fecundación dan un cigoto diploide. En las plantas con flores, el gametofito (n) es microscópico y se encuentra dentro del esprorofito (2n).

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