Mitosis

Es un proceso que ocurre en el núcleo de las células eucarióticas y que precede inmediatamente a la división celular, consistente en el reparto equitativo del material hereditario (ADN) característico.1 Este tipo de división ocurre en las células somáticas y normalmente concluye con la formación de dos núcleos separados (cariocinesis), seguido de la partición del citoplasma (citocinesis), para formar dos células hijas.

La mitosis completa, que produce células genéticamente idénticas, es el fundamento del crecimiento, de la reparación tisular y de la reproducción asexual. La otra forma de división del material genético de un núcleo se denomina meiosis y es un proceso que, aunque comparte mecanismos con la mitosis, no debe confundirse con ella ya que es propio de la división celular de los gametos. Produce células genéticamente distintas y, combinada con la fecundación, es el fundamento de la reproducción sexual y la variabilidad genética.

Fases del Ciclo Celular

Interfase

Durante la interfase, la célula se encuentra en estado basal de funcionamiento. Es cuando se lleva a cabo la

replicación del ADN y la duplicación de los organelos para tener un duplicado de todo antes de dividirse. Es la etapa

previa a la mitosis donde la célula se prepara para dividirse, en ésta, los centríolos y la cromatina se duplican,

aparecen los cromosomas los cuales se observan dobles. El primer proceso clave para que se de la división nuclear

es que todas las cadenas de ADN se dupliquen (replicación del ADN); esto se da inmediatamente antes de que

comience la división, en un período del ciclo celular llamado interfase, que es aquel momento de la vida celular en que

ésta no se está dividiendo. Tras la replicación tendremos dos juegos de cadenas de ADN, por lo que la mitosis

consistirá en separar esas cadenas y llevarlas a las células hijas. Para conseguir esto se da otro proceso crucial que

es la conversión de la cromatina en cromosomas.

La duración del ciclo celular en una célula típica es de 16 horas: 5 horas para G1, 7 horas para S, tres horas para G2 y

1 hora para la división. Este tiempo depende del tipo de célula que sea.2

Prometafase

La membrana nuclear se ha disuelto, y los microtúbulos (verde) invaden el espacio nuclear. Los microtúbulos pueden

anclar cromosomas (azul) a través de los cinetocoros (rojo) o interactuar con microtúbulos emanados por el polo

opuesto. La membrana nuclear se separa y los microtúbulos invaden el espacio nuclear. Esto se denomina mitosis

abierta. Los hongos y algunos protistas, como las algas o las tricomonas, realizan una variación denominada mitosis

cerrada, en la que el huso se forma dentro del núcleo o sus microtúbulos pueden penetrar a través de la membrana

nuclear intacta.7 8

Cada cromosoma ensambla dos cinetocoros hermanos sobre el centrómero, uno en cada cromátida. Un cinetocoro es

una estructura proteica compleja a la que se anclan los microtúbulos.9 Aunque la estructura y la función del cinetocoro

no se conoce completamente, contiene variosmotores moleculares, entre otros componentes.10 Cuando un

microtúbulo se ancla a un cinetocoro, los motores se activan, utilizando energía de la hidrólisis del ATP para

"ascender" por el microtúbulo hacia el centrosoma de origen. Esta actividad motora, acoplada con la

polimerización/despolimerización de los microtúbulos, proporcionan la fuerza de empuje necesaria para separar más

adelante las dos cromátidas de los cromosomas.10

Cuando el huso crece hasta una longitud suficiente, los microtúbulos asociados a cinetocoros empiezan a buscar

cinetocoros a los que anclarse. Otros microtúbulos no se asocian a cinetocoros, sino a otros microtúbulos originados

en el centrosoma opuesto para formar el huso mitótico.11 La prometafase se considera a veces como parte de la

profase.

Metafase

A medida que los microtúbulos encuentran y se anclan a los cinetocoros durante la prometafase, los centrómeros de

los cromosomas se congregan en la "placa metafásica" o "plano ecuatorial", una línea imaginaria que es equidistante

de los dos centrosomas que se encuentran en los 2 polos del huso.11 Este alineamiento equilibrado en la línea media

del huso se debe a las fuerzas iguales y opuestas que se generan por los cinetocoros hermanos. El nombre

"metafase" proviene del griego μετα que significa "después."

Dado que una separación cromosómica correcta requiere que cada cinetocoro esté asociado a un conjunto de

microtúbulos (que forman las fibras cinetocóricas), los cinetocoros que no están anclados generan una señal para

evitar la progresión prematura hacia anafase antes de que todos los cromosomas estén correctamente anclados y

alineados en la placa metafásica. Esta señal activa el checkpoint de mitosis.

Anafase

Cuando todos los cromosomas están correctamente anclados a los microtúbulos del huso y alineados en la placa

metafásica, la célula procede a entrar en anafase (del griego ανα que significa "arriba", "contra", "atrás" o "re-"). Es la

fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la distribución de las dos copias de la información genética original.

Entonces tienen lugar dos sucesos. Primero, las proteínas que mantenían unidas ambas cromatidas hermanas

(las cohesinas), son cortadas, lo que permite la separación de las cromátidas. Estas cromátidas hermanas, que ahora

son cromosomas hermanos diferentes, son separados por los microtúbulos anclados a sus cinetocoros al

desensamblarse, dirigiéndose hacia los centrosomas respectivos.

A continuación, los microtúbulos no asociados a cinetocoros se alargan, empujando a los centrosomas (y al conjunto

de cromosomas que tienen asociados) hacia los extremos opuestos de la célula. Este movimento parece estar

generado por el rápido ensamblaje de los microtúbulos.13

Estos dos estados se denominan a veces anafase temprana (A) y anafase tardía (B). La anafase temprana viene

definida por la separación de cromátidas hermanas, mientras que la tardía por la elongación de los microtúbulos que

produce la separación de los centrosomas. Al final de la anafase, la célula ha conseguido separar dos juegos idénticos

de material genético en dos grupos definidos, cada uno alrededor de un centrosoma.

Telofase

La telofase (del griego τελος, que significa "finales") es la reversión de los procesos que tuvieron lugar durante la

profase y prometafase. Durante la telofase, los microtúbulos no unidos a cinetocoros continúan alargándose, estirando

aun más la célula. Los cromosomas hermanos se encuentran cada uno asociado a uno de los polos. La membrana

nuclear se reforma alrededor de ambos grupos cromosómicos, utilizando fragmentos de la membrana nuclear de la

célula original. Ambos juegos de cromosomas, ahora formando dos nuevos núcleos, se descondensan de nuevo en

cromatina. La cariocinesis ha terminado, pero la división celular aun no está completa. Sucede una secuencia

inmediata al terminar.

Citocinesis

La citocinesis es un proceso independiente, que se inicia simultáneamente a la telofase. Técnicamente no es parte de

la mitosis, sino un proceso aparte, necesario para completar la división celular. En las células animales, se genera un

surco de escisión (cleavage furrow) que contiene un anillo contráctil de actina en el lugar donde estuvo la placa

metafásica, estrangulando el citoplasma y aislando así los dos nuevos núcleos en dos células hijas.14 Tanto en células

animales como en plantas, la división celular está dirigida por vesículas derivadas del aparato de Golgi, que se

mueven a lo largo de los microtúbulos hasta la zona ecuatorial de la célula.5 En plantas esta estructura coalesce en

una placa celular en el centro del fragmoplasto y se desarrolla generando una pared celular que separa los dos

núcleos. El fragmoplasto es una estructura de microtúbulos típica de plantas superiores, mientras que algunas algas

utilizan un vector de microtúbulos denominado ficoplasto durante la citocinesis. Al final del proceso, cada célula hija

tiene una copia completa del genoma de la célula original. El final de la citocinesis marca el final de la fase M.

Meiosis

Es una de las formas de la reproducción celular. Este proceso se realiza en las glándulas sexuales para la producción

de gametos. Es un proceso de división celular en el cual unacélula diploide (2n) experimenta dos divisiones sucesivas,

con la capacidad de generar cuatro células haploides (n). En los organismos con reproducción sexual tiene

importancia ya que es el mecanismo por el que se producen los óvulos y espermatozoides (gametos).1 Este proceso

se lleva a cabo en dos divisiones nucleares y citoplasmáticas, llamadas primera y segunda división meiótica o

simplemente meiosis I y meiosis II. Ambas comprenden profase, metafase, anafase y telofase.

Durante la meiosis los miembros de cada par homólogo de cromosomas se emparejan durante la profase, formando

bivalentes. Durante esta fase se forma una estructura proteica denominada complejo sinaptonémico, permitiendo que

se produzca la recombinación entre ambos cromosomas homólogos. Posteriormente se produce una gran

condensación cromosómica y los bivalentes se sitúan en la placa ecuatorial durante la primera metafase, dando lugar

a la migración de n cromosomas a cada uno de los polos durante la primera anafase. Esta división reduccional es la

responsable del mantenimiento del número cromosómico característico de cada especie. En la meiosis II, las

cromátidas hermanas que forman cada cromosoma se separan y se distribuyen entre los núcleos de las células hijas.

Entre estas dos etapas sucesivas no existe la etapa S (replicación del ADN). La maduración de las células hijas dará

lugar a los gametos.

Fases de la Meiosis

Metafase I

El huso cromático aparece totalmente desarrollado, los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial y unen sus centromeros a los filamentos del huso.

Anafase I

Los quiasmas se separan de forma uniforme. Los microtúbulos del huso se acortan en la región del cinetocoro, con lo que se consigue remolcar los cromosomas homólogos a lados opuestos de la célula, junto con la ayuda de proteínas motoras. Ya que cada cromosoma homólogo tiene solo un cinetocoro, se forma un juego haploide (n) en cada lado. En la repartición de cromosomas homólogos, para cada par, el cromosoma materno se dirige a un polo y el paterno al contrario. Por tanto el número de cromosomas maternos y paternos que haya a cada polo varía al azar en cada meiosis. Por ejemplo, para el caso de una especie 2n = 4 puede ocurrir que un polo tenga dos cromosomas maternos y el otro los dos paternos; o bien que cada polo tenga uno materno y otro paterno.

Telofase I

Cada célula hija ahora tiene la mitad del número de cromosomas pero cada cromosoma consiste en un par de cromátidas. Los microtubulos que componen la red del huso mitótico desaparece, y una membrana nuclear nueva rodea cada sistema haploide. Los cromosomas se desenrollan nuevamente dentro de la carioteca (membrana nuclear). Ocurre la citocinesis (proceso paralelo en el que se separa la membrana celular en las células animales o la formación de esta en las células vegetales, finalizando con la creación de dos células hijas). Después suele ocurrir laintercinesis, parecido a una segunda interfase, pero no es una interfase verdadera, ya que no ocurre ninguna réplica del ADN. No es un proceso universal, ya que si no ocurre las células pasan directamente a la metafase II.

Meiosis II

La meiosis II es similar a la mitosis. Las cromatidas de cada cromosoma ya no son idénticas en razón de la recombinación. La meiosis II separa las cromatidas produciendo dos células hijas, cada una con 23 cromosomas (haploide), y cada cromosoma tiene solamente una cromatida.

Profase II

Profase Temprana

Comienzan a desaparecer la envoltura nuclear y el nucleolo. Se hacen evidentes largos cuerpos filamentosos de cromatina, y comienzan a condensarse como cromosomas visibles.

Profase Tardía II

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

Metafase II

Las fibras del huso se unen a los cinetocóros de los cromosomas. Éstos últimos se alinean a lo largo del plano ecuatorial de la célula. La primera y segunda metafase pueden distinguirse con facilidad, en la metafase I las cromatides se disponen en haces de cuatro (tétrada) y en la metafase II lo hacen en grupos de dos (como en la metafase mitótica). Esto no es siempre tan evidente en las células vivas.

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. Como en la mitosis, cada cromátida se denomina ahora cromosoma.

Telofase II

En la telofase II hay un miembro de cada par homólogo en cada polo. 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, y ocurre la citocinesis. Los acontecimientos de la profase se invierten al formarse de nuevo los nucleolos, y la división celular se completa cuando la citocinesis ha producidos dos células hijas. Las dos divisiones sucesivas producen cuatro núcleos haploide, cada uno con un cromosoma de cada tipo. Cada célula resultante haploide tiene una combinación de genes distinta. Esta variación genética tiene dos fuentes: Durante la meiosis, los cromosomas maternos y paternos se barajan, de modo que cada uno de cada par se distribuye al azar en los polos de la anafase I. 2.- Se intercambian segmentos de ADN.

Mutación

La mutación en genética y biología, es una alteración o cambio en la información genética (genotipo) de un ser vivo (muchas veces por contacto con mutágenos) y que, por lo tanto, va a producir un cambio de características de éste, que se presenta súbita y espontáneamente, y que se puede transmitir o heredar a la descendencia. Este cambio va a estar presente en una pequeña proporción de la población (variante) o del organismo (mutación). La unidad genética capaz de mutar es el gen que es la unidad de información hereditaria que forma parte del ADN. En los seres multicelulares, las mutaciones sólo pueden ser heredadas cuando afectan a las células reproductivas. Una consecuencia de las mutaciones puede ser una enfermedad genética, sin embargo, aunque en el corto plazo puede parecer perjudiciales, a largo plazo las mutaciones son

esenciales para nuestra existencia. Sin mutación no habría cambio y sin cambio la vida no podría evolucionar.

Mutaciones cromosómicas

Las mutaciones cromosómicas son modificaciones en el número total de cromosomas, la duplicación o supresión de genes o de segmentos de un cromosoma y la reordenación del material genético.

Las alteraciones de la dotación diploide de cromosomas se denominan aberraciones cromosómicas o mutaciones cromosómicas

Hay 3 tipos de mutaciones cromosómicas:

1. Reordenamientos cromosómicos: implican cambios en la estructura de los cromosomas (duplicación, deleción, inversión y traslocación).

2. Aneuploidías:supone un aumento o disminución en el número de cromosomas.3. Poliploidia: presencia de conjuntos adicionales de cromosomas.

La aneuploidia: da lugar a monosomías, trisomías, tetrasomías, etc. La poliploidia: dotaciones de cromosomas pueden tener orígenes idénticos o distintos,

dando lugar a autopoliploides y alopoloploides, respectivamente. Las deleciones y duplicaciones pueden modificar grandes segmentos del cromosoma. Las inversiones y translocaciones dan lugar a una pequeña o ninguna pérdida de

información genética. Los lugares frágiles son constricciones o brechas que aparecen en regiones particulares de

los cromosomas con una predisposición a romperse en determinadas condiciones. El estudio de las series normales y anormales de cromosomas se conoce como

citogenética.

Mutaciones genómicas o numéricas

Son las mutaciones que afectan al número de cromosomas o todo el complemento cromosómico (todo el genoma).

Poliploidía: Es la mutación que consiste en el aumento del número normal de “juegos de cromosomas” . Los seres poliploides pueden ser autopoliploides, si todos los juegos proceden de la misma especie, o alopoliploides, si proceden de la hibridación, es decir, del cruce de dos especies diferentes.

Haploidía: Son las mutaciones que provocan una disminución en el número de juegos de cromosomas.

Aneuploidía: Son las mutaciones que afectan sólo a un número de ejemplares de un cromosoma o más, pero sin llegar a afectar al juego completo. Las aneuploidías pueden ser monosomías, trisomías, tetrasomías, etc, cuando en lugar de dos ejemplares de cada tipo de cromosomas, que es lo normal, hay o sólo uno, o tres, o cuatro, etc. Entre las

aneuplodías podemos encontrar diferentes tipos de trastornos genéticos en humanos como pueden ser:

o Trisomía 21 o Síndrome de Down que tienen 47 cromosomas.o Trisomía 18 o Síndrome de Edwards. También tienen 47 cromosomas.o Monosomía X o Síndrome de Turner.o Trisomía sexual XXX o Síndrome del triple X.o Trisomía sexual XXY o Síndrome de Klinefelter.o Trisomía sexual XYY o Síndrome del doble Y.o Cromosoma extra Síndrome de Down

Bases moleculares de la mutación génica

Mutación por sustitución de bases: Se producen al cambiar en una posición un par de bases por otro (son las bases nitrogenadas las que distinguen los nucleótidos de una cadena). Distinguimos dos tipos que se producen por diferentes mecanismos bioquímicos:8

o Mutaciones transicionales o simplemente transiciones, cuando un par de bases es sustituido por su alternativa del mismo tipo. Las dos bases púricas son adenina (A) y guanina (G), y las dos pirimídicas son citosina (C) y timina (T). La sustitución de un par AT, por ejemplo, por un par GC, sería una transición.

o Mutaciones transversionales o transversiones, cuando un par de bases es sustituida por otra del otro tipo. Por ejemplo, la sustitución del par AT por TA o por CG.

Mutaciones de corrimiento estructural, cuando se añaden o se quitan pares de nucleótidos alterándose la longitud de la cadena. Si se añaden o quitan pares en un número que no sea múltiplo de tres (es decir si no se trata de un número exacto de codones), las consecuencias son especialmente graves, porque a partir de ese punto, y no sólo en él, toda la información queda alterada. Hay dos casos:

o Mutación por pérdida o deleción de nucleótidos: en la secuencia de nucleótidos se pierde uno y la cadena se acorta en una unidad.

o Mutación por inserción de nuevos nucleótidos: Dentro de la secuencia del ADN se introducen nucleótidos adicionales, interpuestos entre los que ya había, alargándose correspondientemente la cadena.8

Mutaciones en los sitios de corte y empalme (Splicing)

Las mutaciones de corrimiento del marco de lectura también pueden surgir por mutaciones que interfieren con el splicing del ARN mensajero. El comienzo y final de cada intrón en un gen están definidos por secuencias conservadas de ADN. Si un nucleótido muta en una de las posiciones altamente conservada, el sitio no funcionará más, con las consecuencias predecibles para el ARNm maduro y la proteína codificada. Hay muchos ejemplos de estas mutaciones, por ejemplo, algunas mutaciones en el gen de la beta globina en la beta talasemia son causadas por mutaciones de los sitios de splicing.

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