FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS DEPTO. CIENCIAS BIOLÓGICAS

CURSO DE BIOLOGÍA GENERAL

BIO-031

GUÍA LABORATORIO N° 4

DIVISIÓN CELULAR

CICLO CELULAR

Corresponde a la secuencia cíclica de procesos en la vida de una célula eucariota que conserva la capacidad de dividirse. Consiste en interfase, mitosis y citocinesis.El ciclo celular está conformado por etapas de crecimiento celular y división de la célula en dos células hijas idénticas (Fig. 1).

Este ciclo ocurre sólo en células en división y está conformado de las siguientes etapas:

Interfase. Es el periodo comprendido entre divisiones celulares y consta a su vez de varias fases:

- Fase o intervalo G1 (Gap 1). Es la primera fase del ciclo celular en el que existe crecimiento de la célula con síntesis de proteínas y de ARN. En esta fase la célula humana es diploide 2n 2c. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas y durante este tiempo, la célula dobla su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular.

- Intervalo S o fase S. Es la segunda fase del ciclo en la que se produce la replicación o síntesis del ADN. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración entre 6 y 8 horas.

- Fase o intervalo G2 (Gap 2). Es la segunda fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. En esta fase la célula humana es diploide 2n 4c. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, y que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas.

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Figura 1. Ciclo celular y sus etapas. El esquema muestra el ciclo celular con división mitótica

Período de división o fase M.

La Mitosis y Meiosis son las partes del ciclo celular y tienen por objetivo la división del material genético. Para poder diferenciar ambos procesos debemos comprender el contexto general, considerando en que tipo de células ocurre las dos formas de división.

CELULAS

Células Somáticas(Del cuerpo)

Células Sexuales(Gametos)

MITOSIS MEIOSIS

Ocurre Ocurre

Figura 2. Muestra las etapas de la mitosis y la meiosis.

Mitosis. Es la división celular en la que una célula progenitora (células eucariotas, células somáticas) se divide en dos células hijas idénticas. Esta fase incluye la profase, metafase, anafase y telofase. En mitosis es donde se visualizan los cromosomas al microscopio al ser detenida la división celular mitótica con colchicina. Tiene una duración aproximada de una hora. La mitosis presenta cinco etapas (Fig. 2):

Profase. Implica condensación de la cromatina, hacia el final de la profase desaparece la envoltura nuclear.

Metafase. Se caracteriza por la formación de la placa ecuatorial de la célula, en donde las parejas de cromátidas unidas por el centrómero se colocan ordenadamente y con precisión.

Anafase. Separación de las cromátidas de cada pareja para formar los cromosomas hijos, los que son atraídos hacia los respectivos polos celulares.

Telofase. Se caracteriza por la reorganización de los nuevos núcleos, lo que implica que se reconstruye la membrana nuclear, rodeando la dotación cromosómica.

Citocinesis. Corresponde a la división del citoplasma. En la mayoría de los casos este proceso sigue a la división nuclear, pero no siempre se lleva a cabo dando origen a células multinucleadas.

Meiosis. En el caso de la división de las gonias o células del epitelio germinativo, éstas se dividen dos veces en forma sucesiva, mientras que los cromosomas se duplican sólo una vez. De esta manera, las células hijas sólo tienen la mitad de los cromosomas (células haploides = n). Este proceso es conocido como Meiosis (Fig. 2), el cual se produce en la gametogénesis masculina (Espermatogénesis Fig. 3) y femenina (Ovogénesis Fig. 3). Las consecuencias fundamentales de la Meiosis son: (a) obtención de células especializadas para intervenir en la reproducción sexual, (b) reducción a la mitad del número de cromosomas, y así al unirse las dos células sexuales en la fecundación vuelve a restablecerse el número cromosómico de la especie, (c) recombinación de la información genética y (d) se origina una gran variación de gametos, debido al entrecruzamiento de segmentos de los cromosomas homólogos.

División celular

La división celular es la parte del ciclo celular en la que una célula inicial se divide en dos para formar dos células hijas. Gracias a la división celular se produce el crecimiento y renovación de las células en organismos pluricelulares, lo que implica el crecimiento de los tejidos. En organismos unicelulares, la división celular se transforma en un proceso clave para su propia reproducción de tipo asexual, generando hijos idénticos. Por estas razones, en cualquier tipo de división celular, las células madres deben duplicar su material genético así como sus organelos citoplasmáticos con el objeto de repartirlos en sus futuras células hijas. La finalización de este proceso requiere de citocinesis.

Existen tres tipos de división celular:

Fisión binaria. Forma de división celular de las células procariotas. Mitosis. Forma más común de la división celular en las células eucariotas somáticas. Una célula que ha adquirido determinados parámetros o condiciones de tamaño, volumen, almacenamiento de energía, factores medioambientales, puede replicar totalmente su

Figura 3. Gametogénesis: Espermatogénesis y Ovogénesis.

dotación de ADN y dividirse en dos células hijas, normalmente iguales. Ambas células serán iguales a la célula madre, diploides o haploides, dependiendo de la célula madre. Meiosis. División de una célula diploide en cuatro células haploides. Esta división celular se produce en organismos multicelulares para generar gametos haploides, que pueden fusionarse después para formar una célula diploide llamada cigoto en la fecundación.

Objetivo general

Comprender y conocer el proceso de división mitótica y meiótica.

Objetivos específicos

Identificar etapas fundamentales de la división celular. Reconocer los estadios básicos que se producen durante la formación de los gametos masculinos y femeninos.

ACTIVIDADES

Actividad 1

Se reconocerán las diferentes etapas de la mitosis.

1.1. Mitosis. Observe una preparación permanente de un corte longitudinal de raíz de cebolla (Allium cepa). Reconozca y esquematice células en diferentes estados de la división mitótica.

Actividad 2

Se reconocerán estructuras gaméticas.

2.1 Gametogénesis – Espermatogénesis. Observe una preparación permanente de corte de testículo de rata. Distinga túbulos seminíferos, espermatogonias, espermatocitos primarios y espermatozoides (Fig. 4). 2.2 Gameto masculino. Observe una preparación permanente de espermios de toro o de humanos. Distinga y esquematice cabeza, segmento intermedio y cola.2.3 Gametogénesis – Ovogénesis. Observe una preparación de un corte de ovario de rata y distinga epitelio del ovario. Distinga y esquematice: A folículo primario o secundario y B folículo de Graaf (Fig. 4).

Figura 4. Corte de testículo, corte de ovario (folículo primordial y de Graaf) y óvulo.

Actividad 3

Fecundación in vitro del equinodermo Tetrapygus niger (Molina) (erizo negro) o de Choromytilus chorus (choro zapato o choro maltón). Se escogieron ejemplares vivos y se mantuvieron en un acuario con agua de mar filtrada oxigenada.Tetrapygus niger. Se realizarán preparaciones frescas de gametos masculinos y femeninos de especímenes de erizo negro. Una forma de detectar el sexo de los individuos es mediante el color de las gónadas (rojas en las hembras y amarillas en los machos), ya que estos animales no presentan dimorfismo sexual externo. Para tener acceso a las gónadas hay que realizar cortes de las placas córneas mediante un bisturí o una tijera fina en el extremo aboral, teniendo especial cuidado en no romper las estructuras internas. Una vez

A Túbulo seminífero Testículo

B Folículo primordial Ovario

C Folículo de Graaf Ovario

D Óvulo

identificadas las gónadas se toma una muestra de gametos masculinos de los ejemplares con gónadas amarillas, presionado suavemente sobre la gónada hasta poder aspirar con una pipeta Pasteur la solución líquida que se libera. Este procedimiento permite obtener espermatozoides maduros, los cuales una vez obtenidos deben ser depositados en un vaso precipitado. Repitiendo el mismo procedimiento con los ejemplares de gónadas rojas (hembras), se obtienen óvulos maduros, los que al igual que en el caso anterior, deben ser depositados en vasos precipitados para su posterior observación al microscopio. Una vez obtenidos los gametos, se debe adicionar a cada vaso precipitado agua de mar filtrada, con el objeto de resuspender las células y evitar que se resequen. Una gota de la solución que contiene a los gametos de ambos sexos debe ser depositada, utilizando un gotario, en ambos extremos de un portaobjetos rotulado, identificando claramente cuál extremo es el que contiene cada muestra. En el centro del portaobjetos debe ser depositada una gota de la solución que contiene gametos femeninos y sobre ésta una de gametos masculinos, procurándose así el contacto entre ellos y la posterior fecundación.

Choromytilus chorus. Se realizarán preparaciones frescas de gametos masculinos y femeninos del molusco Choro maltón. El color del manto de los choros es característico de cada sexo, lo que nos permite seleccionar ejemplares adecuados para la extracción de los gametos. Las hembras son de color café oscuro y los machos café anaranjado. Para observar el color del manto, es necesario levantar de forma cuidadosa una de las valvas tratando de no dañar las estructuras internas del molusco. Una vez identificados los aparatos reproductores, que se encuentran en posición ventral, procederemos a tomar una muestra de gametos masculinos de los ejemplares de color café anaranjado, aspirando con una pipeta Pasteur la solución blanquecina que se encuentra sobre el manto y la gónada. Esta solución corresponde a los espermatozoides maduros. Repetiremos el procedimiento con los ejemplares femeninos, con el manto de color café oscuro, pero esta vez tomaremos una muestra de la solución de color café oscuro que se encuentra sobre el manto y la gónada, y que corresponde a los óvulos maduros. Colocamos cuidadosamente ambas muestras en una placa multipocillo, rotulada en forma adecuada, agregando aproximadamente 2 mL de agua de mar filtrada a cada uno de los pocillos con el objeto de resuspender los gametos en la solución. Proceda entonces a adicionar a un tercer pocillo de la placa una alícuota de aproximadamente 1 mL de cada una de las soluciones de gametos, agitando suavemente la mezcla con el objeto de que los gametos masculinos y femeninos entren en contacto. De esta forma, hemos realizado una fecundación in vitro.

3.1 Gametos masculinos. Coloque una gota de solución obtenida de gametos masculinos de erizo o choro maltón en un portaobjeto y cúbralo con un cubreobjeto. Describa y esquematice sus observaciones, caracterizando la estructura de los gametos y su comportamiento.3.2 Gametos femeninos. Coloque una gota de solución obtenida de gametos femeninos de erizo o choro maltón en un portaobjeto y cúbralo con un cubreobjeto. Describa y esquematice sus observaciones, caracterizando la estructura de los gametos y su comportamiento. 3.3 Fecundación. Coloque una gota de solución obtenida de la mezcla entre gametos masculinos y femeninos de erizo o choro maltón en un portaobjeto y cúbralo con un cubreobjeto. Describa y esquematice sus observaciones caracterizando la estructura de los gametos y su comportamiento.

REFERENCIAS

Alberts B, A Johnson, J Lewis, M Raff, K Roberts & P Walter (2004) Biología Molecular de la Célula. 4ta Edición. Editorial Omega. España, 1463 pp.

Audesirk T, G Audesirk & BE Byers (2008) Biología: la vida en la Tierra. 8va edición. Editorial Pearson Educación. México, 1024 pp.

Curtis H (2006) Invitación a la Biología. 6ta edición. Editorial Médica Panaméricana. Buenos Aires, 675 pp.

De Robertis EDP, J Hib & R Ponzio (2001) Biología celular y molecular De Robertis. 15a

edición. Editorial El Ateneo. Buenos Aires, 469 pp.