1

A CÉLULA II: O TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS. A DIVISIÓN CELULAR

O TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS

1. TRANSPORTE SEN DEFORMACIÓN DE MEMBRANA

1. 1 Transporte pasivo

1.1.1 A difusión simple e a ósmose

1.1.2 Difusión facilitada

1.2 Transporte activo

2. TRANSPORTE CON DEFORMACIÓN DE MEMBRANA

2.1. Endocitose

2.2. Exocitose

A DIVISIÓN CELULAR 1. O CICLO CELULAR EN CÉLULAS EUCARIOTAS

1.1 Duración do ciclo

1.2 Permanencia no ciclo celular: células proliferantes e quiescencia

1.3 Control do ciclo celular

1.4 A interfase

2. A MITOSE E A CITOCINESE

2.1 Etapas da mitose

2.2 Citocinese

2.3 Significado biolóxico da mitose

3. A MEIOSE: DIVISIÓN CELULAR NA LIÑA XERMINAL

3.1 Primeira división meiótica ou Meiose I (división reducional)

3.2 Meiose II (segunda división meiótica)

3.3 Significado biolóxico da meiose

3.4 Comparación da mitose coa meiose

4. XENETICA DA REGULACIÓN DO CICLO CELULAR

2

O TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS

A membrana plasmática actúa como unha barreira que controla a entrada e saída de determinadas substancias. Utiliza con este fin diversos mecanismos de transporte que dependen principalmente da natureza e do tamaño destas. A célula pode realizar o intercambio de substancias co medio basicamente de dúas formas: deformando a membrana, co obxectivo de crear vesículas que incorporen ou expulsen substancias, ou sen deformala, en cuxo caso se servirá de estratexias que estudaremos a continuación.

1. TRANSPORTE SEN DEFORMACIÓN DE MEMBRANA

As pequenas moléculas e os ións poden atravesar a membrana plasmática sen que se produza unha alteración na estrutura desta. Este tipo de transporte pode realizarse sen gasto de enerxía, en cuxo caso falamos de transporte pasivo ou ben pode requirir un custo enerxético, denominándose transporte activo.

1. 1 Transporte pasivo

Mediante este mecanismo transpórtanse moléculas e ións a favor do seu gradiente de concentración, que depende das concentracións relativas da molécula ou do ión dentro e fóra da célula. O transporte pasivo transcorre sen gasto de enerxía e pode realizarse de dúas formas: mediante difusión simple e mediante difusión facilitada.

1.1.1 A difusión simple

É un movemento aleatorio a través da membrana que depende do gradiente de concentración, da temperatura, da superficie de intercambio e do tipo de molécula. É o mecanismo de transporte máis sinxelo e menos selectivo.

Os gases como CO2 e O2 así como pequenas moléculas hidrofóbicas (benceno, ...) difunden facilmente. Outras, como a auga, o etanol, o glicerol ou pequenas moléculas polares, difunden a menor velocidade.

Como xa tratamos con anterioridade, a capacidade que ten a auga de atravesar membranas biolóxicas ten relación co fenómeno de ósmose, que consiste en que a auga atravesa unha membrana semipermeable ata equilibrar a concentración de solutos a ambos lados da mesma, de xeito que nun medio hipertónico as células perden auga e nun medio hipotónico a entrada de auga na célula pode provocar un aumento de volume e poden romper.

Transporte de solutos a favor de gradiente Fenómeno osmótico

3

1.1.2 Difusión facilitada

Trátase dun transporte pasivo facilitado por proteínas integrais de membrana. Permite o paso de moléculas polares (aminoácidos, glicosa, sacarosa, nucleótidos...) e ións (Na+, K+, Ca2+, Cl-) que non poden atravesar a membrana lipídica.

Estas proteínas transmembranosas pódense organizar como:

Proteínas canle. Crean poros hidrofílicos que comunican os dous lados da membrana. As máis estudadas son as denominadas canles iónicas. Existe unha gran variedade: de Na+, de K+, de Ca2+, de Cl-1, tamén de auga (acuaporinas). En xeral as proteínas canle regulan os gradientes iónicos, participando na excitabilidade neuronal, na contracción muscular, secreción e absorción de substancias nos riles, etc.

Proteínas transportadoras (carriers). Recoñecen a molécula a transportar e posteriormente experimentan un cambio conformacional que permite a transferencia da molécula cara o lado de menor concentración. Este mecanismo emprégase para transportar glícidos, aminoácidos ou nucleósidos de xeito específico. Os transportadores son proteínas integrais que usan gradientes electroquímicos para mover moléculas entre as dúas caras da membrana.

O mecanismo de actuación implica un recoñecemento das moléculas a transportar e un cambio conformacional da súa estrutura proteica. Existen varios tipos:

- Uniporte transporta unha molécula a favor dun gradiente de concentración.

- Cotransporte transloca simultaneamente dúas moléculas. Se ambas son transportadas no mesmo sentido denomínase simporte (por exemplo, no intestino emprégase un gradiente de Na+ para incorporar glicosa); se viaxan en sentido contrario trátase dun antiporte (por exemplo, catión por catión ou carbohidrato por carbohidrato). O cotransporte permite translocar moléculas en contra do seu gradiente de concentración e sen gasto enerxético, aproveitando que a molécula cotransportada vai a favor de gradiente.

Tipos de translocación mediante transportadores Esquema de cotransporte, o mesmo transportador permite o paso de dúas moléculas que van en sentido contrario

Proteínas canle e proteínas transportadoras.

4

1.2 Transporte activo

O transporte activo é o transporte de ións e moléculas en contra de gradiente de concentración e implica un gasto de enerxía que é proporcionada por unha reacción acoplada (por exemplo a hidrólise dunha molécula de ATP).

Este tipo de transporte é mediado por bombas, proteínas integrais que transportan ións ou moléculas dun lado a outro das membranas en contra dun gradiente de concentración e con gasto de enerxía. Unha das máis relevantes a nivel celular é a bomba Na+K+ da membrana plasmática, outras son a bomba de glicosa (impulsada por 2 Na+) ou a bomba de H+.

As bombas ABC (presentes en todas as células coñecidas) son unha extensa familia de transportadores dependentes de ATP, que bombean unha gran variedade de substratos: aminoácidos, péptidos, proteínas, ións metálicos, lípidos, sales biliares e moitos compostos hidrofóbicos, incluídos fármacos.

A enerxía necesaria para o bombeo de substratos pode proceder de diversas fontes:

A luz. Como exemplo temos a bacteriorrodopsina, unha proteína presente nas halobacterias que usa a enerxía procedente da luz para transportar protóns contra gradiente de concentración ao medio extracelular.

Potenciais de óxido-reducción, como os complexos de transporte de electróns das mitocondrias.

O ATP, entre as que destaca a ATPasa de Na+/K+, responsable da creación de gradientes iónicos nas membranas (para excitabilidade de neuronas, contracción muscular, absorción no intestino, etc).

2. TRANSPORTE CON DEFORMACIÓN DE MEMBRANA

Para o transporte de moléculas de elevada masa molecular a célula sérvese de vesículas que se crean por invaxinación da membrana. Nestas vesículas pode incorporar grandes cantidades de moléculas ao interior da célula (endocitose). O aparato de Golgi posúe asimismo a capacidade de producir vesículas internas que poden fusionarse coa membrana (exocitose), permitindo a liberación de moléculas ao medio extracelular.

BOMBA DE SODIO-POTASIO.- bombea simultaneamente tres ións Na+ cara o exterior e dous ións K+ cara o interior, para o que é necesaria a hidrólise de ATP.

5

2.1. Endocitose

É a incorporación masiva de moléculas englobadas en vesículas que se forman na membrana plasmática. Posteriormente estas vesículas fusiónanse con compartimentos membranosos internos. As moléculas extracelulares entran nas vesículas de forma inespecífica (en solución) ou específica (unidas a receptores de membrana). A endocitose presenta varias modalidades:

Modalidades de endocitose.

Pinocitose. É unha endocitose inespecífica de moléculas disoltas. As partículas capturadas son líquidas e conteñen macromoléculas ou partículas de pequeno tamaño.

Endocitose mediada por receptor. Permite a entrada selectiva de macromoléculas chamadas ligandos. Os ligandos a transportar únense a receptores específicos que converxen en depresións revestidas por unha proteína denominada clatrina. Para a incorporación ao interior celular fórmanse uns complexos receptor-ligando e as depresións revestidas forman vesículas de endocitose. Un exemplo onde se pon en práctica este mecanismo é a captación de colesterol por células que presentan o receptor axeitado. O colesterol transpórtase en complexos lipoproteicos (LDL lipoproteínas) que se unen a receptores LDL na membrana celular. Os fallos no sistema de recoñecemento das LDL poden conducir á acumulación de colesterol nas arterias. A formación de vesículas recubertas de clatrina tamén é o principal mecanismo para incluír macromoléculas e algúns virus.

6

Mecanismo de formación e internalización das vesículas recubertas de clatrina. 1) As proteínas adaptadoras, na cara citosólica, interacionan cos receptores e tamén coa proteína clatrina. 2) A clatrina ensámblase nun entramado hexagonal que tapiza a cara interna da membrana; esta vaise invaxinando ata formar unha vesícula cuberta dunha estrutura a modo de cesta. 3) No interior da célula, a vesícula perde a súa cuberta de clatrina e forma un endosoma. A clatrina e os receptores de membrana recíclanse.

Fagocitose. É un tipo especial de endocitose que incorpora partículas de gran tamaño, como bacterias, refugallos celulares, virus... Realízana células especializadas como os macrófagos (fagocitan complexos formados por immunoglobulinas unidas a partículas) e tamén algúns protozoos para alimentarse.

A fagocitose require un previo recoñecemento da partícula por parte de receptores de membrana.

No proceso participan filamentos de actina e proteínas motoras que permiten a emisión de protuberancias.

Esquerda. As moléculas de clatrina polimerizan na cara interna da membrana formando estruturas planas de disposición hexagonal (fotografía de microscopio electrónico).

Dereita. Para formar unha vesícula recuberta a malla hexagonal adquire unha disposición “en barril”· que combina pentágonos e hexágonos. (Modelo molecular de organización dos monómeros de clatrina).

7

2.2. Exocitose

Este proceso permítelle á célula expulsar materiais de gran tamaño. Estes materiais son transportados no seo de vesículas membranosas orixinadas por xemación no aparato de Golgi, percorren o citoplasma e acaban por fusionarse coa membrana plasmática. Hai unha exocitose xeral (constitutiva) que se produce en todas as células. Serve para rexenerar a membrana celular e para liberar substancias na matriz extracelular. A exocitose regulada é propia das células especializadas en secreción: as produtoras de hormonas, as células glandulares, do epitelio dixestivo, e tamén nas neuronas.

Proceso de exocitose. A exocitose é fundamental na transmisión do impulso nervioso dunha neurona a outra. Cando chega o impulso (potencial de acción) ao extremo dun axón prodúcese entrada de ións calcio (polos canais de Ca+2 dependentes do voltaxe). En consecuencia as vesículas presinápticas por exocitose liberan o seu contido de neurotransmisores na brecha sináptica. Os receptores do lado oposto (botón dendrítico) únense aos neurotransmisores e forzan o movemento de ións, modificando o potencial de membrana. A suma de tódolos impulsos excitatorios e inhibitorios que reciba cada neurona determinará ou non a descarga dun potencial de acción polo seu axón. No terminal presináptico prodúcese unha reciclaxe de neurotransmisores: introdúcense mediante transportadores específicos, e quedan englobados en vesículas por invaxinacións da membrana plasmática lateral do botón.

8

A DIVISIÓN CELULAR

Un dos principios básicos da teoría celular é que toda célula procede doutra célula. Esto implica a existencia dun proceso de división celular que conduza á formación de células fillas a partir dunha célula proxenitora.

Nos organismos unicelulares a división celular é un mecanismo de reprodución: a célula nai desaparece como individuo e substitúese por dúas células fillas, que son os seus descendentes inmediatos. Polo tanto increméntase o tamaño de poboación.

No caso dos procariotas o proceso é una fisión binaria, máis simple que a mitose eucariota. Replícase o único cromosoma circular, segrégase cara os dous polos da célula e finalmente prodúcese a división citoplasmática ou citocinese. O proceso está facilitado por un citoesqueleto máis sinxelo que o dos eucariotas.

Nos organismos pluricelulares a división celular pode ou non estar ligada á reprodución, segundo as dúas categorías de liñas ou estirpes celulares: as células somáticas e as células xerminais.

Nas células somáticas (que formarán tódolos tecidos do corpo coa excepción das células reprodutoras) realízase por medio da mitose, que rexerá os procesos de:

Proliferación celular, que permite o desenvolvemento embrionario e posterior crecemento do individuo. Este proceso implica unha progresiva diferenciación celular.

Substitución de células que se deterioran ou morren, é dicir, o mantemento da estrutura dun organismo que ten unha duración superior á das células que o compoñen.

Nas células da liña xerminal, que forman as células reprodutoras ou gametos, preséntase ademais un tipo especial de división celular: a meiose.

1. O CICLO CELULAR EN CÉLULAS EUCARIOTAS O ciclo celular é o conxunto ordenado de sucesos que levan ao crecemento dunha célula e á súa división en dúas células fillas. Iníciase no momento en que aparece unha nova célula (procedente dunha división celular previa) e remata cando esta célula se divide á súa vez. No ciclo dunha célula podemos distinguir a división celular ou fase M e a interfase.

Na fase M prodúcese a división do núcleo (cariocinese ou mitose) e a do citoplasma (citocinese). A interfase ou fase de crecemento celular é a máis longa do ciclo celular, correspóndese co período comprendido entre dúas división consecutivas.

Esquerda. Microfotografía dun cultivo da bacteria Escherichia coli. Aprécianse

algunhas células en proceso de fisión (microscopio electrónico de varrido). Dereita. Mecanismos da fisión binaria nos procariotas.

9

1.1 Duración do ciclo

A duración do ciclo celular é moi variable. Nos organismos unicelulares indica a que velocidade máxima se poden reproducir, e isto constitúe unha estratexia ecolóxica de cada especie. As taxas reais de multiplicación dependerán de factores ambientais: dispoñibilidade de nutrientes, temperatura, pH, etc.

Nos organismos pluricelulares varía dunha especie a outra e do tipo ou liña celular: para a maioría das células animais a duración do ciclo varía entre unhas horas e uns 100 días.

En mamíferos, algunhas células divídense continuamente en ciclos moi rápidos (entre 8 e 24 horas): son as células do intestino, do epitelio pulmonar ou da mucosa bucal. Outras células, como os hepatocitos ou os linfocitos, inician a división en resposta a un estímulo adecuado en períodos máis longos (as do fígado teñen ciclos de máis dun ano).

Por poñer un exemplo, para unha célula de mamífero en cultivo, a duración media das distintas fases podería ser a seguinte: G1 = 5 horas, S = 7 horas, G2 = 3 horas, división = 1 hora.

1.2 Permanencia no ciclo celular: células proliferantes e quiescencia As células que están nalgunha fase do ciclo celular considéranse proliferantes. As células non proliferantes, que tras unha mitose entraron nunha fase de non división (fase G0), están en estado de “repouso” ou quiescencia. Entre as células proliferantes, ademais de moitas liñas de células somáticas, están as chamadas células nai, que conservan sempre a súa capacidade de división mitótica, e dan lugar mediante diferenciación a células maduras de tecidos específicos. En vexetais, estas células non diferenciadas forman os meristemos. En xeral, as células non proliferantes que están na fase G0, son células moi diferenciadas que permañecen quiescentes durante períodos moi prolongados ou indefinidamente (neuronas, fibras musculares estriadas...).

A senescencia celular tamén é un estado de non proliferación causado por un deterioro no ADN que fai inviable a descendencia. Ás veces constitúe unha alternativa á autodestrucción programada ou apoptose.

Durante o desenvolvemento embrionario e xuvenil os animais medran en tamaño, proceso ao que contribúen diversos tipos celulares. Cando se chega ao estado adulto moitas poboacións celulares deteñen ou diminúen as súas taxas de proliferación, de modo que se axustan ás necesidades de reparación e mantemento do organismo.

1.3 Control do ciclo celular

A regulación do ciclo celular é vital para a supervivencia do organismo, pois detecta danos no ADN ou impide a división celular descontrolada.

10

Trátase dun proceso secuencial, non reversible. O sistema verifica mediante uns complexos moleculares chamados puntos de control que as condicións sexan as adecuadas para a transición á seguinte etapa.

Existen catro transicións principais:

Comezo da proliferación (paso de G0 a G1)

Punto de restricción (comezo da replicación do ADN, transición de G1 a S)

Iniciación da mitose (transición de G2 a M)

Avance da metafase á anafase (degradación das proteínas estruturais dos cinetocoros)

As principais moléculas implicadas no control do ciclo son proteínas: ciclinas e quinasas (CDK quinasas dependentes das ciclinas) que inducen o avance nas transicións. Tamén hai moléculas inhibidoras.

Factores externos como virus, substancias tóxicas ou radiacións ionizantes, producen alteracións no control do ciclo celular que poden desencadear a multiplicación incontrolada das células e a formación de tumores. As células do cancro medran con máis rapidez que as células normais e precisan menos factores de crecemento e nutrientes.

1.4 A interfase

A interfase é a máis longa das fases do ciclo celular, dura da orde do 90-95% do tempo e transcorre entre duas mitoses (intermitose). Durante este período prodúcese na célula unha intensa actividade metabólica e biosintética que permite o seu mantemenento e crecemento (en moitos casos isto inclúe un proceso de diferenciación). O aumento de tamaño e a duplicación do material xenético permite a seguinte división celular.

Ao microscopio caracterízase pola ausencia de cromosomas visibles (visualízase como cromatina).

Subdivídese en tres fases (G1 S G2) que normalmente non se distinguen por modificacións morfolóxicas máis alá do crecemento celular, pese a que a actividade metabólica é diferente.

G1 Intervalo de crecemento 1 S Síntese de ADN G2 Intervalo de crecemento 2

“G” vén de Gap / Growth (en inglés intervalo / crecemento)

Alternancia da reproducción celular con intervalos de biosíntese, duplicación de orgánulos e crecemento celular.

Esquema de control do ciclo celular. En azul as rutas activadoras mediadas polas ciclinas e quinasas. Represéntanse ata os dous principais puntos de control. G2/M e G1/S. En vermello sinálanse os mecanismos de inhibición.

11

Os principais acontecementos que se desencadean en cada unha das fases sintetízanse no esquema que se presenta a continuación:

Quiescencia (G0) Diferenciación Senescencia Apoptose

Fase G1

Crecemento celular

Dende o nacemento dunha célula ate que entra en fase S

A célula aumenta o seu tamaño Síntese de ARNm e proteínas Multiplicación de orgánulos (microtúbulos, mitocondrias, etc)

As células proliferantes prepáranse para a replicación do ADN

Durante a G1 a célula pode abandonar o ciclo celular e pasar ao estado de quiescencia (G0), diferenciarse, entrar en senescencia ou morrer por apoptose

O punto de restricción é o principal punto de control, decide o paso á fase S. Integra sinais de dispoñibilidade de nutrientes, tamaño da célula e danos no ADN

Fase S Síntese de ADN

Duplícase o ADN do núcleo Síntese de histonas e ensamblaxe dos nucleosomas. As fibras de cromatina están duplicadas e organízanse en dúas

cromátidas unidas polo centrómero. Esto non será visible ata que se condensen en forma de cromosomas

- sendo n o número de cromosomas diferentes e C a cantidade de ADN existente nun gameto, unha célula somática neste momento continuará sendo 2n (diploide) pero o seu contido en ADN será 4C

Duplícanse os centrosomas

Non existe crecemento celular

Fase G2 Crecemento

celular

Fase de certo crecemento celular

Acumúlanse moléculas que serán necesarias na seguinte fase M

Comprobación de erros na replicación do ADN.

Reparación dos erros. O ciclo deténse ata que os danos sexan reparados e a duplicación completada

Os centrosomas diríxense a lugares opostos da célula para formar posteriormente o fuso mitótico

O comezo da condensación dos cromosomas indica o final da G2

2. A MITOSE E A CITOCINESE

A fase M ou mitose é a división dunha célula en dúas células fillas xenéticamente idénticas (teñen a mesma dotación cromosómica que a célula proxenitora, diploide en xeral para células somáticas). A complexidade do proceso reside en asegurar que non se cometan erros na transmisión íntegra da información xenética.

Na mitose repártense os compoñentes sintetizados nas fases anteriores do ciclo celular:

A cariocinese ou mitose en sentido estrito é o proceso de reparto equitativo do ADN. Divídese en varias etapas en función dos cambios producidos durante a

12

reorganización do material xenético: condensación da cromatina en cromosomas (profase), organización no espazo (metafase), segregación (anafase) e descondensación para formar os núcleos das células fillas (telofase). A correcta segregación das cromátidas depende da formación e acción dun sistema de microtúbulos chamado fuso mitótico. Ademais débense producir fenómenos como a rotura e posterior rexeneración da envoltura nuclear.

A citocinese é a división do citoplasma en dúas partes -por estrangulamento na célula animal típica- que reparte os orgánulos e compoñentes do citoplasma, e separa definitivamente ás dúas células fillas.

2.1 Etapas da mitose

A pesar de que a mitose é un proceso continuo, para facilitar o seu estudo e recoñecemento é costume dividila en catro fases diferentes: profase, metafase, anafase e telofase. A mitose, con escasas diferenzas que serán comentadas no seu momento, transcorre de forma similar en células animales e vexetais.

Profase

É a fase máis longa. Comeza coa fragmentación da envoltura nuclear e a condensación da cromatina. Nesta fase os cromosomas empezan a visualizarse, facéndose progresivamente máis curtos e grosos. Paralelamente, e como consecuencia da condensación da cromatina os nucléolos desaparecen. Posto que o ADN se duplicou na fase S, cada cromosoma aparece formado por dúas cromátidas irmás que permanecen unidas polo centrómero.

Outro acontecemento que se da nesta primeira etapa da mitose é a fragmentación do retículo endoplasmático, pero algúns túbulos do mesmo permanecen en todo momento ligados ao ADN coa finalidade de reconstruír, cara o final do proceso mitótico, a envoltura nuclear.

Nas células animais os dous pares de centríolos resultantes da duplicación durante a interfase actúan como focos de ordenacións radiais de microtúbulos denominadas fibras do áster. Unha vez que os centríolos viaxan a polos opostos da célula os feixes de microtúbulos que xurden destes alónganse para formar as fibras continuas que constitúen o fuso mitótico ou acromático. Os microtúbulos do fuso fórmanse a partir de moléculas do citoesqueleto, que neste momento, desorganízase parcialmente.

Células na profase (parella superior) e na prometafase (parella inferior) visualizadas ao microscopio de fluorescencia. Os marcadores de fluorescencia revelan en azul o ADN, en verde os microtúbulos do fuso e en vermello os cinetocoros.

13

O final da profase coñécese co nome de prometafase. É unha fase máis avanzada, na que ten lugar a desaparición da envoltura nuclear e do nucléolo e a formación do fuso mitótico: os microtúbulos penetran na rexión nuclear. Algúns únense na rexión centroméricas das cromátides (a nivel duns complexos proteínicos das chamados cinetocoros). Ao remate da prometafase os cromosomas xa condensados, están formados por dúas cromátidas irmás unidas entre si e ao fuso. Nas células vexetais, posto que carecen de centríolos, o fuso acromático fórmase a partir do centrosoma (que carece de centriolos), tomando a denominación de fuso anastral.

Metafase

Nesta fase o fuso xa está completamente desenvolvido e distínguense tres tipos de microtúbulos: microtúbulos astrais, encargados da adecuada orientación do fuso, microtúbulos polares, que conectan os centrosomas mantendo a forma e estabilidade do fuso e os microtúbulos cinetocóricos, que conectan os cromosomas co fuso a nivel do cinetocoro. A orientación do fuso determina a posición onde se van ubicar os cromosomas. Trala interacción dos cinetocoros coas fibras do fuso os cromosomas son alineados na zona ecuatorial ou placa metafásica da célula orientados perpendicularmente ás fibras do fuso formando a placa ecuatorial.

Anafase

Esta é a etapa máis curta da mitose, dura tan so uns minutos. Ten lugar a separación das cromátidas e a migración cara os centrosomas. Comeza coa rotura das conexións entre cromátidas irmás, o que permite a migración cara aos centrosomas. Inicialmente os microtúbulos cinetocóricos acúrtanse por despolimerización. Despois son os centrosomas os que se alonxan, empurrados pola elongación dos microtúbulos polares. Este proceso sucede de forma simultánea e brusca en todos os cromosomas. Ao desprazarse cada cromátida os seus brazos retrásanse formando estruturas en V cos vértices dirixidos cara os polos.

Telofase

Ten lugar a descondensación das cromátidas e a organización da envoltura nuclear tras unha serie de acontecementos que se suceden secuencialmente:

1) Os microtúbulos cinetocóricos libéranse dos cinetocoros, e os microtúbulos polares alonganse máis separando os polos.

2) Os cromosomas desorganízanse para reconstruír a cromatina. Ao mesmo tempo que esto sucede os

Os cromosomas dispóñense alineados no ecuador da célula formando a placa ecuatorial.

A anafase recoñécese facilmente pola forma de V que posúen os cromosomas.

Na célula en telofase apréciase que o fuso xa non está organizado.

14

nucléolos reaparecen e o núcleo vai gañando un aspecto máis interfásico.

3) Os túbulos do retículo endoplasmático que estaban ligados áo ADN aplánanse e forman a envoltura nuclear arredor das dúas masas de cromatina.

4) A envoltura nuclear móstrase completamente reconstruída e os nucléolos perfectamente organizados. Finalmente reabsórbense os restos do fuso mitótico.

2.2 Citocinese

Consiste na separación dos citoplasmas das dúas células fillas. Comeza durante a anafase e finaliza coa formación de dúas células fillas.

En células animais fórmase por estrangulamento un suco de escisión, perpendicular ao fuso mitótico (en posición ecuatorial). Resulta da actividade de filamentos contráctiles de actina e miosina.

Posteriormente desorganízase este anel contráctil, desaparecen os restos do fuso mitótico e organízanse as membranas plasmáticas.

Nas células vexetais a separación das células fillas realízase pola formación de nova parede celular no interior da célula, a nivel do plano ecuatorial.

A súa posición determina a localización das células fillas, e polo tanto a dirección de crecemento da planta. Iníciase coa formación do fragmoplasto, tabique formado pola fusión de restos de microtúbulos polares e vesículas do aparello de Golgi (que levan compoñentes da parede celular).

2.3 Significado biolóxico da mitose

O significado biolóxico da mitose é garantir a conservación do material hereditario durante o proceso da división celular. Para iso fai unha repartición equitativa de dito material xenético e do resto do material celular entre as dúas células fillas. Como consecuencia as dúas células resultantes son xenéticamente idénticas entre si e idénticas á célula nai. De non existir esta repartición, en cada división, o número de

Comezo da citocinese na anafase da división dunha célula ovárica de hamster. Obsérvase o surco de escisión no citoesqueleto. Mostra visualizada co microscopio de fluorescencia. En vermello móstrase a actina (citoesqueleto), en verde os microtúbulos (fuso), en azul o ADN (cromosomas).

Citocinese (primeira división dun zigoto de ourizo). O ADN está marcado en verde, a actina en rosa.

Esquema da citocinese nunha célula vexetal. Formación do fragmoplasto na telofase dunha célula apical da raíz de Allium aflatanense.

15

cromosomas, e polo tanto a información xenética, quedaría reducida á metade, con consecuencias desastrosas para o organismo.

3. A MEIOSE: DIVISIÓN CELULAR NA LIÑA XERMINAL

A meiose é un proceso particular de división celular no que unha célula diploide (2n) experimenta dúas divisións consecutivas para formar catro células haploides (n). É unha division reducional, porque se reduce á metade o número de cromosomas (2n n) e o contido de ADN (2c c) das células fillas. A meiose consiste en dúas divisións sucesivas, non obstante a síntese do ADN só ten lugar nunha ocasión, na fase S, antes da primeira división; este feito implica que os cromosomas só se duplican unha vez, aínda que transcorran dúas divisións.

O fenómeno da meiose está relacionado coa reproducción sexual de eucariotas, caracterizada pola fusión dos gametos de dous individuos para formar un cigoto. De non existir meiose a fecundación levaría consigo a duplicación do número de cromosomas na seguinte xeración. Por este motivo a meiose é esencial para manter constante o número de cromosomas nas especies.

Unha característica fundamental (e exclusiva da meiose) é que na profase I prodúcese unha recombinación xenética por entrecruzamento das cromátidas irmás. Isto quere dicir que os gametos terán combinacións de alelos diferentes entre si, e diferentes ás combinacións de cada proxenitor.

O proceso aumenta a variabilidade xenética das poboacións, o que explica o éxito evolutivo da reproducción sexual e a gran diversificación dos eucariotas.

En animais a meiose é gamética, pois da lugar aos gametos (ovocélulas e espermatozoides). En plantas, algunhas algas e fungos a meiose é esporoxénica, forma esporas. Estas dan lugar a un individuo haploide (gametofito) que por mitose forma os gametos.

Meiose gamética. Cada liña parda do esquema indica unha dotación cromosómica haploide (n) que se corresponde cun contido simple de ADN (c) propio dos gametos (c, n). A meiose I comeza cunha célula

diploide que ven de duplicar o seu ADN (4c, 2n); como resultado da segregación dos cromosomas homólogos resultan dúas células haploides con dobre contido de ADN (2c, n). Na meiose II sepáranse as

cromátidas de cada cromosoma, polo que se reduce á metade o contido de ADN (c, n).

16

A continuación revisaremos os rasgos máis importantes de cada unha das divisións meióticas, centrándonos especialmente, por motivos antes comentados, na profase da primeira división da meiose.

3.1 Primeira división meiótica ou meiose I (división reducional)

Na meiose I prodúcese a división reducional e a recombinación xenética. Como resultado fórmanse dúas células fillas haploides e xenéticamente diferentes. Cada cromosoma aínda ten o ADN duplicado formando dúas cromátidas irmás (n, 2c). Comeza cunha célula diploide (cun xogo de cromosomas herdado de cada proxenitor). Na fase S da interfase previa duplicárase o ADN, polo que a célula será (2n, 4c), é dicir, terá o dobre do contido do ADN.

O proceso comprende varias fases: profase, metafase, anafase, telofase e citocinese.

Profase I

A recombinación xenética, uns dos mecanismos responsables da variabilidade xenética, transcorre a este nivel.

Os acontecementos máis relevantes que se suceden na primeira profase son a condensación dos cromosomas, o apareamento dos cromosomas homólogos e o seu sobrecruzamento (= entrecruzamento), que da lugar a novas combinacións de alelos.

É a fase máis longa, nela distínguense cinco subetapas:

1. Leptóteno. Condensan os cromosomas.

Cada un ten dúas cromátidas e unha estrutura proteica central que se une polos extremos á envoltura nuclear.

2. Cigóteno. Os cromosomas homólogos (materno e paterno) emparellan mediante un proceso denominado sinapse. Emprégase unha estrutura proteica chamada complexo sinaptonémico, (que pecha como unha cremalleira dende os telómeros ligados á envoltura). As parellas de homólogos chámanse bivalentes ou tétradas.

LEPTÓTENO

CIGÓTENO

Complexo sinaptonémico

3. Paquíteno. Realízase o sobrecruzamento.

Os cromosomas homólogos intercambian segmentos. Deben romper cadeas de ADN polas mesmas bases en cromátidas homólogas, despois únense segmentos pertencentes a distintas cromátidas.

O proceso implica a reparación de ADN polo que se precisa de complexos enzimáticos: ADN polimeras, endonucleasas, ligasa, etc.

PAQUÍTENO

DIPLÓTENO

17

4. Diplóteno. Os cromosomas homólogos desaparéanse, pero permanecen unidos polos quiasmas. Os quiasmas son a exprexión citolóxica do sobrecruzamento. Ao microscopio obsérvase nos bivalentes como unha cromátida pasa por riba da cromátida homóloga. Nas mulleres a meiose para formar ovocitos deténse nesta etapa (no 7º mes). Dende a pubertade ata a menopausa vanse producir arredor de 350 ovulacións. Corresponde cada unha á culminación dunha meiose.

5. Diacinese. Máxima condensación de cromosomas, coas cromátidas ben visibles. Organízase o fuso acromático e finalmente desintégrase a envoltura nuclear. Metafase I

Ten lugar a orientación aleatoria dos pares de homólogos no plano ecuatorial.

Cada cromosoma ten dous cinetocoros que funcionan como un só os microtúbulos das cromátidas irmás apuntan cara o mesmo polo.

A orientación dos bivalentes na placa ecuatorial é aleatoria, de xeito que para cada cromosoma, vai haber a mesma probabilidade de recibir o homólogo do pai ou da nai.

Anafase I

Separación dos cromosomas homólogos. Os quiasmas están desfeitos, en cada cromosoma homólogo as cromátidas están separadas (agás no centrómero).

Os cromosomas homólogos que forman cada bivalente sepáranse e migran cara polos opostos da célula. Débese ter en conta que, a diferenza da anafase mitótica, onde cada un dos cromosomas consta dunha cromátida, na anafase I da meiose cada cromosoma posúe dúas cromátidas.

Telofase I e citocinese

Prodúcese a reconstrución dos núcleos interfásicos e división do citoplasma. Arredor de cada xogo de cromosomas homólogos desenvólvese unha envoltura nuclear transitoria. Prodúcese a descondensación dos cromosomas e a reabsorción dos microtúbulos do fuso. A medida que a envoltura nuclear se vai reconstruíndo e o nucléolo reaparece, o núcleo vai gañando un aspecto interfásico. Contrariamente ao que sucedía previamente á mitose, neste caso non se produce duplicación do ADN. O último dos procesos que acontece

Metafase Anafase

18

é a división do citoplasma, que concluirá coa obtención de dúas células fillas haploides, con cromosomas de dúas cromátidas.

3.2 Meiose II (segunda división meiótica)

A meiose II é similar a mitose, pero pártese de dúas células haploides (n, 2c) para formar 4 células haploides con contido simple de ADN (n, c). Non hai síntese de ADN na meiose II. Na metafase II as cromátidas oriéntanse aleatoriamente na placa ecuatorial. Os microtúbulos cinetocóricos de cada cromátida van en direccións opostas. Na anafase II sepáranse as cromátidas irmás.

No seguinte esquema ilústrase a consecución das fases da meiose II a partir de dúas células obtidas da primeira división meiótica. Como se pode apreciar o proceso é similar ao que transcorre durante a mitose.

PROFASE II METAFASE II ANAFASE II TELOFASE II

3.3 Significado biolóxico da meiose

A meiose é un tipo de división celular relacionada coa reprodución sexual. Realízase nas células xerminais, e da como resultado os gametos. O significado da meiose é doble: por un lado, reduce á metade o material xenético (se non existise a meiose despois de cada fecundación o número de cromosomas duplicaríase), e por outro

19

aumenta a variabilidade grazas á recombinación da información xenética recibida de cada proxenitor, esto fai que cada individuo sexa portador dunha información xenética única e irrepetible.

3.4 Comparación da mitose coa meiose

Os dous mecanismos de división celular conducen a resultados distintos polo que teñen diferente papel biolóxico. Na mitose interesa obter células idénticas e na meiose células diferentes.

MITOSE MEIOSE

A división celular 2 células fillas

Mantense o número de cromosomas

Na metafase sepáranse as cromátidas de

cada cromosoma

Mantense a identidade xenética

Cada célula filla porta unha copia idéntica de cada un dos cromosomas da nai

O obxectivo é conservar a información xenética entre as células dun mesmo organismo pluricelular

Dúas divisións sucesivas 4 células fillas

Redúcese á metade o número de cromosomas

Na metafase I sepáranse os cromosomas

homólogos

Resultan novas combinacións xenéticas

Cada célula filla é xenéticamente diferente ás outras tres e tamén diferente á célula proxenitora

O obxectivo é crear variabilidade xenética na

descendencia

4. XENÉTICA DA REGULACIÓN DO CICLO CELULAR

Os xenes que participan no control do ciclo celular expresan proteínas que regulan a proliferación celular, a senescencia e a apoptose. Podemos diferenciar tres categorías:

Xenes que codifican proteínas necesarias no ciclo: enzimas para a replicación do ADN, enzimas para a síntese e autoensamblaxe da tubulina, ...

Protooncoxenes. Codifican proteínas moi diversas, como factores de crecemento celular, receptores de factores de crecemento, factores de transcrición e proteínas

20

responsables da activación directa do ciclo celular, como as ciclinas e as quinasas dependentes de ciclinas. Cando estes protooncoxenes experimentan mutacións poden dar lugar a oncoxenes que expresan proteínas anómalas que se manteñen activas con independencia dos sinais reguladores. Esto pode dar lugar a unha proliferación descontrolada e conducir finalmente ao desenvolvemento dun tumor.

Xenes supresores tumorais ou oncosupresores. Reciben este nome porque a súa acción é contraria á dos oncoxenes. Actúan detendo a proliferación celular ou ben inducindo a apoptose. Este grupo tamén inclúe proteínas diversas, dende factores inhibidores do crecemento celular ou receptores para ditos factores ata proteínas que frenan o ciclo celular ou a apoptose. Cando se producen mutacións nestes xenes a proliferación celular deixa de estar controlada ou a apoptose nunca ten lugar, polo que aparece unha proliferación excesiva que pode conducir igualmente ao cancro.