1. Introducción
Las etapas en la vida de una célula son las siguientes:
- Nacimiento.
- Crecimiento.
- Diferenciación celular (especialización).
- Reproducción celular o muerte: todas las células se dividen y dan lugar a células hijas, o bien se mueren.
La duración de la vida de las células es muy variable: en general, de horas a 100 ó 200 días. Algunos tipos celulares se regeneran rápidamente, es decir, tienen un ciclo de vida muy corto (células epiteliales, por ejemplo). Otros pierden la capacidad de dividirse y viven muchos años (neuronas…).
Por otra parte, los componentes de las células, como los orgánulos celulares, se renuevan constantemente. Las células se mueren por apoptosis (muerte celular programada), en la que la célula se lisa (rompe) y los restos son fagocitados por células del sistema inmunitario. En organismos eucariotas pluricelulares se distinguen dos tipos de división celular:
- Mitosis: División en las que se generan dos células hijas con igual número de cromosomas que la célula madre.
- Meiosis: Se generan células con la mitad de cromosomas que la célula madre.
Los organismos procariotas (bacterias) no se dividen por mitosis o meiosis.
2. El Ciclo Celular
Es el período que transcurre desde el nacimiento de una célula hasta que se divide formando células hijas. En general, el ciclo celular se divide en dos fases:
Interfase:
Fase en la que la célula no se divide. Dura la mayor parte del ciclo celular.
División celular (o Fase M):
Fase final y de corta duración. Consta a su vez de:
- Cariocinesis o mitosis: División del núcleo con reparto equitativo del material genético para cada núcleo de las futuras células hijas.
- Citocinesis: División posterior del citoplasma, generando nuevas células hijas.
3. La Interfase
Consta de varias etapas o fases: G1, S, G2.
Fase G1:
Periodo desde el nacimiento de la célula hasta la fase S.
Tiene una duración variable, aunque es la más larga de estas tres etapas.
En esta fase la célula realiza las funciones “normales”, sintetizando ARNm para posteriormente dar lugar a proteínas, que realizan las funciones correspondientes. La célula posee un único diplosoma (pareja de centriolos).
Fase S:
Abarca desde el final de la fase G1 hasta el inicio de la fase G2.
En esta fase, la célula sintetiza una copia de su material genético (ADN), es decir, duplica su ADN. Esto es necesario para que, tras la mitosis, ambas células hijas posean el mismo material genético que la célula de la que provienen (y, por lo tanto, sean clónicas entre sí y clónicas respecto a la célula madre). La célula continúa con sus funciones habituales. La duración de la fase S es más corta que la fase anterior.
Fase G2:
Es la última y más corta fase de la interfase. Se inicia al acabar la duplicación del ADN. Por lo tanto, en esta fase la célula tiene el doble de ADN que en la situación inicial.
La célula se prepara para el proceso de división celular:
- sintetizando proteínas necesarias (proteínas del huso mitótico, etc.).
- formando un nuevo diplosoma.
Fase G0:
A veces, algunos tipos celulares se detienen en su ciclo celular durante la fase G1, antes de llegar a la fase S. El ciclo se detiene durante días o meses, según el tipo celular. Cuando entra en esta situación, se dice que la célula está en fase G0.
Las células más especializadas (neuronas…), se quedan permanentemente en esta fase.
4. La Mitosis
Tipo de división del núcleo celular por el que, a partir de una célula diploide (2n cromosomas), se obtiene, como resultado final, dos células hijas también diploides. Las células obtenidas son clónicas entre sí, y clónicas respecto a la célula de la que provienen. La importancia de la mitosis reside en que:
- Es el tipo de división utilizado en la reproducción asexual de organismos eucariotas unicelulares.
- Permite el crecimiento de los organismos pluricelulares, a partir de la primera célula (cigoto) formada tras la fecundación.
- Posibilita que todas las células somáticas de un individuo pluricelular tengan la misma dotación cromosómica (46 cr. en el caso del ser humano) y que sean clónicas.
La mitosis consta de 4 etapas consecutivas:
4.1. Profase
La célula sufre bastantes cambios:
- La cromatina se condensa hasta formar los cromosomas duplicados (cada uno con dos cromátidas hermanas).
- Desaparece el nucleolo.
- Terminan de formarse los dos centrosomas (contienen las parejas de centriolos), y se desplazan hacia los extremos (polos) de la célula.
- Se van formando fibras de microtúbulos alrededor de los centrosomas, generando el huso mitótico o acromático.
- Se rompe la envoltura nuclear.
- En los cromosomas, se forman unas estructuras proteínicas en la zona del centrómero llamadas cinetocoros (zonas de unión a microtúbulos que se van formando).
4.2. Metafase
En esta fase, los cromosomas (46, en el ser humano) se alinean en el ecuador (mitad) de la célula, formando la placa ecuatorial. El conjunto de estructuras fibrosas (microtúbulos) y centrosomas (que se han ido desplazando hacia cada polo de la célula) forman la estructura denominada huso mitótico. Cada cromosoma está unido por ambos lados a microtúbulos del huso a nivel de los cinetocoros.
4.3. Anafase
Cada uno de los cromosomas sufre una rotura a nivel del centrómero, que provoca la separación de las dos cromátidas hermanas que lo forman (o cromosomas anafásicos). Posteriormente, las cromátidas son arrastradas hacia cada polo (46 cromátidas o cromosomas anafásicos, en el caso del ser humano), a la vez que los polos se alejan uno del otro.
4.4. Telofase
Las cromátidas arrastradas hacia cada polo se agrupan. Éstas comienzan a descondensarse. Reaparece el nucleolo. Comienza a formarse una nueva envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromátidas o cromosomas anafásicos. Se acumulan muchas fibras (que serán importantes en la división del citoplasma posterior) en la zona central de la célula.
5. La Citocinesis
Es el proceso por el cual se divide el citoplasma de la célula durante el proceso de división celular. Una forma habitual en células animales es la de estrangulamiento:
La zona central de la célula se estrecha por acción de fibras de proteína que forman una especie de anillo. La célula adopta una forma de reloj de arena, donde los núcleos recién formados se sitúan a cada lado. Al final, el estrechamiento lleva a la división, formándose las dos células hijas.
6. Diferencias en Mitosis de Células Animales y Vegetales
Existen algunas diferencias en la división celular de ambos tipos de células:
- Las células vegetales no poseen centríolos ni ásteres, es decir, no hay centrosomas en los extremos o polos de la célula que se divide. En los polos sólo existe una zona clara rodeada de microtúbulos (centro organizador).
- En la citocinesis de células vegetales no hay estrechamiento de la zona central.
En lugar de ello, a cada lado se forman aparatos de Golgi que producen vesículas con material que se acumula en la parte central de la célula. De esta manera, se empieza a formar la pared celular que separará ambas células. Esta pared comienza a formarse en la parte central, y se va extendiendo hacia la periferia (hacia la membrana plasmática).
7. Meiosis: Introducción
La división celular por meiosis es un tipo especial de división celular, por el cual, a partir de una célula diploide (con 2n cromosomas en su núcleo), se obtienen 4 células hijas haploides (con n cromosomas); es decir, que poseen la mitad de cromosomas que la célula madre.
Las células obtenidas normalmente son gametos (óvulos y espermatozoides), y no son clónicas entre sí, ya que durante la meiosis ocurren procesos de mezcla de genes paternos y maternos al azar.
8. La Importancia de la Meiosis
La meiosis es un proceso muy importante en la reproducción sexual, ya que es necesaria para la producción de gametos haploides (óvulos y espermatozoides). Desde el punto de vista genético, la meiosis tiene una serie de consecuencias importantes:
a) Permite el mantenimiento de la dotación cromosómica (número de de cromosomas) de cada especie.
Al reducir en los gametos la cantidad de cromosomas a la mitad (n), se consigue que, tras la fecundación (fusión de gametos), el cigoto (1ª célula del nuevo individuo) posea de nuevo el número habitual de cromosomas de esa especie (2n). Si los gametos tuvieran el mismo número de cromosomas que cualquier célula somática, tras la fecundación, las células del nuevo individuo tendrían el doble de cromosomas, duplicándose la cantidad de cromosomas en cada generación.
En el ser humano, las células somáticas poseen 46 cromosomas (2 juegos completos ó 23 parejas de cromosomas homólogos), mientras que cada gameto posee 23 cromosomas (con un único juego de cromosomas, sin parejas de cromosomas homólogos en su núcleo).
b) Se generan gametos genéticamente diferentes, ya que los nuevos cromosomas que poseen los nuevos gametos, se forman por distintas mezclas de genes pertenecientes a ambos cromosomas homólogos de la célula precursora, y por lo tanto, mezcla de genes maternos y paternos, por procesos de recombinación genética.
c) Durante la meiosis, los nuevos cromosomas se segregan al azar, aumentando así la variabilidad genética de los nuevos gametos.
El proceso de meiosis provoca que la reproducción sexual tenga algunas ventajas sobre la reproducción asexual (basada ésta en la división por mitosis).
- Aumenta la variabilidad genética de los individuos de una población, ya que la descendencia posee mezcla de genes maternos y paternos, como consecuencia de la fecundación y la producción de gametos genéticamente diferentes en la meiosis.
- La existencia de individuos con características diferentes favorece los procesos de adaptación a los cambios que puedan ocurrir en el medio ambiente. Esto permite el funcionamiento del mecanismo de selección natural, facilitando de esta manera la evolución de dicha especie. De hecho, a mayor variabilidad genética de la población habrá mayor tasa de evolución.
Como desventaja frente a la reproducción asexual, la reproducción sexual se basa en procesos más complejos:
- La propia meiosis es más compleja que la mitosis.
- El proceso de reproducción es en general más lento.
- Normalmente el número de descendientes es menor.
- La necesidad de fusión de gametos de individuos diferentes provoca mayor gasto energético debido a la búsqueda y/o lucha por conseguir pareja, etc.
9. Fases de la Meiosis
La meiosis consiste en dos divisiones sucesivas:
- 1ª división meiótica: La célula madre (diploide = 2n) se divide en dos células con la mitad de cromosomas (n = haploides) que la célula madre (división reduccional).
- 2ª división meiótica: Cada una de las dos células formadas (n) se vuelve a dividir por un proceso de mitosis (división ecuacional), siendo el resultado final un total de 4 células haploides (n). Entre la 1ª y 2ª división meiótica no hay proceso de duplicación del ADN.
10. Primera División Meiótica
Como la mitosis, consta de varias etapas:
10.1. Profase I:
Las diferencias respecto a la profase de la mitosis ocurren a nivel de los cromosomas. Es la etapa más compleja. Se diferencian subetapas:
a) Leptoteno: Formación de cromosomas (duplicados en interfase).
b) Zigoteno: Emparejamiento físico de cromosomas homólogos ayudados por una estructura proteínica central que empieza a formarse. Proceso denominado sinapsis.
c) Paquiteno: Las parejas de cromosomas homólogos unidos forman “pares bivalentes” o “tétradas”.
Entre las cromátidas de cromosomas homólogos ocurren “sobrecruzamientos”. Estos sobrecruzamientos consisten en cortes de la cadena de ADN y posterior unión de las cadenas de ADN de cromátidas pertenecientes a cada cromosoma homólogo. De esta manera se produce la recombinación genética, por la que genes que estaban situados en uno y otro cromosoma homólogo (provenientes por lo tanto de cada progenitor) quedan ahora en una misma molécula de ADN). Es decir, hay una mezcla de genes de ambos progenitores en una misma molécula de ADN.
d) Diploteno: Los cromosomas homólogos comienzan a separarse, quedando unidos en los puntos de unión (quiasmas).
e) Diacinesis: Fase final. Condensación máxima de los cromosomas. Desaparición de la envoltura nuclear.
10.2. Metafase I:
Los bivalentes (parejas de cromosomas homólogos) se colocan en mitad de la célula (placa ecuatorial). En el caso del ser humano serían 23 bivalentes.
10.3. Anafase I:
Separación de los cromosomas homólogos de cada bivalente. No se separan las cromátidas de cada cromosoma sino cada cromosoma de su correspondiente homólogo. Movimiento de cada cromosoma (formado por dos cromátidas) hacia cada polo de la célula.
10.4. Telofase I:
En algunas especies se forma envoltura nuclear en cada polo. En otras, se inicia directamente la 2ª división meiótica. En el ser humano, en cada polo se agrupan 23 cromosomas (n) duplicados: un cromosoma de cada una de las parejas de homólogos.
11. Segunda División Meiótica
Ocurre en cada uno de los dos núcleos que se han formado en la división anterior. En cada uno de ellos ocurre una división mitótica. Diferencia: sólo hay un cromosoma de cada pareja de homólogos.
11.1. Profase II:
Igual que en mitosis. Rotura de envoltura nuclear. Duplicación de diplosomas. Formación del huso mitótico.
11.2. Metafase II:
Disposición de los cromosomas (23 en el ser humano) en el centro, formando la placa ecuatorial.
11.3. Anafase II:
Separación de las dos cromátidas de cada cromosoma a nivel del centrómero. Migración de cada grupo de cromátidas (23 en el ser humano) hacia cada polo.
11.4. Telofase II:
Formación de envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromátidas = cromosomas sin duplicar. Desespiralización de los cromosomas. Posteriormente, ocurre la citocinesis (división de citoplasmas).