P á g i n a | 1REPRODUCCIÓN CELULAR-GRADO SEPTIMO-27 de marzo de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.

REPRODUCCIÓNCELULARFASES - CICLOMITOSIS Y MEIOSIS

COLEGIO PEDAGÓGICO “EMMANUEL”VILLAVICENCIO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS

GRADO SEPTIMOAÑO-2011SEGUNDO PERIODO-2011

TEMA: Reproducción celularNIVEL DE COMPETENCIASuperior: Compara correctamente en ilustraciones las características y el funcionamiento del ciclo de reproducción en vegetales y animales.

REPRODUCCIÓN CELULARTodas las células provienen de otras células, con estas palabras, Rudolf Virchow captó la importancia de la reproducción celular tanto en organismos unicelulares como multicelulares. La continuidad de la vida depende de la reproducción. En este proceso, los padres producen una nueva generación de células o individuales multicelulares iguales a ellos-. Cuando una célula se divide cada una de sus dos células hijas recibe el número necesario de moléculas de ADN y parte del citoplasma. La reproducción es una función encaminada a autoperpetuar la especie, a evitar que la especie se extinga y desaparezca; es una función que, a nivel celular, implica la desaparición de la célula que se reproduce en beneficio de su especie; incluso en algunos seres pluricelulares más complejos también puede implicar la muerte de los individuos reproductores (plantas que se reproducen y mueren, hembras que devoran a los machos, crías que devoran a la madre, etc.).

Existen dos tipos de reproducción, tanto en seres unicelulares, como en seres pluricelulares, aunque en éstos los procesos se complican algo más, pero los mecanismos básicos son los mismos:a) Reproducción asexualb) Reproducción sexual

REPRODUCCIÓN ASEXUAL Es el tipo más primitivo y más sencillo, ya que no requiere ni estructuras ni células especializadas; en el caso más sencillo, el de los seres unicelulares, consiste en que a partir de una célula, llamada CÉLULA MADRE, se forman dos o más células, llamadas CÉLULAS HIJAS, que son idénticas a la célula madre, sin cambios. Ej: las levaduras, Este tipo de reproducción posee como principal ventaja el ser muy rápida, lo que permite colonizar amplios espacios en muy poco tiempo, sin embargo tiene el gran inconveniente de que no permite cambios y por tanto no permite evolucionar.Existen tres tipos más frecuentes de reproducción asexual en seres unicelulares:BIPARTICIÓN: La célula madre se parte en dos células hijas idénticas a ella.GEMACIÓN: La célula madre emite protuberancias (yemas) que crecen poco a poco hasta que se separan originando células hijas más pequeñas.ESPORULACIÓN: La célula madre divide muchas veces su núcleo y alrededor de cada núcleo se forma una membrana, originándose muchas células pequeñas llamadas ESPORAS, que se liberarán al romperse la membrana de la célula madre.En cualquiera de los tres casos hay que diferenciar entre la división del citoplasma (CITOCINESIS), que no supone ningún problema, y la división del núcleo (CARIOCINESIS), que tiene que ser una división de tal manera que ninguna de las células hijas pierda ni gane ADN, o lo que es lo mismo, información genética, para lo cual existe un mecanismo especial de división nuclear llamado MITOSIS.En seres pluricelulares existen también tres tipos que son comparables a los tipos unicelulares:- la FRAGMENTACIÓN: a partir de fragmentos un individuo "madre" se obtienen individuos "hijos" completos.- la GEMACIÓN: en ciertas zonas del adulto se producen acúmulos de células embrionarias que al separarse de la "madre" pueden originar a un adulto completo- la ESPORULACIÓN: un individuo “madre” produce muchas células “hijas” (= esporas) que originan nuevos individuos

REPRODUCCIÓN SEXUALEs más evolucionada que la asexual y más compleja, ya que se requieren células y órganos especializados y, generalmente, dos individuos distintos para llevarla a cabo. Las células especializadas se denominan GAMETOS y se forman en las GÓNADAS, que son los órganos especializados. Lo más importante es que la reproducción sexual implica cambios genéticos, por lo que las generaciones descendientes son distintas que las generaciones parentales, pueden mejorar y obtenerse combinaciones genéticas más favorables.

ILUSTRACIÓN-1

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Imagen de semen de perro, con espermatozoides Imagen de óvulo de rataEn la reproducción sexual se llevan a cabo tres procesos diferentes:1.- GAMETOGÉNESIS: Proceso de formación de gametos; a partir de una célula madre se forman 4 gametos.2.- FECUNDACIÓN: Dos gametos de distintos individuos se fusionan (se unen sus citoplasmas y sus núcleos) originando una nueva denominada ZIGOTO.3.- DESARROLLO EMBRIONARIO: Procesos por los cuales un zigoto se transforma para dar un adulto.

ILUSTRACIÓN-2

Los seres unicelulares presentan una gametogénesis sencilla y un desarrollo embrionario prácticamente inexistenteLa fecundación implica un serio problema, ya que cada vez que se unen dos núcleos, se unen dos dotaciones cromosómicas, por lo que si los adultos tenían 20 cromosomas, el zigoto tendrá 40 y por lo tanto dará lugar a nuevos adultos con 40 cromosomas, lo cual no puede ser, ya que se modificaría el número cromosómico de la especie, y este número tiene que permanecer estable.Para mantener esa estabilidad en el número de cromosomas se ha desarrollado un mecanismo especial de división nuclear que es la MEIOSIS.En las células eucariotas el mecanismo de división llamado mitosis clasifica el ADN en dos nuevos núcleos. El ciclo celular se inicia en el momento en que se forma una célula hija y termina cuando la célula completa su propia división. Cada vuelta del ciclo pasa por la interface, la mitosis y la división del citoplasma. Cada molécula de ADN junto con las proteínas unidas a él, constituye un cromosoma. Las células del cuerpo de los organismos tienen un número haploide (n) y diploide de cromosomas (2n), los cuales contienen genes que llevan la información genética (herencia). Mediante la mitosis el número de cromosomas se mantiene constante de una generación celular a la siguiente. Así que si la célula madre es diploide, las células hijas también lo serán.La división de las células por mitosis constituye la base del crecimiento y la reproducción de tejidos en los organismos eucariontes multicelulares.

LOS CROMOSOMAS - ILUSTRACIÓN-3 Los cromosomas (término que significa "cuerpos coloreados", por la intensidad con la que fijan determinados colorantes al ser teñidos para poder observarlos al microscopio), son un componente del núcleo celular que sólo aparecen cuando la célula está en división, ya sea mitosis o meiosis; tiene una estructura filiforme, en forma de cadena lineal, más o menos alargada, en el caso de eucariotas, o en forma de anillo circular cerrado, en el caso de procariotas, y están compuestos por ácidos nucleicos y proteínas.Los cromosomas contienen el ácido nucleico ADN (ácido desoxirribonucleico), el cual está formado por la unión de pequeñas moléculas que se llaman

P á g i n a | 3REPRODUCCIÓN CELULAR-GRADO SEPTIMO-27 de marzo de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.NUCLEÓTIDOS; en el ADN sólo existen cuatro tipos de nucleótidos distintos, diferenciándose sólamente en uno de sus componentes, las llamadas BASES NITROGENADAS:1-Nucleótido con ADENINA = A2- Nucleótido con GUANINA = G3- Nucleótido con CITOCINA = C4- Nucleótido con TIMINA = TComo lo único que cambia en el ADN son las bases nitrogenadas, el ADN se puede representar por su secuencia de bases:...AAAGAACTGTAACCTGCACAGTCACGTGACGTAGTCCCAGTGCACGTGC...Este conjunto de letras sin sentido aparente es un fragmento de ADN, y es la materia que constituye los GENES. Un gen no es más que un fragmento de ADN, es decir, un conjunto de nucleótidos unidos entre sí, con información para un carácter determinado, de tal manera que un cromosoma se puede considerar como un conjunto de genes. Los genes determinan las características hereditarias de cada célula u organismo.A los genes que están juntos en un mismo cromosoma se les llama GENES LIGADOS. ILUSTRACIÓN-4

Los cromosomas en realidad están formados por dos cadenas de ADN repetidas que se espiralizan y se mantienen unidas, de forma que en un cromosoma se distinguen dos partes que son idénticas y reciben el nombre de CROMÁTIDAS, que se unen por un punto llamado CENTRÓMERO. El centrómero divide a las cromátidas en dos partes que se denominan BRAZOS.Estas cadenas repetidas surgen al final de la Interfase, antes de la división celular, a partir de la replicación de la única cadena que existe en la Interfase; esto quiere decir que una célula que no está en división tiene en su núcleo cadenas individuales de ADN que forman la CROMATINA, mientras que cuando está en división tiene pares de cadenas duplicadas que forman CROMOSOMAS.

La CROMATINA es la unión de ADN con las HISTONAS (proteínas básicas de baja masa molecular), y durante el ciclo celular la cromatina presenta los llamados niveles de compactación. El ADN y las proteínas forman los NUCLEOSOMAS.Los cromosomas se clasifican según la longitud relativa de sus brazos, es decir, según la posición del centrómero, en:- METACÉNTRICOS: cuando los dos brazos son aproximadamente iguales y el centrómero está en el centro.- SUBMETACÉNTRICOS: el centrómero está ligeramente desplazado hacia un lado dando dos brazos algo desiguales- TELOCÉNTRICOS: cuando el centrómero está más cerca de un extremo, dando dos brazos muy desiguales- ACROCÉNTRICOS: el centrómero está en un extremo, por lo que en realidad sólo existe un brazo.CARIOGRAMA HUMANO: con 46 cromosomas, en el ser humanoILUSTRACIÓN-5

DIVISIÓN CELULARLa división celular es, en realidad, un proceso doble. Estos dos procesos son:- La división nuclear, o CARIOCINESIS- La división citoplasmática, o CITOCINESIS.Ambos procesos pueden darse asociados, uno detrás del otro, o de forma independiente, primero uno, y algún tiempo después el otro.Para que pueda darse la división nuclear es necesario que se dé previamente otro proceso, que es la replicación del ADN.CICLO CELULAR

P á g i n a | 4REPRODUCCIÓN CELULAR-GRADO SEPTIMO-27 de marzo de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.Describe la reproducción de la célula en términos de una secuencia llamada ciclo celular, que se inicia cada vez que se forma una nueva célula hija por MITOSIS y DIVISIÓN CITOPLASMÁTICA y termina cuando la célula a su vez termina su propia división. Por lo tanto, la mitosis, la división citoplasmática y la Interfase constituyen una vuelta del ciclo celular.

ILUSTRACIÓN-LAS MARAVILLAS DE LA INTERFASE-Es la etapa del ciclo celular donde la célula aumenta de masa y número de sus componentes citoplasmáticos y duplica su ADN. En la mayoría de las células, la Interfase es la etapa más prolongada del ciclo. Los biólogos la dividen en tres partes:-G1: Es el intervalo (“gap”) de crecimiento y funcionamiento celular antes de que se inicie la replicación del ADN.-S: Es el tiempo de “Síntesis” (replicación del ADN). Es intervalo de crecimiento celular cuando la replicación del ADN se ha completado (los cromosomas se han duplicado).-G2: Es el segundo intervalo (gap), después de la replicación del ADN, cuando la célula se prepara para la división.Las etapas G1, S, y G2 de la interfase tienen patrones de biosíntesis (= anabolismo: Conjunto de procesos bioquímicos de las células para

construir, a partir de los nutrientes del medio, las sustancias de las cuales están constituidos los microorganismos. Los procesos de anabolismo, a

diferencia del catabolismo, requieren una aportación de energía distintos). La mayoría de las células permanecen en G1, cuando sintetizan casi todas las proteínas, carbohidratos y lípidos que utilizan o exportan. Las células destinadas a dividirse entran en S, donde copian su ADN y también las histonas y otras proteínas asociadas a él. Durante el G2, estas células producen proteínas que permite que la MITOSIS se lleve a cabo.El cáncer, es como un automóvil donde sus frenos dejan de funcionar conforme comienza a descender por una prolongada ladera; se inicia perdiendo los controles de la división celular, y el ciclo celular no se puede detener.En el ciclo celular el tiempo es el mismo en células del mismo tipo y su duración difiere entre células de distinto tipo. Por ejemplo en las neuronas del cerebro se encuentran detenidas en la etapa G1 de la interfase, y por lo general no se dividen de nuevo. Cada

P á g i n a | 5REPRODUCCIÓN CELULAR-GRADO SEPTIMO-27 de marzo de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.segundo, de 2 a 3 millones de precursores de eritrocitos se forman para reemplazar alos eritrocitos desgastados que circulan en la sangre (periodo de vida 120 días). En la etapa temprana del desarrollo del erizo d mar, el número de células se duplica cada dos horas.

LA MITOSISLa mitosis no es una reproducción en sí misma, sino que es un proceso de división nuclear que sirve para repartir las cadenas de ADN de forma que todas las células hijas que se originan tengan la MISMA INFORMACIÓN GENÉTICA que su madre y entre ellas. La mitosis es continua, sin interrupciones, relativamente rápida, que para ser estudiada se suele dividir en varias fases, que son la PROFASE, la METAFASE, la ANAFASE y la TELOFASEEn las ilustraciones que se ven a continuación, observa los cromosomas el cambio de posición, pero no lo hacen por sí solos. El huzo acromático, que consta de dos conjuntos de microtúbulos, los desplaza. Cada conjunto se extiende a partir de uno de los polos del huso (puntos extremos o vértices, y se empalma con el otro en el ecuador del huso, en la parte intermedia entre los polosEl primer proceso clave para que se de la división nuclear es que todas las cadenas de ADN se dupliquen (REPLICACIÓN del ADN); esto se da inmediatamente antes de que comience la división, en un período del ciclo celular llamado INTERFASE, que es aquel momento de la vida celular en que ésta no se está dividiendo.

Tras la replicación tendremos dos juegos de cadenas de ADN, por lo que la mitosis consistirá en separar esas cadenas y llevarlas a las células hijas. Para conseguir esto se da otro proceso crucial que es la conversión de la CROMATINA en CROMOSOMAS

Célula madre en Interfase Célula madre al final de la Interfase Célula madre en división

Material hereditario en forma de cadenas aisladas que constituyen la CROMATINA.

En la especie humana:2n = 46 cadenas

Material hereditario se duplica por la REPLICACIÓN, cada cadena está dos veces; la cromatina está formada por pares de cadenas IDÉNTICAS.

En la especie humana:2n = 92 cadenas (iguales dos a dos)

Las dos cadenas de ADN idénticas se espiralizan y se convierten en CROMOSOMAS.

En la especie humana2n = 46 cromosomas (formados por dos cadenas idénticas cada uno)

DIVISIÓN NUCLEAR (CARIOCINESIS)Mitosis La mitosis no es una reproducción en sí misma, sino que es un proceso de división nuclear que sirve para repartir las cadenas de ADN de forma que todas las células hijas que se originan tengan la MISMA INFORMACIÓN GENÉTICA que su madre y entre ellas. La mitosis es continua, sin interrupciones, relativamente rápida, que para ser estudiada se suele dividir en varias fases, que son la PROFASE, la METAFASE, la ANAFASE y la TELOFASEPROFASE

Comienza con la conversión de la CROMATINA en CROMOSOMAS (1) por un proceso de espiralización de las cadenas (igual que si tenemos un alambre largo y lo convertimos en un muelle), seguiremos teniendo lo mismo, pero de forma diferente:

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las dos cadenas que son completamente idénticas (ya que una se ha formado por replicación de la otra) se espiralizan juntas originando las cromátidas del cromosoma.

Se duplican los centriolos (2). La membrana nuclear desaparece (3). Cuando ya ha desaparecido la membrana nuclear, los centriolos migran hacia los polos (extremos) de la célula (4),

apareciendo entre los dos pares de centriolos una serie de fibras de proteína dispuestas de polo a polo que reciben el nombre en conjunto de HUSO ACROMÁTICO (5).

Los cromosomas ya formados se mueven y se unen a una fibra del huso por su centrómero (un sólo cromosoma por fibra) (6), de manera que las cromátidas miran hacia los polos de la célula.

Cuando se han unido se van moviendo hasta situarse en el centro de la célula. En la célula vegetal no existen centriolos y a veces no se ve el huso acromático

METAFASE

Es una fase breve en la que todos los cromosomas se encuentran situados en el ecuador (parte media) de la célula, formando una figura muy característica llamada PLACA ECUATORIAL (1). Tras colocarse aquí comienza la siguiente fase.

ANAFASE

Las cromátidas se separan y se desplazan hacia los centriolos, al tiempo que van desapareciendo las fibras del huso. En este momento ya se ha repartido el material hereditario (las cadenas de ADN) de forma idéntica en dos partes.

TELOFASE

Es como una profase al revés, los cromosomas se desespiralizan y se transforman en cromatina (2); aparece la membrana nuclear (1), quedando una célula con dos núcleos. Aquí concluye la mitosis.

DIVISIÓN CITOPLASMÁTICA (CITOCINESIS)

No es una fase de la mitosis. Es la división del citoplasma en dos partes, con la repartición aproximada de los orgánulos celulares. En las células animales se hace por estrangulación, desde fuera hacia adentro, y en las vegetales se hace por crecimiento de la pared celular desde dentro hacia afuera. El resultado final es que la célula madre se ha transformado en dos células hijas idénticas genéticamente

VER VIDEO DE LA MITOSIS EN: http://biogenesisgradoseptimohectorjuli2011.blogspot.com/p/reproduccion-celular.html

P á g i n a | 7REPRODUCCIÓN CELULAR-GRADO SEPTIMO-27 de marzo de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.Ordena de acuerdo al video las siguientes fases y etapas de la Mitosis.los centriolos se van a los polos se forma la placa ecuatorial las cromátidas se descondensan se forma la membrana nuclear desaparece la membrana nuclear el citoplasma se divide en dos las cromátidas se desplazan a los polos se forma el huso acromático .

El número cromosómico:Las células de los individuos de una especie determinada suelen tener un NÚMERO FIJO DE CROMOSOMAS, que en las plantas y animales superiores se presentan por pares. El ser humano tiene 23 pares de cromosomas. En estos organismos, las células reproductoras tienen por lo general sólo la mitad de los cromosomas presentes en las corporales o somáticas. Durante la fecundación, el espermatozoide y el óvulo se unen y reconstruyen en el nuevo organismo la disposición por pares de los cromosomas; la mitad de estos cromosomas procede de un parental, y la otra mitad del otro. Es posible alterar el número de cromosomas de forma artificial, sobre todo en las plantas, de las que se pueden obtener múltiplos del número de cromosomas normal. (Observe la ilustración-5)Cuando estudiamos los cromosomas de una especie podemos ver que existen dos grupos de seres vivos:- ESPECIES HAPLOIDES: son aquellas que tienen todos sus cromosomas diferentes, no existe ninguno repetido; al número de cromosomas de un individuo haploide se le llama NÚMERO HAPLOIDE y se representa por n.- ESPECIES DIPLOIDES: son aquellas que tienen cada cromosoma dos veces; cada cromosoma está repetido ya que uno del par viene de la madre y otro del padre, recibiendo el par el nombre de CROMOSOMAS HOMÓLOGOS; al número de cromosomas de un individuo diploide se le llama NÚMERO DIPLOIDE y se representa por 2n.Este número haploide o diploide debe mantenerse constante a lo largo de la vida del individuo, por tanto para que se pueda dar la reproducción sexual debe existir un mecanismo corrector que impida que se duplique el número de cromosomas en cada generación y este mecanismo corrector es la MEIOSIS, que es una división especial del núcleo por la cual se reduce a la mitad el número de cromosomas. De esta manera los gametos siempre son haploides y el zigoto siempre es diploide, por definición, por lo que un adulto diploide producirá gametos haploides por meiosis, y la fecundación producirá zigotos diploides que dará adultos otra vez diploides

La Meiosis

Tampoco es una reproducción en sí misma, sino que es un proceso de división nuclear que utiliza los mismos mecanismos que la mitosis, por lo que es bastante parecida, aunque su significado biológico es diferente ya que es reducir a la mitad el número de cromosomas para que no se duplique el número de la especie tras la fecundación (= fusión de gametos). La meiosis es en realidad una doble división (de las cuales la segunda es como una mitosis normal) que se da exclusivamente en células diploides. El proceso comienza igual que la mitosis, es decir, con una replicación previa de todas las cadenas de ADN al final de la interfase, de manera que al comenzar la división tenemos doble número de cadenas; tras la duplicación comienza la meiosis.

DIVISIÓN I

PROFASE I

Es similar a la de mitosis en cuanto a que es una fase de preparación: -desaparece la membrana nuclear (3)-se espiralizan las cadenas de ADN apareciendo los cromosomas (1)-se duplican los centriolos (2) y migran a los polos (4)-se forma el huso acromático (6)-cada cromosoma se une a una fibra del huso (5)

Hasta aquí sucede como en una profase mitótica normal. Las diferencias con la profase normal se dan en el comportamiento de los cromosomas, ya que éstos antes de unirse a las fibras del huso se van moviendo y se agrupan por parejas de manera que los cromosomas que son iguales (CROMOSOMAS HOMÓLOGOS) quedan formando pares unidos cromátida contra cromátida; esta unión

P á g i n a | 8REPRODUCCIÓN CELULAR-GRADO SEPTIMO-27 de marzo de 2011. Lic. Torres, Héctor Mario.va a permitir que se lleve a cabo el proceso más importante de la reproducción sexual ya que es el que permite que las generaciones filiales sean diferentes a las parentales, es la RECOMBINACIÓN GENÉTICA, que consiste en que las cromátidas de los cromosomas homólogos que quedan juntas se intercambian trozos de sus cadenas de ADN, apareciendo cromátidas nuevas que antes no existían, las cromátidas recombinadas, que darán lugar a la aparición de individuos adultos nuevos que tampoco existían anteriormente.

Una vez realizada la recombinación en todos los cromosomas cada par de homólogos se une a una fibra del huso (5), es decir, se colocan dos cromosomas por cada fibra del huso acromático, en lugar de un cromosoma por fibra como sucedía en la mitosis; luego los pares se desplazan para colocarse en el centro de la célula.

METAFASE I

Los pares de cromosomas homólogos se sitúan en la parte media de la célula formando la placa ecuatorial (1).

ANAFASE ISe produce la separación y migración de los cromosomas homólogos, por lo que a diferencia de lo que sucedía en la mitosis, los que se desplazan son cromosomas enteros en lugar de cromátidas. Al final de la anafase I tenemos dos juegos de cromosomas separados en los polos opuestos de la célula, uno de cada par, por lo que es en esta fase cuando se reduce a la mitad el número de cromosomas

TELOFASE I

Como en la telofase normal, se puede regenerar nuevamente el núcleo (1), iniciándose inmediatamente la División II."

CITOCINESIS I La célula binucleada divide su citoplasma en dos, quedando dos células hijas que van a entrar en la segunda división meiótica.

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