Las células se reproducen duplicando tanto su contenido nuclear como el
citoplasmático y luego dividiéndose en dos. La etapa o fase de división
posterior es el medio fundamental a través del cual todos los seres vivos se
propagan.
En especies unicelulares como las bacterias y las levaduras, cada
división de la célula única produce un nuevo organismo.
Es especies pluricelulares se requieren muchas secuencias de divisiones
celulares para crear un nuevo individuo; la división celular también es
necesaria en el cuerpo adulto para reemplazar las células perdidas por
desgaste, deterioro o por muerte celular programada.
Así, un humano adulto debe producir muchos millones de nuevas células
cada segundo simplemente para mantener el estado de equilibrio y si la división
celular se detiene el individuo moriría en pocos días.
El CICLO CELULAR comprende el
conjunto de procesos que una célula debe realizar para cumplir la replicación
exacta del ADN y la
segregación (separación o división) de los cromosomas replicados en dos células
distintas.
La gran mayoría de las células también doblan su masa y duplican
todos sus orgánulos citoplasmáticos en cada ciclo celular:
De este modo, durante el ciclo celular un conjunto complejo de
procesos citoplasmáticos y nucleares tienen que coordinarse unos con otros.
Las plantas y los animales están formados por miles de millones de
células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones
específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a
partir de una única célula inicial —el óvulo fecundado— por un proceso de
división.
En lo que respecta a la división o reproducción del núcleo
celular (segunda etapa del ciclo celular), existen dos
variantes, dependiendo del tipo de célula que deba dividirse o reproducirse:
la mitosis y la meiosis.
Mitosis
La mitosis es la división nuclear asociada a la
división de las células somáticas.
Las células somáticas de un organismo eucariótico son todas aquellas que
no van a convertirse en células sexuales.
La mitosis, entonces, es el proceso de división o reproducción nuclear
(del núcleo) de cualquier célula que no sea germinal (sexual). En ella, una de
las estructuras más importantes son los cromosomas, formados
por el ADN y las proteínas presentes en el
núcleo.
Una manera de describir un cromosoma en forma sencilla sería:
corresponde a dos brazos, los cuales están unidos por el centrómero, en los
brazos se ordena el ADN.
Las etapas más relevantes de la mitosis son:
Interface: Es el tiempo que pasa entre dos mitosis o
división del núcleo celular. En ella, ocurre la duplicación del número de
cromosomas (es decir, del ADN). Así, cada hebra de ADN forma una copia idéntica
a la inicial.
Las hebras de ADN duplicadas se mantienen unidas por el centrómero.
La finalidad de esta duplicación es entregar a cada célula nueva formada
la misma cantidad de material genético que posee la célula original. Además,
también se duplican otros organelos celulares como, por ejemplo, los centriolos
que participan directamente en la mitosis.
Terminada la interface, que es la primera etapa del ciclo celular; comienza la mitosis
propiamente tal (división de la célula), que se ha subdividido en
cuatro etapas:
Profase: las hebras de ADN se
condensan y van adquiriendo una forma determinada llamada cromosoma.
Desaparecen la membrana nuclear y el nucléolo. Los centriolos se ubican en
puntos opuestos en la célula y comienzan a formar unos finos filamentos que en
conjunto se llaman huso mitótico. Nótese que el núcleo (ya sin
membrana) y todos los componentes celulares están dispersos dentro del
citoplasma.
Metafase: las fibras del huso mitótico se
unen a cada centrómero de los cromosomas. Estos se ordenan en
el plano ecuatorial de la célula, cada uno unido a su duplicado.
Anafase: los centrómeros se duplican, por lo tanto, cada
duplicado del cromosoma se separa y es atraído a su correspondiente polo, a
través de las fibras del huso. El anafase constituye la fase crucial de
la mitosis, porque en ella se realiza la distribución de las dos copias de la
información genética original.
Telofase: en ella se desintegra el huso mitótico, la membrana
nuclear y el nucléolo reaparecen, los nuevos cromosomas pierden su forma
definida y se transforman en hebras o largos filamentos de ADN.
Terminada la telofase se forman dos núcleos idénticos en relación con la
cantidad y calidad de ADN que posee cada célula nueva.
A medida que va ocurriendo la telofase, el citoplasma comienza a
separarse en la región de la línea ecuatorial en dos porciones iguales
hasta que forma dos células idénticas entre sí. Este proceso, que representa
una verdadera división del citoplasma que hasta allí contiene
dos núcleos, se llama citoquinesis.
La mitosis (división del núcleo) junto con la citoquineis (división del citoplasma)
representa la forma de reproducción para los organismos unicelulares. A
los organismos pluricelulares, este mismo proceso les permite reemplazar
células muertas o desgastadas, el crecimiento, la cicatrización, la formación
de nuevos tejidos, etcétera.
Meiosis
Debemos recordar que los organismos superiores que se reproducen de
forma sexual se forman a partir de la unión de dos células sexuales especiales
denominadas gametos.
Los gametos se originan mediante meiosis, proceso exclusivo
de división de las células germinales (o células sexuales).
La meiosis es un mecanismo de división celular que
a partir de una célula diploide (2n) permite la obtención de cuatro
células haploides (n) con diferentes combinaciones de genes.
La meiosis consta de dos divisiones sucesivas de la célula con una única
replicación del ADN (previa a la primera división o meiosis I). El producto
final son cuatro células con n cromosomas
La meiosis se diferencia de la mitosis en que sólo se transmite a cada
célula nueva un cromosoma de cada una de las parejas (hay 23 parejas, por tanto
son 46 cromosomas) de la célula original. Por esta razón, cada gameto contiene
la mitad del número de cromosomas que tienen el resto de las células del cuerpo
(o sea, 23 cromosomas).
Cuando en la fecundación se unen dos gametos, la célula resultante,
llamada cigoto, contiene toda la dotación doble de cromosomas (46).
La mitad de estos cromosomas proceden de un progenitor y la otra mitad del
otro.
La meiosis, entonces, consiste en dos divisiones sucesivas de una célula
diploide (primera y segunda división meiótica), acompañadas por una sola
división de sus cromosomas.
En los organismos multicelulares (el hombre es uno de ellos), la meiosis ocurre únicamente en
los órganos encargados de la formación de células sexuales. Estos órganos se denominan gónadas en los animales
y son los ovarios de la hembra, que producen gametos femeninos
u óvulos, y los testículos del macho, que generan
gametos masculinos o espermatozoides. En las plantas con
flores (fanerógamas o espermatófitas), la meiosis opera en determinadas
estructuras florales: "ovario" y " antera".
Debido a que la meiosis consiste en dos divisiones celulares, estas se
distinguen como Meiosis I y Meiosis II. Ambos
sucesos difieren significativamente de los de la mitosis.
Cada división meiotica se divide formalmente en los estados de: Profase,
Metafase, Anafase y Telofase. De estas la más compleja y
de más larga duración es la Profase I, que tiene sus propias
divisiones: Leptoteno, Citogeno, Paquiteno, Diploteno y Diacinesis.
Meiosis I
Las características típicas de la meiosis I solo se hacen evidentes
después de la replicación del ADN (primera etapa del ciclo
celular), cuando en lugar de separarse las cromáticas hermanas se
comportan como bivalentes o una unidad, como si no hubiera ocurrido duplicación
formando una estructura con el cromosoma homólogo (también bivalente) con
cuatro cromátidas.
Las estructuras bivalentes se alinean sobre el huso, posteriormente los
dos homólogos duplicados se separan desplazándose hacia polos opuestos, a
consecuencia de que las dos cromátidas hermanas se comportan como una unidad,
cuando la célula meiótica se divide cada célula hija recibe dos copias de uno de
los dos homólogos. Por lo tanto, las dos progenies de esta división contienen
una cantidad doble de ADN, pero estas difieren de las células diploides
normales.
Profase I
Al comienzo de la profase I, los cromosomas aparecen como hebras únicas,
muy delgadas, aunque el material cromosómico (ADN) ya se ha duplicado en la
interfase que precede a la meiosis.
Muy pronto, los cromosomas homólogos se atraen entre sí, colocándose uno
junto al otro, para formar parejas que se correspondan y contactan íntimamente en
toda su extensión.
En este proceso de apareamiento, llamado sinapsis, cada
pareja de homólogos incluye un cromosoma de origen "paterno" y un
cromosoma de origen "materno", ambos en proceso de condensación.
A medida que continúan acortándose y engrosando, se hace visible que
cada cromosoma está constituido por dos cromátidas hermanas unidas
por un centrómero, de modo que la pareja de homólogos forma, en
conjunto, una estructura de cuatro cromátidas, la tétrada.
Mientras integran una tétrada, las cromátidas no hermanas intercambian
porciones homólogas, fenómeno conocido como entrecruzamiento.
La recombinación de material hereditario en el entrecruzamiento contribuye a la
variación de la descendencia.
Durante la profase I, la célula sufre cambios similares a los estudiados
en la mitosis. Los centríolos (si existen) se separan y aparecen el huso
y los ásteres. La membrana nuclear y el nucléolo terminan desintegrándose.
En síntesis, la principal diferencia entre la profase I en la meiosis y
la profase de la mitosis radica en la sinapsis, proceso exclusivo
de la meiosis, puesto que no ocurre en la mitosis.
Etapas de la Profase I
Esta etapa de la primera división meiótica también difiere
sustancialmente de la mitosis.
Al llegar a esta etapa la membrana nuclear y los nucléolos han
desaparecido y cada pareja de cromosomas homólogos ocupa un lugar en el plano
ecuatorial. En esta fase los centrómeros no se dividen; esta ausencia de
división presenta una diferencia importante con la meiosis. Los dos centrómeros
de una pareja de cromosomas homólogos se unen a fibras del huso de polos
opuestos.
Además, los diferentes pares de cromosomas homólogos se distribuyen a
ambos lados del ecuador de la célula en forma independiente y al azar, vale
decir, algunos cromosomas de origen paterno o materno se colocan en un lado del
plano ecuatorial y, el resto, en el lado opuesto.
Para tal ordenamiento, la única regla es que cada cromosoma de origen
paterno quede siempre enfrentado a su homólogo de procedencia materna; pero el
hemisferio celular que ocupa cualquiera de ellos depende sólo de la casualidad.
Como consecuencia de esta distribución al azar, cuando se separan los
dos grupos cromosómicos en dirección al polo de su respectivo hemisferio, cada
conjunto incluye una mezcla casual de cromosomas maternos y paternos, lo que se
traduce finalmente en una amplia variedad de combinaciones cromosómicas en los
gametos, fenómeno conocido como permutación cromosómica.
Expresado de otra manera, cada gameto poseerá un material hereditario
diferente del de los otros.
Esta orientación de cromátidas al azar antes de su desplazamiento hacia
los polos concuerda con la Segunda ley de Mendel llamada de
la Asociación independiente.
Anafase I
Como en la mitosis, este anafase comienza con los cromosomas moviéndose
hacia los polos. .
Precisamente es en esta etapa de anafase I de la meiosis I cuando
ocurre la separación de los cromosomas homólogos, momento en el que
ocurre realmente la haploidia cuando cada miembro de una
pareja homóloga se dirige a un polo opuesto y se cumple con lo
establecido por Mendel.
Telofase I
Esta telofase y la interfase que le sigue, llamada intercinesis,
son aspectos variables de la meiosis I.
En muchos organismos, estas etapas ni siquiera se producen; no se forma
de nuevo la membrana nuclear y las células pasan directamente a la meiosis II.
En otros organismos la telofase I y la intercinesis duran poco; los cromosomas
se alargan y se hacen difusos, y se forma una nueva membrana nuclear. En todo
caso, nunca se produce nueva síntesis de ADN y no cambia el estado genético de
los cromosomas.
La segunda división meiótica es una división ecuacional, que
separa las cromátidas hermanas de las células haploides (citos secundarios).
Esencialmente, la Meiosis II es una mitosis normal en
la que las dos células producto de la meiosis I separan, en el anafase
II, las cromátidas de su n cromosomas. Surgen así cuatro
células con n cromátidas cada una.
Esta fase se caracteriza por la presencia de cromosomas compactos
(reordenados) en número haploide y por el rompimiento de la membrana nuclear,
mientras aparecen nuevamente las fibras del huso.
Los centriolos se desplazan hacia los polos opuestos de las
células.
Metafase II
En esta fase, los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial. En este
caso, las cromátidas aparecen, con frecuencia, parcialmente separadas una de
otra en lugar de permanecer perfectamente adosadas, como en la mitosis.
Anafase II
Los centrómeros se separan y las cromátidas son arrastradas por las
fibras del huso acromático hacia los polos opuestos.
Telofase II
En los polos, se forman de nuevo los núcleos alrededor de los
cromosomas.
En suma, podemos considerar que la meiosis supone una duplicación del
material genético (fase de síntesis del ADN) y dos divisiones celulares.
Inevitablemente, ello tiene como resultado unos productos meióticos con solo la
mitad del material genético que el meiosito original.
La Meiosis en láminas
Significado e
importancia de la Meiosis
La meiosis no es un tipo de división celular diferente de la mitosis o
una alternativa a ésta. La meiosis tiene objetivos diferentes.
Uno de estos objetivos es la reducción cromosómica. Las
células diploides se convierten en haploides.
Otro de sus objetivos es establecer reestructuraciones en los cromosomas
homólogos mediante intercambios de material genético. Por lo tanto, la meiosis
no es una simple división celular. La meiosis está directamente relacionada con
la sexualidad y tiene un profundo sentido para la supervivencia y evolución de
las especies.
A nivel genético, la meiosis es una de las fuentes de variabilidad de
la información.
Ya se ha visto que las dos divisiones meióticas reducen la cantidad de
cromosomas del número diploide (2n) (dos juegos de cromosomas)
al haploide (n) (un juego de cromosomas), lo que posibilita la
unión de dos tipos diferentes de gametos para originar un cigoto diploide (con
los dos juegos de cromosomas).
Si la producción de gametos se hiciera por mitosis, la fusión de
ellos duplicaría el número cromosómico del cigoto. Así, en la especie
humana con 46 cromosomas por célula, la unión del óvulo y el espermatozoide
daría lugar a un huevo con 92 cromosomas.
Al repetirse el mismo proceso, las generaciones sucesivas duplicarían
indefinidamente la cantidad de material cromosómico en cada célula, de manera
que la prole siguiente poseería 184 cromosomas, la subsiguiente 368 y, al
llegar a la décima generación, los individuos tendrían sus células con 23.552
cromosomas en los núcleos. Esta acumulación continua de material cromosómico
haría imposible la existencia de cualquier célula.
Además de garantizar la permanencia del número específico de cromosomas,
la meiosis es muy importante porque provee la continuidad del material
hereditario de una generación a la siguiente y, a la vez, contribuye a crear
variabilidad en la descendencia.
El "entrecruzamiento" de los cromosomas paternos y maternos
durante la profase I y la "combinación al azar" de esos mismos
cromosomas en la metafase I, determinan la producción de una gran variedad de
gametos por cada progenitor.
Como los gametos masculino y femenino también se unen al azar para
formar un cigoto, se puede afirmar que este proceso de fusión y la meiosis que
le precede, son importantes fuentes de variabilidad dentro de las especies que
presentan reproducción sexual.
La variación en la descendencia constituye la base de los cambios
evolutivos que ocurren con el tiempo. Los individuos que, por sus
características hereditarias, pueden adaptarse mejor a las condiciones
ambientales tienen mayores oportunidades de sobrevivir y dejar más descendientes
que los individuos con rasgos hereditarios menos favorables.
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