La
distribución de la información genética
La
división celular permite la reproducción de los organismos
unicelulares y pluricelulares. En estos últimos posibilita, además,
el desarrollo de un individuo a partir de una única célula y la
reparación de los tejidos dañados.
En
los procariontes y los eucariontes, los cromosomas se duplican antes
de la división celular. Luego se distribuyen entre las células
hijas de tal manera que se produce una distribución equitativa del
material hereditario. En los eucariontes existen dos tipos de
división celular: la mitosis y la meiosis.
La
vida de una célula: el ciclo celular
El
ciclo celular es la sucesión de fases de crecimiento y división que
ocurren en la vida de una célula. En él se pueden reconocer tres
fases: interfase, mitosis y citocinesis.
El
ciclo celular:
La
división celular, constituida por la mitosis (cariocinesis o
división del núcleo) y la citocinesis (división del citoplasma),
ocurre después de completarse las tres fases preparatorias de la
interfase: fases G1, S y G2.
La
interfase abarca tres etapas: G1, S y G2. Durante G1, la célula
crece y se duplican las organelas; en las células animales, los
centríolos empiezan a duplicarse. En la etapa S se duplican el DNA y
sus proteínas asociadas. En G2 comienzan a ensamblarse las
estructuras relacionadas con la división celular, los cromosomas se
condensan y los centríolos terminan de duplicarse.
El
ciclo celular está regulado por estímulos externos e internos. La
falta de nutrientes, los cambios de temperatura y de pH, y la
presencia de células contiguas pueden detener la división celular,
mientras que ciertas hormonas y factores de crecimiento la estimulan.
La regulación interna es realizada mediante la fosforilación y la
degradación de complejos proteicos llamados Cdk-ciclinas, formados
por una subunidad reguladora (la ciclina) y otra catalítica (la
cinasa). La actividad de estos complejos determina si el ciclo
celular avanza o se detiene.
La
división del núcleo y del citoplasma: mitosis y citocinesis
La
mitosis es un proceso continuo, en el que se reconocen cuatro fases:
profase, metafase, anafase y telofase.
Al
comienzo de la mitosis, cada cromosoma está formado por dos
cromátidas hermanas y se encuentra totalmente condensado. El huso
mitótico está armado y las fibras cinetocóricas están unidas a
los centrómeros de los cromosomas. Las fibras del huso separan las
cromátidas hermanas, que son conducidas a polos opuestos de la
célula. Así se asegura la distribución equitativa de la
información genética entre las dos células hijas.
La
citocinesis divide a la célula madre en dos hijas casi iguales. Cada
una de ellas recibe un juego completo de cromosomas y alrededor de la
mitad del citoplasma, las organelas y las macromoléculas de la
célula madre.
Senescencia:
el envejecimiento de una célula
El
número de divisiones de las células eucariontes en cultivo
disminuye con el tiempo y está correlacionado con el acortamiento
progresivo de los telómeros. Finalmente, las células entran en un
estado de senescencia, que se caracteriza por la ausencia de división
celular.
El
proceso de muerte celular: apoptosis versus necrosis
La
apoptosis es un proceso de muerte celular programada genéticamente.
En los vertebrados, controla el número de neuronas durante el
desarrollo del sistema nervioso, elimina células defectuosas y da
forma a los órganos en desarrollo. Junto con la mitosis, modela las
formas de los organismos.
Las
caspasas son enzimas que degradan las proteínas de la lámina
nuclear y del citoesqueleto, y provocan la apoptosis. Su actividad
está controlada por otras proteínas que, a su vez, responden a
factores extracelulares.
La
necrosis es un tipo de muerte celular no controlada. Suele producir
la hinchazón y el estallido de las células.
La
división celular: un modo de reproducción de un organismo
En
los organismos unicelulares, la división celular está asociada con
la reproducción y permite la aparición de dos réplicas exactas de
cada individuo.
Hacia
la reproducción sexual
La
reproducción sexual ocurre en la mayoría de los eucariontes.
Requiere dos progenitores y siempre involucra dos procesos: la
meiosis y la fecundación.
Células
haploides, diploides y poliploides: distinto número de dotaciones
cromosómicas
El
número de cromosomas se mantiene constante entre los individuos de
una misma especie.
Las
células somáticas de la mayoría de las plantas y animales son
diploides (tienen una dotación doble de cromosomas), mientras que
sus gametos son haploides (tienen una dotación simple). Las células
poliploides tienen más de dos dotaciones cromosómicas. El número
haploide de cromosomas se designa n y el número diploide, 2n.
En
toda célula diploide, cada cromosoma tiene su par homólogo. Uno de
los cromosomas homólogos proviene del gameto de uno de los
progenitores y su par, del gameto del otro progenitor.
La
meiosis: una reducción en el número de cromosomas
La
meiosis consiste en dos divisiones sucesivas que producen cuatro
células hijas haploides. De esta forma se compensa el efecto
multiplicador de la fecundación.
Durante
la meiosis, los miembros de cada par de cromosomas homólogos se
separan y cada gameto haploide (n), producido a partir de una célula
diploide (2n), lleva sólo un miembro de cada par. En la fecundación,
los núcleos del espermatozoide y del óvulo se unen en el cigoto,
cuyo núcleo contiene, nuevamente, los cromosomas homólogos de a
pares. Cada par está formado por un cromosoma homólogo proveniente
de un progenitor y el otro homólogo proveniente del otro progenitor.
En los diagramas usamos los colores rojo y verde para diferenciar los
cromosomas paternos de los maternos.
Al
comienzo de la meiosis I, los cromosomas homólogos se aparean y se
produce el entrecruzamiento: un fragmento de cromátida de un
homólogo se intercambia con un fragmento de cromátida del otro.
Durante la meiosis II, las cromátidas de cada homólogo se
distribuyen al azar entre las células hijas.
La
mitosis y la meiosis: procesos similares pero diferentes
En la meiosis, cada núcleo diploide se divide dos veces, pero los
cromosomas se duplican una sola. En la mitosis, en cambio, cada
división es precedida por una duplicación cromosómica.
Durante la meiosis, los cromosomas homólogos se aparean, se
entrecruzan y se segregan al azar. Nada de esto ocurre durante la
mitosis.
La mitosis ocurre en células haploides y diploides; la meiosis, sólo
en diploides.
La
meiosis en organismos con distintos ciclos vitales
En muchos organismos unicelulares y hongos haploides, la meiosis
ocurre inmediatamente después de la fusión de las células
fecundantes.
En las plantas que se reproducen en forma sexual se alternan una fase
haploide que por mitosis produce gametos y una fase diploide que por
meiosis produce esporas.
En los animales diploides, la meiosis produce gametos haploides.
Posibles
errores en la meiosis
Los cromosomas homólogos o sus cromátidas se pueden separar en
forma incorrecta y dar lugar a la aparición de gametos con
cromosomas faltantes o sobrantes.
Las
consecuencias de la reproducción sexual
En las especies con reproducción sexual ocurren tres procesos que
actúan como fuentes de variabilidad genética: el entrecruzamiento,
la segregación al azar de los cromosomas de los progenitores y la
fecundación. Esta variabilidad es un aspecto clave en el proceso
evolutivo de los seres vivos.
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