t8 - reproducción celular

T8 – REPRODUCCIÓN CELULAR.

1. El ciclo celular.2. La replicación del ADN.

Replicación en ProcariotasReplicación en Eucariotas.

3. División celular: mitosis y citocinesis.4. La meiosis.5. Mitosis, meiosis y reproducción.6. Tipos de ciclos biológicos.

ANTECEDENTES PAU:

2003 – Junio: hipótesis de Meselson y Stahl sobre replicación del ADN;replicación del ADN, enzimas implicadas y su función;

2003 – Septiembre: ciclo celular, fases;diferencias entre mitosis y meiosis;

2004 – Junio: duplicación, definición;2005 – Junio: recombinación genética y su significado biológico;

citocinesis animal y vegetal, diferencias;células poliploides y polinucleadas, origen;

2005 – Septiembre: replicación del ADN semiconservativa y bidireccional, explicación;

2006 – Junio: ciclo celular, fases;meiosis, fenómenos asociados y su significado biológico;replicación en eucariotas, definición y localización intracelular;

2007 – Junio: diferencias entre mitosis y meiosis, identificación de fases y explicación detallada.

2007 – Septiembre: el ciclo celular y sus fases;diferencias entre la mitosis y la primera diferenciación meiótica;concepto de citocinesis, diferencias en células animales y vegetales;cromatina interfásica y cromosoma metafásico, diferencias;replicación del ADN, explicación breve;

T8. Reproducción celular.


2008 – Junio: núcleo interfásico, estructura y composición;cromosomas metafásicos, características;

2008 – Septiembre: ciclo celular, esquema y explicación de sus fases;diferencias entre citocinesis animal y vegetal;

2009 – Junio: morfología del cromosoma metafásico, diferencias con el anafásico;diferencias entre la profase de mitosis y la profase I de meiosis;significado biológico de la meiosis;

2009 – Septiembre: diferencias entre ciclo celular/división celular, mitosis/citocinesis, centrómero/cinetocoro;describir la subfase paquiteno de la meiosis;función biológica de la meiosis;replicación del ADN, enzimas implicadas y su función;¿por qué la replicación se realiza de forma continua y discontinua?

2010 – Junio: replicación del ADN, explicación a partir de un diagrama;.2010 – Septiembre: explicar que la replicación es bidireccional y semiconservativa;

• Organismos unicelulares:Organismos unicelulares:• Es un mecanismo de reproducción asexual.• Supone la desaparición de la célula madre como individuo.• Da lugar a dos células hijas con el mismo material genético que la madre.

• Organismos pluricelulares:Organismos pluricelulares:• Es un mecanismo de reproducción asexual.• Permite el crecimiento del organismo.• Sirve para reemplazar las células deterioradas o envejecidas.


1 – El ciclo celular.

Teoría celular: Omnis cellula ex cellula.

División celularDivisión celular

• El CICLO CELULARCICLO CELULAR es el conjunto de cambios que sufre una célula desde que se forma hasta que se divide de nuevo. Su duración puede variar y lo hemos organizado en una serie de fases:• INTERFASE:INTERFASE: la célula crece, su ADN está descondensado

(cromatinacromatina) y sintetiza diversas sustancias. Tiene 3 fases:• Fase G1:

• Desde fin de la fase M anterior hasta inicio replicación del ADN.• Crecimiento general y aumento de tamaño de la célula.• Fase G0 (reposo o quiescencia): cuando G1 es permanente.

• Fase S:• Replicación del ADN y síntesis de histonas.

• Fase G2:• Se copian los centriolos e inicia condensación del ADN.• La célula se prepara para la división.

• FASE M:FASE M: división del núcleo (mitosismitosis) y del citoplasma (citocinesiscitocinesis).



• Fue intuido por Watson y Crick cuando establecieron la estructura del ADN, pero no fue comprobado hasta 1957 experimentalmente.


2 – La replicación del ADN.

Replicación del ADN: modelos:Replicación del ADN: modelos:

• Experimentos de Meselson y StahlExperimentos de Meselson y Stahl

(centrifugación de ADN de Escherichia coli en una solución de CsCl)



• Es una replicación semiconservativa: la doble hélice se abre y se copia, conservándose en cada molécula hija 1 cadena original de la molécula madre.



Características del ADN: es CIRCULAR.

2 – La replicación del ADN. Replicación en Procariotas.


Replicación:• Se inicia en un punto (ori C)

• Es bidireccional.• Se copian 2 hebras a la vez en dirección 5´ → 3´.

• ETAPAS DE LA REPLICACIÓN.

I.- Fase de Iniciación.I.- Fase de Iniciación.

Desenrollamiento y apertuta de la doble hélice.

II.- Fase de Elongación.II.- Fase de Elongación.

Síntesis de la nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original.



• I.- Fase de Iniciación:I.- Fase de Iniciación: desenrollamiento y apertura de la doble hélice.• Se inicia en una región del ADN rica en GATC → oriC o punto de

iniciación.

• Alrededor de OriC se forma la horquilla de replicación (síntesis de ADN).

• Enzimas que intervienen:• HELICASAS: rompen puentes H+ entre bases nitrogenadas. La doble

hélice se abre como una cremallera.• GIRASAS y TOPOISOMERASAS: evitan tensiones del

desenrrollamiento.• PROTEÍNA SSB: impiden que las hebras se vuelvan a enrollar.





• II.- Fase de Elongación:II.- Fase de Elongación: síntesis de la nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original.

• Enzimas que intervienen:• ADN Polimerasas I, II y III: tienen 2 tareas que hacer…

• Actividad POLIMERASA:

1. Recorren y “leen” la hebra molde en sentido 3´ → 5´

2. Crea una cadena complementaria en sentido 5´ → 3´

(Para crear la cadena complementaria utilizan energía que obtienen de los 3P del nucleótido correspondiente)

• Actividad EXONUCLEASA: eliminan nucleótidos mal apareados y el cebador.

• PROBLEMAS:PROBLEMAS:• PROBLEMA 1: la ADN POLIMERASA es “tímida” (necesita que alguien le de

un empujoncito).

• PROBLEMA 2: si la ADN polimerasa sólo lee en sentido 3´ → 5´ y sintetiza la cadena complementaria en sentido 5´ → 3´…

¿¿¿Cómo puede copiar las 2 cadenas de ADN si son ANTIPARALELAS???

• La enzima ADN POLIMERASA (o PRIMASA), sintetiza un fragmento de ARN de ≈ 10 nucleótidos (CEBADORCEBADOR o PRIMER PRIMER) con un extremo 3´ libre en el que la ADN POLIMERASA comenzará a añadir nuevos nucleótidos.



SOLUCIÓN AL PROBLEMA 1

• En la HEBRA CONDUCTORAHEBRA CONDUCTORA o LÍDER LÍDER (la que está en sentido 3´ → 5´) la síntesis es CONTINUA y sin problemas.

• La ADN POLIMERASA leerá en sentido 3´ → 5´ y sintetizará en sentido 5´ → 3´.

Síntesis continua de la cadena en dirección 5´ → 3´. La síntesis de esta cadena no plantea ningún problema. Así, una vez separadas ambas cadenas, se sintetiza el primer y la ADN pol. III (una de las enzimas que unen los nucleótidos) va a elongar la cadena en dirección 5´ → 3´.




• En la HEBRA RETARDADA HEBRA RETARDADA (la que está en sentido 5´ → 3´) la síntesis es DISCONTINUA en pequeños fragmentos de ADN de 1000-2000 nucleótidos...

FRAGMENTOS DE OKAZAKI

Síntesis discontinua. La cadena complementaria no se va a replicar en sentido 3´ → 5´ sino que se replica discontinuamente en dirección 5´ → 3´. Primero se sintetiza el primer (ARN) y posteriormente este se elonga con ADN. El ARN es posteriormente eliminado y los diferentes fragmentos sintetizados, llamados fragmentos de Okazaki, son unidos entre sí.






Mecanismo de elongación:

Es muy parecida a la de procariotas, salvo en algunas diferencias:

• La replicación se inicia simultáneamente en varios puntos del cromosoma llamados replicones.

• Existen cinco tipos de ADN polimerasas (α, β, γ, δ y ε).• Las histonas se duplican durante la replicación. Junto al ADN formarán el nucleosoma.

Los nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada y los viejos en la conductora.

• Cuando se elimina el últimocebador, la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco.

Debido a esto el extremo delcromosoma (telómero) se va acortando cada vez que la célulase divide. Esto se asocia al envejecimiento y muerte celular.

2 – La replicación del ADN. Replicación en Eucariotas.


TELOMERASA: Enzima que impide el acortamientodel telómero. Es una retrotranscriptasa. Está en células madre de los gametos, tejidos embrionarios y células cancerosas.

• Muerte accidental, ocurre cuando la célula sufre un daño grave (p. e. falta de oxígeno).

• La célula se hincha y se altera su estructura.

• Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo.

• Es una muerte natural programada genéticamente.

• Está controlada por diversos genes, unos protegen a la célula y otros la inducen, según el momento del ciclo celular.

• Se condensa la cromatina, la célula se retrae y se fragmenta. Posteriormente es fagocitada por los macrófagos.

• Proceso indispensable en la renovación tisular y desarrollo embrionario.

2 – La replicación del ADN. Replicación en Eucariotas.


Muerte celular

NECROSIS

APOPTOSIS

3 – División celular: mitosis y citocinesis.


Mitosis = CariocinesisOBJETIVO: repartir de manera equitativa el ADN duplicado en la fase S.



CitocinesisOBJETIVO: dividir el citoplasma y repartir de manera equitativa los orgánulos entre las dos células hijas.

4 – La meiosis.


• OBJETIVO:OBJETIVO: producir GAMETOS → células HAPLOIDES (con la mitad del contenido del ADN).

• CARACTERÍSTICAS BÁSICAS:CARACTERÍSTICAS BÁSICAS:1. A partir de 1 célula DIPLOIDE (meiocito) se obtienen 4 células

HAPLOIDES.2. Son genéticamente diferentes entre sí y la célula madre original.3. Se produce RECOMBINACIÓN GENÉTICA (intercambio de material

hereditario).

• FASES:FASES:• MEIOSIS I (1ª división meiótica):

• PROFASE I (leptoteno, pquiteno, diploteno y diacinesis), METAFASE I, ANAFASE I y TELOFASE I.

Se produce intercambio de material hereditario entre los cromosomas homólogos en profase I y se separan la pareja de cromosomas homólogos (con 2 cromátidas) en anafase I. Hay citocinesis.

• MEIOSIS II (2ª división meiótica):• PROFASE II, METAFASE II, ANAFASE II Y TELOFASE II.Es como una mitosis. Entre las dos divisiones hay una pequeña interfase sin

fase S.

4 – La meiosis.


• Duplicación de cromosomas.

• PROFASE I:• LEPTOTENO:

• Los cromosomas se condensan.

• Cada cromosoma está formado por 2 cromátidas.

• CIGOTENO:• Los cromosomas homólogos se aparean (sinapsis).

• Se produce a través del Complejo Sinaptonémico (Estr. prot.)

• Se observan tétradas: estructura formada por 4 cromátidas.

• PAQUITENO:• Se produce el sobrecruzamiento (crossing-over): intercambio de material genético o recombinación

genética.

• DIPLOTENO:• Cromosomas homólogos inician su separación, aunque permanecen unidos por los quiasmas (puntos de

crossing-over)

• DIACINESIS:• Desaparece el nucleolo y membrana nuclear, se forma el huso acromático.

4 – La meiosis.


Interfase I

Meiosis I: (división reduccional)

4 – La meiosis.


• METAFASE I:• Similar a la metafase mitótica, pero en la placa ecuatorial están las

tétradas unidas por los quiasmas.

• ANAFASE I:• Los cromosomas completos se separan a polos opuestos.• Cada cromosoma estará formado por 2 cromátidas en las que ha

habido recombinación genética.

• TELOFASE I:• Reaparece la membrana nuclear y el nucleolo.• Los cromosomas se descondensan levemente.• Se obtienen: 2 células hijas con 2 cromátidas cada cromosoma.

• Corta y SIN DUPLICACIÓN DE ADN (sin fase S)

4 – La meiosis.


Interfase II

4 – La meiosis.


• PROFASE II:• Desaparece la membrana nuclear.• Cromosomas se condensan, se forma el huso acromático.

• METAFASE II:• Cromosomas se sitúan en la placa ecuatorial.

• ANAFASE II:• Se separan los centrómeros y cada cromátida emigra a polos

opuestos.

• TELOFASE II:• Se forma la membrana nuclear alrededor de los cromosomas.• Se produce la CITOCINESIS.• Se obtienen 4 células hijas haploides y genéticamente distintas.

4 – La meiosis.


Meiosis II: (igual que una mitosis).

4 – La meiosis.


4 – La meiosis.


La importancia del sobrecruzamiento.

• A nivel genético. El sobrecruzamiento da lugar a nuevas combinaciones de genes en los cromosomas, es responsable de la recombinación genética. Por otra parte, cada una de las cuatro células finales dispone de un conjunto de n cromátidas que no es idéntico al de las otras. Tanto el sobrecruzamiento como el reparto de las cromátidas dependen del azar y dan lugar a que cada una de las cuatro células resultantes tenga una colección de genes diferentes. Estas colecciones de genes se verán más adelante sometidas a las presiones de la selección natural de tal forma que solamente sobrevivirán las mejores. A nivel genético, la meiosis es una de las fuentes de variabilidad de la información.

• A nivel celular. La meiosis da lugar a la reducción cromosómica. Las células diploides se convierten en haploides.

• A nivel orgánico. Las células haploides resultantes de la meiosis se van a convertir en las células sexuales reproductoras: los gametos o en células asexuales reproductoras: las esporas. La meiosis es un mecanismo directamente implicado en la formación de gametos y esporas. En muchos organismos los gametos llevan cromosomas sexuales diferentes y son los responsables de la determinación del sexo, en estos casos la meiosis está implicada en los procesos de diferenciación sexual.

5 – Mitosis, meiosis y reproducción.


Significado biológico de la meiosis.



Diferencias entre la mitosis y la meiosis.

• Reproducción asexual.Reproducción asexual.• Interviene un solo organismo que produce copias idénticas de si mismo.• Típica de organismos unicelulares, plantas y hongos, también en algunos

animales.• No se genera variabilidad genética.• Método sencillo y rápido.

• Reproducción sexual.Reproducción sexual.• Intervienen dos organismos que combinan su información genética y

crean un nuevo organismo que tendrá una mezcla de sus caracteres.• Se producen gametos haploides que se fusionan en un cigoto.• Típica de organismos pluricelulares y en algunos unicelulares.• Se genera variabilidad genética mediante:

• La recombinación genética.• La distribución al azar de los cromosomas.• La fecundación.

• Método complejo.



Métodos de reproducción.

Dependen del momento en el que se producen los procesos de meiosis y fecundación.

• Haplonte.Haplonte.• En hongos y la mayoría de protoctistas.

• La meiosis cigótica se produce después de formado el cigoto.

• Se generan células haploides que, por mitosis, originan el organismo adulto haploide.

• Tras la fecundación los gametos haploides dan lugar al cigoto diploide.

6 – Tipos de ciclos biológicos.


• Diplonte.Diplonte.• En animales y algunos protoctistas.

• La meiosis gamética se produce antes de la formación del cigoto, en la gametogénesis.

• Tras la fecundación se forma el cigoto diploide que se divide por mitosis dando origen a un organismo diploide.



• Diplohaplonte.Diplohaplonte.• En plantas y algunas especies de algas y hongos.

• Hay alternancia de generaciones, una parte de su ciclo es haploide y otra diploide.

• La etapa multicelular diploide (esporofito) da origen por meiosis esporogénica a células haploides (esporas) que pueden dar lugar a un individuo multicelular (gametofito) sin necesidad de unirse a otra célula.

• El gametofito haploide produce gametos por mitosis. Tras la fecundación, el cigoto diploide dará lugar al esporofito.



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