12 La reproducción celular

12 El ciclo y la reproducción celular La vida de la célula El ciclo celular. División celular: Mitosis (cariocinesis) Citocinosis Importancia y significado biológico del proceso mitótico. Meiosis Importancia y significado del proceso meiótico Los ciclos biológicos. Ventajas e inconvenientes de la reproducción sexual.

4. REPRODUCCIÓN O MUERTE CELULAR 1. La vida de la célula 1. NACIMIENTO 2. CRECIMIENTO 3. DIFERENCIACIÓN 4. REPRODUCCIÓN O MUERTE CELULAR Proceso de apoptosis Paramecio en división

Células epiteliales: 10 días Eritrocito: 120 días Hepatocito: 150 días Células epiteliales: 10 días

DIFERENCIACION DIVISION SUPERVIVENCIA / MUERTE

SUPERVIVENCIA / MUERTE DIFERENCIACION DIVISION La diferenciación es el resultado de la expresión diferencial de los genes SUPERVIVENCIA / MUERTE

DIFERENCIACION DIVISION SUPERVIVENCIA / MUERTE

SUPERVIVENCIA / MUERTE DIFERENCIACION CICLO CELULAR DIVISION SUPERVIVENCIA / MUERTE

DIFERENCIACION DIVISION SUPERVIVENCIA / MUERTE

Las células madre son células indiferenciadas, pero con gran capacidad de proliferación y de diferenciación hacia distintos tipos celulares En un individuo adulto las células madre se localizan en tejidos que se renuevan constantemente como la sangre, la piel o el intestino. Cuanto más diferenciada es una célula, tiene menor capacidad de división, llegando incluso a perderla, como las neuronas o las células musculares esqueléticas

1. La vida de la célula: muerte de una célula Proceso de apoptosis 1. Retracción celular. La célula se desprende de sus vecinas. Arrugamiento por pérdida de agua 2. Condensación de la cromatina y fragmentación en oligonucleosomas 4. Ruptura de la célula en fragmentos (fragmentos apostósicos) Los fragmentos son ingeridos por macrófagos 3. Formación de protuberancias en la superficie celular (como burbujas)

La pérdida de control de la apoptosis parece estar involucrada en patologías como el cáncer, sida, Alzheimer, Parkinsosn, ciertas isquemias cardíacas o artritis reumatoide.

Glóbulo blanco (situación normal) Glóbulo blanco (apoptosis) 1. La vida de la célula Proceso de apoptosis Glóbulo blanco (situación normal) Glóbulo blanco (apoptosis)

El suicidio celular: apoptosis Proceso de apoptosis

Cariocinesis o mitosis (división núcleo) Citocinesis 2. El ciclo celular Comprende: Interfase División Cariocinesis o mitosis (división núcleo) Citocinesis (división del citoplasma) G0 Punto R Interfase G1 S Célula Citocinesis G2 Mitosis Citocinesis 2 células hijas Fase M de división

El ciclo celular INTERFASE No división Núcleo interfásico Larga duración Comprende 3 períodos: G1, S y G2 G0 Punto R Interfase G1 S Célula Citocinesis G2 Mitosis Citocinesis 2 células hijas Fase M de división

El ciclo celular Fase G1 Fase G0 Citocinesis Fase S Fase de mitosis Comienza inmediatamente después del nacimiento de la célula. Síntesis de proteínas y ARNm y aumento del tamaño celular. Intensa actividad biosintética (transcripción, traducción y síntesis proteica) 1 par de centriolos Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Es la fase de diferenciación celular. Estado de quiescencia. Fase G1 Fase G0 Replicación del ADN y síntesis de histonas. (en este momento la célula tiene doble cantidad ADN) Citocinesis División del citoplasma Fase S Interfase Fase de mitosis División celular G1: 4 HORAS S: 9 HORAS G2: 4 HORAS MITOSIS: 1 HORA Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división (huso mitótico). Duplicación de los centriolos Condensación cromatina cromosomas Fase G2

Las células que permanecen en Go son células que han salido del ciclo celular. Puede haber de dos tipos: a) Las que permanecen de forma indefinida en Go Son células adultas que han perdido su capacidad de división. Se generan en El desarrollo embrionario, y tras la diferenciación celular no se vuelven a dividir. No se reponen si se pierden por lesión. Ej. Fibras musculares b) Las que se encuentran temporalmente en Go. Se encuentran en Go pero reanudan su división cuando se les estimula con Determiandos factores, Ejemplo fibrocitos de la piel y células del músculo liso.

Las células cancerosas, debido a la acumulación de mutaciones, han perdido la regulación del ciclo celular, por lo que su comportamiento es anormal y se dividen indefinidamente, amontonándose unas con otras.

REGULACION DEL CICLO CELULAR CÉLULAS ANIMALES Punto de restricción FACTORES DE CRECIMIENTO Al final de G1 aparece un punto de restricción o control (punto de no retorno a partir del cual es imposible impedir que no suceda S y G2) En algunas células (neuronas, células musculares) antes de llegar a R se expresan algunos genes que producen una alta especialización. Permanecen en Go

TRANSFORMACIONES DEL ADN DURANTE EL CICLO CELULAR C= cantidad de ADN que hay en las diferentes fases del ciclo celular. En gametos N = C, en células somáticas 2n = 2C Al final de S la célula posee un valor de ADN de 4C Tras la mitosis la célula es 2n= 2C TRANSFORMACIONES DEL ADN DURANTE EL CICLO CELULAR

El ciclo celular 1. Si denominamos C a la cantidad de ADN que hay en las diferentes fases del ciclo celular, la unidad, 1C, es la que existe en los gametos de un organismo diploide. 2. En la fase S, las células somáticas, al ser diploides, tienen una cantidad de ADN de 2C. Es decir, son células 2n 2C. Nucléolo ARNm Duplicación del ADN S G1 G2 Cromátidas hermanas Telofase Anafase Metafase Profase 4. Tras la mitosis, la célula hija vuelve a tener una cantidad 2C. Es decir, son células 2n 2C. 3. En la fase G2, tras la replicación, el valor de la cantidad de ADN es 4C. Es decir, son células 2n 4C.

Gráfica que muestra la variación de ADN durante el ciclo celular INTERFASE G1 S G2 M Las células animales son diploides (2n), es decir, contienen dos copias de cada cromosoma . Durante la fase S se duplica la cantidad de ADN de la célula. Este contenido se mantiene en la fase G2 y en fase M, y se reduce tras la citocinesis.

Recordemos la estructura de un cromosoma antes de seguir Cromosoma anafásico Cromosoma metafásico Telómero Telómero Cromátidas Constricción secundaria Centrómero: une cromátidas Brazos Cinetocoro Brazos Cinetocoro: COM Centrómero o constric 1ªria Constricción secundaria. Zonas asociadas a los nucléolos. Regiones NOR Satélite

Y los tipos de cromosomas Metacéntrico Submetacéntrico Brazos iguales Brazos ligeramente desiguales Acrocéntrico Telocéntrico Brazos desiguales. Centrómero desplazado hacia un extremo. Cromosoma con un solo brazo. Centrómero en un extremo.

CICLO CELULAR Y DIVISIÓN CELULAR EL CICLO CELULAR M G1 G2 S DIVISIÓN CELULAR MEIOSIS MITOSIS 1º División meiótica 2º División meiótica Cuatro células haploides diferentes Profase Anafase Metafase Telofase Dos células diploides idénticas INTERFASE Intensa actividad de síntesis de proteínas (transcripción y traducción) Duplicación del ADN Comienza la condensación de los cromosomas

División celular: Mitosis (división del núcleo) PROFASE METAFASE ANAFASE TELOFASE

División celular MITOSIS CITOCINESIS Consta de dos procesos En organismos eucariotas unicelulares y algunos pluricelulares supone un método de REPRODUCCIÓN CELULAR En el resto de pluricelulares permite el CRECIMIENTO, DESARROLLO Y REGENERACIÓN DE TEJIDOS

Antes de comenzar la mitosis recuerda: División celular Antes de comenzar la mitosis recuerda: Fase S: Se ha producido la duplicación del ADN (la célula pose doble cantidad de ADN) Fase G2: Se duplican los centriolos. Se constituyen dos centrosomas

Recuerda la estructura del cromosoma metacéntrico Tema 2: Mitosis y meiosis

Los 3 tipos de microtúbulos que constituyen el huso mitótico Microtúbulos astrales: sitúan a cada centrosoma en cada polo de la célula. Microbúbiulos cinetocóricos: se unen a los cromosomas y dirigen sus movimientos. Microtúbulos polares: tienden a separar los dos polos de la célula.

La división celular o fase M Cinetocoro Fibras cinetocóricas

La división celular o fase M Profase Microtúbulos Placa cinetocórica Duplicación del centrosoma Condensación del ADN Fragmentación de la envoltura nuclear Metafase Anafase Telofase Huso mitótico Nucléolo Placa ecuatorial Separación de cromátidas hermanas Formación de envoltura nuclear

El ciclo celular (profase) Formación de cromátidas (condensación cromosomas) Desaparece nucléolo (El ADN queda estructurado en los cromosomas). NO se volverá a ver hasta el final de mitosis. Migración de cada diplosoma a un polo de la célula. Formación del centrosoma. Formación de microtúbulos polares. Constitución del huso acromático. En células vegetales parten de una región que actúan de OM, en animales crecen a partir del centrosoma. El núcleo se hincha (entra agua). Se disgrega la lámina fibrosa. La doble membrana nuclear se fragmenta en vesículas. Formación del cinetocoro. Formación de las fibras cinetocóricas o cromosómicas a partir de él.

El ciclo celular (profase)

El ciclo celular (metafase) Se completa la desaparición de la membrana nuclear. Los cromosomas se disponen en el ecuador de la célula (placa ecuatorial) Se observa, al final, los cromosomas metafásicos (cada uno con dos cromátidas). El huso mitótico, completamente desarrollado, se extiende de polo a polo

El ciclo celular (metafase)

El ciclo celular (anafase) Separación de cromátidas hermanas (se forman cromosomas anafásicos, con 1 sola cromátida) El desplazamiento se produce por acortamiento de microtúbulos cinetocóricos (despolimerización de la tubulina) Alargamiento del huso mitótico. Adición de tubulina a los mirotúbulos polares.

El ciclo celular (anafase)

+ Acortamiento de microtúbulos polares  aleja los dos polos + + + + + + + + Los microtúbulos astrales empujan los polos + + + + + Acortamiento de microtúbulos cinetocóricos  desplazamiento de cromosomas hijos a los polos

El ciclo celular (telofase) Llegada de los cromosomas anafásicos a cada polo de la célula. Descondensación de los cromosomas. (se facilita transcripción y formación del nucléolo a partir de NOR) Desaparecen los cinetocoros. Alargamiento de los microtúbulos polares, lo que produce la separación la máximo de los dos poloss celualres. Los microtúbulos cinetocóricos se acortan y desaparecen. Formación de la lámina fibrosa (por vesículas del RER) alrededor de cada grupo de cromátidas. . Se facilita la construcción de la envoltura nuclear (apartir de la lámina fibrosa) .

El ciclo celular (telofase)

División celular División del División del núcleo Citoplasma Comprende División del núcleo (cariocinesis mitosis) División del Citoplasma (citocinesis) Dividida en Profase Metafase Anafase Telofase

Interfase Membrana plasmática Nucleolo Membrana nuclear Cromatina Membrana nuclear Cromatina Citoplasma Centríolos Microtúbulos del áster

Profase Comienza a desaparecer la membrana nuclear Se empieza a constituir el huso mitótico Empiezan a visualizarse los cromosomas Los centriolos Ya duplicados van a los polos opuestos de la célula

Profase tardía

Metafase Los cromosomas se colocan en el ecuador

Anafase Las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan, cada una va a un polo La célula comienza a estrangularse

Anafase tardía

Telofase Empieza a formarse la membrana nuclear Las cromátidas se descondensan

Citocinesis Resultado final: dos células hijas idénticas a la madre

Pared celular Membrana plasmática En células vegetales la separación de las dos células hijas se produce por la formación de un tabique: El fragmoplasto

Prophase Plant Cell Animal Cell Spindle fibers Centrioles Photographs from: http://www.bioweb.uncc.edu/biol1110/Stages.htm

Metaphase Plant Cell Animal Cell Photographs from: http://www.bioweb.uncc.edu/biol1110/Stages.htm

Anaphase Plant Cell Animal Cell Photographs from: http://www.bioweb.uncc.edu/biol1110/Stages.htm

Telophase Plant Cell Animal Cell Photographs from: http://www.bioweb.uncc.edu/biol1110/Stages.htm

Mitosis Animation (para ello accede a la siguiente página) http://www.cellsalive.com/mitosis.htm

Reproducción asexual Reproducción sexual

ASEXUAL SEXUAL 1 Solo individuo. 2 individuos. Descendientes idénticos a los progenitores (no variabilidad) Se genera variabilidad: División de las células por mitosis División de células por meiosis (gametos y meiosporas, en hongos y plantas). Organismos unicelulares: bipartición, pluripartición, gemación. Partenogénesis (n) Se producen dos células hijas. Pluricelulares: gemación (cnidarios) Escisión no fragmentación (cnidrios y anélidos). En plantas: esporas o multiplicación vegetativa.

¿Cómo se genera variabilidad? Mezcla al azar de genes de ambos progenitores. Solo un miembro de cada pareja de homólogos va a cada gameto Combinaciones de cromosomas Recombinación de genes en meiosis

Inconvenientes reproducción asexual Inconvenientes reproducción sexual No se genera variabilidad Mayor gasto energético Si el ambiente cambia es posible la no adaptación (extinción de la especie) Dificultad de los procesos de gemetogénesis, encuentro de gametos (fecundación) y desarrollo del cigoto

Otras formas de mitosis La división celular o fase M Mitosis Otras formas de mitosis Citocinesis

Amitosis en un protozoo ciliado La división celular o fase M Envoltura nuclear Pleuromitosis Amitosis Micronúcleo Cromosomas unidos por el cinetocoro a la parte interna de la envoltura nuclear Macronúcleo Amitosis en un protozoo ciliado

La división celular o fase M Célula animal Estrangulamiento Bipartición longitudinal Roseta de individuos Esquizogonia en Plasmodium Célula vegetal Gema Fragmoplasto Gemación

Partenogénesis sexual La reproducción: asexual y sexual Estolones Rizomas Tubérculos Bulbos Partenogénesis sexual

Pulgones: generaciones de verano La reproducción: asexual y sexual Pulgones: generaciones de verano

La reproducción: asexual y sexual Crustáceo de agua dulce Macho de Artemia salina

La reproducción: asexual y sexual Zángano de abejas

MEIOSIS n n 2n Interfase Interfase (sin duplicación) (duplicación ADN y centriolos) Interfase (sin duplicación) n Gametos o esporas n 2n 1ª DIVISIÓN MEIÓTICA. REDUCCIONAL. MEIOSIS I 2ª DIVISIÓN MEIÓTICA. ECUACIONAL. MEIOSIS II SE PRODUCEN DOS CARIOCINESIS Y DOS CITOCINESIS

Esporas: se desarrollan directamente y sin unirse a otras células dan un nuevo individuo Gametos: Precisan unirse a otros gametos para dar un nuevo individuo (excepto partenogénesis)

¿Por qué en la meiosis se producen células (gametos) haploides?

La meiosis Profase I Leptoteno Zigoteno Paquiteno Diacinesis Diploteno Intercinesis Profase II Metafase I Metafase II Anafase I Anafase II Telofase II Telofase I

La meiosis Profase I Leptoteno Zigoteno Paquiteno Diploteno Diacinesis VER PROCESO DE SINAPSIS Diploteno Diacinesis

Profase I. Leptoteno La meiosis Constitución de los cromosomas (no se aprecian). Los cromosomas se unen a la membrana nuclear (lámina fibrosa) mediante placas de unión bouquet Formación del huso mitótico.

Profase I. Zigoteno La meiosis Apareamiento de homólogos (sinapsis). Formación complejo sinaptonémico (apareamiento gen a gen) Formación de tétradas o bivalentes

Profase I. Paquiteno La meiosis Sobrecruzamiento (crossing-over) o intercambio de material genético entre cromátidas no hermanas La consecuencia del intercambio de genes es la recombinación génica

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. Es gracias a ella que se ha dado la diversidad en la evolución al crear diversidad en los alelos de distintos genes.

Quiasma es el punto (lugar físico) donde ocurre intercambio de material genético o “crossing over”.

Profase I. Diploteno La meiosis Los cromosomas homólogos inician su separación, permaneciendo unidos por los quiasmas (puntos de sobrecruzamiento) Etapa larga, puede durar días, años…

Profase I. Diacinesis La meiosis Condensación de cromosomas (2 cromátidas en cada uno) Desaparece nucléolo. Desaparece mb nuclear. Se forman fibras cinetocóricas

La meiosis Cromátidas hermanas Leptoteno Cromosomas homólogos Zigoteno Paquiteno Diploteno Diacinesis Nódulo Quiasma VER COMPLEJO SINAPTONÉMICO

Complejo sinaptonémico La meiosis Complejo sinaptonémico Ejes laterales Nódulo de recombinación Cromátida hermana Cromátida hermana Eje central

La meiosis Metafase I En la placa ecuatorial se disponen las tétradas unidas por los quiasmas

La meiosis Anafase I Los pares de cromosomas homólogos se separan. Se separan cromosomas completos

Se obtienen dos células hijas n La meiosis Telofase I Reaparece mb nuclear y nucléolo. Los cromosomas sufren una pequeña descondensación. Se obtienen dos células hijas n

Ocurre simultáneamente en las dos células hijas Intercinesis La meiosis La meiosis II se precede de una breve interfase denominada intercinesis (no se duplica el ADN). Ocurre simultáneamente en las dos células hijas Profase II Metafase II Anafase II Telofase II

Los ciclos biológicos Ciclo haplonte Ciclo diplonte Ciclo diplohaplonte

Los ciclos biológicos (haplonte) MEIOSIS CIGÓTICA Adultos n Mitosis Gametos n Meiosis Fecundación Cigoto 2n

Los ciclos biológicos (diplonte) MEIOSIS GAMÉTICA Fecundación Mitosis Cigoto 2n Gametos n Meiosis gamética Adulto 2n

Los ciclos biológicos (diplohaplonte) MEIOSIS ESPOROGÉNICA Gametofito ♂ n Adulto 2n (esporofito) Meiosis Fecundación Gametofito ♀ n Cigoto 2n

Gráfica del ciclo celular Contenido de ADN Tiempo 1 2 3 4 5 G1 S G2 MI INTERF MII INTERFASE

Comparación entre mitosis y meiosis Ocurre en la mayoría de las células eucarióticas. Ocurre en la formación de gametos en células eucarióticas. No hay apareamiento de cromosomas homólogos. Los cromosomas homólogos se parean en sinapsis y puede ocurrir entrecruzamiento. Se mantiene el número de cromosomas. El número de cromosomas se divide de diploide a monoploide. Una división. Dos divisiones. Se producen dos células hijas. Se producen cuatro células hijas. Las células hijas son idénticas entre sí y a la célula madre. Las células hijas tienen combinaciones variadas de cromosomas y no son idénticas a la célula madre.

Número de cromosomas (2n) de algunas especies