TALLER 3 Procesos de Mitosis & Meiosis en la Célula SCIE 112 Ciencias Integradas 112
Objetivos específicos Al finalizar el taller, el/la estudiante: 1. Señalará la composición y funciones de la molécula de ADN. (ácido desoxirribonucleico). 2. Relacionará al ADN con el ARN (ácido ribonucleico) y la síntesis de proteínas. 3. Resumirá los eventos que suceden durante los procesos de mitosis y meiosis. 4. Predecirá como pueden afectar al desarrollo los cambios en la cantidad de cromosomas o su estructura. 5. Relacionará el papel del ciclo celular con el comienzo del cáncer. 6. Evaluará las ventajas y desventajas genéticas y evolutivas relacionadas con la reproducción sexual y asexual. 2
División Celular 3
¿De dónde provienen las células? • No importa la célula que sea, todas las células provienen de células preexistentes a través del proceso de división celular. • La célula puede ser la bacteria más simple o células complejas de un músculo o hueso. • La célula puede comprender todo el organismo o ser sólo una célula de trillones. 4
División célular • Es el proceso en el que una célula, llamada célula madre , se divide para formar dos células nuevas, conocidas como células hijas . Esto depende de si la célula es procariota o eucariota. • La división celular es más sencilla en células procariotas que en eucariotas porque las células procariotas son más simples. • Las células procariotas tienen un solo cromosoma circular, sin núcleo y algunos otros orgánulos. • Las células eucariotas, en contraste, tienen múltiples cromosomas contenidos dentro de un núcleo y muchos otros orgánulos. • Todas estas partes de la célula deben ser duplicadas y después se deben separar cuando la célula se divide. Un cromosoma es una molécula de ADN. 5
División célular División célular en células procariotas • La mayoría de las células procariotas se dividen por el proceso de fisión binaria . • La fisión binaria incluyen la replicación del ADN, la segregación de cromosomas y finalmente la separación en dos células hijas. 6
División célular División célular en células eucariotas • La división celular es más complejo en las células eucariotas que en las procariotas. • Antes de dividirse, se replica todo el ADN en los múltiples cromosomas de una célula eucariota. Sus orgánulos también se duplican. • Entonces, cuando la célula se divide, esto ocurre en dos pasos principales: • El primer paso es la mitosis , un proceso de fases múltiples en la cual el núcleo de la célula se divide. • El segundo paso importante es la citocinesis. 7
Cromosomas
¿Cómo se asegura que cada célula en tu cuerpo posee el mismo ADN? • Los cromosomas se deben formar antes de la división celular, para asegurar que cada célula hija recibe un conjunto completo de material genético. • En las células eucariotas, el núcleo se divide antes de que la propia célula se divida. • El proceso en el que el núcleo se divide se llama mitosis. • Antes de que ocurra la mitosis, se replica el ADN de una célula. • Esto es necesario para que cada célula hija tenga una copia completa del material genético de la célula madre. 9
Cromosomas • Son estructuras enrolladas hechas de ADN y proteínas. • Los cromosomas son la forma del material genético de una célula durante la división celular. • Esta estructura enrollada es la que garantiza una adecuada separación de los cromosomas durante la división celular. • Durante otras fases del ciclo celular, el ADN no está enrollado en los cromosomas. • En lugar de esto, existe como un material granulado llamado cromatina . 10
Cromosomas • Todo organismo tiene un número de cromosomas característico de su especie. La totalidad del contenido genético de un organismo se conoce como su genoma. Ejemplos: • Mosquito - 6 cromosomas/célula • Humanos - 46 cromosomas/célula • Perro - 76 cromosomas/célula • Si “n” se refiere al número de tipos de cromosomas diferentes que tiene una célula, una célula será diploide (2n) si tiene dos cromosomas de cada tipo (2 conjuntos) y haploide (n) si tiene un cromosoma de cada tipo (1 conjunto). 11
Cromátidas y centrómero • El ADN se condensa y se enrolla en forma de X de un cromosoma sólo después de que se ha replicado. • Debido a que el ADN ya se ha replicado, cada cromosoma consiste en realidad en dos copias idénticas. • Las dos copias se llaman cromátidas hermanas (pares homólogos o cromosomas homólogos), las cuales están unidas entre sí en una región llamada centrómero y tienen el mismo tamaño, forma y tipo de información genética. • Del par homólogo, se hereda un cromosoma del padre y el otro de la madre. 12
Cromosomas y genes • El ADN de un cromosoma está codificado con instrucciones genéticas para la producción de proteínas. • Estas instrucciones se organizan en unidades llamadas genes . • La mayoría de los genes contienen las instrucciones para una sola proteína. • Puede haber cientos o incluso miles de genes en un solo cromosoma. 13
Cromosomas humanos • Las células humanas normalmente poseen dos juegos de cromosomas, un conjunto heredado de cada padre. • Hay 23 cromosomas en cada conjunto, para un total de 46 cromosomas por célula. • Cada cromosoma en un conjunto se corresponde con un cromosoma del mismo tipo en el otro conjunto, por lo que en realidad hay 23 pares de cromosomas por célula. • Cada par consta de cromosomas de la misma forma y tamaño que también contienen los mismos genes. • Los cromosomas de un par son conocidos como cromosomas homólogos. 14
Cromosomas y la célula Los cromosomas se encuentran en todas las células. El cuerpo tiene dos tipos de células: Células somáticas Células germinales • Son las células que componen los • Son las células especializadas que dan diferentes tejidos de los organismos origen a los gametos. Son diploides (2n); multicelulares. en el humano, tienen 46 cromosomas por célula. • Son diploides (2n), • Se reproducen por mitosis, • Están localizadas únicamente en las gónadas • Componen el cuerpo del organismo, (testículos y ovarios). • En el humano, tienen 46 cromosomas por • Por el proceso de meiosis producen gametos. célula. 15
Ciclo celular 16
Ciclo celular • La división celular es sólo una de varias etapas que una célula atraviesa durante su vida útil. • El ciclo celular es una serie repetitiva de eventos que incluyen el crecimiento, la síntesis de ADN y la división celular. • El ciclo celular en procariotas es muy simple: la célula crece, su ADN se replica y la célula se divide. • En las eucariotas, el ciclo celular es más complicado. 17
Ciclo celular eucariota 18 • El ciclo celular eucariota tiene varias fases. • La fase mitótica (M), en realidad incluye la mitosis y la citocinesis. • Esta es cuando el núcleo y luego el citoplasma se dividen. • Las otras tres fases (G1, S y G2) generalmente se agrupan como interfase . • Durante la interfase, la célula crece, realiza procesos de rutina y se prepara para la división.
Ciclo celular eucariota La interfase del ciclo celular eucariota se puede subdividir en las siguientes tres fases • Fase 1 de crecimiento (G1): • Durante esta fase, la célula crece rápidamente, mientras realiza procesos metabólicos de rutina. • También produce proteínas necesarias para la replicación del ADN y copia algunos de sus orgánulos como preparación para la división celular. Una célula normalmente pasa la mayor parte de su vida en esta fase. Esta fase se conoce como Gap 1. • Fase de síntesis (S): • Durante esta fase, el ADN de la célula es copiado en el proceso de replicación de ADN . • Fase 2 de crecimiento (G2): • Durante esta fase, la célula realiza los preparativos finales para su división. • Por ejemplo, produce proteínas y orgánulos adicionales. Esta fase se conoce como Gap 2. 19
Control del ciclo celular • Si el ciclo celular se lleva a cabo sin regulación, las células pueden pasar de una fase a otra antes de estar preparadas. • ¿Qué controla el ciclo celular? • El ciclo celular está controlado principalmente por proteínas reguladoras. • ¿De qué manera la célula sabe cuándo crecer, sintetizar ADN y dividirse? • Las proteínas reguladoras controlan el ciclo indicando a célula si debe comenzar o retrasar la siguiente fase del ciclo. • Se aseguran de que la célula complete la fase anterior antes de continuar. 20
Control del ciclo celular • Puntos de control de las proteínas reguladoras: • El punto de control G1, justo antes de entrar a la fase S, toma la decisión clave de si la célula debe dividirse. • El puesto de control S determina si el ADN se ha replicado correctamente. • El punto de control del huso mitótico se produce en el punto en el que todas las metafases, los cromosomas deberían haber alineado en el plato mitótico. 21
Mitosis y citocinesis 22
Mitosis • En el ciclo celular eucariota, la mitosis es el proceso de multi-fase en la que el núcleo de una célula eucariota se divide. • Se produce entre la replicación del ADN y la formación de dos células hijas. • Tiene cuatro fases. Las fases se denominan profase, metafase, anafase y telofase. 23
Mitosis- Profase • La primera y más larga fase • La cromatina se condensa en cromosomas y la envoltura nuclear o membrana se rompe. • En las células animales, los centriolos cerca del núcleo comienzan a separarse y se mueven hacia los polos opuestos (lados) de la célula. • A medida que los centriolos se mueven, un huso se comienza a formar entre ellos. 24
Mitosis- Metafase • Las fibras del huso se unen al centrómero de cada par de cromátidas hermanas. • Las cromátidas hermanas se alinean en el ecuador o el centro de la célula. • Esto también se conoce como placa metafásica. • Las fibras del huso aseguran que las cromátidas hermanas se separarán e irán a diferentes células hijas cuando la célula se divida. 25
Mitosis- Anafase • Las cromátidas hermanas se separan y los centrómeros se dividen. • Las cromátidas hermanas se separan por el acortamiento de las fibras del huso. • Una de cromátidas hermanas se mueve a uno de los polos de la célula y la otra cromátida hermana se mueve hacia el polo opuesto. • Al final de la anafase, cada polo de la célula tiene un conjunto completo de cromosomas. 26
Mitosis- Telofase • Los cromosomas comienzan a desenrollarse y a formar la cromatina. • Esto prepara el material genético para dirigir las actividades metabólicas de las células nuevas. • El huso también se rompe y se forman las nuevas membranas nucleares (envoltura nuclear). 27
Citocinesis Célula Animal Célula Vegetal • La citocinesis es la etapa final de la división 28 celular en las eucariotas, al igual que en las procariotas. • Durante la citocinesis, el citoplasma se divide en dos y la célula se divide. • La citocinesis se produce de manera algo diferente en las células de plantas y animales. • En las células animales, la membrana plasmática de la célula madre se encoge a lo largo del ecuador de la célula hasta que se forman dos células hijas. • En las células vegetales, se forma una placa celular a lo largo del ecuador de la célula madre. Entonces, se forma una nueva membrana plasmática y una pared celular a lo largo de cada lado de la placa celular.
Importancia de la mitosis 1. En la mayor parte de los tipos de reproducción asexual, ésta se lleva a cabo por mitosis. 2. Da uniformidad pues las dos células resultantes son genéticamente idénticas. Esto asegura la continuidad genética. 4. Garantiza la regeneración de tejido dañado. Cuando hay una cortadura o cualquier tipo de daño a la piel, las células se dividen por mitosis para reponer el tejido dañado y cerrar la herida. 5. En la reproducción sexual, el cigoto resultante de la unión de los gametos se divide por mitosis para formar el embrión y posteriormente, el organismo adulto. Por lo tanto, todas las células del organismo son genéticamente idénticas a la célula original (cigoto). Las células se diferencian y especializan al utilizar una sección específica de toda la información genética que contienen. 6. Durante la mitosis pueden ocurrir equivocaciones que den como resultado que las células hijas tengan un número anormal de cromosomas; cromosomas de más o cromosomas de menos. Esta situación se conoce como una mutación y ocurre al azar o inducida por agentes externos (Ej. radiación). 29
Meiosis 30
¿Cómo produces una célula con la mitad de ADN? Meiosis. • Esto permite que las células tengan la mitad del número de cromosomas, así dos de estas células pueden juntarse para formar un nuevo organismo con el número completo de cromosomas. • Este proceso no sólo ayuda a producir gametos, sino que también asegura la variación genética. 31
Meiosis • Es el proceso que produce gametos haploides. • Es un tipo de división celular en la que el número de cromosomas se reduce a la mitad. • Se produce sólo en ciertas células especiales de los organismos. • Durante la meiosis, los cromosomas homólogos se separan y forman células haploides que sólo tienen un cromosoma de cada par. • Durante la meiosis ocurren dos divisiones celulares y se producen un total de cuatro células haploides. • Las dos divisiones celulares se llaman meiosis I y meiosis II. 32
Fases de la meiosis • La meiosis I comienza después de que se replica ADN durante la interfase del ciclo celular. • Tanto en la meiosis I como en la meiosis II, las células pasan por las mismas cuatro fases como la mitosis: profase, metafase, anafase y telofase. • Sin embargo, hay diferencias importantes entre la meiosis I y mitosis. 33
¿Cómo se diferencia la meiosis de la mitosis? • Observa que al inicio de la meiosis (profase I), los cromosomas homólogos intercambian segmentos de ADN. Esto se conoce como entrecruzamiento , y es exclusivo de esta fase de la meiosis. • El entrecruzamiento produce cromosomas que contienen mezcla de genes de origen paterno y genes de origen materno. Esto produce nuevas combinaciones genéticas. • La cantidad de combinaciones que pueden formarse es ilimitada. 34
Meiosis I • Profase I: • Los cromosomas se condensan. • Movimiento de centríolos hacia los polos opuestos de la célula - comienza a formar un huso. • Los cromosomas homólogos se emparejan. • Se produce entrecruzamiento. • Metafase I: • Las fibras del huso se adhieren a los pares de cromosomas homólogos. • Los pares de cromosomas se alinean en el ecuador (a la mitad) de la célula. • Anafase I: • Los cromosomas de cada par homólogo empiezan a separarse el uno del otro. • Cada cromosoma se mueve hacia uno de los polos de la célula. • Telofase I y Citocinesis: • El huso se rompe y se forman nuevas membranas nucleares. • El citoplasma de la célula se divide y se producen dos células hijas haploides (mitad de los cromosomas). • Las células hijas tienen una distribución aleatoria de cromosomas (por el entrecruzamiento), con uno de cada par homólogo. • Ambas células hijas pasan a la meiosis II. • El ADN no se replica entre la meiosis I y la meiosis II. 35
Meiosis II • Profase II: • La envoltura nuclear se rompe y el huso se empieza a formar en cada célula hija haploide de la meiosis I. • Los centríolos también comienzan a separarse. • Metafase II: • Las fibras del huso alinean las cromátidas hermanas de cada cromosoma a lo largo del ecuador de la célula. • Anafase II: • Las cromátidas hermanas se separan y se mueven hacia los polos opuestos. • Telofase II y Citocinesis: • El huso se rompe y se forman nuevas membranas nucleares. • El citoplasma de cada célula se divide y se producen cuatro células haploides. • Cada célula tiene una combinación única de cromosomas. 36
Importancia de la meiosis • Permite la variación genética. • Permite la reproducción sexual sin que haya un aumento en el número de cromosomas en cada generación. • Pueden ocurrir equivocaciones durante la primera o segunda división y traer como resultado una mutación. 37
Diferencia entre Mitosis y Meiosis Mitosis Meiosis • Se mantiene el mismo número de • Se reduce el número de cromosomas a la cromosomas. mitad. • Se producen células genéticamente • Se producen células genéticamente idénticas. diferentes. • Se producen 2 células diploides. • Se producen 4 células haploides (con la mitad de los cromosomas). • Hay una sola división celular, con una sola duplicación del material genético. • Hay dos divisiones celulares consecutivas, con una sola duplicación del material • NO hay sinapsis ni entrecruzamiento. genético. • Ocurre sinapsis y entrecruzamiento. 38
Gametogénesis 39
Gametogénesis • Al final de la meiosis, se producen cuatro células haploides, pero las células aún no son gametos. • Las células se tienen que desarrollar antes de que sean gametos maduros capaces de fertilización. • El desarrollo de las células haploides en gametos se llama gametogénesis . • Los gametos masculinos se llaman espermatozoides (el proceso que produce las células de esperma maduras se llama espermatogénesis). • Los gametos femeninos se llaman óvulos (el proceso que produce óvulos maduros se llama ovogénesis) . • Se produce un solo óvulo a partir de las cuatro células haploides que resultan de la meiosis. 40
Espermatogénesis y ovogénesis • Durante la espermatogénesis, los espermatocitos primarios pasan por la primera división celular de la meiosis para producir espermatocitos secundarios. Estas son células haploides. • Los espermatocitos secundarios luego completan rápidamente la división meiótica para convertirse en espermátidas , que también son células haploides. • Las cuatro células haploides producidas a partir de la meiosis desarrollan un flagelo y una cabeza compacta para convertirse en espermatozoides maduros, capaces de nadar y fertilizar un óvulo. • La célula de esperma contribuye esencialmente sólo con ADN al cigoto. 41
Espermatogénesis y ovogénesis • El óvulo proporciona la otra mitad del ADN, pero también orgánulos, bloques de construcción para los compuestos tales como proteínas y ácidos nucleicos y otros materiales necesarios. • El óvulo, siendo mucho más grande que un espermatozoide, contiene casi todo el citoplasma que un embrión en desarrollo tendrá durante sus primeros días de vida. • La ovogénesis es un proceso mucho más complicado que la espermatogénesis. 42
Diferenciación celular 43
¿Qué es la diferenciación celular? • La diferenciación celular es el proceso mediante el cual una célula se convierte en otro tipo celular más especializado. • Este cambio que implicará muchas veces variaciones morfológicas, de la composición de su membrana o de su localización se producen debido a una reprogramación de su expresión génica. • Las células germinales, también llamadas células madre, son las células más indiferenciadas que existen y serán ellas las encargadas de dar todos los linajes celulares de un ser vivo mediante su división y diferenciación, desde el embrión hasta el adulto. • El zigoto la primera célula del individuo es es capaz de dar lugar a todos los tipos celulares de un individuo. • El zigoto se forma por la unión del espermatozoide y el óvulo en animales. • Mientras que en plantas el zigoto totipotente es la unión del gametófito dentro de un grano de polen y la oósfera femenina que espera dentro del óvulo de la flor. 44
¿Qué es la diferenciación celular? • El individuo adulto sigue teniendo células madre, que son las encargadas del crecimiento y de la reparación de daños, como heridas o muerte celular por envejecimiento. • En animales las células madre se encuentran diseminadas por todos los tejidos. • En plantas las células germinales se encuentran exclusivamente en los meristemos, la punta de raíces y tallos, desde las que crece la planta. • El proceso de diferenciación celular es muy importante para el desarrollo de un individuo. • El estudio de la diferenciación celular es un tema de gran valor científico, puesto que sirve para la regeneración de órganos o la clonación. 45
Mutación 46
Mutación • Cambio en la constitución del DNA. • Cambio heredable en el material genético de los seres vivos. • Por lo general, cuando se habla de mutación se piensa en un cambio químico en los genes que provoca un cambio de la función que desarrollan en el organismo, algo completamente correcto si no olvidamos que los cromosomas también pueden perder o ganar genes de otros cromosomas porque se producen errores al intercambiar información con su pareja en el proceso de división. • También es posible que la célula hija herede más cromosomas de los que tenía la célula madre como en el Síndrome Down. 47
Mutación • En la naturaleza las mutaciones se originan al azar y, aunque las causas siguen siendo inciertas, se conocen bastantes agentes externos, mutágenos, que pueden producir mutaciones como: las radiaciones ambientales y sustancias químicas. • Una mutación en una célula somática puede provocar alteraciones en el organismo en el que se presente; pero desaparece en el momento en que muere el individuo en que se originó. • Sin embargo, las mutaciones en las células sexuales o germinales, óvulos y espermatozoides, pueden transmitirse como rasgos hereditarios diferenciadores a los descendientes del organismo en los que tuvo lugar la mutación. 48
DNA (ADN) 49
ADN (DNA), el material genético • ADN , ácido desoxirribonucleico, es el material genético en tus células. • Este material se hereda de los padres y determina las características del individuo. • El descubrimiento del ADN como material genético fue otro hito importante en la biología molecular. • El ADN, como un ácido nucleico, está hecho de monómeros nucleótidos y la doble hélice del ADN consiste en dos cadenas polinucleótidas. • Cada nucleótido consiste en un azúcar (desoxirribosa), un grupo fosfato, y una base que contiene nitrógeno (A, C, G, o T). • Los enlaces de hidrógeno entre las bases complementarias mantienen unidas las dos cadenas polinucleótidas del ADN. • Su función duplicar el material genético. 50
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