La división celular

TEMA 4. LA DIVISIÓN CELULAR

El ciclo celular es el conjunto de etapas por las que pasa una célula desde su formación, como resultado de una división previa, hasta que se divide en dos células hijas. Este ciclo se divide en dos grandes fases:

• Interfase: Representa la mayor parte del ciclo celular. Es el período durante el cual la célula crece, realiza su metabolismo activo, y prepara todos los componentes necesarios para la división.
• División Celular: Aquí es cuando la célula se divide físicamente, originando dos células hijas.

El ciclo celular está representado gráficamente como un diagrama circular que incluye las siguientes etapas:

• G₁ (Gap 1).
• S (Síntesis).
• G₂ (Gap 2).
• M (División celular: mitosis y citocinesis).
• Interfase: Fase de Preparación La interfase es crucial para el crecimiento y preparación de la célula antes de dividirse. Se divide en tres subfases:

Fase G₁ (Gap 1):

• Es la fase más larga.
• La célula crece en tamaño, realiza su metabolismo normal, y sintetiza proteínas necesarias.
• Es una etapa de alta actividad metabólica.

Fase S (Síntesis):

• Se replica el ADN (duplicación), asegurando que cada célula hija tenga una copia exacta del material genético.
• Se sintetizan histonas, proteínas esenciales para empaquetar el ADN en cromatina.
• La célula pasa de tener una cantidad de ADN “2n” a “4n”.

Fase G₂ (Gap 2):

• Es más corta que G₁.
• La célula completa la síntesis de proteínas necesarias para la división celular, como las tubulinas (para formar el huso mitótico).
• Representa los pasos finales antes de entrar en la división celular.
• División Celular: Mitosis y Citocinesis Fase M (Mitosis y Citocinesis):

Es la etapa de división activa, donde la célula madre se divide en dos células hijas. Este proceso tiene dos componentes principales:

Mitosis:

• Es la división del material genético nuclear.
• Ocurre en cuatro fases principales:

• Profase: Los cromosomas se condensan, y la envoltura nuclear comienza a desaparecer. Aparece el huso mitótico.
• Metafase: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula.
• Anafase: Las cromátidas hermanas se separan y son arrastradas hacia polos
• puestos.
• Telofase: Se forman dos núcleos hijos con cromosomas descondensados, y se reconstituye la envoltura nuclear.

Citocinesis:

• Es la división del citoplasma. En las células de animales, un anillo contráctil de actina forma un surco de separación que divide físicamente la célula en dos.
• Al final de la citocinesis, se generan dos células hijas idénticas, cada una con su núcleo y su citoplasma.

En resumen (por si no está claro):

• La interfase (G₁, S, G₂) es un periodo de preparación y crecimiento.
• La mitosis asegura la división equitativa del ADN entre las células hijas.
• La citocinesis separa físicamente el citoplasma, completando la división celular.

Veamos ahora todo este proceso de división celular en

• rganismos eucariotas, especialmente enfocado en la mitosis y sus cinco etapas, además de la organización de la cromatina:

División Celular: Mitosis (Eucariotas) La mitosis es un proceso continuo que ocurre en cinco etapas principales:

• Profase:
• Condensación de la cromatina: Durante la interfase, el ADN estaba en forma de cromatina extendida;

ahora, la cromatina se condensa formando cromosomas visibles.

• Cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas, unidas por el centrómero.
• Los centrosomas (con sus pares de centriolos) migran hacia los polos opuestos de la célula.
• Comienza a formarse el huso mitótico, compuesto de microtúbulos que se extenderán desde los centrosomas.
• Prometafase:
• La envoltura nuclear se descompone, permitiendo que los cromosomas queden libres en el citoplasma.
• Los microtúbulos del huso mitótico se unen a los cinetocoros, estructuras proteicas presentes en el centrómero de cada cromosoma.
• Los cromosomas comienzan a moverse hacia el plano ecuatorial de la célula.

• Metafase:
• Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial, formando la placa metafásica.
• Esta disposición garantiza que cada célula hija recibirá una copia exacta de cada cromosoma durante la división.
• Anafase:
• Las cromátidas hermanas se separan debido al acortamiento de los microtúbulos del huso mitótico.
• Las cromátidas ahora son consideradas cromosomas independientes y son arrastradas hacia polos opuestos de la célula.
• Telofase:
• Los cromosomas llegan a los polos y comienzan a descondensarse, volviendo a la forma de cromatina.
• Se forma una nueva envoltura nuclear alrededor de los conjuntos de cromosomas en cada polo, creando dos núcleos hijos.

Citocinesis (Posterior a la Mitosis):

• Divide el citoplasma de la célula madre en dos células hijas.
• En células animales, esto ocurre mediante un anillo contráctil de actina y miosina que forma un surco de segmentación.
• En células vegetales, se forma una placa celular que se convierte en la nueva pared celular.

Interfase: Organización del ADN y Cromatina Cromatina y Niveles de Compactación:

• Durante la interfase, el ADN está en forma de cromatina, una estructura relajada que permite la replicación del ADN y la transcripción génica.
• La cromatina está formada por ADN enrollado alrededor de nucleosomas (conjunto de 8 histonas).
• Histona H1:

Compacta la estructura formando una fibra de 30 nm.

• Proteínas de andamiaje y condensinas: Facilitan la compactación máxima durante la mitosis, formando los cromosomas visibles.

Todo este proceso asegura la correcta distribución del material genético y del citoplasma, garantizando que las células hijas sean idénticas a la célula madre en términos de ADN.

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CITOESQUELETO Y MICROTÚBULOS: FUNCIÓN EN EL CICLO CELULAR

Microtúbulos y Centros Organizadores de Microtúbulos (MTOC):

• Los microtúbulos son componentes esenciales del citoesqueleto celular, formados por proteínas tubulina (alfa y beta).
• En las células animales, los microtúbulos están anclados en los Centros Organizadores de Microtúbulos (MTOC), cuya estructura principal son los centriolos.

Centriolos: Estructura y Función:

• Los centriolos tienen una estructura característica de 9 tripletes de microtúbulos dispuestos en un cilindro (estructura 9x3).
• Los centriolos se encuentran en pares dentro del centrosoma, y su duplicación es crucial durante el ciclo celular, especialmente en la fase G2 de la interfase.

Huso Mitótico y División Celular:

• Durante la división celular, los centrosomas se duplican y migran hacia los polos
• puestos de la célula.
• Los microtúbulos que emergen de los centrosomas forman el huso mitótico, una estructura esencial para:
• Separar los cromosomas durante la mitosis (anafase).
• Anclar los cinetocoros (estructuras en los cromosomas) para el movimiento cromosómico.
• El huso mitótico asegura la distribución equitativa de los cromosomas entre las células hijas.

Observación Microscópica:

• En la imagen se puede observar la disposición de los microtúbulos y los centriolos en las células. Estas estructuras son visibles solo bajo el microscopio electrónico, mostrando su disposición altamente organizada. Estos microtúbulos no solo participan en la división celular, sino que también forman vías para el transporte intracelular y contribuyen a la forma y organización celular.

MITOSIS: FASES Y SIGNIFICADO FUNCIONAL

Diferencias Clave

• Organización del ADN:
• § La mitosis implica la separación de cromosomas lineales empaquetados en un núcleo.
• § En la fisión binaria, el cromosoma circular está libre en el citoplasma.
• Mecanismos de Separación:
• § En la mitosis, el huso mitótico es esencial para mover los cromosomas.
• § En la fisión binaria, no hay huso; el ADN se separa mientras la célula se alarga.

• Objetivo Biológico:
• § La mitosis ocurre tanto para crecimiento como para reparación.
• § La fisión binaria es exclusivamente para reproducción.
• Velocidad y Complejidad:
• § La fisión binaria es más rápida y menos compleja, adecuada para bacterias.
• § La mitosis es un proceso regulado y más lento, adaptado a células especializadas.

Similitudes:

• Ambos procesos producen células hijas genéticamente idénticas (a excepción de mutaciones).
• Implican la replicación previa del ADN.
• Aseguran la continuidad genética, vital para la supervivencia de las especies.

Comparación entre Mitosis (Eucariotas) y Fisión Binaria (Procariotas):

ASPECTO MITOSIS (EUCARIOTAS) FISIÓN BINARIA (PROCARIOTAS)

Organismos Ocurre en células eucariotas Ocurre en procariotas (bacterias y arqueas).

(animales, vegetales, hongos y protistas).

Material Varios cromosomas lineales Un solo cromosoma circular ubicado en el Genético organizados en un núcleo. citoplasma (nucleoide).

Fases Se divide en fases bien definidas: No tiene fases definidas; el proceso es profase, prometafase, metafase, continuo (replicación, separación y anafase y telofase. división).

Lugar del ADN El ADN está dentro del núcleo, El ADN está libre en el citoplasma (sin protegido por la membrana membrana nuclear).

nuclear.

Replicación del El ADN se replica durante la fase S La replicación del ADN inicia en un punto ADN de la interfase, antes de la mitosis. específico: el origen de replicación.

Separación del Los cromosomas se separan Los cromosomas replicados se separan ADN mediante el huso mitótico, mediante la elongación celular y compuesto de microtúbulos. mecanismos simples.

División del Ocurre en la etapa de citocinesis, El anillo Z, formado por proteínas (como Citoplasma con la formación de un surco de FtsZ), invagina la membrana plasmática.

segmentación (células animales) o una placa celular (células vegetales).

Complejidad Proceso más complejo, con Proceso simple y rápido, ideal para la regulación precisa y participación reproducción eficiente.

de múltiples orgánulos (como los centriolos).

Velocidad Más lento, especialmente en Más rápido, favoreciendo tasas altas de

• rganismos multicelulares donde reproducción.

la regulación es crucial.

Finalidad - Crecimiento y desarrollo en Reproducción asexual para aumentar el Principal organismos multicelulares. número de individuos en una población.

• Reemplazo de células dañadas o envejecidas.

Resultado Final Dos células hijas genéticamente Dos células hijas genéticamente idénticas idénticas con núcleos y orgánulos sin núcleo, pero con ADN circular duplicado.

bien definidos.

DETALLE DEL PROCESO DE FISIÓN BINARIA EN PROCARIOTAS SIGNIFICADO FUNCIONAL DE LA MITOSIS

La mitosis es fundamental para el mantenimiento de la vida en organismos eucariotas multicelulares y tiene un rol crucial en diversos procesos biológicos. A continuación, se detalla su significado funcional:

• Mecanismo de Crecimiento Biológico:
• § La mitosis permite el crecimiento de los organismos multicelulares sin pérdida de información genética.
• § Esto es esencial para mantener la funcionalidad y la identidad genética de las células en tejidos y órganos.
• Transmisión Exacta de Material Genético:
• § Las células hijas reciben el mismo número y tipo de cromosomas que la célula parental.
• § Esto asegura la continuidad genética y permite que las células funcionen de manera adecuada.

• Control de Errores:
• § Si ocurre un error durante la mitosis (por ejemplo, una mala segregación de los cromosomas), normalmente la célula hija no sobrevive.
• § Esto previene la transmisión de material genético defectuoso.
• Regulación del Ciclo Celular:
• § El ciclo celular está controlado por una serie de moléculas reguladoras (cinasas dependientes de ciclina o CDK, ciclinas) que aseguran el correcto avance de cada fase.
• § Este sistema de control del ciclo celular garantiza que la mitosis solo ocurra cuando las condiciones son ideales.
• Consecuencias de Fallos en la Regulación:
• § Un fallo en el sistema de control del ciclo celular puede resultar en:
• § Crecimiento celular descontrolado.
• § Formación de tumores y cáncer.
• § Por ello, la mitosis está estrechamente vinculada al mantenimiento de la homeostasis y al equilibrio celular.

Importancia General:

La mitosis no solo es vital para el crecimiento, sino también para:

• § Reparación de tejidos: Regeneración de células perdidas o dañadas.
• § Reproducción asexual: En organismos unicelulares y algunos multicelulares.
• § Renovación celular constante: Por ejemplo, en tejidos como la piel o el epitelio intestinal.

REPRODUCCIÓN ASEXUAL VS REPRODUCCIÓN SEXUAL

Reproducción Asexual:

• § Los organismos producen copias genéticamente idénticas entre sí y al progenitor (clones).
• § Se realiza mediante procesos como la mitosis, que asegura la transmisión exacta del material genético.
• § Común en organismos unicelulares y en algunos multicelulares (por ejemplo, la reproducción vegetativa en plantas).

Reproducción Sexual:

• § Genera descendientes que comparten rasgos genéticos con ambos progenitores, pero son genéticamente diferentes debido a la variación genética.
• § Implica la fusión de dos células sexuales especializadas o gametos.
• § El proceso de formación de gametos utiliza la meiosis, una división celular que reduce el número de cromosomas a la mitad.

Células Diploides y Haploides Diploidía (2n):

• § En células somáticas (no sexuales), los cromosomas están
• rganizados en pares homólogos.
• § En humanos, hay 46 cromosomas (23 pares homólogos).
• § Cada par contiene cromosomas homólogos: uno heredado del padre y otro de la madre.
• § Los cromosomas homólogos contienen información sobre los mismos rasgos genéticos, pero no son idénticos.

Haploidía (n):

• § Los gametos (óvulos y espermatozoides) son haploides, es decir, tienen solo un conjunto de cromosomas.
• § En humanos, cada gameto tiene 23 cromosomas.
• § La unión de dos gametos durante la fecundación forma un cigoto diploide (2n = 46), que dará lugar a un nuevo
• rganismo.

Relación con el Ciclo Sexual:

• Meiosis:
• § Permite la formación de gametos haploides, reduciendo el número cromosómico a la mitad.
• § Introduce variabilidad genética mediante procesos como el entrecruzamiento (crossing-over).
• Fecundación:
• § Fusiona dos gametos haploides para formar un cigoto diploide.
• § Esto asegura la combinación genética de ambos progenitores en la descendencia.

Conclusión

La reproducción asexual utiliza mitosis para producir clones, mientras que la reproducción sexual utiliza meiosis para garantizar la variabilidad genética y la estabilidad del número cromosómico en cada generación.

MEIOSIS: FASES Y SIGNIFICADO FUNCIONAL

La meiosis es un proceso de división celular exclusivo de los gametos que asegura la reducción del número de cromosomas a la mitad. Esto es esencial para mantener la estabilidad del material genético en organismos que se reproducen sexualmente.

Diferencias con la Mitosis

• Número de células hijas: Una célula parental diploide genera cuatro células hijas haploides en la meiosis. En la mitosis, una célula genera solo dos células hijas diploides.
• Tipo de células: La célula parental en meiosis es diploide (2n), pero las células hijas son haploides (n). En la mitosis, tanto la célula parental como las hijas son diploides.
• Variabilidad genética: En meiosis, las células hijas tienen combinaciones de genes únicas, gracias a:
• § Entrecruzamiento (crossing-over) durante la profase I.
• § Distribución independiente de cromosomas homólogos en la anafase

En la mitosis, las células hijas son genéticamente idénticas a la célula madre.

FASES DE LA MEIOSIS

La meiosis consta de dos divisiones celulares sucesivas, denominadas Meiosis I y Meiosis II, cada una con cuatro etapas principales.

• Meiosis I (División reductora): Reduce el número de cromosomas a la mitad, separando los cromosomas homólogos.
• § Profase I: Ocurre el entrecruzamiento (intercambio de segmentos entre cromátidas homólogas). Los cromosomas homólogos se emparejan (sinapsis) formando tétradas.
• § Metafase I:

Las tétradas se alinean en el plano ecuatorial de la célula.

• § Anafase I: Los cromosomas homólogos se separan y migran hacia los polos opuestos.

• § Telofase I: Se forman dos núcleos haploides con cromosomas duplicados. La citocinesis completa la división en dos células hijas haploides.
• Meiosis II (División ecuacional): Similar a la mitosis, separa las cromátidas hermanas de cada cromosoma.
• § Profase II: Comienza sin duplicación del ADN previa. Se forma un nuevo huso mitótico.
• § Metafase II: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial.
• § Anafase II: Las cromátidas hermanas se separan y migran hacia polos opuestos.
• § Telofase II: Se forman cuatro núcleos haploides. La citocinesis produce cuatro células hijas haploides.

Significado Funcional

• Reducción del número de cromosomas:
• § Mantiene el número cromosómico constante en generaciones sucesivas de organismos sexuales.
• § Evita que el cigoto tenga un número duplicado de cromosomas tras la fecundación.
• Variabilidad genética:
• § Introduce variación genética mediante el entrecruzamiento y la segregación independiente de cromosomas.
• § Esta variación es clave para la evolución y la adaptación de las especies.
• Producción de gametos:
• § Genera células especializadas (óvulos y espermatozoides) para la reproducción sexual.

GENERACIÓN DE VARIABILIDAD GENÉTICA EN LA MEIOSIS

La meiosis produce cuatro células haploides con combinaciones genéticas únicas, gracias a dos fenómenos clave:

• Entrecruzamiento (Crossing-Over)
• Ocurre en la Profase I: Los cromosomas homólogos se aparean (formando tétradas) y las cromátidas no hermanas intercambian fragmentos de ADN en puntos específicos llamados quiasmas. Este intercambio genera cromosomas recombinantes, que contienen una mezcla de genes paternos y maternos.
• Importancia: Introduce una nueva combinación de alelos en los cromosomas, aumentando la diversidad genética.

• Distribución Independiente de Cromosomas
• Ocurre en la Metafase I y Anafase I: Los pares de cromosomas homólogos (uno de origen paterno y otro de origen materno) se alinean en el plano ecuatorial de forma aleatoria.

Esto significa que cada célula hija puede recibir cualquier combinación de cromosomas paternos y maternos.

• Resultado: Genera múltiples combinaciones posibles de cromosomas en las células hijas. Por ejemplo, en humanos con 23 pares de cromosomas, hay 2²³ combinaciones posibles, sin incluir los efectos del entrecruzamiento.

Significado Funcional de la Meiosis

• Unicidad Genética: Cada individuo es genéticamente único debido a las combinaciones generadas por el entrecruzamiento y la distribución independiente.
• Variabilidad Genética: Proporciona a las poblaciones una mayor capacidad para adaptarse a cambios ambientales. Aunque algunos individuos puedan no sobrevivir, la variabilidad aumenta la probabilidad de que otros lo hagan, favoreciendo la evolución.
• Ventajas de la Reproducción Sexual: El sexo está ampliamente distribuido en el árbol de la vida porque la combinación de genes de dos progenitores genera variación, lo cual es evolutivamente ventajoso. Este proceso asegura que la descendencia no solo sea diferente de sus progenitores, sino que también tenga una mayor probabilidad de sobrevivir y prosperar en ambientes cambiantes.

CICLOS DE VIDA

Los ciclos de vida describen cómo las diferentes formas de vida utilizan estrategias reproductivas distintas basadas en sus ciclos celulares. Veamos cuales son éstos:

• Gametogénesis: Es el proceso de formación de gametos (células sexuales haploides) a partir de las células germinale4.s4 .d CiIpCLloOiSd DeEs V eIDnA l as gónadas (testículos y ovarios).

Tipos principales:

Ciclo diploide

• Espermatogénesis: Formación de espermatozoides en los testículos.

ØEn animales

• Ovogénesis: Formación de óvulos en los ØCélulas somáticas diploides, gametos haploides
• varios.

ØCiclo “sencillo”

• Ciclo Diploide: Corresponde a los animales.

Características:

4.4. CICLOS DE VIDA

• Las células somáticas son diploides (2n), Ciclo haploide mientras que los gametos son haploides (n). Es un ciclo ØEn hongos y muchos protistas sencillo, ya que solo los gametos son haploides y el resto ØCélulas somáticas y gametos haploides del organismo es diploide.

ØOrganismos unio multicelulares ØCiclo “sencillo”

• Ciclo Haploide: Es el común en hongos y protistas.

Características:

• Tanto las células somáticas como los gametos son haploides (n). Puede incluir organismos unicelulares o multicelulares. Este ciclo también es sencillo, ya que no hay alternancia entre estados diploides y haploides.

4.4. CICLOS DE VIDA

Ciclo haplodiploide ØEn plantas ØAlternancia de generaciones:

ØGametófito (haploide). Produce gametos y

• Ciclo Haplodiploide: Corlrleevsa pa ocanbod lae r eap ropdulcacniónt asesxu ayl algunos ØEsporófito (diploide). Produce esporas
• rganismos con alternancia de generaciones.

(reproducción asexual) Características: ØEn ambas generaciones el organismo es multicelular v Alternancia de generaciones entre:

ØCiclo complejo

• Gametófito (haploide, n): Produce gametos y lleva a cabo la reproducción sexual.
• Esporófito (diploide, 2n): Produce esporas mediante meiosis, participando en la reproducción asexual.

Ambas generaciones (haploide y diploide) son multicelulares. Es un ciclo complejo, ya que combina reproducción sexual y asexual.

Resumen General

• Ciclo diploide: Común en animales, sencillo.

4.4. CICLOS DE VIDA

• Ciclo haploide: Propio de hongos y protistas, sencillo y directo.
• Ciclo haplodiploide: Característico de plantas, complejo por la alternancia de generaciones.

Ciclo haplodiploide

Comparación entre Ciclo Diploide, Haploide y Haplodiploide

ASPECTO CICLO DIPLOIDE CICLO HAPLOIDE CICLO HAPLODIPLOIDE

ORGANISMOS Animales Hongos, protistas Plantas y algunos protistas Estado principal Diploide (2n): las Haploide (n): células Alterna entre diploide células somáticas somáticas y gametos (esporófito) y haploide (gametófito) Generación La generación diploide La generación haploide Tanto el esporófito (2n) multicelular es multicelular es multicelular como el gametófito (n) son multicelulares Reproducción Gametos haploides (n) Gametos haploides (n) Gametófito haploide (n) sexual se forman por meiosis se forman directamente produce gametos por en organismos diploides de mitosis en el mitosis

• rganismo haploide Reproducción No corresponde Ocasionalmente Esporófito diploide (2n) asexual mediante esporas produce esporas haploides haploides por meiosis Meiosis Produce gametos Ocurre después de la Produce esporas haploides haploides directamente formación del cigoto que dan origen al para generar células gametófito haploides Fertilización Fusión de dos gametos Forma un cigoto Fusión de gametos haploides forma un diploide, que produce un cigoto diploide cigoto diploide (2n) inmediatamente sufre que se desarrolla en un meiosis para restaurar esporófito el estado haploide Diversidad Se genera en los Se genera en el cigoto Se genera tanto en las genética gametos por meiosis por meiosis esporas como en los gametos Ciclo Sencillo: solo un estado Sencillo: solo un estado Complejo: alterna entre complejo/sencillo dominante (diploide) dominante (haploide) generaciones haploides y diploides