7.1: Introducción

Introducción: El ciclo celular y la mitosis

El ciclo celular se refiere a una serie de eventos que describen los procesos metabólicos de crecimiento y replicación de las células. La mayor parte del ciclo celular se gasta en la “fase viva”, conocida como interfase. La interfase se descompone en 3 fases distintas: G ₁ (Gap 1), S (Síntesis) y G ₂ (Gap 2). G ₁ es la fase de crecimiento cuando la célula está acumulando recursos para vivir y crecer. Después de alcanzar cierto tamaño y haber acumulado suficientes materias primas, se alcanza un punto de control donde la célula utiliza marcadores bioquímicos para decidir si se debe ingresar a la siguiente fase. Si la célula se encuentra en un ambiente con suficientes nutrientes en el ambiente, suficiente espacio y habiendo alcanzado el tamaño apropiado, la célula entrará en la fase S. La fase S es cuando el metabolismo se desplaza hacia la replicación (o síntesis) del material genético. Durante la fase S, la cantidad de ADN en el núcleo se duplica y se copia exactamente en preparación para dividirse. Los cromosomas al final de G ₁ consisten en una sola cromátida. Al final de la fase S, cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas idénticas unidas en el centrómero. Cuando se completa la síntesis de ADN, la célula continúa a la segunda fase de crecimiento llamada G ₂. Otro punto de control se lleva a cabo al final de G ₂ para asegurar la fidelidad del ADN replicado y restablecer el éxito de la capacidad de la célula para dividirse en el ambiente. Si las condiciones son favorables, la célula continúa a la mitosis.

El ciclo celular eucariota se rige por la expresión de las proteínas ciclinas junto con su actividad. Crédito: Jeremy Seto (CC-BY-SA)

Células de mamíferos en cultivo que atraviesan el Ciclo Celular. Proteínas marcadoras verdes expresadas durante la fase G1. Las proteínas marcadoras rojas se expresan durante S/G2/M; durante la transición G1 a S, la fluorescencia desaparece ya que las proteínas marcadoras también transitan en la expresión.

La mitosis es el proceso de división nuclear que se utiliza junto con la citocinesis para producir 2 células hijas idénticas. La citocinesis es la separación real de estas dos células encerradas en sus propias membranas celulares. Los organismos unicelulares utilizan este proceso de división para reproducirse asexualmente. Los organismos procariotas carecen de núcleo, por lo tanto, se someten a un proceso diferente llamado fisión binaria. Los eucariotas multicelulares se someten a mitosis para reparar el tejido y para el crecimiento. El proceso de mitosis es sólo un corto período de la vida de las células. La mitosis se divide tradicionalmente en cuatro etapas: profase, metafase, anafase y telofase. Los eventos reales de la mitosis no son discretos sino que ocurren en una secuencia continua; la separación de la mitosis en cuatro etapas es meramente conveniente para nuestra discusión y organización. Durante estas etapas, se sintetizan importantes estructuras celulares y realizan la mecánica de la mitosis. Por ejemplo, en las células animales, se replican dos centros organizadores de microtúbulos llamados centriolos. Los pares de centriolos se separan y forman un eje de microtúbulos proteicos entre ellos llamados fibras de huso . Estas fibras de huso actúan como motores que tiran de los centrómeros de los cromosomas y separan a las cromátidas hermanas en cromosomas recién reconocidos. Los husillos también empujan uno contra el otro para estirar la célula en preparación de formar dos nuevos núcleos y células separadas. En las células animales, un anillo contráctil de fibras de actina se une alrededor de la línea media de la célula para coordinar la citocinesis. Este cinchado de la membrana celular crea una estructura llamada surco de escisión. Finalmente, el cinchado de la membrana se separa completamente en dos células hijas. Las células vegetales requieren la producción de nuevo material de la pared celular entre las células hijas. En lugar de un surco de escisión, las dos células están separadas por una serie de vesículas derivadas del Golgi. Estas vesículas se fusionan a lo largo de la línea media y simultáneamente secretan celulosa en el espacio entre las dos células. Esta serie de vesículas se llama placa celular.

Revisión de Mitosis

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• Revisión de Secuencia de Mitosis

Fsión binaria

La mitosis se refiere a la división nuclear, que pasa a coincidir con la citocinesis. Los procariotas no tienen núcleos, por lo tanto no se someten a un proceso de mitosis. En cambio, los procariotas se someten al proceso de fisión binaria. El crecimiento de nuevas membranas durante el crecimiento celular y expansión en un procariota ocurre por 2 mecanismos 1) a lo largo del centro de la célula o 2) apicalmente.

El cromosoma de los procariotas está organizado en forma circular. Un mecanismo llamado modelo de círculo rodante describe la replicación del cromosoma que acompaña a la fisión binaria. Este es también el mecanismo utilizado por el ADN extracromosómico llamado plásmidos.

Introducción: Meiosis

La meiosis es un proceso de división nuclear que reduce a la mitad el número de cromosomas en las células resultantes. Por lo tanto, la meiosis a veces se llama “división reduccional”. Para muchos organismos, las células resultantes se convierten en “células sexuales” especializadas o gametos. En los organismos que se reproducen sexualmente, los cromosomas suelen ser diploides (2N) u ocurren como conjuntos dobles (pares homólogos) en cada núcleo. Cada homólogo de un par tiene los mismos sitios o loci para los mismos genes. Podrías reconocer que tienes un conjunto de cromosomas de tu madre y el resto de tu padre. La meiosis reduce el número de cromosomas a un haploide (1N) o un solo conjunto. Esta reducción es significativa porque una célula con un número haploide de cromosomas puede fusionarse con otra célula haploide durante la reproducción sexual y restaurar el número diploide original de cromosomas al nuevo individuo. Además de reducir el número de cromosomas, la meiosis baraja el material genético para que cada célula resultante lleve un nuevo y único conjunto de genes en un proceso de surtido independiente.

Al igual que en la mitosis, la meiosis está precedida por la replicación de cada cromosoma para formar dos cromátidas unidas a un centrómero. Sin embargo, la reducción del número de cromosomas y la producción de nuevas combinaciones genéticas resultan de dos eventos que no ocurren en la mitosis. Primero, la meiosis incluye dos rondas de separación cromosómica. Los cromosomas se replican antes de la primera ronda, pero no antes de la segunda ronda. Así, el material genético se replica una vez y se divide dos veces. Esto produce la mitad del número original de cromosomas.

El cruce entre cromátidas de cromosomas homólogos aumenta la diversidad genética durante la meiosis I. La sinapsis ocurre durante la profase I a medida que los cromosomas homólogos comienzan a emparejarse. Crédito: Jeremy Seto (CC-BY-NC-SA)

Segundo, durante una etapa temprana de meiosis cada cromosoma (compuesto por dos cromátidas) se empareja a lo largo de su longitud con su homólogo. Este emparejamiento de cromosomas homólogos da como resultado un toque físico llamado sinapsis, durante el cual las cuatro cromátidas (una tétrada) intercambian diversos segmentos de material genético. Este intercambio de material genético se denomina cruce y produce nuevas combinaciones genéticas. Durante el cruce no hay ganancia o pérdida de material genético. Pero después, cada cromátida de los cromosomas contiene diferentes segmentos (alelos) que se intercambian con otras cromátidas.