UD2. CICLO CELULAR. MITOSIS Y MEIOSIS.

 CICLO CELULAR

Tarea 0. Haz la portada del tema. En ella debes dibujar una célula en división y un cromosoma intentado nombrar con flechas las partes más relevantes de ambos dibujos. Recuerda, detrás debes poner el guion del tema.

1. INTRODUCCIÓN.

Todos los seres vivos, sus células, deben reproducirse para;

• CRECER. Por ejemplo, todas las células del cuerpo humano provienen de las divisiones sucesivas por MITOSIS de una única célula producto de la fecundación, el Cigoto o huevo. Observa como ocurre esto en una salamandra.

• SUSTITUIR o RENOVAR a las células que mueren o se dañan, también por MITOSIS. Por ejemplo, en promedio, las células de tu cuerpo son reemplazadas cada entre 7 y 10 años. Aunque, algunas viven horas (ej células del estómago o del colon viven 2 días), otras días (glóbulos rojos 4 meses) y otras años (ej. células óseas entre 25-30 años). Las neuronas podrían vivir hasta 160 años.

• PERPETUAR LA ESPECIE. Los organismos unicelulares se reproducen asexualmente dando lugar a dos células hijas idénticas - MITOSIS. Los organismos pluricelulares suelen reproducirse sexualmente generando gametos y variabilidad genética por MEIOSIS.

Observa los vídeos - reproducción bacteriana - comparación división célula eucariota y procariota.

Tarea 1. ¿Cuál es el objetivo de la reproducción? diferencia entre seres unicelulares y pluricelulares, procariotas y eucariotas.

2. CROMOSOMAS Y CARIOTIPO HUMANO.

Antes de la división celular, el ADN se duplica (la ya estudiada replicación según el dogma central de la Biología Molecular) para distribuir la misma información a las dos células hijas.

Cada fragmento (46 en humanos) de ADN duplicado - la CROMATINA (ADN + HISTONAS) - se organiza formando estructuras estables y fáciles de repartir durante la división, estos son los CROMOSOMAS.

Los cromosomas sólo son visibles durante la división celular.

Cada cromosoma contiene miles de GENES ordenados linealmente. Cada gen es un pequeñísimo fragmento del ADN. Estos son las unidades genéticas, es decir, contienen un carácter hereditario.

PARTES O ELEMENTOS DE UN CROMOSOMA.

Como puedes observar en las imágenes anteriores, un cromosoma contiene:

• Cada cromosoma aparece duplicado, es decir, formado por dos cromátidas idénticas unidas por el centrómero.
• Diferenciamos dos brazos; uno corto (arriba) y otro largo.
• A la porción terminal de los cromosomas se le llama telómeros (ADN repetitivo que no contiene genes pero de gran importancia en la longevidad).
• En los cromosomas aparecen bandas más oscuras al teñirlos. Son importante para identificarlos.

CARIOTIPO HUMANO.

Se llama CARIOTIPO al conjunto de cromosomas de un individuo. Este es caracterítico de cada especie. En nuestro caso:

1. Está formado por 46 cromosomas (23 heredados de la madre y otros 23 del padre, previamente recombinados)
2. Los cromosomas que determinan el sexo se llaman cromosomas sexuales, el resto de cromosomas se denominan autosomas.
3. Los dos cromosomas de cada pareja = cromosomas homólogos - son exactamente iguales - copias - en tamaño, forma y patrón de bandas. Con excepción de los cromosomas sexuales X e Y.
4. Todas las células somáticas tienen 23 pares de cromosomas. Se dice que son diploides. Los gametos son las únicas células haploides, es decir, tiene 23 cromosomas.
5. Observa en el siguiente vídeo como se reparten los cromosomas durante la división

mitosis

El estudio del cariotipo, es decir, de la estructura, tamaño y bandeado de las parejas de cromosomas vistas al microscopio, teñidos y fotografiados nos permite determinar el cariotipo de un feto (amniocentesis)  y compararlo con un cariotipo normal para detectar anomalías en el número o forma de los cromosomas, es decir, enfermedades genéticas como la Trisomía del par 23 o síndrome de Down. 

Pasos:

CARIOGRAMA.

Al conjunto de características que permite distinguir los cromosomas de las distintas especies, como la forma, tamaño, posición del centrómero, las bandas que presentan al teñirse, etc., se le llama cariotipo como acabamos de ver. Y la representación gráfica, mediante un dibujo o fotografía, ordenada, de las parejas de cromosomas homólogos es el cariograma como ves en la imagen anterior y haremos en la tarea 3.

Tarea 2. Responde a las siguientes cuestiones sobre el cariotipo humano.

• ¿De cuántos cromosomas consta? _____ ¿Cuántos son autosómicos? _____¿Y sexuales?____
• ¿En qué se diferencian los cromosomas sexuales y los autosómicos? ¿Cuáles de ellos son cromosomas homólogos? 
• ¿Cuántos autosomas hay en las células somáticas de la hembra? ¿y de un macho? Justifica en cada caso la respuesta.
• Diferencia entre haploide y dipoloide (pon el nombre de una célula en cada caso).
• Diferencia entre cariotipo y cariograma.

Tarea 3. Tarea grupal - cariotipos humanos. Instrucciones en clase.

3. EL CICLO CELULAR.

El ciclo celular es el conjunto de acontecimientos que tienen lugar desde que una célula se genera por división hasta que ella misma se reproduce. Consta de una dos etapas interfase y de una fase de división.

A. ETAPAS DEL CICLO CELULAR.

• INTERFASE. Se corresponde con la fase de crecimiento de las estructuras celulares tras el nacimiento de la célula y la preparación para la fase de división. Obviamente, esta es la fase mas larga del ciclo celular. Concretamente ocurren las siguientes fases;

FASE G1 donde tiene lugar:

1. La célula realiza sus funciones.
2. Aumento de tamaño celular.
3. Producción de nuevos orgánulos celulares.

FASE G0. Hay células puede permanecer en la interfase para siempre y no se dividen. Si se queda en la interfase, la célula se transforma, y por la diferenciación celular, la célula se especializa. Un ejemplo de estas células especializadas que han perdido la capacidad de división son las neuronas y las células musculares del corazón, el hígado sólo cuando hay un daño.

FASE S (Síntesis). Las células que deciden seguir el ciclo lo hacen a partir de un punto de no retorno o PUNTO R. Aquí se:

1. Se  inicia la duplicación o replicación el material genético - ADN en forma de cromatina.
2. Se duplican los centriolos. necesarios para el posterior reparto cromosómico.

FASE G2. La célula se prepara para la división.

1. Fase de crecimiento celular.
2. Termina la replicación.

 

TUMORES - CÁNCER

A veces, una célula escapa a los controles normales de división (ej por contacto) y muerte celular. Cuando esa célula comienza a proliferar, reproduciéndose de modo descontrolado, comienza la patología del cáncer. Este crecimiento desmesurado puede dar lugar a la formación de una masa de células llamada tumor. Hay dos tipos de tumores:

- TUMORES BENIGNOS. Las células se dividen descontroladamente pero en un área limitada. No suelen ser peligrosos salvo que presiones órganos importantes. Se elimina con cirugía.

- TUMORES MALINGOS. Divisiones descontroladas destrozando los órganos donde se localizan. Estas pueden pasar a la sangre y formar nuevos tumores lejos de su zona original. esto se conoce como metástasis. Tratamiento con cirugía y agentes físicos (radioterapia) y químicos (quimioterapia) que bloquean la división celular.

Recuerda: el 40% de los tumores se pueden evitar con hábitos de vida saludable como son: no fumar, consumir fibra, hacer ejercicio físico, evitar grasas...

Tarea 4. Diferencia entre tumores benignos y malignos en una tabla. Además, debajo, responde ¿Qué pasa con el resto de células sanas en con los tratamientos de tumores malignos?

• FASE DE DIVISIÓN o FASE M. Fase más corta que la anterior, pocas horas (epiteliales 2 o 3 veces al día), donde tiene lugar la división mitótica por la que originará dos células con la misma cantidad de ADN que la célula original.

La fase de división celular o fase M tiene dos etapas:

1. Cariocinesis o división del núcleo (mitosis). Se produce el reparto de cromosomas.
2. Citocinesis o división del citoplasma. Se reparte citoplasma y orgánulos.

Tarea clase. Observa gráfica y responde.

¿Qué ocurre en cada uno de los intervalos?

 ¿A qué fases del ciclo celular pertenecen?

solución en el libro - página 24

B. MITOSIS o FASE S.

Se desarrolla en el punto 4. 

4. MITOSIS Y CITOCINESIS.

Definición: proceso de división del núcleo celular y posterior división del citoplasma para dar lugar a dos células hijas idénticas (genéticamente) a la original.

 

OBJETIVOS DE LA MITOSIS.

En los seres unicelulares, la reproducción celular coincide con la formación de un nuevo individuo = reproducción asexual.

En los seres pluricelulares, la reproducción celular sirve para que el organismo pueda crecer y sustituir a las células que han ido muriendo. En los pluricelulares, todas las células se reproducen por mitosis, salvo las células reproductoras o gametos (óvulos y espermatozoides) que lo hacen por meiosis. (reproducción sexual)

FASES DE LA MITOSIS.

La mitosis es un proceso continuo como has podido observar en el vídeo, pero lo dividimos para poder estudiarlo y comprenderlo en las siguientes fases:

otra forma de estudiarlo, pincha aquí

No podíamos acabar este apartado sin escuchar la canción de la mitosis.

versión 1.  Sakira

versión 2.  RAP

CITOCINESIS.

En TELOFASE, tras la división del núcleo o cariocinesis, se produce la división del citoplasma o citocinesis. Este proceso es diferente en células animales y vegetales debido a la presencia de pared celular.

• CITOCINESIS EN CÉLULAS ANIMALES.

Se produce un anillo contráctil de actina y miosina que produce un surco de segmentación que estrangula a la célula hasta dividirla en dos.

• CITOCINESIS EN CÉLULAS VEGETALES.

Debido a la rigidez de la pared celular no se produce por estrangulamiento. Se produce por formación de tabiques de separación llamados fragmoplasto formados por la fusión de vesículas procedente del Aparato de Golgi que posteriormente darán lugar a la nueva pared celular.

Tarea 4. Dibuja cada una de las fases de la mitosis en tu libreta indicando en cada dibujo las estructuras celulares que se ven. A la derecha de la imagen indica, con puntos y a parte, todos los eventos/procesos que tienen lugar en la misma.

Tarea 5. Responde:

• ¿Cuál es el significado biológico de la mitosis? Objetivo
• ¿Por qué son idénticas las dos cromátidas de un cromosoma metafásico?
• ¿Cuál es la función de los centrómeros / huso acromático durante la mitosis?
• ¿En qué fase de la mitosis tiene lugar la citocinesis?
• Diferencia claramente entre citocinesis en células animales y células vegetales.

5. MEIOSIS.

La reproducción sexual se produce cuando dos células sexuales o gametos de dos individuos distintos, se unen para formar una nueva célula, el huevo o cigoto. El cigoto tiene el mismo número de cromosomas que los organismos progenitores (en humanos 46 = DIPLOIDE o 2n 23+23), ya que los gametos que lo originaron tienen la mitad de cromosomas (HAPLOIDE o n - 23) que el resto de células de los organismos progenitores - Así se mantiene constante el número de cromosomas de la especie.

meiosis

FASES DE LA MEIOSIS.

1. Al igual que en la mitosis, antes de que empiece la meiosis, en la interfase, se duplica el ADN del núcleo de la célula que se va dividir. En este momento, antes de la primera división meiótica, cada cromosoma está formado por dos cromátidas idénticas.

2. Después se producen las dos divisiones (dos divisiones con una única duplicación del ADN):

• Primera división meiótica o división reduccional. El número de cromosomas se reduce a la mitad. Se reparten cromosomas homólogos y no cromátidas hermanas.
• Segunda división meiótica. Es similar a una mitosis. Se reparten las cromátidas hermanas.

Vemos las fases con más detalle en la siguiente imagen de tu libro de texto - página 23.

DIFERENCIAS ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS.

Lo vemos en la página 31 de tu libro. Importante conocer las diferencias, OJO.

Combina ambas imágenes en tu estudio.

Tarea 6. Ejercicios página 29.

Tarea 7. Responde:

• ¿En qué células y órganos tiene lugar la meiosis? 

• En 3º ESO estudiaste la diferenciación celular. Explica por qué son tan diferentes los gametos masculinos - espermatozoides y los femeninos - óvulos

• Observa la imagen y repasa lo aprendido sobre la meiosis - fases.

Por si no te ha quedado claro con tu libro, las explicaciones del profe y las tareas que hicisteis en clase y casa aquí tienes un vídeo para repasarlo.

6. VARIABILIAD GENÉTICA. RECOMBINACIONES

La meiosis tiene como objetivo fundamental la obtención de variabilidad genética a través de la formación de gametos haploides. Este proceso se conoce como GAMETOGÉNESIS y puede ser:

• ESPERMATOGÉNESIS o formación de gametos masculinos. Tiene lugar en los testículos cuando se alcanza la madurez sexual. Se produce a partir de 1 célula diploide (espermatogonia) se producen 4 células haploides o espermatozoides. La mitad tendrá un cromosoma X y la otra mitad Y. (determinan el sexo al 50%)

• OVOGÉNESIS o formación de gametos femeninos. Tiene lugar en los ovarios durante el desarrollo embrionario a partir de una célula diploide llamada ovogonia a partir de la cual se obtienen 4 células haploides, 3 degeneran y mueren (corpúsculos polares) y una, de mayor tamaño, origina el óvulo. Todos tienen el cromosoma X.

Tarea en clase. Diferencia entre espermatogénesis y ovogénesis.

Además, durante la meiosis, durante la gametogénesis aumenta la VARIABILIDAD GENÉTICA de los individuos y de la especie - nos hace únicos. Dicha variabilidad genética tiene su origen en:

1. REPARTO CROMOSÓMICO AL AZAR. Los cromosomas homólogos se separan y distribuyen al AZAR entre los gametos durante la primera división meiotica.

2. RECOMBINACIÓN GENÉTICA. Se combinan o intercambian fragmentos de ADN (genes) entre cromosomas homólogos. A este intercambio de genes se le llama recombinación genética. Este es importantísimo, es lo que nos hace únicos, es la gran ventaja de la reproducción sexual frente a la sexual, confiere a la especie mayor capacidad de supervivencia o adaptación que se puede transmitir da la descendencia contribuyendo a la evolución biológica.

La recombinación genética comienza en la Profase I de la meiosis (entrecruzamiento o sobrecruzamiento).

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vídeo

3. La unión de gametos o FECUNDACIÓN es al AZAR. Número de posibilidades es enorme pues el número de gametos es enorme (250 millones de espermatozoides por eyaculación)

7. CLONACIÓN Y SUS APLICACIONES.

La clonación es una técnica que permite obtener una copia idéntica de una molécula, célula u organismo ya desarrollado, a partir de su ADN. Dos clones son individuos genéticamente idénticos.

La ingeniería genética permite desarrollar tres tipos de clonación:

1. Clonación molecular. Permite hacer copias de ADN. Por ejemplo, y seguro que te suena después de una pandemia por Covid, la PCR o reacción en cadena de la polimerasa. Es una técnica de clonación de ADN para amplificarlo y detectar la enfermedad.
2. Clonación de células. Se pueden obtener células genéticamente idénticas que se pueden utilizar para reparar tejidos enfermos sin que se produzca rechazo. Por ejemplo, células de la piel para en quemados.
3. Clonación de organismos completos. Se obtienen individuos genéticamente idénticos.

La clonación, obtener copias idénticas, es un proceso natural y frecuente en los organismos de reproducción asexual. En cambio, con la reproducción sexual, los individuos generados son distintos entre ellos y a sus progenitores. La única excepción es la de los gemelos monocigóticos, que provienen del mismo óvulo y mismo espermatozoide, que son genéticamente iguales.

Existen dos tipos de clonación en animales:

• Clonación reproductiva.
• Clonación terapéutica y células madre.

Clonación reproductiva

Básicamente, la clonación consiste en obtener un individuo idéntico a otro. Pasos:

1. Se extrae el núcleo (2n) de una célula somática del individuo original.

2. Se introduce en el óvulo de otro individuo hembra de esa misma especie al que se le ha extraído el núcleo (n). Así, el óvulo tiene un núcleo (2n) se comporta como si hubiera sido fecundado y se divide hasta formar un embrión. 

3. Este embrión se implanta en el útero de otra hembra. El embrión dará lugar a un animal idéntico al donador del núcleo (2n) que se introdujo en el óvulo, ya que que tendrá su mismo ADN. De este modo fue como nació en 1996 el primer mamífero clonado, la oveja Dolly. Observa:

APLICACIÓN O UTILIDAD. La clonación de animales puede servir, entre otras, para:

• Llegar a recuperar especies en peligro de extinción o incluso ya extinguidas.
• Mejorar las razas de ganado.
• Producir animales que generen proteínas humanas o medicamentos.

Clonación terapéutica y células madre

No está permitida legalmente la clonación de humanos, pero sí que se puede utlizar la clonación terapéutica para curar algunas enfermedades o en trasplantes de órganos. Para hacerlo, es necesario obtener células madre, aunque también hay polémica sobre si es legítimo obtenerlas a partir de embriones que no se utilizan en la reproducción asistida o si sólo se deben extraer de tejidos y órganos adultos.

Las célula madre son células pluripotentes, indiferenciadas, que no tienen aún ninguna función específica pero que pueden convertirse en deferentes células del organismo. Cuando se divide una célula madre, las células hijas pueden seguir siendo células madre o transformarse en otro tipo de célula más especializada, como un glóbulo rojo.

UTILIDAD. Con células madre se pueden reparar tejidos dañados por infartos, quemaduras, fracturas,..., y se está investigando para su aplicación en algunas enfermedades como la diabetes, Alzheimer, o leucemia.