División Celular: Mitosis y Meiosis PDF

# División Celular: Mitosis y Meiosis ## Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui Unidad de Curso Básicos Departamento de Ciencias Laboratorio de Biología II (003-1721) ### Complemento de las Guías de Prácticas 8) División Celular: Mitosis 9) División Celular: Meiosis Profesora María Alejand...

# División Celular: Mitosis y Meiosis ## Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui Unidad de Curso Básicos Departamento de Ciencias Laboratorio de Biología II (003-1721) ### Complemento de las Guías de Prácticas 8) División Celular: Mitosis 9) División Celular: Meiosis Profesora María Alejandra Balza Bravo ## **Competencia** - Identificar las diferencias morfológicas entre las fases mitóticas - Identificar las diferencias morfológicas en los cromosomas de las fases I y II de la meiosis - Comparar mitosis y meiosis desde el punto de vista de la dotación cromosómica de las células hijas. ## **Introducción** Entre las numerosas propiedades de los organismos vivos, hay una que es esencial para la continuación de la vida, un organismo debe ser capaz de replicarse. Para hacerlo, un organismo debe poseer una descripción completa de sí mismo. Esta descripción es una forma de información, un "conjunto de instrucciones" que especifican cada paso necesario para que la célula construya una réplica idéntica y, con cada generación, engendra a la siguiente, los descendientes han de recibir una copia del conjunto de instrucciones para que, a su vez, puedan replicarse. En una célula la información necesaria para replicarse se encuentra en el material genético como la molécula llamada ácido desoxirribonucleico o ADN. ### **Flujo de información** * **Procariota:** Material genético * **Eucariota:** Cromosoma, núcleo, histonas Gen1: Molécula de ADN Gen2: Gen3: Hebra de ADN: **Transcripción**: **ARN**: **Traducción**: **Codón**: **Polipeptido**: Aminoácido Gly Arg Phe **El ARN mensajero (ARNm)** porta las instrucciones del ADN que especifican el orden correcto de los aminoácidos durante la síntesis de proteínas. El ensamblaje paso a paso, notablemente preciso, de los aminoácidos para formar las proteínas tiene lugar mediante la traducción del ARNm. En este proceso, la información en el ARNm es interpretada por un segundo tipo de ARN denominado ARN de transferencia (ARNt) con la ayuda de un tercer tipo de ARN, el ARN ribosómico (ARNr) y sus proteínas asociadas. A medida que los aminoácidos apropiados son ubicados en secuencia por los ARNt, se unen mediante enlaces peptídicos para formar proteínas. **Gen 1:** Molécula de ADN **Gen 2:** **Gen 3:** Hebra de ADN: **Transcripción**: **ARN**: **Traducción**: **Codón**: **Polipeptido**: Aminoácido Gly Arg Phe * **Ribosoma (ARNr + Proteínas)** * **ARNt cargados con los aminoácidos**: Trp Phe Gly * **ARNt**: Anticodón * **ARNm**: Codones 5` 3` ### **Código genético** De hecho, todos los seres vivos tienen en común que las moléculas de ciertos procesos bioquímicos se comparten universalmente: 1. **Todas las células emplean el ADN como portador de la información genética.** 2. **Todas las células utilizan el ARN y aproximadamente el mismo código genético para traducir la información genética a proteínas.** 3. **Todas las células emplean aproximadamente el mismo conjunto de 20 aminoácidos para formar proteínas.** 4. **Código genético**: Segunda base del ARNm: U C A G * **Primera base del ARNm (5' terminal): U**: * UUU Phe UCU UGU Cys * UUC Phe UCC UAC Tyr UGC Cys * UUA Leu UCA Ser UAA Stop UGA Stop * UUG Leu UCG Ser UAG Stop UGG Trp * **Primera base del ARNm (5' terminal): C**: * CUU Leu CCU CAU His CGU Arg * CUC Leu CCC CAC His CGC Arg * CUA Leu CCA Pro CAA GIn CGA Arg * CUG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg * **Primera base del ARNm (5' terminal): A**: * AUU Ile ACU AAU Asn AGU Ser * AUC Ile ACC AAC Asn AGC Ser * AUA Ile ACA AAA Lys AGA Arg * AUG Met o inicio ACG AAG Lys AGG Arg * **Primera base del ARNm (5' terminal):G**: * GUU Val GCU GAU Asp GGU Gly * GUC Val GCC GAC Asp GGC Gly * GUA Val GCA GAA Glu GGA Gly * GUG Val GCG GAG Glu GGG Gly **Gen 1:** Molécula de ADN **Gen 2:** **Gen 3:** Hebra de ADN: **Transcripción**: **ARN**: **Traducción**: **Codón**: **Polipeptido**: Aminoácido Gly Arg Phe * **Tercera base del ARNm (3 terminal):** ## **El ADN como portador de información** El ADN contiene toda la información necesaria para construir las células y los tejidos de un organismo. La replicación exacta de esta información en cualquier especie asegura su continuidad genética de una generación a otra y es crítica para el desarrollo normal de un individuo. La información solo es útil si existe un mecanismo para expresarla. **ADN parental** * **Síntesis de ADN**: ADN recién sintetizado * **Síntesis de ARNm**: * **Síntesis de proteínas**: * **Ribosoma**: * **ARNm**: * **Polipéptido**: * **Aminoácidos**: En los sistemas biológicos la información contenida en el ADN se copia en una molécula relacionada llamada ácido ribonucleico o ARN mediante un proceso llamado transcripción y, a continuación, esta información transcrita se traduce en forma de proteína. Así, la información biológica almacenada en el ADN fluye del ADN al ARN y, por último a las proteínas. ## **Ubicación del ADN y ARN** En las células eucariotas, el ADN se halla casi exclusivamente en el núcleo constituyendo los cromosomas o la cromatina. Sin embargo, también se localizan pequeñas cantidades de ADN en mitocondrias y cloroplastos. El ARN se encuentra en el nucléolo, en pequeña cantidad formando los cromosomas y en el citoplasma formando a los ribosomas. * **Cloroplasto:** ADN ARNm Proteína * **Mitocondria:** ADN ARNm Proteína * **Núcleo:** ADN Pre-ARNm ARNm * **Ribosoma:** * **Citoplasma:** Proteína * **Pared celular:** ## **El Dogma Central de la Biología Molecular** El descubrimiento de la estructura del ADN en 1953 por James D. Watson y Francis H. Crick y posteriormente dilucidaciones de cómo el ADN dirige la síntesis de ARN, el cual dirige el ensamblaje de las proteínas, el también llamado dogma central de la biología, fueron logros monumentales que marcaron los primeros días de la biología molecular. Sin embargo, la representación simplificada del dogma central como "ADN→ARN→proteínas" no refleja el papel de las proteínas en la síntesis de los ácidos nucleicos. * **Molécula de ADN:** Hebra de ADN 3' 5' * **Transcripción:** * **ARNm 5':** * **Codón:** * **Traducción**: * **Proteína:** Trp Phe Gly Ser **J. Watson y F. Crick 1953:** ## **La estructura del ADN y ARN** El ADN y el ARN son químicamente muy similares. La estructura primaria de ambos son polímeros lineales compuestos de monómeros (nucleótidos). Los nucleótidos tienen una estructura común, porque están conformados por un grupo fosfato unido por enlaces fosfodiéster a una pentosa (una molécula de azúcar de cinco carbonos, la ribosa para el ARN y la desoxirribosa para el ADN) que, a su vez, está conectada a una estructura en forma de anillo que contiene carbono y nitrógeno, denominada comúnmente como base nitrogenada. * **Polinucleótido:** * **5' C**: * **3' C**: * **Nucleótido:** * **Nucleóxido:** Base nitrogenada 5´ * **CH2O**: * **Grupo fosfato:** * **Azúcar pentosa:** 3' 2' ## **Bases nitrogenadas** Las bases nitrogenadas adenina, guanina y citosina se encuentran tanto en el ADN como en el ARN; la timina solo se encuentra en el ADN y el uracilo, solo en el ARN. Adenina y guanina son purinas, las cuales contienen un par de anillos fusionados; citosina, timina y uracilo son pirimidinas que contienen un solo anillo. **Polinucleótido:** * **5' C**: * **3' C**: * **Nucleótido:** * **Nucleóxido:** Base nitrogenada 5´ * **CH2O**: * **Grupo fosfato:** * **Azúcar pentosa:** 3' 2' ### **Componentes de los ácidos nucleicos** * **Bases nitrogenadas**: * **Pirimidinas**: * **Citosina:** C * **Timina (en ADN):** T * **Uracilo (en ARN):** U * **Purinas**: * **Adenina:** A * **Guanina:** G * **Grupo fosfato:** * **Azúcar pentosa:** * **2-Desoxiribosa (en ADN):** * **Ribosa (en ARN):** ## **Replicación del ADN** Durante la replicación y transcripción del ADN, las hebras de la doble hélice deben separarse de manera tal que puedan formar pares con las bases de los nucleótidos a ser polimerizados en nuevas cadenas de polinucleótidos. El desenrollamiento de las hebras o cadenas hijas parentales lo realizan las helicasas, comenzando en segmentos únicos en las moléculas de ADN denominados orígenes de replicación. Una ARN polimerasa denominada primasa forma un cebador corto de ARN complementario a las hebras molde desenrolladas. El cebador, aun apareado a su hebra cadena de ADN complementaria, es luego elongado por una ADN polimerasa, formando por lo tanto una nueva hebra hija. * 3' 5` * **Clave:** = Adenina = Timina = Citosina = Guanina * **ADN:** * **Polimerasa III**: * **Cadena de ADN madre**: * **Cadena conductora**: * **ADN de una cromátida 3':** * **Horquilla de replicación:** * **Nueva cadena de ADN:** * **Formación de la nueva cadena:** * **Cadena retardada:** * **Cadena de ADN madre**: * **ADN Polimerasa III**: La elongación de la cadena es llevada a cabo por las ADN polimerasas. La síntesis de una hebra hija, denominada hebra conductora, puede continuar a partir de un solo cebador de ARN en la dirección 5`→3`, la misma dirección que el movimiento de la horquilla de replicación. El problema aparece en la síntesis de la otra hebra hija, denominada hebra rezagada o retardada, que debe seguir la dirección 5`3`, el copiado de su hebra molde debe ocurrir en la dirección opuesta al movimiento de la horquilla de replicación. Entonces, se sintetiza un nuevo cebador para que estos se aparen a su hebra o cadena molde y se alongué en dirección 5`→3`, formando segmentos discontinuos denominados fragmentos de Okazaki. Cada fragmento de Okazaki se inicia con un primer de ARN (cebador de ARN) que es sintetizado por la primasa. El primer de ARN de cada fragmento de Okazaki es eliminado por una 5→3` exonucleasa y se reemplaza por una cadena de ADN creciente a partir del fragmento de Okazaki vecino. Es decir, el hueco resultante es rellenado por una ADN polimerasa. Una vez que el hueco es completado, la ADN ligasa une los fragmentos adyacentes sellando la muesca del esqueleto fosfodiéster. La síntesis de la hebra conductora y retardada in vivo están acopladas y deben llevarse a cabo simultáneamente. * 3' 5` * **Clave:** = Adenina = Timina = Citosina = Guanina * **ADN:** * **Polimerasa III**: * **Cadena de ADN madre**: * **Cadena conductora**: * **ADN de una cromátida 3':** * **Horquilla de replicación:** * **Nueva cadena de ADN:** * **Formación de la nueva cadena:** * **Cadena retardada:** * **Cadena de ADN madre**: * **ADN Polimerasa III**: ## **Tipos de división celular** ### **Célula Procariota:** Fisión binaria - Replicación del ADN - Segregación del ADN duplicado - Citocinesis ### **Célula Eucariota:** - **Mitosis:** * Célula diploide * Fase S (síntesis) * Fase S (síntesis) * Gametos * Cigoto - **Meiosis:** ## **La Célula Eucariota** La característica más resaltante a la hora de diferenciar una célula eucariota de una célula procariota es la presencia o ausencia de núcleo. En las células procariotas (antes del núcleo) el material genético ADN se localiza generalmente en una región denominada nucleoide carente de membrana. En las células eucariontes (núcleo verdadero) se observa la presencia de una estructura rodeada por una membrana o envoltura nuclear. * **1 μm**: * **Núcleo:** * **Nucléolo:** * **Cromatina:** * **Envoltura nuclear:** * **Membrana interna:** * **Membrana externa:** * **Poro nuclear:** * **Complejo de poro nuclear:** * **Superficie de la envoltura nuclear:** * **Ribosoma 0.25 μm:** * **Complejos de poros nucleares (MET):** * **Detalle de la envoltura nuclear:** * **RE rugoso:** * **Lamina nuclear (MET):** * **1 μm:** * **La envoltura nuclear:** es una doble membrana que encierra el núcleo, perforada por poros, **se continua con el RE:** * **El nucléolo:** es un orgánulo no membranoso implicado en la producción de ribosomas; un núcleo tiene uno o más nucléolos. * **La cromatina:** es el material constituido por ADN y proteínas; visible como cromosomas individuales en una célula en división. ## **El núcleo** * **Telómeros de las cromátidas hermanas:** * **p:** * **Centrómero:** * **q:** * **Cinetocoro:** * **Región superenrrollada:** * **Núcleo:** * **Célula preparada para la división:** * **La célula no está en división:** * **ADN:** * **Cromatina en el núcleo:** * **Nucleosoma:** * **Histonas:** ## **Cromosomas** Una célula eucariota tiene múltiples cromosomas, uno de los cuales está representado aquí. Antes de la duplicación, cada cromosoma tiene una única molécula de ADN. * **0,5 μm:** * **Duplicación de los cromosomas (incluye la síntesis de ADN):** * **Centrómero:** * **Cromátidas hermanas:** * **Se separan las cromátidas hermanas:** * **Centrómeros:** * **Cromátidas hermanas:** Una vez duplicado, un cromosoma se compone de dos cromátidas hermanas conectadas en el centrómero. Cada cromátida contiene una copia de la molécula de ADN. Procesos mecánicos separan las cromátidas hermanas en dos cromosomas y los distribuyen en dos células hijas. ## **Ciclo celular** * **S:** * **G₁:** * **Citocinesis:** * **Ciclo celular:** * **Interfase (90% del tiempo):** * **Mitosis Fase (M) (10% del tiempo):** ## **Mitosis** * **Síntesis de ADN (durante la fase S del ciclo celular):** * **Los cromosomas duplicados se alinean en el plano ecuatorial de la célula, gracias a las fibras del huso.:** * **División celular:** ## **Meiosis** * **Cromosoma homólogo materno:** * **Cromosoma homólogo paterno:** * **Precursor diploide de célula germinal** * **Síntesis de ADN:** * **Apareamiento de cromosomas homólogos duplicados:** * **Entrecruzamiento de cromosomas (recombinación):** * **Reducción de la dotación cromosómica :** * **Fin de la 1erга división meiótica:** * **2da división meiótica:** * **Gametos haploides:** ## **Fases de la Mitosis** * **Interfase (G₂):** * **Profase temprana:** * **Profase tardía:** * **Metafase:** * **Polos del huso:** * **Cinetocoro:** * **Cromátidas hermanas:** * **Anafase:** * **Telofase:** * **Interfase (G₁):** * **Hendidura de escisión:** * **Interfase:** * **Profase:** * **Banda preprofase:** * **Metafase:** * **Telofase:** * **Fragmoplasto:** * **Placa celular:** ## **Fases de la Mitosis** * **Interfase:** * **Centrosomas:** * **Cromatina:** * **Huso:** * **Nucleolo:** * **Envoltura Nuclear:** * **Membrana plasmática:** * **Profase:** * **Centrosoma:** * **Centrómero:** * **Fragmentos de la envoltura nuclear:** * **Cromosomas con dos cromátidas:** * **Huso mitótico:** ## **Fases de la mitosis:** - **Metafase:** Cromosomas de dos cromátidas - **Anafase:** Cromosomas de una cromátida - **Telofase:** * **Formación del núcleo:** * **Hendidura de escisión:** * **Formación de la envoltura nuclear:** ## **Estructura del huso mitótico** * **Cromatidas hermanas:** * **Aster:** * **Centrosoma:** * **Placa metafasica:** * **Cinetocoros:** * **Solapamiento de microtúbulos no cinetocoricos:** * **Microtúbulos cinetocoricos 0,5 μm:** * **Microtúbulos del cinetocoro y no cinetocoricos:** * **1 μm:** * **Microtúbulos:** * **Cromosomas:** * **Centrosoma:** ## **Citocinesis** ### **Citocinesis en células animales:** * **SEM:** * **Hendidura de escisión:** * **Anillo contráctil de microfilamentos:** * **Células hijas:** ### **Citocinesis en células vegetales:** * **Pared celular:** * **Formación del fragmoplasto:** * **Núcleos hijos:** * **Hendidura de escisión:** * **Anillo contráctil de microfilamentos:** * **Pared celular:** * **Vesículas de Golgi:** * **Fragmoplasto:** * **Nueva pared celular:** * **Células hijas:** ## **Citocinesis en células animales:** - **(A):** * **Célula A:** * **Restos de microtúbulos interpolares:** * 10 μm * **Célula B:** * **Membrana plasmática:** * **1 μm:** - **(B):** * **Célula 1:** * **Restos de los microtúbulos interpolares:** * **Anillo contráctil de filamentos de actina y miosina:** * **Célula 2:** - **(B):** * **200 μm:** * **25 μm:** **El huso mitótico determina el plano de segmentación:** **El surco de segmentación se forma en un plano perpendicular al eje mayor del huso mitótico:** ## **Citocinesis en células vegetales** * **El huso mitótico determina el plano de segmentación:** * **Pared celular:** * **Membrana plasmática:** * **Vesículas derivadas del aparato de Golgi:** * **Fragmoplasto:** * **Formación de la nueva pared celular:** * **Nueva pared celular completa:** **La citocinesis de la célula vegetal es guiada por una estructura especializada basada en los microtúbulos que se denomina fragmoplasto:** ## **Fases de la meiosis I** * **Interfase:** * **Centrosomas (con un par de centríolos):** * **Profase I:** * **Tétrada:** * **Quiasmas en los sitios de entrecruzamiento:** * **Metafase I:** * **Microtúbulos del huso mitótico:** * **Metafase II:** * **Envoltura Nuclear:** * **Cromatina:** * **Gametos :** * **Cromosomas recombinantes:** ## **Fases detalladas de la Profase I** * **Leptoteno:** * **Envoltura nuclear:** * **Cromosomas duplicados comienzan a condensarse:** * **Cigoteno:** * **Bivalentes:** * **Complejo sinaptonémico:** * **Inicia la sinapsis:** * **Paquiteno:** * **Sinapsis completa, y ocurre el entrecruzamiento:** * **Diploteno:** * **Quiasmas:** * **Desaparece el complejo sinaptonémico:** * **Diacinesis:** * **Fragmentación de la membrana nuclear:** * **Bivalente listo para la metafase:** ## **Fases detalladas de la Profase I** * **Profase I:** * **Leptoteno:** * **Cigoteno:** * **Paquiteno:** * **Quiasmas:** * **Diploteno:** * **Diacinesis:** ## **Fases de la meiosis I** * **Profase I:** * **Sitios de entrecruzamiento:** * **Cromátidas Hermanas:** * **Tétrada:** * **Huso:** * **Metafase I:** * **Cromosomas unidos a los microtúbulos:** * **Centrómero:** * **Los cromosomas homólogos intercambian segmentos:** * **Anafase I:** * **Cromátidas hermanas permanecen unidas:** * **Telofase I:** * **Hendidura de escisión:** * **Las tétradas se alinean el ecuador:** * **Los homólogos se separan:** * **Dos células haploides:** ## **Fases de la meiosis II** * **Profase II:** * **Metafase II:** * **Anafase II:** * **Se separan las cromátidas hermanas:** * **Telofase II:** * **Células hijas haploides:** **Durante la segunda ronda de división celular, las cromátidas hermanas finalmente se separan, resultando cuatro células haploides, que contienen cromosomas individuales.** ## **Diferencias entre Mitosis y Meiosis:** * **Célula parental (antes de la duplicación de los cromosomas):** * **Mitosis:** Cromosomas duplicados (dos cromátidas hermanas) * **Meiosis I:** * **Cromosoma duplicado:** * **Cromosoma duplicado:** * **2n = 4:** * **Sitio de entrecruzamiento:** * **Tétrada formada por par de cromosomas homólogos:** * **Profase:** * **Mitosis:** * **Meiosis I:** * **Metafase:** * **Mitosis:** Se separan las cromátidas hermanas * **Meiosis I:** * **Cromosomas alineados en la mitad de la célula:** * **Tétradas alineadas en la mitad de la célula:** * **Se separan los cromosomas homólogos:** * **Anafase:** * **Mitosis:** * **Meiosis I:** * **Haploide n=2:** * **No se duplican los cromosomas, se separan las cromátidas hermanas:** * **Células hijas de la meiosis I:** * **Telofase:** * **Mitosis:** * **Células hijas de la mitosis 2n:** * **2n:** * **Meiosis I:** * **Anafase I:** * **Telofase I:** * **Meiosis II:** * **Células hijas de la meiosis I:** * **n:** * **n:** * **n:** * **n:** ## **Gametogénesis** * **Gametogénesis:** * **Meiosis I:** * **Espermatocito (diploide):** * **Espermatogénesis:** * **Ovocito (diploide):** * **Ovogénesis:** * **Meiosis II:** * **Espermatidas (haploide):** * **Espermatozoides (haploide):** * **Óvulo (haploide):** * **Cuerpos polares (haploide):** ## **Fertilización** * **Clave:** Haploide (n) Diploide (2n) * **Gametos haploides (n = 23):** * **Óvulo (n):** * **Espermatozoide (n):** * **Meiosis:** * **Fertilización:** * **Ovario:** * **Testículo:** * **Cigoto diploide (2n = 46):** * **Mitosis y desarrollo:** * **Adultos multicelulares diploides (2n= 46):** ## **La fecundación:** * **Eventos de la fecundación:** 1. **Los espermatozoides atraviesan las células del folículo**: * **Espermatozoide:** * **Núcleo:** * **Acrosoma:** * **Célula folicular:** 2. **Las enzimas acrosomales digieren la zona pelúcida:** 3. **La membrana plasmática del espermatozoide se fusiona al óvulo:** * **Enzimas acrosomales:** 4. **Ingresa el gameto masculino al óvulo:** * **Núcleo del espermatozoide:** 5. **Se unen los núcleos de los gametos:** * **Membrana plasmática:** * **Zona pelúcida:** * **Citoplasma:** * **Óvulo:** * **Núcleo del óvulo:** * **2n:** * **Núcleo del cigoto:**