GENTICACAPTULO 3

Prof. Ramss Salas Asencios CICLO CELULAR Y DIVISIN

Desde el punto de vista gentico, las principales propiedades de los seres vivos son el mantenimiento y la expresin de la informacin gentica. En el caso de la expresin gentica, el proceso ms importante es la transcripcin, que es la copia de un gen en una molcula de ARN, la cual abandonar el ambiente nuclear para cumplir sus diversas funciones en el citoplasma y participar directa e indirectamente en la sntesis de protenas. En el caso del mantenimiento de la informacin gentica, el principal proceso es la replicacin, ya que de esta forma se estara asegurando que la informacin pueda ser transmitida a la siguiente generacin celular sin la prdida de alguna parte de ella. La replicacin entonces implica la sntesis de una copia entera de todo el ADN que se encuentra en el ncleo, la cual debe ser previa a los procesos de divisin celular. Por tanto, se asume que la replicacin debe consumir un tiempo relativamente grande para asegurarse de completar la sntesis y de verificar que no existan errores de copia (procesos de edicin y reparacin del ADN). Cuando una clula ha duplicado todo su ADN, se desencadena como consecuencia la divisin celular, a fin de mantener el nmero cromosmico normal (antes de la replicacin, cada cromosoma consta de una cromtida, luego de la replicacin cada cromosoma debe contener dos cromtidas, y despus de la divisin celular, cada cromosoma vuelve a contener una cromtida en las clulas hijas). El tiempo que hay entre un proceso de divisin celular y el siguiente, se denomina ciclo celular y se divide en dos fases: 1) Interfase, que consta a su vez de tres etapas:

Fase S (sntesis de ADN): En esta etapa la

clula duplica su material gentico para pasarle una copia completa del genoma a cada una de sus clulas hijas.

Fases G1 y G2 (por G de gap o intervalo): Son

las fases en las cuales la clula est muy activa metablicamente, lo cual le permite incrementar su tamao (aumentando el nmero de protenas y organelas), de lo contrario las clulas se haran ms pequeas con cada divisin. La fase G1 es el periodo que hay entre una divisin y el inicio de la fase S, y en ella los procesos de sntesis y produccin de energa tienen como objetivo preparar a la clula para la replicacin, mientras que la fase G2 abarca el tiempo que hay entre el trmino de la fase S y el inicio de la divisin celular, y los procesos de sntesis y energa que ocurren en ella sirven para sostener este proceso.

El ambiente es favorable?

El ADN ha sido replicado?

El ambiente es favorable?

El ADN est intacto?Todos los cromosomas se han unido al huso mittico?

El ADN est intacto? El ambiente es favorable?

El ADN ha sido replicado?

El ambiente es favorable?

El ADN est intacto?Todos los cromosomas se han unido al huso mittico?

El ADN est intacto?

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Prof. Ramss Salas Asencios 2) Fase M o de Mitosis: En esta fase se reparte a las clulas hijas el material gentico duplicado, a travs de la segregacin de los cromosomas. La fase M, para su estudio se divide en:

Profase: En esta etapa los cromosomas (constituidos de dos cromtidas hermanas) se condensan en el ncleo, mientras en el citoplasma se comienza a ensamblar el huso mittico entre los centrosomas.

Metafase: Comienza con el rompimiento de la membrana nuclear, de esta manera los cromosomas se pueden unir al huso mittico (mediante los cinetocoros). Una vez unidos los cromosomas estos se alinean en el ecuador de la clula.

Anafase: Se produce la separacin (disyuncin) de las cromtidas hermanas, las cuales dan lugar a dos cromosomas hijos, los cuales migran hacia polos opuestos de la clula.

Telofase: Aqu ambos juegos de cromosomas llegan a los polos de la clula y adoptan una estructura menos densa, posteriormente se forma nuevamente la envoltura nuclear. Al finalizar esta fase, la divisin del citoplasma y sus contenidos comienza con la formacin de un anillo contrctil.

Citocinesis: Finalmente se divide la clula por estrangulacin de la membrana mediante un anillo contrctil de actina y miosina, produciendo dos clulas hijas cada una con un juego completo de cromosomas.

Cuando ya no se requieren ms clulas, stas entran en un estado denominado fase G0, en el cual abandonan el ciclo celular y entran en un periodo de latencia, lo cual no significa que entren en reposo ya que estas clulas presentan un metabolismo activo, pues si estas clulas reciben el estmulo adecuado abandonan el estado G0 y entran al G1. Algunas poblaciones celulares altamente especializadas como las fibras musculares o neuronas al entrar en estado G0 abandonan indefinidamente el ciclo celular.

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Prof. Ramss Salas Asencios Para la clula, la mitosis tiene tres niveles de trascendencia. A nivel gentico, representa un sistema de reparto equitativo e idntico de la informacin gentica. Ambas clulas hijas tendrn la misma informacin que posea la clula madre (es decir, son clones de ella). A nivel celular, la mitosis permite la perpetuacin de una estirpe celular y la formacin de colonias de clulas (lo cual permite, por ejemplo, el cultivo de tejidos). A nivel orgnico, la mitosis permite el crecimiento y desarrollo de los tejidos y de los rganos de los seres pluricelulares as como la reparacin y regeneracin de los mismos. De esta manera todas las clulas de un organismo pluricelular, a excepcin de las clulas sexuales, disponen de idntica informacin gentica. MEIOSIS Como se ha visto, la mitosis genera dos clulas hijas con el mismo nmero (diploide) de cromosomas y, sobre todo, con exactamente el mismo contenido gentico. Para la reproduccin sexual, un paso fundamental es la formacin de gametos (clulas haploides) que, en la fecundacin, juntarn su contenido gentico para nuevamente renovar el nmero diploide de cromosomas de la clula. La formacin de gametos se realiza a travs de un proceso especial de divisin celular, en el cual primero se reduce a la mitad el nmero de cromosomas y luego las clulas generadas se duplican para as obtener cuatro clulas haploides. Este proceso se conoce con el nombre de meiosis y est constituido por dos divisiones celulares consecutivas, entre las cuales hay un periodo relativamente breve de interfase, sin fase S (es decir, sin replicacin). En la Meiosis, los fenmenos ms importantes ocurren durante la Profase I, la cual se divide en: A) Leptoteno: Los cromosomas aparecen como finos filamentos. B) Cigoteno: Pareamiento de los cromosomas homlogos en toda su longitud (sinapsis), formando divalentes. C) Paquiteno: Cromosomas acortados, se observan ttradas. Comienza el entrecruzamiento (crossing over) entre los brazos de cromtidas no hermanas. D) Diploteno: Los bivalentes se separan, el crossing over se hace evidente en diversos puntos (quiasmas). E) Diacinesis: Los quiasmas quedan en los extremos de los cromosomas. En la Metafase I, la distribucin ecuatorial de los cromosomas se realiza manteniendo juntos a los cromosomas homlogos, una vez terminado el entrecruzamiento. Esto va a generar que en la anafase I ocurra la separacin de los cromosomas homlogos,

Paquiteno Diploteno

Diacinesis

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Prof. Ramss Salas Asencios a diferencia de lo que ocurre en la metafase y anafase mitticas donde se aprecia el alineamiento lineal de los cromosomas y la posterior separacin de las cromtidas hermanas. En todo caso, la imagen de la anafase, sea mittica o meitica, se denomina disyuncin, en la cual se observa que los cromosomas (o las cromtidas hermanas segn sea el caso) se estn separando y migrando a los polos. Debido a que la disyuncin que ocurre en anafase I ha separado a los cromosomas homlogos, terminando la telofase I se tendrn clulas resultantes con un cromosoma de cada tipo. Es decir, clulas haploides. Es por esta razn que a la meiosis I se la conoce como divisin reduccional. En la meiosis II, los procesos o fases son equivalentes a los de la divisin mittica, slo que est ocurriendo en una clula haploide. En metafase II, la disposicin ecuatorial ya no es por pares sino por cromosomas individuales, y la anafase II producir la separacin de cromtidas hermanas (las cuales ya separadas, ahora sern consideradas como un cromosoma independiente), migrando la misma cantidad y el mismo tipo de informacin a cada clula hija. Como las clulas que entraron a la segunda divisin meitica ya tenan el nmero haploide de cromosomas, la meiosis II es tambin conocida como una divisin ecuacional, ya que las clulas resultantes tienen el mismo nmero cromosmico que la clula progenitora.

SIGNIFICADO DE LA MEIOSIS

Si se toma en cuenta que los genes estn constituidos por una secuencia de nucletidos, se puede esperar que dentro de un mismo gen puedan encontrarse diferentes variantes debido a mutaciones puntuales que van a generar una variacin en la expresin final (formacin de ARN o de protenas). Estas mutaciones producen una alteracin estructural y/o funcional bastante definida en las protenas y enzimas codificadas por los genes. Estas variantes de un mismo gen que pueden encontrarse en los cromosomas homlogos, se denominan alelos. Por otro lado, los organismos diploides son producto de la fecundacin, o unin de dos gametos, el espermatozoide y el vulo. Esto significa que el nuevo individuo contiene el conjunto haploide de cromosomas heredado directamente del padre (a travs del espermatozoide) y tambin el de la madre (a travs del vulo). Cuando ocurre la meiosis, entonces, la clula germinal (diploide) contiene cromosomas paternos y maternos). Terminando la meiosis, se obtendrn clulas haploides, con un cromosoma de cada par, pero el origen de los cromosomas que se encontrarn en un

Anafase I TelofaseI/Profase II

Metafase II Anafase II

Telofase II

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gameto resultante es completamente aleatorio. Es decir, en la meiosis masculina por ejemplo, se pueden juntar un cromosoma 15 paterno con un cromosoma 21 materno, junto con un cromosoma X o un Y. En el caso del ser humano, al tener un nmero haploide de 23 cromosomas, la meiosis producira 223 posibles combinaciones entre cromosomas paternos y maternos y por lo tanto una combinacin prcticamente infinita de alelos paternos y maternos contenidos en estos cromosomas, lo cual es fuente de una gran diversidad gentica. Los fenmenos ms relevantes de la meiosis son el entrecruzamiento y la disyuncin, ambos procesos fsicos que pueden ser observados a travs del microscopio compuesto. Sin embargo, estos mecanismos van a generar fenmenos genticos muy importantes. Por ejemplo, el entrecruzamiento entre los brazos de cromosomas homlogos permitir que ocurra un intercambio en estas porciones. Entonces, si ocurre el crossing over o entrecruzamiento de fragmentos de cromosomas homlogos, se produce un intercambio de material gentico y por tanto un intercambio de alelos. A este proceso se denomina recombinacin. La recombinacin por tanto ser otra gran fuente de variabilidad gentica, puesto que los cuatro gametos resultantes no tendrn la misma combinacin de alelos que los cromosomas antes del inicio de la meiosis. Ya se haba comentado que la anafase est marcada por la disyuncin que es la separacin de cromosomas homlogos o de cromtidas hermanas, segn sea la primera o segunda divisin meitica. Pero, en anafase I, producto de la recombinacin previa, la disyuncin genera la separacin de los alelos (posiblemente diferentes) contenidos en los cromosomas homlogos). Por tanto, la disyuncin en Anafase I genera la separacin de alelos, proceso que se conoce tambin como segregacin, y que es la base de la Gentica Mendeliana.

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