- tipus
- fissió binària
- El cicle cel·lular i la mitosi
- Etapes de la mitosi
- profase
- prometafase
- metafase
- anafase
- telofase
- citocinesi
- meiosi
- meiosi I
- meiosi II
- importància
- referències
La divisió cel·lular és el procés que els permet a tots els organismes vius créixer i reproduir-se. En procariotes i eucariotes, el resultat de la divisió cel·lular són cèl·lules filles que posseeixen la mateixa informació genètica que la cèl·lula original. Això succeeix perquè, prèviament a la divisió, la informació continguda en l'ADN es duplica.
En els procariotes, la divisió succeeix mitjançant fissió binària. El genoma de la majoria dels procariotes és una molècula d'ADN circular. Tot i que aquests organismes no tenen nucli, l'ADN es troba en una forma compactada anomenada nucleoide, que difereix de l'citoplasma que l'envolta.
Font: Ginesta
En els eucariotes, la divisió succeeix mitjançant mitosi i meiosi. El genoma dels eucariotes consisteix en grans quantitats d'ADN organitzat dins el nucli. Aquesta organització es basa en l'empaquetat de l'ADN amb proteïnes, formant els cromosomes, que contenen centenars o milers de gens.
Els molt diversos eucariotes, tant unicel·lulars com metazoarios, posseeixen cicles de vida que alternen la mitosi i la meiosi. Aquests cicles són aquells amb: a) meiosi gamètica (animals, alguns fongs i algues), b) meiosi cigótica (alguns fongs i protozoaris); ic) alternança entre meiosi gamètica i cigótica (plantes).
tipus
La divisió cel·lular pot ser per fissió binària, mitosi, o meiosi. A continuació es descriu cadascun dels processos implicats en aquests tipus de divisió cel·lular.
fissió binària
La fissió procariòtica, fissió binària, és una forma de reproducció asexual.
La fissió binària consisteix en la divisió de la cèl·lula que dóna origen a dues cèl·lules filles, cadascuna amb una còpia idèntica de l'ADN de la cèl·lula original.
Abans de la divisió de la cèl·lula procariota, té lloc la replicació de l'ADN, la qual comença en un lloc específic de l'ADN doble cadena, denominat origen de la replicació. Els enzims de replicació es mouen cap a les dues direccions de l'origen, produint una còpia de cadascuna de les cadenes de l'ADN doble cadena.
Després de la replicació de l'ADN, la cèl·lula s'allarga i l'ADN és separat dins de la cèl·lula. Immediatament, comença a créixer una nova membrana plasmàtica en la meitat de la cèl·lula, formant un septe.
Aquest procés és facilitat per la proteïna FtsZ, que està evolutivament molt conservada en els procariotes, incloent els Archaea. Finalment, la cèl·lula es divideix.
El cicle cel·lular i la mitosi
Les etapes per les que travessa una cèl·lula eucariota des entre dues divisions cel·lulars successives es coneix com a cicle cel·lular. La durada de l'cicle cel·lular varia des de pocs minuts fins a mesos, depenent de el tipus de cèl·lula.
El cicle cel·lular es divideix en dues etapes, a saber la fase M i la interfase. En la fase M ocorren dos processos, denominats mitosi i citoquinesis. La mitosi consisteix de la divisió nuclear. El mateix nombre i tipus de cromosomes presents en el nucli original es troben en els nuclis fills. Les cèl·lules somàtiques dels organismes multicel·lulars es divideixen per mitosi.
La citoquinesis consisteix en la divisió de l'citoplasma per formar cèl·lules filles.
La interfase té tres fases: 1) G1, les cèl·lules creixen i passen la major part del seu temps en aquesta fase; 2) S, duplicació de l'genoma; i 3) G2, replicació de mitocondris i altres orgànuls, condensació dels cromosomes, i acoblament de microtúbuls, entre altres esdeveniments.
Etapes de la mitosi
La mitosi comença amb el final de la fase G2, i es divideix en cinc fases: profase, prometafase, metafase, anafase i telofase. Totes succeeixen de forma contínua.
profase
Profase. Leomonaci98, from Wikimedia Commons
En aquesta etapa l'acoblament de l'fus mitòtic, o aparell mitòtic, és l'esdeveniment principal. La profase comença amb la compactació de la cromatina, formant-se els cromosomes.
Cada cromosoma té un parell cromàtides germanes, amb ADN idèntic, que estan estretament unides en el veïnatge de les seves centròmers. En aquesta unió participen complexos de proteïnes anomenats cohesinas.
Cada centròmer es troba unit a un cinetocor, el qual és un complex de proteïnes que s'uneix als microtúbuls. Aquests microtubulos permeten que cada còpia dels cromosomes sigui cedida a les cèl·lules filles. Els microtúbuls radien de cada extrem de la cèl·lula i formen l'aparell mitòtic.
En les cèl·lules animals, abans de la profase, ocorre la duplicació de l'centrosoma, que és el principal centre organitzador dels microtúbuls i el lloc on es troben els centríols progenitor i fill. Cada centrosoma arriba al pol oposat de la cèl·lula, establint un pont de microtubulos entre ells denominat aparell mitòtic.
A les plantes d'evolució més recent, a diferència de les cèl·lules animals, no hi ha centrosomes i l'origen dels microtúbuls no és clar. En les cèl·lules fotosintètiques d'origen evolutiu més antic, com ara les algues verdes, hi ha centrosomes.
prometafase
Leomonaci98
La mitosi ha de garantir la segregació dels cromosomes i la distribució de l'embolcall nuclear d'el complex de l'porus nuclear i dels nucléolos. Depenent de si l'embolcall nuclear (EN) desapareix o no, i de l'grau de densintegración de l'EN, la mitosi varia des tancada fins completament oberta.
Per exemple, en S. cerevisae la mitosi és tancada, en A. nidulans és semioberta, i en els humans és oberta.
En la mitosi tancada, els cossos polars de l'fus es troben a l'interior de l'embolcall nuclear, constituint els punts de nucleació de microtúbuls nuclears i citoplasmàtics. Els microtúbuls citoplasmàtics interactuen amb l'escorça cel·lular, i amb els cinetocors dels cromosomes.
En la mitosi semioberta, pel fet que l'EN està parcialment desensamblada, l'espai nuclear és envaït pels microtúbuls nucleats a partir dels centrosomes ia través de dues obertures de l'EN, formant fas envoltats per l'EN.
En la mitosi oberta, ocorre el desacoblament complet de l'EN, s'acaba de formar l'aparell mitòtic i els cromosomes comencen a ser desplaçats cap a la meitat de la cèl·lula.
metafase
Cromosomes alineats a la placa equatorial de la cèl·lula durant la metafase mitòtica
A la metafase, els cromosomes s'alineen en l'equador de la cèl·lula. El pla imaginari perpendicular a l'eix de l'fus, que passa a través de la circumferència interior de la cèl·lula, es denomina plat de la metafase.
En cèl·lules de mamífer, l'aparell mitòtic es troba organitzat en un fus mitòtic central i un parell de asteres. El fus mitòtic consta d'un feix simètric bilateral de microtúbuls que està dividit en l'equador de la cèl·lula, formant dues meitats oposades. Els asteres estan conformats per un grup de microtúbuls en cada pol de l'fus.
En l'aparell mitòtic hi ha tres grups de microtúbuls: 1) astrals, que formen el àster, parteixen de l'centrosoma i es irradien cap a l'escorça cel·lular; 2) de l'cinetocoro, que s'uneixen als cromosomes a través del cinetocor; i 3) polars, que s'interdigiten amb els microtúbuls de l'pol oposat.
En tots els microtúbuls dalt descrits, els extrems (-) s'orienten cap al centrosoma.
En les cèl·lules vegetals, si no hi ha centrosoma, el fus és similar a el de les cèl·lules animals. El fus consisteix de dues meitats amb polaritat oposada. Els extrems (+) es troben a la placa equatorial.
anafase
Font: Leomonaci98, from Wikimedia Commons
La anafase es divideix en primerenca i tardana. En l'anafase primerenca té lloc la separació de les cromàtides germanes.
Aquesta separació succeeix perquè les proteïnes que mantenen la unió són clivadas i perquè hi ha un escurçament dels microtúbuls de l'cinetocor. Quan el parell de cromàtides germanes se separen, se les anomena cromosomes.
Durant el desplaçament dels cromosomes cap als pols, el cinetocor es desplaça al llarg de l'microtúbul d'ell mateix cinetocor a mesura que el seu extrem (+) es dissocia. A causa d'això, el moviment dels cromosomes durant la mitosi és un procés passiu que no necessita proteïnes motores.
En l'anafase tardana, succeeix una major separació dels pols. Una proteïna KRP, unida a l'extrem (+) dels microtúbuls polars, a la regió de superposició dels mateixos, marxa cap a l'extrem (+) d'un microtúbul polar adjacent antiparal·lel. Així, la KRP empeny el microtúbul polar adjacent cap a l'extrem (-).
En les cèl·lules vegetals, després de la separació dels cromosomes, queda un espai amb microtúbuls interdigitados, o superposats, a la zona mitjana de l'fus. Aquesta estructura permet l'inici de l'aparell citocinético, denominat fragmoplasto.
telofase
Telofase. Leomonaci98
A la telofase, succeeixen diversos esdeveniments. Els cromosomes arriben als pols. El cinetocor desapareix. Els microtúbuls polars continuen elongándose, preparant la cèl·lula per a la citocinesi. Es torna a formar l'embolcall nuclear a partir de fragments de l'embolcall mare. Reapareix el nuclèol. Els cromosomes es descondensan.
citocinesi
La citocinesi és la fase de l'cicle cel·lular durant la qual la cèl·lula es divideix. En les cèl·lules animals, la citosinesis ocorre per mitjà d'una corretja de constricció de filaments d'actina. Aquests filaments llisquen uns sobre els altres, el diàmetre de la corretja disminueix, i es forma un solc de clivatge voltant de la circumferència de la cèl·lula.
A causa de que la constricció continua, el solc s'aprofundeix i es forma un pont intercel·lular, que conté el cos mig. A la regió central de el pont intercel·lular es troben els feixos dels microtúbuls, que estan coberts per una matriu electrodensa.
La ruptura de pont intercel·lular entre cèl·lules germanes post-mitòtiques té lloc mitjançant la abscisió. Hi ha tres tipus de abscisió: 1) mecanisme de ruptura mecànica; 2) mecanisme d'ompliment per vesícules internes; 3) constricció de la membrana plasmàtica per a la fissió.
En les cèl·lules de plantes, s'acoblen components de la membrana al seu interior i es forma la placa cel·lular. Aquesta placa creix fins arribar a la superfície de la membrana plasmàtica, fusionant-se amb ella i dividint la cèl·lula en dues. Després la cel·lulosa es diposita sobre la nova membrana plasmàtica i forma la nova paret cel·lular.
meiosi
La meiosi és un tipus de divisió cel·lular que redueix el nombre de cromosomes a la meitat. Així, una cèl·lula diploide es divideix en quatre cèl·lules filles haploides. La meiosi succeeix en les cèl·lules germinatives i dóna origen als gàmetes.
Les etapes de la meiosi consisteixen de dues divisions de l'nucli i de l'citoplasma, a saber meiosi I i meiosi II. Durant la meiosi I, els membres de cada parell de cromosomes homòlegs se separen. Durant la meiosi II, les cromàtides germanes se separen i es produeixen quatre cèl·lules haploides.
Cada etapa de la mitosi es divideix en profase, prometafase, metafase, anafase i telofase.
meiosi I
- Profase I. Els cromosomes es condensen i el fus comença a formar-se. L'ADN s'ha duplicat. Cada cromosoma està conformat per cromàtides germanes, unides a l'centròmer. Els cromosomes homòlegs s'aparellen durant la sinapsis, permetent l'entrecreuament, la qual cosa és clau per produir gàmetes diferents.
- Metafase I. El parell de cromosomes homòlegs s'alineen al llarg de la placa de la metafase. El quiasma ajuda a mantenir el parell unit. Els microtúbuls de l'cinetocor de cada pol s'uneixen a un centròmer d'un cromosoma homòleg.
- Anafase I. Els microtúbuls de l'cinetocor s'escurcen i els parells homòlegs són separats. Un homòleg duplicat va a un pol de la cèl·lula, mentre que l'altre homòleg duplicat va a l'altre costat de l'pol.
- Telofase I. Els homòlegs separats formen un grup en cada pol de la cèl·lula. L'embolcall nuclear es torna a formar. Succeeix la citocinesi. Les cèl·lules resultants tenen la meitat de el nombre de cromosomes de la cèl·lula original.
meiosi II
- Profase II. Es forma un nou fus en cada cèl·lula i la membrana cel·lular desapareix.
- Metafase II. Es completa la formació de l'fus. Els cromosomes tenen cromàtides germanes, unides en el centròmer, alineades al llarg de la placa de la metafase. Els microtúbuls de l'cinetocor que parteixen de pols oposats s'uneixen als centròmers.
- Anafase II. Els microtubulos s'escurcen, els centròmers es divideixen, les cromàtides germanes se separen i es desplacen cap a pols oposats.
- Telofase II. Es forma l'embolcall nuclear al voltant de quatre grups de cromosomes: es formen quatre cèl·lules haploides.
importància
Mitjançant alguns exemples, es il·lustra la importància dels diferents tipus de la divisió cel·lular.
- Mitosi. El cicle cel·lular té punts irreversibles (replicació de l'ADN, separació de les cromàtides germanes) i punts de control (G1 / S). La proteïna p53 és clau per al punt de control G1. Aquesta proteïna detecta danys a l'ADN, deté la divisió cel·lular i estimula l'activitat d'enzims que reparen el dany.
En més de l'50% dels càncers humans, la proteïna p53 ha mutacions que anul·len la seva capacitat per fixar seqüències específiques d'ADN. Les mutacions en p53 poden ser ocasionades per carcinògens, com el benzopirè de el fum de la cigarreta.
- Meiosi. Està associada amb la reproducció sexual. Des del punt de vista evolutiu, es creu que la reproducció sexual va sorgir com un procés per reparar l'ADN. Així, el dany produït en un cromosoma pot reparar-se en base a la informació de l'cromosoma homòleg.
Es creu que l'estat diploide era transitori en organismes antics, però que va començar a tenir més rellevància a mesura que el genoma es feia més gran. En aquests organismes la reproducció sexual té com a funció la complementació, la reparació de l'ADN i la variació genètica.
referències
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., i col. 2007. Molecular Biology of the Cell. Garland Science, Nova York.
- Bernstein, H., Byers, GS, Michôd, RE 1981. Evolution of sexual reproduction: the importance of DNA repair, complementation, and variation. American Naturalist, 117, 537-549.
- Lodish et, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologia cel·lular i molecular. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires.
- Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, Sr. 2005 Biologia. Higher Education, Boston.
- Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. Biologia. Thomson, USA.