Mitosis: Replicación cromosómica y División

Nivel: 2º medioTiempo

Los ejercicios 1 y 2 se harán en aproximadamente 2 semanas.

Para meditar

1. ¿Cómo los seres humanos logran crecer desde una sola célula hasta un individuo formado por trillones de células?

2. ¿Se parecen unas a otras todas las células del cuerpo? ¿Ejecutan las mismas funciones?

3. ¿Todas las células del cuerpo contienen la misma información genética?4. ¿Cuanto demora una célula padre en llegar a convertirse en dos células

hijas?5. ¿Están vivas las células?6. ¿Qué es una célula?

Materiales 2 sets de cucharas, tenedores y cuchillos plásticos de color rojo y 2 sets de color blanco por grupo. Estos representarán a los cromosomas1 trozo de lana largo de 3 pies de longitud y dos trozos pequeños de 1,5 pies de longitud. Estos representarán a la membrana nuclearPapel blanco o café por grupoTijerasHilo grueso. Estos representarán a los fibras del husoParche curitas. Estas representarán a los centrómeros1 trozo de lana de aproximadamente 2 metros de longitud de un color diferente al que usará para la membrana nuclear. Este representará a la Membrana plasmática

Aprendiz. esperados

Los alumnos y alumnas saben y entienden:1. El comportamiento de los cromosomas en la mitosis.2. El significado de la mitosis en la reproducción de organismos iguales

(asexualidad), su regulación y función en el crecimiento, en la renovación de los tejidos y el cáncer.Los alumnos y alumnas mejoran sus habilidades de:

Razonar interpretando experimentos y estableciendo relaciones entre distintas categorías de información.

Comunicar y discutir, acerca del significado de fenómenos biológicos.

Información División celularTu cuerpo está compuesto de trillones de células. Las células continuamente se están muriendo y también se están formando otras nuevas. En el núcleo de cada una de tus células somáticas se encuentra una copia idéntica de tu material hereditario. Una célula somática es cualquier célula del cuerpo, a excepción de las células reproductivas del sistema reproductor. El plan genético de la célula está organizado en 46 “capítulos” o partes o estructuras nucleares conocidas como cromosomas. Se estima que, en promedio, cada cromosoma contiene entre 1.000 y 2.000 genes. Un gen contiene la información para sintetizar una proteína. Toda vez que se divide una célula, cada cromosoma debe ser cuidadosamente replicado (copiado) y luego se distribuye para asegurar que cada célula hija obtenga un set de información completo y preciso. Así, la división nuclear incluye procesos sucesivos de replicación cromosómica, separación y distribución (figura 1)

Figura 1: Replicación cromosómica y división

La síntesis de ADN ocurre en el Núcleo, produciendo una réplica exacta de cada cromosoma. Un cromosoma puede ser considerado como una muy largo DNA (doble hélice). Durante la replicación la doble hélice se abre y se sintetiza un nuevo filamento complementario a lo largo de cada filamento padre (figura 2). Esta síntesis genera dos hélices de DNA idénticas y cada una de ellas contiene un filamento original padre y un nuevo filamento sintetizado.

Figura 2: Replicación del DNA

La síntesis de ADN se produce durante la fase S de la Interfase Cada célula tiene un ciclo de vida regular, similar al ciclo de vida de los humanos. Nosotros llamamos a nuestros estados Infancia, niñez, adolescencia, adulto joven, adulto y vejez; los estados de las células son la Interfase, mitosis y citocinesis. La interfase se subdivide en G1 (Growth 1), S (Síntesis) y G2 (Growht 2); la mitosis se divide en P (Profase), PM (prometafase), M (Metafase), A (Anafase) y T (Telofase). Esto está ilustrado en la figura 3 y en la página 23 del libro guía, Editorial Arrayán.

Figura 3: Ciclo celular

Otra forma de ilustrar este ciclo se muestra en la figura 4.

Figura 4: División Celular

a. ¿Cuántos rounds de replicación cromosómica ocurren en la célula antes de la mitosis?

b. ¿Cuántas veces se divide una célula en una mitosis?

Ejercicio 1 Explorando la división celular mitótica

1.1 Introducción

Has esto 1.Estudiarás la mitosis en el Turururu, una criatura mítica con 6 cromosomas que se asemejan a cuchillos, tenedores y cucharas. Trabajarás cada paso del proceso usando cartulina como célula, una hebra de lana como membrana plasmática, hebras de lana de color diferente al anterior como fibras del huso y cuchillos, tenedores y cucharas plásticas como cromosomas. 2. Ejecuta varias veces el proceso completo (del 1.1 hasta el 1.8). Cada miembro del grupo de trabajo desarrollará el proceso al menos una vez y lo explicará al resto de su grupo. Responde las preguntas relacionadas con cada estado y has esto cada vez que ejecutes el proceso. Explica tus respuestas con tus propias palabras y a tu manera; no lo recites de memoria.3. Toma un pedazo de cartulina grande para tu célula y usa un color de lana que represente la membrana nuclear y otro de color diferente al anterior que represente a la membrana celular.4. Comienza con una célula y un núcleo que contengan 6 cromosomas, representados por 2 tenedores (uno rojo y uno blanco), 2 cuchillos (uno rojo y uno blanco) y 2 cucharas (una roja y una blanca). Esta representa una célula diploide que tiene tres pares de cromosomas (Figura 5).

Figura 5. Set de cromosomas diploide del Turururu

a. ¿Qué significa Diploide?b. ¿Son Diploides la mayoría de las células humanas?

c. ¿Cuántos pares de cromosomas homólogos se representan en la célula del Turururu de la figura 5?d. Dibuja un círculo alrededor de cada par de cromosomas homólogos presentes en la figura 5.e. ¿Están pareados los homólogos (un nombre corto para cromosomas homólogos) en la célula de la figura 5 o ellos están independientes unos de otros?f. ¿Cuál es la mejor descripción de Cromosomas homólogos? (elige la mejor respuesta)(1) Ellos son del mismo tamaño y forma(2) Ellos contienen los mismos tipos de genes y en el mismo orden(3) ellos generalmente poseen diferentes versiones (alelos) de muchos de sus genes(4) Todas las anterioresg. Define cromosoma homólogo. h. Contrasta gen y alelo.

1.2 Interfase y replicación cromosómica Has esto.1.A través de la interfase, el ADN de los cromosomas está desenrollado (los filamentos de cromatina no son visibles en el núcleo bajo el microscopio común, pues la cromatina de cada cromosoma se encuentra descondensada o no empaquetada, tal como se aprecia en la figura 6. Nosotros no podemos simular esta condición desenrollada con los cuchillos, tenedores y cucharas, de modo que por favor imagínenselos. Replica cada uno de los cromosomas en tu núcleo del Turururu, simulando que en esta fase están desenrollados. Has esto obteniendo 6 cromosomas más que se “hermanan” al set que ya tenías. Une con un pedacito de parche curita (el cual representa el Centrómero) un cuchillo rojo a tu cuchillo rojo, un tenedor blanco a tu tenedor blanco, etc. En este proceso cada cromosoma tiene hecha una copia idéntica de sí mismo.

Figura 6: Interfase

2.Tu núcleo inicialmente contenía 6 cromosomas no replicados y ahora contiene 6 cromosomas replicados. Las dos copias idénticas de cada cromosoma, cromátidas hermanas, permanecen unidas en un punto llamado el centrómero (Figure 7).

Figura 7: Centrómero cromosómico

a. ¿De qué está hecha una cromátida? (proteínas, carbohidratos, lípidos, y/o DNA)?

b. ¿Cuál es la diferencia entre una Cromátida hermana y un cromosoma?

c. ¿Qué es el centrómero? d. Contrasta cromosoma desenrollado y condensado.

1.3. Profase de la Mitosis

Has esto 1. En la profase, los cromosomas replicados se condensan y llegan a ser visibles (Figura 8). Este es el primer estado de la mitosis.

Figura 8. Profase

a. ¿Son idénticas las dos cromátidas hermanas que están conectadas por un centrómero o ellas contienen alelos diferentes? Explique.b. Como has notado anteriormente, estas estructuras son llamadas cromosomas replicados (o, en muchos libros, simplemente cromosomas). Los cromosomas replicados son bastante diferentes a los cromosomas no replicados vistos anteriormente. Compare ambos cromosomas, llenando los espacios en blanco de más abajo. (1) La cantidad de ADN en un cromosoma replicado es _____________ veces la cantidad en un cromosoma no replicado (2) El número de copias de cada gen en un cromosoma replicado es ___________ veces el número de copias de un cromosoma no replicado(3) Cada cromosoma replicado contiene _________ (inserte el Nº) copias completas de información genética(4) Las copias de la información genética en cada cromosoma son _____________(idénticas, homólogas o complementarias)c. ¿Crees que los cromosomas replicados homólogos (los 2 pares de cuchillos, los dos pares de tenedores y los dos pares de cucharas) se parearán unos con otros durante la mitosis? Explique.d. ¿Cuántas cromátidas hermanas hay en el núcleo de la profase del Turururu? e. Una célula diploide humana contiene 46 cromosomas no replicados en la interfase temprana. ¿Cuántas cromátidas hermanas se presentarán en la célula humana durante la profase de la mitosis?

1.4. Prometafase de la MitosisHas esto 1.En la prometafase, la membrana nuclear "literalmente desaparece", lo cual permite que ocurra el resto de los acontecimientos mitóticos. Quita la membrana nuclear que rodean los cromosomas en el núcleo de tu célula.2. Se forman las fibras del huso, los cuales surgen a partir de dos estructuras llamadas centríolos que han emigrado a los polos opuestos (extremos) de la célula. Las fibras del huso son elaboradas de proteínas microtubulares. Ponga las fibras del huso en su célula usando pedazos de lana y dibuja los centríolos en el papel en los puntos apropiados.

3.Algunas de las fibras del huso se fijan a los centrómeros de los cromosomas replicados (figura 9)

Figura 9: Prometafase

1.5. Metafase de la Mitosis1. En la metafase, los cromosomas replicados se alinean en el plano metafásico (a través

del centro de la célula) por las fibras del huso (figura 10). Los cromosomas homólogos son independientes unos de otro. Es decir, los cromosomas homólogos replicados, tales como los dos conjuntos de cucharas replicadas NO SE APAREAN.

Figura 10. Metafase

Has esto 2. Ordena los cromosomas del Turururu a lo largo del centro de la célula. El orden específico de los cromosomas y su orientación (al lado derecho o al revés) es totalmente al azar.

a. ¿Cuántos cromosomas replicados hay en el plano metafásico en la célula del Turururu?__________ Respuesta: Hay________cromosomas replicados en la célula, cada uno con dos____________unidas por el centrómerob.¿Cuántos cromosomas replicados debiera haber en el plano metafásico de una célula humana en proceso de mitosis?_________Respuesta: Debiera haber____cromosomas replicados en cualquier célula humana que experimenta mitosis, con un total de_______cromátidas

1.6. Anafase de la mitosisHas esto 1. En la anafase, las cromátidas hermanas se separan para convertirse en cromosomas hijos (Figura 11). Separe sus cromátidas hermanas para formar los cromosomas hijos.

Figure 11. Anafase

2. Los cromosomas hijos son movidos hacia los polos opuestos por las fibras del huso. Las cromátidas son flexibles. Ellas no permanecen rígidas, sino que se curvan a cada cara del centrómero mientras que son arrastrados a través del citoplasma. a. ¿Están replicados o no replicados los cromosomas hijos?Respuesta: Los cromosomas hijos están ahora_________________Cada uno contiene una única doble hélice de ADN.b. ¿Son los dos conjuntos de cromosomas hijos, el que se está moviendo hacia la izquierda y el otro hacia la derecha, idénticos o no idénticos? Respuesta: A excepción de raros eventos de mutación, la mitosis conduce a la formación de cromosomas hijos__________________c. ¿Son los dos conjuntos de cromosomas hijos idénticos a aquéllos de la célula padre? Respuesta: _______De hecho, cada cromosoma hijo contiene una hélice de ADN del padre con una nueva hélice sintetizada complementariamented. ¿Qué se logra con este proceso?Respuesta: En la _______la información genética en los ___________ de una célula primero se reproduce exactamente y luego los conjuntos duplicados de información se distribuyen a las ____________ hijas que preservan el modelo genético (completa el texto llenando los espacios en blanco)

1.7. Telofase de la MitosisHas esto 1. Los cromosomas hijos alcanzan los polos de la célula, se desenrollan (los cromosomas sufren descondensación). Las fibras del huso desaparecen- en realidad, las subunidades de microtubulina son desmontadas. Puedes remover las fibras del huso de tu célula y pretender que tus cromosomas vayan a un estado de descondensación. 2. Se forman las dos nuevas membranas nucleares, una alrededor de cada grupo de cromosomas hijos. Use la membrana nuclear de lana o hilo para crear dos nuevas membranas nucleares en su célula (figura 12). Haga dos invaginaciones en el hilo que representa la membrana de la célula.

Figura 12. Telofase

1.8. CitocinesisHas esto 1. Una célula animal se invagina por la mitad en el centro (figura 12), desde afuera hacia adentro, hasta que haya producido dos células hijas separadas (figura 13). Divida su célula por la mitad de esta

manera substituyendo el hilo largo que representa la membrana de la célula del padre con los dos pedazos más cortos de hilo que representan las membranas de las dos células hijas.

Figura 13. Citocinesis Completada

2. Estas células hijas ahora están entrando a la etapa temprana de la interfase. Simule que sus cromosomas del Turururu se descondensaron. Las células crecerán hasta alcanzar su tamaño normal y si continúan dividiéndose, replicarán sus cromosomas y repetirán el ciclo nuevamente.

a. ¿Existe aún la célula padre?Respuesta: La célula padre______________. Esta se ha dividido en_____ _______.El citoplasma y los organelos que estaban en las células padres se han dividido aproximadamente por la mitad entre las dos células hijas.

b. ¿Cuál es la relación que existe entre estas células hijas? Respuesta: Las células hijas son genéticamente ___________y similares en morfología (tamaño y forma) y función.

c. ¿Cuál es la relación entre las células hijas y la célula padre?Respuesta: Las células hijas son _____________________a la célula del padre, pero ellas pueden ser levemente diferentes morfológicamente

d. ¿Qué ha sido cumplido por medio de la mitosis?Respuesta: Dos cosas han sido cumplidas con la mitosis. La mitosis resulta en un doble número de ____________________y en una copia efectiva del ___________________________________a la próxima generación

e. Has usado tu material para modelar la mitosis (división nuclear) y la división celular. Explica algunas formas en las cuales un modelo difiere de las cosas reales y los procesos que representan.

1.9. Practica usando la repeticiónHas esto 1. Como lo has notado anteriormente, puedes avanzar a través de un proceso entero muchas veces, con cada miembro del grupo hablando en turnos como el responsable de explicarle el proceso a sus compañeros. Continúe con el procedimiento señalado más arriba una o dos veces y luego haga las subsecuentes repeticiones de memoria. Puedes remitirte a la Tabla 1 y usarla como guía: Tu grupo de trabajo puede ayudarte haciéndote preguntas y dándote pistas.

Tabla 1. Resumen del ciclo celular

InterfaseInterfaseFASE G1

Crecimiento y desarrollo de la célulaSíntesis de proteínas

FASE SReplicación cromosómica víaSíntesis de DNA

FASE G2Crecimiento y desarrolloReplicación de organelos

MitosisMitosisProfase

Los cromosomas se condensasPrometafase

La membrana nuclear desapareceSe forman las Fibras del huso

MetafaseLos cromosomas replicados se alinean en el centro

AnafaseLas cromátidas hermanas se separanLos cromosomas hijos se mueven hacia los polos

TelofaseSe forman nuevas membranas nuclearesDesaparecen las fibras del huso

CitocinesisCitocinesisLa célula se divide en dos células hijas

Ejercicio 2 Cromosomas HumanosHas esto 1. Examina los cromosomas esparcidos en la mitad superior de la figura 14. ¿Cómo crees

que se obtuvo este diagrama?

Figura 14. Cromosomas Humanos esparcidos y cariotipo

2. Luego examina el cariotipo humano en la mitad inferior de la figura 14. ¿Cómo crees que se obtuvo este diagrama?

Aplica 3. Aplica lo que has aprendido en este laboratorio en cuanto a: a. El crecimiento de los tejidos en un bebé,

b. El uso de una célula somática en vez de espermatozoides y óvulos para crear un nuevo organismo tal como una rana o una oveja,

c. La relación del cáncer con la mitosis.

d. Otro fenómeno relacionado a tu propia elección