TEMA 1 BIOLOGIA MITOSIS Y MEIOSIS

LA MEIOSIS Y LA MITOSIS

En biología, la mitosis (del griego mitos, hebra) es un proceso que ocurre en el núcleo de las células eucarióticas y que precede inmediatamente a la división celular, consistente en el reparto equitativo del material hereditario (ADN) característico Este tipo de división ocurre en las células somáticas y normalmente concluye con la formación de dos núcleos separados (cariocinesis), seguido de la partición del citoplasma (citocinesis), para formar dos células hijas.

La mitosis completa, que produce células genéticamente idénticas, es el fundamento del crecimiento, de la reparación tisular y de la reproducción asexual. La otra forma de división del material genético de un núcleo se denomina meiosis y es un proceso que, aunque comparte mecanismos con la mitosis, no debe confundirse con ella ya que es propio de la división celular de los gametos (produce células genéticamente distintas y, combinada con la fecundación, es el fundamento de la reproducción sexual y la variabilidad genética).

La mitosis es el tipo de división del núcleo celular por el cual se conservan los organelos y la información genética contenida en sus cromosomas, que pasa de esta manera a las células hijas resultantes de la mitosis. La mitosis es igualmente un verdadero proceso de multiplicación celular que participa en el desarrollo, el crecimiento y la regeneración del organismo. Este proceso tiene lugar por medio de una serie de operaciones sucesivas que se desarrollan de una manera continua, y que para facilitar su estudio han sido separadas en varias etapas.

El resultado esencial de la mitosis es la continuidad de la información hereditaria de la célula madre en cada una de las dos células hijas. El genoma se compone de una determinada cantidad de genes organizados en cromosomas, hebras de ADN muy enrolladas que contienen la información genética vital para la célula y el organismo. Dado que cada célula debe contener completa la información genética propia de su especie, la célula madre debe hacer una copia de cada cromosoma antes de la mitosis, de forma que las dos células hijas reciban completa la información. Esto ocurre durante la fase S de la interfase, el período que alterna con la mitosis en el ciclo celular y en el que la célula entre otras cosas se prepara para dividirse

Tras la duplicación del ADN, cada cromosoma consistirá en dos copias idénticas de la misma hebra de ADN, llamadas cromátidas hermanas, unidas entre sí por una región del cromosoma llamada centrómero.³ Cada cromátida hermana no se considera en esa situación un cromosoma en sí mismo, sino parte de un cromosoma que provisionalmente consta de dos cromátidas.

En animales y plantas, pero no siempre en hongos o protistas, la envoltura nuclear que separa el ADN del citoplasma se desintegra, desapareciendo la frontera que separaba el contenido nuclear del citoplasma. Los cromosomas se ordenan en el plano ecuatorial de la célula, perpendicular a un eje definido por un huso acromático. Éste es una estructura citoesquelética compleja, de forma ahusada, constituido por fibras que son filamentos de microtúbulos. Las fibras del huso dirigen el reparto de las cromátidas hermanas, una vez producida su separación, hacia los extremos del huso. Por convenio científico, a partir de este momento cada cromátida hermana sí se considera un cromosoma completo, y empezamos a hablar de cromosomas hermanos para referirnos a las estructuras idénticas que hasta ese momento llamábamos cromátidas. Como la célula se alarga, las fibras del huso «tiran» por el centrómero a los cromosomas hermanos dirigiéndolos cada uno a uno de los polos de la célula. En las mitosis más comunes, llamadas abiertas, la envoltura nuclear se deshace al principio de la mitosis y se forman dos envolturas nuevas sobre los dos grupos cromosómicos. En las mitosis cerradas, que ocurren por ejemplo en levaduras, todo el reparto ocurre dentro del núcleo, que finalmente se estrangula para formar dos núcleos separados.

Se llama cariocinesis a la formación de los dos núcleos con que concluye habitualmente la mitosis. Es posible, y ocurre en ciertos casos, que el reparto mitótico se produzca sin cariocinesis (endomitosis) dando lugar a un núcleo con el material hereditario duplicado (doble número de cromosomas).

La mitosis se completa casi siempre con la llamada citocinesis o división del citoplasma. En las células animales la citocinesis se realiza por estrangulación: la célula se va estrechando por el centro hasta que al final se separa en dos. En las células de las plantas se realiza por tabicación, es decir, las células hijas “construyen” una nueva región de pared celular que dividirá la una de la otra dejando puentes de citoplasma (plasmodesmos). Al final, la célula madre se parte por la mitad, dando lugar a dos células hijas, cada una con una copia equivalente y completa del genoma original.

Cabe señalar que las células procariotas experimentan un proceso similar a la mitosis llamado fisión binaria. No se puede considerar que las células procariotas experimenten mitosis, dado que carecen de núcleo y únicamente tienen un cromosoma sin centrómero.

Fases del ciclo celular

Diagrama mostrando los cambios que ocurren en los centrosomas y el núcleo de una célula en el proceso de la división mitótica. I a III, profase; IV,prometafase; V,metafase; VI y VII, anafase; VII y VIII, telofase.

La división de las células eucarióticas es parte de un ciclo vital continuo, el ciclo celular, en el que se distinguen dos períodos mayores, la interfase, durante la cual se produce la duplicación del ADN, y la mitosis, durante la cual se produce el reparto idéntico del material antes duplicado. La mitosis es una fase relativamente corta en comparación con la duración de la interfase.

INTERFASE

Durante la interfase, la célula se encuentra en estado basal de funcionamiento. Es cuando se lleva a cabo la replicación del ADN y la duplicación de los organelos para tener un duplicado de todo antes de dividirse. La interfase se divide en 3 periodos principales conocidos como G1, S y G2 (G viene de growth –crecimiento- en ingles)

§  la fase G1 es la más variable, porque puede que las células duren horas, días, meses o años. Cuando las células que se reproducen poco entran en G1, pueden detener su ciclo celular y entrar en un estado de reposo G0.

§  la fase S, es el proceso de síntesis, cuando la célula replica su ADN y llega a tener 46 pares de cromosomas, para que cuando se divida, cada célula se queda con 23 y 23 iguales.

§  la fase G2, es el segundo periodo de crecimiento donde la célula asegura que tanto el material genético como sus organelos estén duplicados por completo antes de dividirse, y termina cuando comienza la división.

La duración del ciclo celular en una célula típica es de 16 horas: 5 horas para G1, 7 horas para S, tres horas para G2 y 1 hora para la división. Este tiempo depende del tipo de célula que sea.

 PROFASE

Profase: Los dos centros de origen de los microtúbulos (en verde) son los centrosomas. La cromatina ha comenzado a condensarse y se observan las cromátidas (en azul). Las estructuras en color rojo son los cinetocoros. (Micrografía obtenida utilizando marcajes fluorescenteses).

Se produce en ella la condensación del material genético (ADN, que en interfase existe en forma de cromatina), para formar unas estructuras altamente organizadas, los cromosomas. Como el material genético se ha duplicado previamente durante la fase S de la Interfase, los cromosomas replicados están formados por dos cromátidas, unidas a través del centrómero por moléculas de cohesionas.

Uno de los hechos más tempranos de la profase en las células animales es la duplicación del centrosoma; los dos centrosomas hijos (cada uno con dos centriolos) migran entonces hacia extremos opuestos de la célula. Los centrosomas actúan como centros organizadores de microtúbulos, controlando la formación de unas estructuras fibrosas, los microtúbulos, mediante la polimerización detubulina soluble.  De esta forma, el huso de una célula mitótica tiene dos polos  que emanan microtúbulos.

En la profase tardía desaparece el nucléolo y se desorganiza la envoltura nuclear.

PROMETAFASE

Prometafase: La membrana nuclear se ha disuelto, y los microtúbulos (verde) invaden el espacio nuclear. Los microtúbulos pueden anclar cromosomas (azul) a través de los cinetocoros(rojo) o interactuar con microtúbulos emanados por el polo opuesto.

La membrana nuclear se separa y los microtúbulos invaden el espacio nuclear. Esto se denomina mitosis abierta, y ocurre en una pequeña parte de los organismos multicelulares. Los hongos y algunos protistas, como las algas o las tricomonas, realizan una variación denominada mitosis cerrada, en la que el huso se forma dentro del núcleo o sus microtúbulos pueden penetrar a través de la membrana nuclear intacta.

Cada cromosoma ensambla dos cinetocoros hermanos sobre el centrómero, uno en cada cromátida. Un cinetocoro es una estructura proteica compleja a la que se anclan los microtúbulos.  Aunque la estructura y la función del cinetocoro no se conoce completamente, contiene varios motores moleculares, entre otros componentes.  Cuando un microtúbulo se ancla a un cinetocoro, los motores se activan, utilizando energía de la hidrólisis del ATP para "ascender" por el microtúbulo hacia el centrosoma de origen. Esta actividad motora, acoplada con la polimerización/despolimerización de los microtúbulos, proporcionan la fuerza de empuje necesaria para separar más adelante las dos cromátidas de los cromosomas.

Cuando el huso crece hasta una longitud suficiente, los microtúbulos asociados a cinetocoros empiezan a buscar cinetocoros a los que anclarse. Otros microtúbulos no se asocian a cinetocoros, sino a otros microtúbulos originados en el centrosoma opuesto para formar el huso mitótico.  La prometafase se considera a veces como parte de la profase.

METAFASE

Metafase: Los cromosomas se encuentran alineados en la placa metafásica.

A medida que los microtúbulos encuentran y se anclan a los cinetocoros durante la prometafase, los centrómeros de los cromosomas se congregan en la "placa metafásica" o "plano ecuatorial", una línea imaginaria que es equidistante de los dos centrosomas que se encuentran en los dos polos del huso.  Este alineamiento equilibrado en la línea media del huso se debe a las fuerzas iguales y opuestas que se generan por los cinetocoros hermanos. El nombre "metafase" proviene del griego μετα que significa "después."

Dado que una separación cromosómica correcta requiere que cada cinetocoro esté asociado a un conjunto de microtúbulos (que forman las fibras cinetocóricas), los cinetocoros que no están anclados generan una señal para evitar la progresión prematura hacia anafase antes de que todos los cromosomas estén correctamente anclados y alineados en la placa metafásica. Esta señal activa el checkpoint de mitosis.

 ANAFASE:

Anafase: los microtúbulos anclados acinetocoros se acortan y los dos juegos de cromosomas se aproximan a cada uno de los centrosomas.

Cuando todos los cromosomas están correctamente anclados a los microtúbulos del huso y alineados en la placa metafásica, la célula procede a entrar en anafase (del griego ανα que significa "arriba", "contra", "atrás" o "re-"). Es la fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la distribución de las dos copias de la información genética original.

Entonces tienen lugar dos sucesos. Primero, las proteínas que mantenían unidas ambas cromatidas hermanas (las cohesinas), son cortadas, lo que permite la separación de las cromátidas. Estas cromátidas hermanas, que ahora son cromosomas hermanos diferentes, son separados por los microtúbulos anclados a sus cinetocoros al desensamblarse, dirigiéndose hacia los centrosomas respectivos.

A continuación, los microtúbulos no asociados a cinetocoros se alargan, empujando a los centrosomas (y al conjunto de cromosomas que tienen asociados) hacia los extremos opuestos de la célula. Este movimento parece estar generado por el rápido ensamblaje de los microtúbulos.

Estos dos estadios se denominan a veces anafase temprana (A) y anafase tardía (B). La anafase temprana viene definida por la separación de cromátidas hermanas, mientras que la tardía por la elongación de los microtúbulos que produce la separación de los centrosomas. Al final de la anafase, la célula ha conseguido separar dos juegos idénticos de material genético en dos grupos definidos, cada uno alrededor de un centrosoma.

TELOFASE

Telofase: Los cromosomas decondensados están rodeados por la membrana nuclearica.

La telofase (del griego τελος, que significa "finales") es la reversión de los procesos que tuvieron lugar durante la profase y prometafase. Durante la telofase, los microtúbulos no unidos a cinetocoros continúan alargándose, estirando aún más la célula. Los cromosomas hermanos se encuentran cada uno asociado a uno de los polos. La membrana nuclear se reforma alrededor de ambos grupos cromosómicos, utilizando fragmentos de la membrana nuclear de la célula original. Ambos juegos de cromosomas, ahora formando dos nuevos núcleos, se descondensan de nuevo en cromatina. La cariocinesis ha terminado, pero la división celular aún no está completa.

CITOCINESIS

La citocinesis es un proceso independiente, que se inicia simultáneamente a la telofase. Técnicamente no es parte de la mitosis, sino un proceso aparte, necesario para completar la división celular. En las células animales, se genera un surco de escisión (cleavage furrow) que contiene un anillo contráctil de actina en el lugar donde estuvo la placa metafásica, estrangulando el citoplasma y aislando así los dos nuevos núcleos en dos células hijas. Tanto en células animales como en plantas, la división celular está dirigida por vesículas derivadas del aparato de Golgi, que se mueven a lo largo de los microtúbulos hasta la zona ecuatorial de la célula.  En plantas esta estructura coalesce en una placa celular en el centro del fragmoplasto y se desarrolla generando una pared celular que separa los dos núcleos. El fragmoplasto es una estructura de microtúbulos típica de plantas superiores, mientras que algunas algas utilizan un vector de microtúbulos denominado ficoplasto durante la citocinesis.  Al final del proceso, cada célula hija tiene una copia completa del genoma de la célula original. El final de la citocinesis marca el final de la fase M.

Esquema resumen de las distintas fases de la división celular: profase, prometafase, metafase, anafase, telofase y citocinesis.

Mediante el proceso mitótico, el material genético se divide en dos núcleos idénticos, con lo que las dos células hijas que resultan si se produce la división del citoplasma (ver citocinesis) serán genéticamente idénticas. Por tanto, la mitosis es un proceso de división conservativo, ya que el material genético se mantiene de una generación celular a la siguiente. La mayor parte de la expresión génica se detiene durante la mitosis, pero mecanismos epigenéticos funcionan durante esta fase, para "recordar" los genes que estaban activos en mitosis y transmitirlos a las células hijas.

 ^{Resumen de la mitosis}

LA MEIOSIS

Las células somáticas del cuerpo de los seres superiores poseen un numero diploide de cromosomas (2n) y las células sexuales poseen la mitad (n) estos números representados por la letra (n) son característicos de cada especie y no están relacionados con la evolución del individuo por ejemplo el humano tiene 46 cromosomas al igual que la papa y el perro tiene 78 ccromosomas.

El mecanismo por medio del cual una célula reduce su número de cromosomas a la mitad se denomina MEISIS. Parece ser que este tipo de división celular evoluciono de la mitosis de la cual se forman dos células hijas iguales a la madre y sin reducción en el numero de cromosomas.

FASES DE LA MEIOSIS:

Tal como ocurre en la mitosis la meiosis inicia con una etapa de preparación de la célula llamada interfase, en la cual suceden varios cambios.  Uno de los más relevantes es la duplicación del material genético celular.  Sin embargo,  el proceso se desarrolla de manera que,  después de esta duplicación vengan dos divisiones:  La meiosis I  y la meiosis II,  cada una de las cuales tiene 4 etapas y cuyo resultado final es la formación de células haploides.

MEIOSIS I:  Comienza con la profase I etapa en que desaparece la membrana nuclear.  El material genético que se encontraba en forma difusa,  llamada cromatina,  comienza a condensarse formando los cromosomas.  Los cromosomas homólogos se aparean y ocurre el fenómeno denominado entre cruzamiento o crossing-over, que consiste en intercambiar material entre dos cromatides homólogas.  Debido a la posición de las parejas de cromosomas homólogos y a su estructura formada por dos cromatides se observan entonces estructuras con 4 cromatides:  Las tétradas .

Este proceso no ocurre en la mitosis y su resultado es muy importante,  pues significa que un intercambio de este tipo produce variaciones,  ya que el cromosoma homólogo materno contiene ahora porciones del cromosoma homólogo paterno,  y éste último porciones del materno.  Es decir,  que hay recombinación del material genético de los padres.

En la siguiente etapa la Metafase I,  los cromosomas se ubican en el plano ecuatorial de la célula y se forma el huso,  estructura que recuerda hilos unidos por un lado a los centrómeros de los cromosomas y por el otro a los centriolos localizados en los dos polos de la célula.

La Anafase I es la etapa durante la cual los cromosomas migran hacia los polos de la célula.  Los cromosomas homólogos de cada par se separan.  Cada uno dirigiéndose a un polo opuesto,  pero las cromátidas hermanas no se separan.  En el movimiento de los cromosomas pareciera que el huso los estuviera halando.  El movimiento es aleatorio,  es decir que el homólogo materno y el paterno se mueven indiscriminadamente hacia cualquier polo,  pero cada uno hacia uno diferente.  Esto crea otra fuente de variación en el resultado final.

Dependiendo de cada especie,  en la última etapa de la MEIOSIS I,  la Telofase I, se pueden o no formar membranas nucleares alrededor de cada paquete de cromosomas. 

Como podrás notar, en este momento se han formado dos núcleos haploides,  pero cada uno está formado por cromosomas con dos cromátidas.

LA MEIOSIS II es muy parecida a una mitosis,  con la diferencia de que en esta ocasión el material genético no se duplica sino que sigue dividiéndose.  Comienza también con la profase II,  etapa en la cual se desintegran las membranas nucleares,  si se habían formado,  y se forma de nuevo el huso.

En la METAFASE II los cromosomas formados por pares de cromátidas se alinean de nuevo en el plano ecuatorial y las fibras del huso se unen a ellos y a los polos de la célula.

En la ANAFASE II igual que sucede en la Mitosis, es la etapa donde las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan y se mueven hacia los polos opuestos.

Durante la última fase de la telofase II,  el huso desaparece y se forma la membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas.  De nuevo estos pasan a ser un material difuso, sin forma.  Al mismo tiempo comienza la división del citoplasma o citocinesis, se forman las membranas celulares y como resultado final se obtienen 4 células haploides que provienen de una célula diploide.  Es exactamente el proceso de GAMETOGENESIS cuando hablamos de la formación de los espermatozoides denominado espermatogénesis y de la formación de los óvulos denominado ovogénesis.

OBSERVAR CON DETENIMIENTO EL VÍDEO SE ACLARARAN MUCHAS COSAS CON EL

http://www.youtube.com/watch?v=8XJYv-Tl5tI

ACTIVIDAD

1.Estimados estudiantes luego de haber leído analizado y comprendido las lecturas el ejercicio del taller consiste el completar el siguiente cuadro,  cada espacio corresponde a una diferencia.

DIFERENCIAS DE LOS DOS METODOS DE REPRODUCCION CELULAR

MITOSIS	MEIOSIS

2. Construir un glosario en el cuaderno con las palabras que no entienda contenidas en el taller.


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 ANIMO MUCHACHOS LOS QUIERO Y LOS RESPETO MUCHO ADELANTE QUE USTEDES SON LOS PROFESIONALES EXITOSOS DEL MAÑANA.