Ciclo celular y reproducción. 2013

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G u s t a v o T o l e d o C . © "La ciencia es el gran antídoto contra el veneno de la superstición" ® Material preparado por Gustavo Toledo, Profesor de Biología y Ciencias. Biología 2° Medio El Ciclo celular y Reproducción Celular Libro Guía: pp. 150 - 168 Insert figure 9.1 here 1 G 1 (crecimiento) G 0 G 2 (crecimiento y Preparación final para la división) S (Crecimiento y Replicación del DNA) M Citocinesis T elofa se A n a f a s e M e t a f a s e Profase t tardía Pro f ase Interfase Punto de control G 1. Si el DNA está dañado, ocurrirá apoptosis. Además, la célula está obligada a dividirse cuando se presentan las señales de crecimiento (GFs) en el medio y los nutrientes están disponibles. Es el punto de control más importante. Punto de control M . Punto de control de ensamblado del huso. La Mitosis no continuará si los Cromosomas no están apropiadamente alineados ni los cinetocoros no están unidos al huso. Punto de control G 2 /M La Mitosis ocurrirá Si la replicación del DNA fue apropiada y si se duplicó la masa celular. La Apoptosis ocurrirá si el AND está dañado o no ha sido reparado o se ha replicado más de una vez. M G2 G 1 Basado en: Sylvia S. Mader Célula quiescente

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Gu

st avo Tole d

o C.

© "La ciencia es el gran antídoto contra el veneno de la superstición"

® Material preparado por Gustavo Toledo, Profesor de Biología y Ciencias.

Biología2° Medio

El Ciclo celular y Reproducción Celular

Libro Guía: pp. 150 - 168

Insert figure 9.1 here

1

G1

(crecimiento)

G0

G2

(crecimiento yPreparación finalpara la división)

S(Crecimiento y

Replicación del DNA)

M

Citocinesis

Tel

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se

Pro

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Profa

se

Interfase

Punto de control G1. Si el DNA está dañado, ocurrirá apoptosis.Además, la célula está obligada a dividirse cuando se presentan las señales de crecimiento (GFs) en el medio y los nutrientes están disponibles. Es el punto de control más importante.

Punto de control M. Punto de control de ensamblado del huso. La Mitosis no continuará si los Cromosomas no están apropiadamente alineados ni los cinetocoros no están unidos al huso.

Punto de control G2 /MLa Mitosis ocurriráSi la replicación del DNA fue apropiada y si se duplicó la masa celular. La Apoptosis ocurrirá si el AND está dañado o no ha sido reparado o se ha replicado más de una vez.M

G2

G1

Basado en: Sylvia S. Mader

Célula quiescente

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Nociones Generales

El Ciclo celular Interfase Estado Mitótico Control del Ciclo celular Apoptosis

Mitosis y citocinesis

Mitosis en Células animales

El Ciclo celular y Cáncer

División de la Célula Procariota

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El Ciclo celular

El ciclo celular es un conjunto ordenado de fases que conducen al crecimiento de la célula y a la división en dos células hijas.

Justo antes de la próxima división:

la célula aumenta de tamaño

El número de organelos se dobla

El DNA es replicado

Los dos principales estados del Ciclo celular:

Interfase

Mitosis

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4

El Ciclo celular

G1

(crecimiento)

G1 Punto de control G2/ M La Mitosis ocurrirá si la replicación del DNA fue apropiada y si se duplicó la masa celular. La apoptosis ocurrirá si el DNA está dañado o no ha sido reparado o se ha replicado más de una vez..

S (crecimiento y Replicación del DNA)

M

citocinesis

Telo

phas

eA

naf

ase

Met

afas

e

Late

Pro

fase

Profa

se

Interfase

Punto de control M. Punto de control de ensamblado del huso. La Mitosis no continuará si los cromosomas no están apropiadamente alineados ni unidos los cinetocoros al huso.

M

G2

G1

G2

(crece y se preparaPara la

división)

Punto de control G1. Si el DNA está dañado, ocurrirá apoptosis. Además, la célula está obligada a dividirse cuando se presentan las señales de crecimiento (GFs) en el medio y los nutrientes están disponibles. Es el punto de control más importante.

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Page 7: Ciclo celular y reproducción. 2013

7

Regulación en el punto de control G1

a.

PP

ProteínaRB

ProteínaRB

E2FE2F E2F

CDKno presente

E2F no liberadaE2F

liberada

E2F se une al DNA.

DNA

Proteína delCiclo celular

RB fosforilada

CDK presente

b.

P

P

P P

Digestión dep53

DNA noDañado

DNAdañado

P53 forforiladoProteína reparaDNA

apoptosis

P53 se une al DNA.

DNA DNA

p53

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ANIMACIÓN

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Page 9: Ciclo celular y reproducción. 2013

9

Interfase

La mayor parte del Ciclo celular se pasa en Interfase

La Célula realiza sus funciones usuales El tiempo que pasa en Interfase varía

según el tipo de Célula Las Células Nerviosas y musculares no

completan el Ciclo celular (permanecen el el estado G0)

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Interfase

Interfase consta de: Fases G1, S y G2 Fase G1 :

Se recupera de división anterior Célula dobla sus organelos La Célula crece Acumula materia prima para la síntesis de DNA (replicación

del DNA) Fase S:

replicación del DNA Son sintetizadas las Proteínas asociadas con el DNA Cada Cromosomas entra a S con sólo una cromátida Cromosomas terminan S con 2 cromátidas idénticas

Fase G2 : Entre la replicación del DNA y el inicio de la mitosis La Célula sintetiza Proteínas necesarias para la división

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Estado M (Mitótico)

Incluye:

Mitosis (cariocinesis)

División Nuclear

Cromosomas hijos se distribuyen en dos núcleos hijos

citocinesis

División Citoplasmática

Se forman dos células hijas genéticamente idénticas

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Control del Ciclo celular

El Ciclo celular está controlado por señales internas y externas

La señal es una molécula que puede estimular o inhibir un evento metabólico. Señales externas

Factores de crecimiento Recibidos en la Membrana plasmática Causa finalización del Ciclo celular

Señales internas Familia de Proteínas llamadas ciclinas aumentan y disminuyen a medida que prosigue el Ciclo

celular Sin ellas el ciclo para en G1, M o G2 (puntos de control) Se dan tiempo para reparar la mayoría de los daños

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Apoptosis

Apoptosis es la muerte Celular programada

Involucra una secuencia de eventos celulares:Fragmentación del núcleo, Se forman vesículas rodeadas por Membrana

plasmáticaSe fagocitan los fragmentos celulares.

Apoptosis la causa enzimas caspasas. Mitosis y apoptosis son fuerzas opuestas

Mitosis aumenta el N° de CélulasApoptosis disminuye el N° de Células

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Características de la apoptosis

14

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Apoptosis

Mediada por 2 set (iniciadoras y ejecutoras) de enzimas CaspasasLas iniciadoras reciben la señal (interna o

externa) apoptótica activando a las ejecutoras, las cuales activan a enzimas que digieren a la célula, programadamente.

La proteína p53 se activa cuando el ADN sufre dañoDetiene el ciclo en G1 cuando el DNA sufre

daño Inicia el intento de reparación del DNA

Si tiene éxito, el ciclo continúa a la mitosisSi no, se inicia la apoptosis

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Apoptosis

16

http://www.biooncology.com/images/apoptosis-image-lg.jpg

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17

Apoptosis

Célula apoptótica

FragmentoCélular

Fragmentode DNA

La célula se redondea y el núcleo colapsa

La cromatinase condensa yel núcleo se fragmenta

La Membrana plasmática forma vesículas y se forman ampollas

FragmentosCelulares tienen DNAfragmentado

blebs

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ANIMACIÓN

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Page 19: Ciclo celular y reproducción. 2013

19

Mitosis: Preparación

DNA tiene hebras muy largas Cromosomas En ellos el DNA está condensado, durante la división DNA está asociado con Proteínas histonas Colectivamente llamadas cromatina en eucariotas

Antes que comience la mitosis: La cromatina se condensa (se embobina) en

cromosomas claramente visibles Cada especie tiene un N°característico de

cromosomas Humanos 46 Maíz 20 Pez dorado 94

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Page 21: Ciclo celular y reproducción. 2013

21

Número de Cromosomas

El Número diploide(2n) incluye dos sets de Cromosomas de cada tipoLos humanos tienen 23 tipos diferentes de

CromosomasCada tipo está representado dos veces en cada

Célula somática(Diploide)Sólo los espermatozoides y Ovocitos II tienen uno

de cada tipo (haploide)El Número haploide (n) para humanos=23

dos representantes de de cada tipo, hacen un total de 2n=46 en cada núcleo de célula corporal

Un set de 23 proviene de la madre (del Ovocito II) Otro set de 23 proviene del padre (del espermatozoide)

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Número de cromosomas de algunos eucariotas

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Estructura del Cromosoma

Al final de la Fase S: Cada Cromosoma está internamente duplicado Está compuesto de dos cadenas de DNA idénticas

Cromátidas hermanas (dos copias geneticamente idénticas de un solo cromosoma)

Unidas en un solo punto (llamado centrómero) Durante la mitosis:

Los Centrómeros, que mantienen unidas a las cromátidas hermanas, se rompen simultáneamente

Las Cromátidas hermanas se separan Cada una se convierte en cromosoma hijo Las cromátidas hermanas de cada tipo de cromosoma

se distribuyen a núcleos hijos opuestos

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24

Cromosoma duplicado

centrómero

Cromátidas hermanas

Una cromátidaa. b.

Cinetocoro

9.850

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Mitosis en Células animales

Page 26: Ciclo celular y reproducción. 2013

26

Mitosis en Células animales

Al lado afuera del núcleo está el centrosoma Este es el centro organizador de los microtúbulos Organiza el huso mitótico

Contiene muchas fibras Cada centrosoma está compuesto de un paquete de

microtúbulos En animales, contiene centríolos en forma de barril

Orientados en ángulo recto uno al otro en el centrosoma Cada uno con 9 tripletes de microtúbulos ordenados en un

cilindro

El centrosoma también fue replicado en la Fase S, de modo que hay dos centrosomas

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27

Mitosis en Células animales: Profase

Profase La cromatina se ha condensado

Los Cromosomas se distinguen con el microscopio

Se ven dobles (dos Cromátidas hermanas unidas por el centrómero)

El nucléolo desaparece

La membrana nuclear se desintegra

El huso comienza a tomar forma

Dos centrosomas se mueven alejándose uno del otro

Forman microtúbulos dispuestos en forma de estrella: el aster

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Mitosis en Animales

Célula vegetalInterfase

centrómero

aster

cinetocoro

Fibra polares

CromosomasParedcelular

25µm

centrosoma

sin centríolos

MIT

OS

IS

centrosomatiene centríolos

Célula animalen Interfase

Fragmentosde membrananuclear

La cromatinase condensa

El nucléolodesaparece

Profase tempranaLos centrosomas se han duplicado.La cromatina se está condensando

en cromosomas, y la membrana nuclearse está frgamentando.

ProfaseEl nucléolo ha desaparecido y los

cromosomas duplicados son visibles.Los centrosomas enpiezan a alejarse,

y el huso está en formación.

ProfaseEl nucléolo ha desaparecido y los

cromosomas duplicados son visibles.Los centrosomas enpiezan a alejarse,

y el huso está en formación.

20 µm Cromosomaduplicado

20 µm

Fibras del huso en formación

Polos del huso 9 µm

microtúbulosdel cinetocoro

Surco de clivaje

Fibras delhuso

20µm 16µm

Fibras polares del huso

AnafaseCromátidas hermanas se separan y llegan a ser

Cromosomas hijos que se mueven hacia los polosdel huso. Así, cada polo recibe el mismo N°

y tipo de Cromosomas que tenía la Célula padre.

MetafaseCentromeros de cromosomas duplicadosestán alineados en la placa metafásica).

cinetocoro spindlefibras unidas to the Cromátidas hermanas

come from opposite polos del huso.

Cromosomas enplaca metafásica

6.2µm6.2µm20µm6.2µmFibras polaresCarecen decentríolos y aster

TelofaseCélulas hijas se están formando a

a medida que las membranas nuclearesy los nucleolos reaparecen. Los cromosomas

llegarán a ser indiferenciados.

cromosoma hijo 20µm

El nucléolo

Placa celular 6.6µm

Page 29: Ciclo celular y reproducción. 2013

ANIMACIÓN

29

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Page 30: Ciclo celular y reproducción. 2013

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Mitosis en Células animales: Prometafase

Prometafase

El centrómero de cada Cromosoma desarrolla dos cinetocoros

Complejo de proteínas especializados

Uno sobre cada Cromátida hermana

El cinetocoro engancha a las Cromátidas hermanas con microtúbulos especializados (fibras del cinetocoro)

Estos conectan a las cromátidas hermanas a los polos opuestos de la célula madre

Page 31: Ciclo celular y reproducción. 2013

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Mitosis en Células animales: Metafase y Anafase

Metafase Cromosomas son arrastrados por las fibras cinetocóricas Son forzados a alinearse a lo largo del plano ecuatorial de

la célula Placa Metafásica Representa el plano a través del cual la célula madre se

dividirá Anafase

El centrómero se disuelve, libera las Cromátidas hermanas y luego estas se separan

Ahora son llamadas cromosomas hijos Son arrastrados a los polos por las fibras cinetocóricas

Page 32: Ciclo celular y reproducción. 2013

32

Mitosis en Células animales: Telofase

Telofase

El huso desaparece

Ahora hay dos grupos de Cromosomas hijos Dos cromosomas de cada tipo

Los grupos de cromosomas son núcleos hijos incipientes

La membrana nuclear se forma en los dos núcleos hijos incipientes

Los cromosomas se descondensan y se convierte de nuevo en cromatina

El nucléolo reaparece en cada núcleo hijo

Page 33: Ciclo celular y reproducción. 2013

33

Citocinesis: Células animales

CITOCINESIS=División del citoplasma El citoplasma de la célula madre se distribuye

igualmente en los núcleos hijos Encerrados cada uno en su propia Membrana

plasmática Citocinesis en célula animal :

Un surco de división aparece entre los núcleos hijos Formada por un anillo contráctil de filamentos de

actina Eventualmente parte a la célula madre en dos.

Page 34: Ciclo celular y reproducción. 2013

34

Citocinesis en Células animales

2 m

2 m

Anillo contráctil

Surco de clivaje

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35

Citocinesis: Células vegetales

La Pared celular rígida, por fuera de la membrana plasmática, no permite un surco

Empieza con la formación de la placa celular Muchas vesículas pequeñas, limitadas por membrana Eventualmente se fusiona en una vesícula delgada

que se extiende a través de la célula madre Las membranas de la placa celular se convierten en

Membrana plasmática entre las Células hijas El Contenido de las vesículas llega a ser la lamela media

entre las dos células hijas Las Células más tarde secretan pared celular primaria sobre

los lados opuestos de la lamela media

Page 36: Ciclo celular y reproducción. 2013

36

Citocinesis en Células vegetales

© Katherine Esau; 9.8d: © Biophoto Associates/Photo Researchers, Inc.

núcleos

Pared celular

Formación de la placa celular

microtúbulos

Placa celular en formación

Page 37: Ciclo celular y reproducción. 2013

37

Función de la Mitosis

Permite el crecimiento y reparación. En plantas retiene la capacidad de dividirse

durante la vida de la planta En mamíferos, la mitosis es necesaria para:

Que el Ovocito II fertilizado se convierte en embrión

Que el Embrión se convierte en feto Sanar una herida, reparar un hueso roto, por ej.

Page 38: Ciclo celular y reproducción. 2013

38

Células madres

Muchos órganos de mamíferos contienen Células madres

Retienen la capacidad de dividirse Células madres de la médula roja ósea se dividen

para producir varios tipos de Células Sanguíneas

Clonación terapéutica para producir tejidos humanos; pueden comenzar tanto con células madres adultas o células madres embrionarias

Células madres embrionarias pueden usarse para clonación reproductiva, la producción de un nuevo individuo

Page 39: Ciclo celular y reproducción. 2013

39

Dos Tipos de Clonación

Células G0 de unAnimal a clonar

a. Clonación Reproductiva

removernúcleo G0

remover y descartarNúcleo del ovocito

fusionar ovocitoCon núcleo G0 cultivo

Célulasmadres embrionarias

Implantede embrión

en lamadre

sustituta

Un clon ha nacido

Ovocito

remover núcleo G0

remover ydescartar ovocitonúcleo

neurona

sangre

músculo

Células somáticas G0

b. Clonación terapéutica

fusionar ovocitoCon núcleo G0 cultivo

Células Madresembrionarias

ovocito

Page 40: Ciclo celular y reproducción. 2013

40

El Ciclo celular y Cáncer

El crecimiento anormal de Células es llamado un neoplasma Neoplasmas Benignos no son cancerosos

Encapsulados No invaden tejidos vecinos ni se diseminan

Neoplasmas malignos son cancerosos No encapsulados. Rápidamente invaden tejidos vecinos También pueden migrar y establecerse en lugares distantes –

metástasis Resultan de mutación de genes reguladores del ciclo celular

Carcinogénesis – desarrollo de cáncer Tiende a ser gradual Puede tomar años para ser obviamente canceroso

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41

Características de Células Cancerosas

Carecen de diferenciación No son especializadas Son immortales (entran al Ciclo Celular repetidamente)

Tiene núcleos anormales Pueden ser alargados Pueden tener N° de cromosomas anormales Copias extras de genes

Forman tumores Mitosis controlada por contacto con células vecinas–

Inhibición por contacto Células cancerosas pierden la inhibición por contacto

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42

Características de Células Cancerosas

Desarrollan metástasisEl tumor original se fragmenta fácilmenteNuevos tumores aparecen en otros órganos

Desarrollan angiogénesisFormación de nuevos vasos sanguíneos

Llevan nutrientes y oxígeno al tumor

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43

Progresión del Cáncer

Tumor primario

Surge una nueva mutación y una Célula (café) tiene la habilidad de iniciar un tumor.

Cáncer in situ. El tumor está en su lugar de origen. Una Célula (púrpura) Muta nuevamente.

Células cancerosas tienen ahora la habilidad de invadir vasos Linfáticos y sanguíneos y viajan a través del cuerpo.

Nuevos tumores metastásicos se encuentran a alguna distancia del tumor primario.

Vaso linfático Vaso sanguíneo

Vaso linfático Vaso sanguíneo

Page 44: Ciclo celular y reproducción. 2013

44

Células cancerosas vs. Células Normales

Page 45: Ciclo celular y reproducción. 2013

45

Orígenes del Cáncer: Oncogenes

Mutaciones en DNA reparan mecanismos

Oncogenes

Proto-oncogenes promueven el Ciclo celular de varias maneras

Genes supresores de Tumores inhiben el Ciclo celular de varias maneras. Ej. P53 (ver notas)

Ambos están normalmente regulados y en coordinación con el plan de crecimiento del organismo

Si cualquiera de los dos muta, se puede perder el control y se convierten en oncogen

http://www.cancerquest.org/index.cfm?page=181&lang=spanish

Page 46: Ciclo celular y reproducción. 2013

46

Orígenes del Cáncer: Telomerasa

Los Cromosomas normalmente tienen material especial en cada extremo llamados telómeros (partes terminales)

Estos se acortan en cada división celular Cuando los telómeros están muy cortos

la célula no se dividirá más Es como si se acabaran los “boletos” de división

Telomerasa:enzima que ayuda añadir telómeros Mutaciones en el gen de la telomerasa:

Mantiene la adición de nuevos telómeros Permite que las células cancerosas se dividan sin

parar. Es como si adquiriesen “boletos falsificados”

Page 47: Ciclo celular y reproducción. 2013

47

Causas del Cáncer

1,100X

Proteínaseñalactivada

Factor decrecimiento

receptorproteico

Proteina señal

Fosfato

b. Efecto del factor decrecimiento

P

P

P

El proto-oncogen codificapara un factor decrecimiento, una proteínareceptora o una proteínaSeñal, en una víaestimuladora. Si un proto-oncogen se transforma enun oncogen, el resultadofinal puede ser unadivisión celular activada.

El gen supresor tumoral codifica para una proteínaseñal en una vía inhibidora.Si un gene supresor detumor muta, el resultadofinal puede ser laactivación de la divisióncelular.

c. Vía estimuladora yVía inhibidora

1.100Xd. Célula cancerígena de la piel

El productodel gen promueveel ciclo celular

Vía estimuladora

Vía inhibidora

El producto delgen inhibe alciclo celular

El factor de crecimientoactiva a proteínasseñales, una víaestimuladora que se extiende al núcleo.

a. Influencia que que causan proto-oncogenesmutados (llamados oncogenes) y genessupresores de tumores mutados

Herencia Fuentes deradiación

Pesticides y

herbicides

Virus

oncogen

Page 48: Ciclo celular y reproducción. 2013

ANIMACIÓN

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Page 49: Ciclo celular y reproducción. 2013

49

División celular en Procariotas

El Cromosoma Procariota es un anillo de DNA Se ubica en un área llamada el nucleoide

1000 X la longitud de la Célula

Se replica en dos anillos antes de la división

Los anillos replicados se fijan a la Membrana celular

Fisión Binaria La célula se parte en dos entre los cromosomas

replicados

Produce dos Células hijas idénticas a la célula original – Reproducción Asexual

Page 50: Ciclo celular y reproducción. 2013

50

Fisión binaria de Procariotas

5. La estrangulación medial de la pared celular y de la membranaplasmática divide al organismooriginal en dos Células hijas.

1. La Unión del Cromosoma a un sitio especial de la Membrana plasmática Indica que la bacteria está comenzando a dividirse.

2. la célula está preparandose parala fisión binaria alargando su pared celular, su Membrana plasmática ytodo su volumen.

3. La replicación del DNA haproducido dos cromosomasidénticos. la pared celular y lamembrana plasmática empiezan acrecer hacia el interior.

4. A medida que la célula se alarga, los cromosomas se separan. El citoplasma está siendo distribuido uniformemente.

200 nm

200 nm

200 nm

Cromosoma

Pared Celular

MembranaPlasmática

citoplasma

Page 51: Ciclo celular y reproducción. 2013

51

Funciones de la división celular

Page 52: Ciclo celular y reproducción. 2013

52

Resumen

El Ciclo celular Interfase estado mitótico Control del ciclo celular Apoptosis

Mitosis y citocinesis

Mitosis en Células animales

El Ciclo celular y Cáncer

División de la célula procariota

Page 53: Ciclo celular y reproducción. 2013

Gu

st avo Tole d

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Biología2° Medio

El Ciclo celular y Reproducción Celular

Libro Guía: pp. 150 - 168

Insert figure 9.1 here

53

© "La ciencia es el gran antídoto contra el veneno de la superstición" .

G1

(growth)G0

G2

(growth y finalpreparations for

división)

S(growth y DNA

replicación)

M

citocinesis

Telo

phas

eA

naf

ase

Met

afas

e

Late

Pro

fase

Profase

Interfase

G1 punto de controlCiclo celular main punto de control.Si DNA está dañado, apoptosisocurrirá. Otherwise, la célulais committed a dividirse cuandogrowth señales are presenty nutrients are available.

M punto de controlSpindle assemblypunto de control. Mitosiswill not continue SiCromosomas arenot properly aligned.

G2 punto de controlMitosis punto de control.Mitosis ocurriráSi DNA hasreplicated properly.Apoptosis willoccur Si the DNA isdamaged ycannot be repaired.

.

M

G2

G1

© SPL/Photo Researchers, Inc.;