TEMA 3

MITOSIS Y MEIOSIS

Las células además doblan su masa y duplican todos sus orgánulos en cada ciclo

Introducción

-Las células se reproducen duplicando su contenido y luego dividiéndose en dos

-El ciclo de división es el medio fundamental a través del cual todos los seres vivos se reproducen

- En especies pluricelulares se requieren muchas 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

-Un humano adulto debe producir muchos millones de nuevas células cada segundo simplemente para mantener el estado de equilibrio; si la división celular se detiene el individuo moriría en pocos días

-El ciclo celular comprende el conjunto de procesos que una célula debe de llevar a cabo para cumplir la replicación exacta del DNA y la separación de los cromosomas replicados en dos células distintas.

DNA

BREVE DICCIONARIO

•Gen: es una secuencia lineal organizada de nucleótidos en la molécula de ADN que lleva información

• Los genes se encuentran en los cromosomas

• El lugar que ocupa un gen en un cromosoma se denomina locus

•Alelo: cada una de las formas que puede tener un gen; se diferencia en su secuencia ; puede manifestar en modificaciones concretas de la función de ese gen. Cada par de alelos se ubica en igual locus o lugar del cromosoma

• Enzima DNA-polimerasa, encargada de la replicación de la cadena de DNA

•Transcripción del DNA: proceso por el que se transfiere la información contenida en la secuencia del DNA hacia la formación de una proteína, utilizando RNA como intermediario. Durante el proceso, las secuencias de DNA son copiadas a RNA mediante una enzima llamada RNA-polimerasa que sintetiza un RNA mensajero que mantiene la información de la secuencia del

BREVE DICCIONARIO

•Célula diploide: aquella que contiene dos juegos de cromosomas (2n)

• Célula haploide: aquella que contiene un solo juego de cromosomas (n)

•Gametos: Células sexuales haploides (n) de organismos pluricelulares con nombres diferentes según el sexo al que pertenecen; comúnmente conocidos como óvulos y espermatozoides

•Centrómero: zona intermedia y punto de unión de las dos cromátidas del cromosoma

• Cinetocoro: estructura protéica donde de anclan los microtúbulos del huso mitótico durante la división celular; localizado en el centrómero

Especie 2n

Ser humano (Homo sapiens)

Guisante (Pisum sativum) Mosca fruta (Drosophila melanogaster)

Ratón doméstico (Mus musculus)

Lombriz intestinal (Ascaris) Paloma (Columba livia)

Boa constrictor (Constrictor constrictor)

Grillo (Gryllus domesticus) Azucena de trompeta (Lilium longiflorum)

Helecho indio (Ophioglossum reticulatum)

46

14

8

40

2

80

36

22

24

1260

Número de cromosomas (2n) de algunas especies

MITOSIS

- Es la división nuclear asociada a la división de las células somáticas

-Una célula mitótica se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental

- Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso

- Comprende 4 fases principales: Profase, Metafase, Anafase yTelofase Previamente hay una interfase y posterior a la Telofase una Citocinesis

MEIOSIS

- Es la división que han de tener los gametos (células sexuales) para convertirse en células haploides

-La meiosis se diferencia de la mitosis en que sólo se transmite a cada célula nueva un cromosoma de cada una de las parejas de la célula original.

-Comprende dos fases principales Meiosis 1 y Meiosis 2 ambas con Profase, Metafase, Anafase y Telofase

MITOSIS

MEIOSIS I MEIOSIS II

2 x 2n

4 x n

2 x 2n

CROMOSOMA

NUCLEOSOMA

Reduce hasta 6 veces su longitud en la cadena

La porción terminal de cada una de las cromátidas recibe el nombre de telómeros. Estos sufren sucesivos acortamientos en cada ciclo replicativo

Telómeros

CROMOSOMA

Fosfato

Azúcar (Desoxiribosa)

Bases

Molécula de ADN

G2

M Mitosis

G1

Células

que cesan

la división

Fase S (síntesis de ADN)

-S de "Síntesis“: el estado de replicación del DNA

- Los estados G1 (gap o intervalo 1) y G2: etapas dedicadas a generar más organelas para repartir entre las células hijas (síntesis de enzimas y proteínas para auxiliar durante la mitosis)

-Los estados S, G1 y G2 son etapas de la Interfase: período comprendido entre dos divisiones celulares sucesivas

-Las células, normalmente, pasan la mayor parte de su vida en Interfase

FASES Y ESTADOS DEL CICLO CELULAR

-M de "mitosis“: cuando ocurre la división nuclear (los cromosomas se separan) y la división citoplasmática (citocinesis)

-La Mitosis se divide en 4 fases: Profase, Metafase, Anafase y Telofase pero, en conjunto, representan sólo una pequeña parte del ciclo celular, comparado con la Interfase.

- Al final de la Mitosis ocurre la división del citoplasma o citocinesis.

INTERFASE: SÍNTESIS

-El primer proceso clave para que se de la división nuclear es que todas las cadenas de ADN se dupliquen (Replicación de ADN)

- Ocurre justo antes de que comience la división (mitosis), es decir al final de la interfase

REPLICACIÓN DE ADN

Doble hélice, formada por cadenas

orientadas en direcciones opuestas

(antiparalelas).

La estructura se mantiene gracias a

enlaces de hidrógeno entre las

bases nitrogenadas que se

encuentran orientadas hacia el

interior de las cadenas

-Separación de las dos hebras

-Copia del molde

-La complementariedad de las bases nitrogenadas permite que la secuencia de una cadena sencilla de DNA actúe como un molde para la formación de una copia complementaria

- Unión de nucleótidos

- Ligar todos los componentes

REPLICACIÓN DE ADN

Elementos que intervienen

• DNA original que servirá de molde para ser copiado

• Isomerasas, helicasas: enzimas responsables de separar las hebras de la doble hélice

• DNA-polimerasa III: responsable de la síntesis del DNA; añade nucleótidos sólo en la dirección 5’ 3’

• RNA-polimerasa: fabrica los cebadores, pequeños fragmentos de RNA que sirven para iniciar la síntesis de DNA

• Ribonucleótidos trifosfato para la fabricación de los cebadores

• Desoxirribonucleótidos trifosfato, que se utilizan como fuente de nucleótidos y además aportan energía.

• DNA-ligasa: une fragmentos de DNA

Mecanismo

- El DNA: se desenrolla y se separan las dos hebras de la doble hélice, se rompen los puentes de hidrógeno entre bases complementarias

- El desdoblamiento produce horquillas (comienzo de la síntesis)

Mecanismo

* La DNA-polimerasa III añade los desoxirribonucleótidos al extremo 3' (sentido 5'-3'), tomando como molde la cadena de DNA preexistente, alargándose la hebra

* En las horquillas de replicación:

* Una hebra se sintetiza de forma continua en el mismo sentido en que se abre la horquilla de replicación, la llamada HEBRA CONDUCTORA

* Otra que se sintetiza en varios fragmentos, los denominados Fragmentos de okazaki y que se conoce como HEBRA SEGUIDORA o RETARDADA, ya que se sintetiza en sentido contrario al de apertura de la horquilla * La RNA-polimerasa fabrica pequeños fragmentos de RNA complementarios del DNA original

* Los fragmentos se llaman "primers" o cebadores (10 nucleótidos)

* Se les unen desoxirribonucleótidos, ya que la DNA-polimerasa sólo puede añadir nucléotidos a un extremo 3’ libre, no puede empezar una síntesis por sí misma

Hebra molde

Hebra líder

Hebra retardada

REPLICACIÓN DEL ADN

http://www.youtube.com/watch?v=-EGKrYdQEHQ&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=T-g-G0-kehU&NR=1&feature=fvwp

• La DNA-ligasa va uniendo todos los fragmentos de DNA a la vez que elimina los ribonucleótidos de los cebadores

• A medida que se van sintetizando las hebras y uniendo los fragmentos se origina la doble hélice, de forma que al finalizar el proceso se liberan dos moléculas idénticas de DNA, con una hebra antigua y otra nueva

Histon e:·a

Nuevo empaquetamiento

Información contenidoa en el DNA: Conjunto de intrones y hexones

Intrones: Su información no codifica para formar proteínas. Sí para que se lleve bien a cabo este trabajo Exones: Conjunto de genes que codifican una proteína. También denominados región codificante

Profase

- En el nucleolo los cromosomas se condensan y comienzan a hacerse visibles con sus dos cromátidas unidas por el centrómero

-Los microtúbulos del citoesqueleto se reorganizan y se forma el huso mitótico, que servirá para arrastrar las cromátidas de cada cromosoma hacia los polos opuestos

-Finalmente, la lámina fibrosa se disgrega y empieza a desaparecer la envoltura nuclear

microtúbulos (verde) cromosomas (azul) cinetocoro (rojo)

MITOSIS

MITOSIS

Profase

- En el nucleolo los cromosomas se condensan y comienzan a hacerse visibles con sus dos cromátidas unidas por el centrómero

-Los microtúbulos del citoesqueleto se reorganizan y se forma el huso mitótico, que servirá para arrastrar las cromátidas de cada cromosoma hacia los polos opuestos

-Finalmente, la lámina fibrosa se disgrega y empieza a desaparecer la envoltura nuclear

Profase

Se empieza a construir el uso mitótico

Comienza a desaparecer la

membrana nuclear

Empiezan a visualizarse

los cromosomas

Los centriolos se duplican y migran

a polos opuestos

MITOSIS

Metafase

- Desaparece la membrana nuclear y el huso mitótico se extiende de un polo a otro

- En él se diferencian tres tipos de microtúbulos: cinetocóricos, polares y astrales

-Los microtúbulos polares del huso se alargan en dirección a los cromosomas y cuando se encuentra con el cinetocoro de uno de estos, lo captura

- Estos microtúbulos sitúan a los cromosomas en el plano ecuatorial del huso, cuyas cromátidas miran a un polo distinto de la célula

-Los cromosomas alineados en el plano ecuatorial forman la placa ecuatorial, que es la estructura que caracteriza la metafase

MITOSIS

MITOSIS

Metafase

MITOSIS

Metafase

Microtúbulos polares

Microtúbulos del Cinetoporo

MITOSIS

Anafase

-Los cromosomas se rompen por el centrómero y las cromátidas se transforma en un cromosoma individual

-Los microtúbulos polares y cinetocóricos son los responsables del movimiento de las cromátidas hacia polos apuestos

- Se alarga el huso por medio de los microtúbulos polares y astrales y se separan los polos celulares

Anafase

Las cromátidas hermanas de cada

cromosoma se separan y cada una

va a un polo

La célula comienza a estrangularse

MITOSIS Microtúbulos astrales

Telofase

-Los microtúbulos polares se alargan, separando al máximo los dos polos de la célula

-Los microtúbulos cinetocóricos se acortan hasta desaparecer, de manera que las cromátidas llegan a los polos de la célula

-Alrededor de cada grupo de cromátidas, se forma de nuevo la lámina fibrosa y la doble membrana nuclear. Reaparece el nucleolo

- Los nuevos cromosomas inician el proceso de desenrollamiento

-Los microtúbulos del huso se sueldan y forman un eje en el centro de la célula, que se rompe, a la vez que se inicia la citocinesis

- Los microtúbulos se reorganizan y vuelve a aparecer el citoesqueleto

MITOSIS

Telofase

Empieza a formarse la membrana nuclear

Las cromátidas se descondensan

MITOSIS

CINETOCINESIS

-Es un proceso distinto al de la mitosis, aunque están sincronizados

- Consiste en la fragmentación del citoplasma, que se reparte entre las dos células hijas

-En la región situada entre los dos núcleos se forma un anillo contráctil de haces de microfilamentos de actina y miosina.

-A medida que el anillo se estrecha, origina un surco de segmentación que termina por estrangular el citoplasma y separar completamente las dos células hijas

Punto de control de la metafase

(alineación de los cromosomas)

Resumen mitosis

Profase Metafase Anafase Telofase

Resumen mitosis (fotos)

CARIOTIPO (célula en Metafase)

- Característico de especie

- Clasificación atendiendo al centrómero - Metacéntricos (A)

- Summetacéntricos

Grandes (B)

Medianos (C)

- Acrocéntricos (D)

- Telocéntricos (D)

La organización de los genes en un cromosoma humano.

111

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(O) El arreglo de exón· intrón de un gen típico se muestra después de una ampliación diez veces

más. Cada exón (rojo) codifica una porción de la proteína, mientras que la secuenda de AON de los lntrones (en gris), es relativamente poco Importante.

(A) El cromosomas 22, uno de los cromosomas humanos más

pequeños, contiene 48 x 10• pares de nucleótidos y representa aproximadamente el l ,S% de todo el genoma humano. La mayor parte del brazo Izquierdo del cromosoma 22 corto consta de secuencias repetidas de AON que se empaquetan en una forma particular compacta de cromatina (heterocromatina)

(B) Una ampliación de diez veces de una porción del cromosoma 22,

con alrededor de 40 genes indicados. Los de color marrón

oscuro se conocen los genes y los

de color marrón claro son genes

predichos.

(C) Una mayor parte de la muestra (B) a todo lo largo de varios genes.

MEIOSIS

Óvulo

Espermatozoide

- Se produce sólo en los gametos ó células sexuales

-Importancia: convertirse en células haploides

- Cuándo ocurre?

•Cuando algunas células de la línea germinativa reciben señales, experimentan la meiosis. Ocurre ya en el embrión

•La formación de gametos recibe el nombre de gametogénesis:

•Espermatogénesis da como resultado la formación de cuatro espermatozoides haploides por cada célula que entra en la meiosis. La empieza la espermatogonia

•Ovogénesis: genera un solo óvulo haploide por cada célula que entra en la meiosis. La empieza la ovogonia

Presenta las siguientes fases:

* Interfase

* Meiosis 1: Profase 1 Prometafase 1 Metafase 1 Anafase 1 Telofase 1

* Meiosis 2: Profase 2 Metafase 2 Anafase 2 Telofase 2

MEIOSIS

Meiosis I: los miembros de cada par homólogo de cromosomas se unen primero y luego se separan y se distribuyen en diferentes núcleos

Meiosis II: las cromátidas hermanas que forman cada cromosoma se separan y se distribuyen en los núcleos de las células hijas

Entre estas dos etapas sucesivas no existe la etapa S

G1: Caracterizado por el aumento de tamaño de célula debido a la fabricación acelerada de organelos, proteínas, y otras materias celulares.

S (síntesis): Se replica el material genético, es decir, cada uno de sus componentes trenzados se replican en una estructura trenzada doble.

G2: La célula continúa aumentando su biomasa.

Interfase G2

M

Mitosis

G1

Fase S

(síntesis de ADN)

MEIOSIS I

Profase I

Esta etapa se divide en 5 etapas:

-Leptoteno: los cromosomas individuales comienzan a condensar en filamentos largos dentro del núcleo

-Cigoteno: Los cromosomas homólogos comienzan a acercarse hasta quedar apareados en toda su longitud

-Paquiteno: los cromosomas homólogos están perfectamente apareados formando estructuras que se denominan bivalentes se produce el fenómeno de entrecruzamiento o crossing-over

Intercambio de un segmento de DNA entre los dos Cromosomas homólogos durante la meiosis, su resultado es una combinación nueva de material Genético en el gameto

La recombinación genética es el proceso mediante el cual la información genética se redistribuye. Produce diversidad en los alelos de distintos genes (Evolución)

CROSSING-OVER

Cromosoma homólogo:

Cada uno de los cromosomas que tiene un organismo que empareja entre sí durante la meiosis

Suelen tener igual disposición de secuencia de ADN de un extremo a otro y, por ello, de genes, lo cual no significa que lleven la misma información genética

- Diploteno: Los cromosomas continúan condensándose hasta que se pueden comenzar a observar las dos cromátidas de cada cromosoma. Estas trétadas en forma de X reciben el nombre quiasmas.

-Diacinesis: ruptura de la membrana nuclear.

Al final de la diacinesis se detiene la síntesis de RNA (muy activa hasta este momento) y desaparece el nucleolo

DIACENESIS

MEIOSIS I

Prometafase I

-La membrana nuclear desaparece y los cromosomas adosados a fibras del huso comienzan a moverse al plano ecuatorial

-Se forma el cinetocoro (punto donde "anclan" los microtúbulos del huso)

MEIOSIS I

Metafase I

-Los cromosomas homólogos se alinean en el plano de ecuatorial

-Cuando se disponen en el plano, quedan al azar, por lo tanto existe 50 % de probabilidades que las células hijas reciban el homologo del padre o de la madre por cada cromosoma

Anafase I

-Los quiasmas se separan

-Los microtubulos del huso se acortan por tanto los cromosomas se dividen de igual forma que en la mitosis

- Los quiasmas se acortan quedando un juego diploide en cada lado

- Por cada par de homólogos existen dos posibilidades: un cromosoma puede ir a un polo mitótico o al otro .

Variaciones de repetición

MEIOSIS I

2n 223 8.388.608 combinaciones

Sin tener en cuenta el crossing over

MEIOSIS I

Telofase I

-Cada célula hija tiene el mismo número de cromosomas y cada cromosoma consiste en un par de cromátidas pero con material genético intercambiado

- Los husos desaparecen y una nueva membrana nuclear aparece

- Los cromosomas se desenrollan formando una cromatina.

Tras la telofase 1 ocurren 2 procesos importantes:

-La citocinesis meiotica, como la mitótica

-La intercinesis que es la segunda interfase, con la diferencia que no existe fase S, es decir no hay duplicación del material genético

G2

M Mitosis

G1

Células

que cesan

la división Fase S

(síntesis de ADN)

RESUMEN

División 1 de la meiosis

Interfase 1

Metafase 1

Leptoteno

Anafase 1

Zigoteno

Telofase 1 Interfase 11

MEIOSIS II

Profase II

Esta etapa se divide en 2 partes:

- Comienza a desaparecer la envoltura nuclear y el nucleolo. La cromatina comienzan a condensarse como cromosomas visibles.

-Los cromosomas continúan acortándose y engrosándose. Se forma el huso entre los centríolos, que se han desplazado a los polos de la célula.

MEIOSIS II

Metafase II

Las fibras del huso se unen a los cinetocóros de los cromosomas

Los cromosomas se alinean a lo largo del plano ecuatorial de la célula

En la matefase 1 había 4 cromátidas

En la metafase 2 solo hay 2 cromátidas

MEIOSIS II

Anafase II

-Las cromátidas se separan en sus centrómeros, y un juego de cromosomas se desplaza hacia cada polo

- Durante la Anafase II las cromatidas, unidas a fibras del huso en sus cinetocóros, se separan y se desplazan a polos opuestos, como lo hacen en la anafase mitótica.

MEIOSIS II

Telofase II

-En la telofase II hay un miembro de cada par homologo en cada polo y cada uno es un cromosoma no duplicado

- Se reensamblan las envolturas nucleares, desaparece el huso acromático

-Los cromosomas se alargan en forma gradual para formar hilos de cromatina.

CITOCINESIS

Las dos divisiones sucesivas producen cuatro núcleos haploides completamente distintos, por el azar en la orientación en la metafase 1 y por el entrecruzamiento en el paquiteno.

RESUMEN MEIOSIS

1 RESUMEN DE MEIOSIS 1

(a) ln\eñase; material genético r-eplicado (2n -; . 4n)

(b) Comienzo de ta profase 1

( f ) lnteñase; no hay repll ción del material genético

(a ) Profasell

(e) Profase 1

Cromosomas homólogos emparejados

(d) Metarase 1; no hay división del centrómero

(e) Anafase 1 y telofase.I

( n ) Metarase u ; Jos centr6meros se div den (i) Anafase n y

tek>fase I I (.f} Células germinales

( l n )

Figura 4. Los pasos de la meiosis. En la Metafase 1 (d), cada cromo;oma morfológico que en realidad son dos cromátid es huma nas, se alinea en el ecuador de la célula con su compañero homólogo durante la sinapsis, la fase de emparejamiento de los cromosomas en la que se intercambien material de ADN (ver el texto). (Según Lodish et al. Molecular

Cell Biology, 3" Ed. W.H. Freeman and co., New York, 1995)

GAMETOGENESIS

Ovogénesis Ovogonia (2n)

Ovocito

de primer

orden (2n)

Ovocito

de segundo

orden (2n)

Óvulo (n)

Espermatogénesis

Espermatogonia (2n)

Espermatocito

de primer orden (2n)

Espermatocito de

segundo orden (2n)

Espermátidas

(n)

Espermátozoides

(n)

MADURACION DE ESPERMATOZOIDES

Los espermatozoides presentan tres zonas bien diferenciadas:

la cabeza: cromosomas y acrosoma

el cuello: centrosoma y mitocondrias

la cola: filamento que le permite al espermatozoide "nadar" hasta el óvulo para fecundarlo

• Las ovogonias, se dividen ya en el feto

• El proceso se detiene en profase I de meiosis II: ovocito primario

• Se reanuda a partir de la pubertad y por efectos hormonales, se desprende un ovocito en cada ciclo menstrual

• Se concluye entonces la primera división meiótica y se inicia la segunda. Ésta a su vez se interrumpe, y no se completa hasta la fecundación, si es que ésta ocurre.

MADURACION DE ÓVULOS

FECUNDACIÓN

Mitosis vs Meiosis

•Conservativa (2n) -> (2n)

•Una división (2 células hijas)

•No suele haber apareamiento cromosomas homológos (y no quiasma)

•Células no gaméticas

Mitosis Meiosis

•Reductiva (2n) -> (n)

•Dos divisiones (4 células hijas)

•Apareamiento cromosomas homológos (y quiasma -> entrecruzamiento)

•Células gaméticas