guía 2: diferenciación celular y desarrollo embrionario
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INSTITUTO CRISTIANO LUIS GANDARILLAS Departamento de Biología Dios - Patria – Familia Profesora: Maurismer Arenas
Biología Electiva: Célula, Genoma Y Organismo
Guía 2: Diferenciación Celular Y Desarrollo Embrionario. 4to Medio Electivo
Nombre:
Fecha: ……/……../ 2020 Pje idea: Pje Medio: Pje real :
Diferenciación celular
•En todos los organismos pluricelulares que tienen modalidad de reproducción sexual, están formados
por grupos de células formando tejidos, estos a su vez se organizan en órganos, sistemas, etc. Los
grupos celulares que forman tejidos cumplen funciones distintas y complementarias de tal forma que
permite al organismo vivir en un equilibrio homeostático y adaptativo con su medio ambiente. Por
ejemplo las células de la piel son muy diferentes a las musculares, nerviosas, óseas y sanguíneas, sin
embargo todas son necesarias para la vida del individuo.
•La proliferación, diferenciación y especialización celular que da origen a los diferentes tejidos y
órganos de un individuo, se inicia en la fecundación (fusión del espermatozoide con el ovocito)
formando un cigoto, que mediante múltiples divisiones celulares genera un grupo de células
embrionarias totipotenciales, estas son capaces de formar un individuo y sus anexos.
•En el proceso de diferenciación celular se lleva a cabo la especialización celular, esta ocurre durante
el desarrollo embrionario, aunque después del nacimiento y durante la etapa del crecimiento, los tejidos
y órganos siguen creciendo junto con el individuo. Algunos tejidos especializados como la piel, la
sangre, el revestimiento intestinal y los huesos, se renuevan constantemente. Además, muchos tejidos
y tienen la condición de repararse en respuesta a un daño, esto lo pueden realizar por que se conserva
un grupo de células troncales o células madres que darán origen a células especializadas, es una
condición limitada a la regeneración de tejido de un adulto.
•A continuación se especificará los tipos de células madres: totipotentes, multipotentes, pluripotentes
y unipotentes.
Células Totipotentes
•Se logran después de la
fecundación (Huevo
fecundado), Dura hasta la 1º
diferenciación del desarrollo
embrionario
•Hasta completar los 8
blastómeros, se termina con el
inicio de la compactación
(unión de los blastómeros
externos).
•Tienen capacidad de formar
un individuo completo con sus
anexos embrionarios.
Objetivo
Identificar los procesos de la diferenciación celular y analizar su relación con el desarrollo embrionario.
Indicaciones:
Lea detenidamente y responda las preguntas anexas.
Células Madres Pluripotentes o Troncales
•Ocurre en momento de la compactación después de completar 8 células, se constituye una
mórula y se inicia un proceso llamado compactación.
•se forman medios de unión entre los blastómeros externos esto determina la constitución de
dos poblaciones celulares diferentes: La población externa dará origen principalmente al
trofoblasto (futura placenta).
•Las células que quedan ubicadas internamente originarán al embrioblasto llamado también
macizo celular interno son las pluripotentes: estas pueden diferenciarse en cualquier tipo de
células de las hojas embrionarias pero no pueden originar un individuo.
Durante la primera semana del desarrollo Embrionario, los blastómeros proliferan
hasta formar una estructura de 16 células llamada mórula. Estas células continúan proliferando
hasta constituir una estructura llamada Blastocisto, que contiene en su interior un grupo de
células, a partir de las cuales se formará el embrión.
Después de la implantación hasta la tercera semana ocurre el proceso de gastrulación, que
requiere de la multiplicación y migración de células para dar origen a tres capas embrionarias:
Ectodermo, mesodermo y endodermo.
Ectodermo:
Epidermis y Ectodermo: Epidermis y estructuras epidérmicas (pelos, uñas, esmalte de los
dientes, glándulas sudoríparas y sebáceas); glándulas secretoras de leche, hipófisis;
revestimiento de la cavidad bucal nasal y cloaca (parte) bucal, nasal y cloaca (parte). Médula
suprarrenal Receptores sensitivos Placa y pliegues neurales: Originará todo el Sistema
Nervioso.
Células Madres Multipotentes
• Sólo se pueden diferenciar células de la misma hoja
embrionaria.
• Corresponden a las encontradas en los tejidos adultos
• Ejemplos: células osteoprogenitoras que se pueden diferenciar en
a) Células adiposas
b) Células cartilaginosas
c) Células óseas
Células Madres Unipotentes
•Poseen la habilidad de autorregeneración pero sólo se puede diferenciar en un linaje
•Ej. Células epidérmicas basales
‐Realiza un cuadro comparativo entre célula totipotente, pluripotente, multipotente y
unipotentes.
Células madre, o células troncales, a un tipo especial de células indiferenciadas que tienen
la capacidad de dividirse y llegan a producir células especializadas
Células totipotenciales poseen la capacidad de formar nuevos embriones, los cuales serán
capaces de transformarse en nuevos organismos.
Células pluripotenciales poseen la capacidad de diferenciarse en casi la mayor parte de las
células que componen el cuerpo humano.
Células multipotenciales poseen la capacidad de diferenciarse en un limitado tipo de células
que se encuentran en el organismo.
El desarrollo embrionario es el proceso por el cual se forma un nuevo individuo a partir de la célula
huevo. En el desarrollo embrionario pueden distinguirse las siguientes fases:
Fecundación, Segmentación Gastrulación Organogénesis.
Fecundación: la fusión de los gametos haploides masculino y femenino para formar la célula
cigota o cigoto diploide.
Segmentación: se inicia con una serie de rápidas divisiones celulares consecutivas a partir de
la célula huevo, proceso denominado segmentación
Gastrulación: es el proceso por el cual las células de la blástula se desplazan y se disponen
en capas, denominadas hojas embrionarias.
Organogénesis: la formación de los órganos a partir de las hojas embrionarias.
Comienzan a distinguirse grupos de células que adquieren características particulares que otras
no poseen, especializándose en un tipo celular. La morfología de las células cambia notablemente y
este proceso se denomina diferenciación celular.
Cada una de las tres capas germinativas da lugar a tejidos y órganos específicos.
La gastrulación es el fenómeno que constituye el inicio de
la morfogenia.
Diferenciación de tres capas germinativas.
Ectodermo, la capa más externa de células que
rodea al embrión.
A partir del ectodermo se forman: la epidermis de la
piel y sus órganos anejos (pelos, plumas, glándulas
cutáneas, etc.), el tejido nervioso y las células
receptoras de los órganos sensoriales.
Mesodermo, células que forman la parte superior de la capa que creció hacia el interior en la
blástula.
Del endodermo se originan: El revestimiento epitelial del tubo digestivo y respiratorio, las
glándulas digestivas y la vejiga urinaria.
Endodermo, capa de células más interna.
Del mesodermo se forman: la capa dérmica de la piel, el revestimiento de las cavidades
internas, el corazón y los demás órganos del aparato circulatorio, los riñones, las gónadas y el
sistema esquelético y muscular.
Una cuestión fundamental de la embriogénesis es: por qué, y cómo un conjunto de células, que
inicialmente parecían iguales, a medida que el embrión se desarrolla generan otras no sólo nuevas
sino distintas entre sí. Se conocen dos mecanismos generales para explicarlo: la acción de los
determinantes citoplasmáticos y las interacciones inductivas
Las características de cada tipo celular resultan de la activación y expresión de ciertos genes, que lo
hacen de una manera específica para el tipo celular. De allí la importancia de conocer los procesos
que regulan la expresión de los genes durante el desarrollo embrionario, y la secuencia de pasos que
tienen lugar entre la recepción de una señal inductora y la consiguiente diferenciación celular.
Patrones de desarrollo
a) Genes de efecto materno: que definen la polaridad del embrión, es decir sus ejes
anteroposteriores y dorsoventrales.
b) Genes de segmentación: que definen el número correcto y la polaridad de de los segmentos
corporales del embrión
c) Genes selectores homeóticos: que especifican la identidad de los segmentos, las mutaciones de
estos transforman una parte del cuerpo en otra. Algunos de estos se conocen en conjunto como genes
Hox y codifican factores de transcripción.
GENES HOMEÓTICOS
Durante el desarrollo embrionario la formación de algunos órganos o tejidos complejos abarca
la actividad de varios genes, regulada por la operación de uno que se denomina gen homeótico.
Dos tipos de genes definen la localización y el tipo de órgano en cada especie.
Se establece un plano corporal que define la ubicación de las principales regiones del cuerpo:
Es un gen que interviene en el programa de desarrollo que determina la localización de órganos
a lo largo del eje anteroposterior ( plano corporal)
Las anomalías en las drosófila mutantes afectan sólo a los genes que determinan la localización de
las alas (mutante bitorax) y las patas (mutantes Antennapedia). Estos genes se llaman genes
homeóticos y sus mutaciones son mutaciones homeóticas.
Las moscas mutantes bitorax tienen un par de alas adicionales en el sitio donde normalmente debería
estar unos pequeños apéndices llamados estabilizadores; las mutantes Antennapedia tienen patas
adicionales en el lugar donde deberían tener antenas.
Los genes homeóticos controlan la actividad de otros genes
Los genes homeóticos, que codifican para proteínas que tienen la capacidad de controlar la
actividad de otros genes y son denominadas proteínas homéoticas.
El ADN contiene la codificación de los genes homeóticos, estos codifican proteínas homeóticas
las cuales contienen los códigos del gen homeótico (HOMEODOMINIO), y controlan a los genes
subordinados, los cuales ubican a los órganos según pautas de los genes homeóticos.
Desarrollo embrionario
Se considera desarrollo embrionario al período de crecimiento y morfogénesis comprendido entre
la formación de un cigoto y el nacimiento de un nuevo organismo. En el ser humano este proceso tarda
aproximadamente unas 38 semanas (266 días), a partir de la fecundación. Este período involucra
crecimiento con diferenciación celular y morfogénesis, es decir, formación de tejidos y órganos. A
diferencia del concepto de desarrollo, se usa crecimiento, para referirse a aumento de tamaño por
división celular, o a un cambio de forma de una estructura. Estas diferencias de forma están causadas
por valores distintos en la velocidad del crecimiento de ciertos caracteres o del organismo como un
todo. El desarrollo fetal se centra en el crecimiento y en la maduración de los órganos.
Durante los dos primeros meses que siguen a la fecundación, el ser humano en formación, es un
embrión. El concepto de feto y desarrollo fetal se aplica desde la novena semana de gestación hasta
el nacimiento.
La disciplina que estudia el desarrollo embrionario y fetal se denomina Embriología. Tempranamente
en el siglo XX, la embriología experimentó la transición desde una embriología descriptiva (incluido un
estudio comparativo posterior) a una ciencia experimental referida al descubrimiento de los
mecanismos del desarrollo, considerando también los aportes recientes de la biología molecular.
1. DE LA FECUNDACIÓN A LA IMPLANTACIÓN DEL BLASTOCISTO EN EL ÚTERO
La fecundación (Figura 1) consiste en la penetración de un ovocito secundario por un espermatozoide
y la unión subsiguiente de sus pronúcleos, resultando un cigoto. Dicho proceso ocurre normalmente
en una de las Trompas de Falopio u oviducto, 12 ó 24 horas después de la ovulación.
Los espermatozoides experimentan previamente, en el aparato reproductor de la mujer, una serie de
cambios funcionales, denominados capacitación, en virtud de los cuales la cola del espermatozoide
se mueve con mayor fuerza y permite que su membrana plasmática se fusione con la del ovocito. Las
enzimas ubicadas en el acrosoma del espermatozoide ayudan a penetrar la zona pelúcida del ovocito
II. Una vez efectuado ésto, el ovocito II completa recién la meiosis II del proceso de ovogénesis. Figura
1. Fecundación del ovocito por el
Espermio.
Desde que se establece el contacto
entre las vellosidades ovocitarias y las
membranas del espermio, se produce
una fusión membrana-membrana,
quedando paulatinamente el material
espermático, incluso gran parte del
flagelo, incorporados al citoplasma del
ovocito (Figura 2). En ese momento
ocurren grandes cambios tanto en el
ovocito como en el espermio que dan inicio al desarrollo del cigoto.
El espermio hincha y descondensa su núcleo, a la vez que uno de sus centríolos comienza a generar
el aparato mitótico de la futura mitosis del cigoto. El ovocito experimenta la llamada activación que
incluye tres modificaciones:
• Reacción cortical: consiste en la exocitosis de los gránulos corticales, que son vesículas llenas de
enzimas que al liberarse, modifican químicamente la zona pelúcida para hacerla refractaria a la entrada
de otros espermatozoides, favoreciendo la fecundación monoespérmica (bloqueo poliespérmico).
• Reacción zonal: Reacción de la zona pelúcida. El contenido de los gránulos corticales, vertido
al espacio perivitelino se asocia a la cara interna de la zona pelúcida, provocando en ella un cambio
que impide la penetración de nuevos espermios.
• Eliminación del segundo polocito. Posteriormente ambos pronúcleos se fusionan reestableciendo
la diploidía, en un proceso llamado anfimixis, y se activa el metabolismo del ovocito para indicar el
desarrollo temprano del cigoto
El cigoto experimenta en los primeros 4 días, una serie de divisiones celulares, proceso llamado
segmentación, que ocurre mientras viaja el joven embrión por la Trompa de Falopio hacia el útero.
Estas segmentaciones subdividen al cigoto en dos células, a continuación en cuatro, después en ocho,
etc. Las células hijas, denominadas blastómeros, no crecen entre las divisiones, por lo que el tamaño
del embrión no cambia (Figura 3). A partir del estado de 6 a 8 blastómeros, en el embrión se diferencian
2 grupos de células: una masa de células externas, periférica, y una masa de células internas, central.
La masa de células externas, también denominada trofoblasto, es el origen principal de la placenta y
de sus membranas embrionarias asociadas, mientras que, la masa de células internas, también
llamada embrioblasto, produce el embrión propiamente dicho y el amnios (figura 4). Hacia el estadio
de 32 células (entre los días 4 y 5 del desarrollo) comienzan a formarse en el embrión, ahora llamado
mórula, una cavidad central llena de líquido, el blastocele.
Entre el quinto y el sexto día del desarrollo, el embrión es una bola hueca compuesta por unas 100
células llamado Blastocisto o blástula. En este momento, penetra en la cavidad uterina y comienza a
implantarse en el revestimiento endometrial de la pared uterina, proceso denominado implantación
(Figura 5). Antes de implantarse la blástula, se desprende de la zona pelúcida. Si se implanta el
embrión, las células del trofoblasto producirán la hormona gonadotrofina coriónica (hCG), que
mantiene la actividad del cuerpo lúteo, y por lo tanto, el suministro de progesterona, y, es por ésto que
además, permite el reconocimiento materno del embarazo. El cuerpo lúteo sigue secretando
esteroides sexuales durante las primeras 11 o 12 semanas del desarrollo embrionario, tras lo cual es
la propia placenta la que comienza a secretar grandes cantidades de progesterona, mientras que el
cuerpo lúteo involuciona lentamente para convertirse en el llamado corpus albicans.
2. GASTRULACIÓN.
El proceso por el cual la masa interna de células del Blastocisto se convierte en un embrión
con 3 capas germinativas primarias: ectodermo, mesodermo y endodermo, se conoce como
gastrulación. Se forma una gástrula tridérmica, con 3 capas embrionarias, a partir de las cuales
se diferencian los tejidos, órganos, sistemas y aparatos del organismo, lo cual describe el evento de
la organogénesis. El proceso de gastrulación ocurre en la tercera semana del desarrollo embrionario
y el de organogénesis, se extiende entre la cuarta y la octava semana.
En la Tabla 1, se señalan las diferentes estructuras que se originan a partir de las capas
germinativas primarias.
Además de la gastrulación, un segundo fenómeno importante del período embrionario de los
vertebrados terrestres, es la formación de las membranas embrionarias o extraembrionarias. El
término de “extraembrionarias”, significa que se sitúan por fuera del embrión, lo protegen y nutren, y
más adelante, hacen lo mismo con el feto. Dichas membranas son: el saco vitelino, el amnios, el
corión y el alantoides (Figura 6 y 7).
En especies cuyas crías se desarrollan dentro de un huevo con cáscara, como las aves, el saco
vitelino (yema del huevo) es la fuente principal de vasos sanguíneos que transportan nutrientes al
embrión. Sin embargo, el ser humano recibe sustancias nutritivas del endometrio, de modo que el saco
vitelino es pequeño y funciona como sitio inicial de formación de la sangre.
Con respecto al amnios, recordemos que los vertebrados se denominan amniotas porque sus
embriones se desarrollan dentro del líquido amniótico, contenido en una cavidad delimitada por el
amnios, que se forma hacia el octavo día después de la fecundación. En consecuencia, el amnios
junto con el líquido amniótico participa en la absorción de impactos que eventualmente puede sufrir la
madre durante el embarazo.
El alantoides en los seres humanos es pequeño y tiene como única función, el que sus vasos
sanguíneos contribuyen a la formación de los vasos del cordón umbilical que comunica el embrión con
la placenta.
El corión se convierte en la placenta, que es la estructura para el intercambio de materiales entre la
madre y el feto. Además, produce la hormona gonadotrofina coriónica humana (HCG). La capa interna
del corión se fusiona tarde o temprano con el amnios.
En cuanto a la organogénesis, cabe destacar que lo primero que se forma en el desarrollo embrionario
es el sistema nervioso.
3. NEURULACIÓN
El desarrollo del sistema nervioso empieza a comienzos de la tercera semana de gestación del ser
humano, con un engrosamiento del ectodermo, llamado placa neural. La placa se pliega hacia adentro
y forma un surco longitudinal, el surco neural. Se denominan pliegues neurales a los bordes
protuberantes de la placa. Al continuar el desarrollo, se incrementa la altura de dichos pliegues y se
unen para formar un tubo, llamado tubo neural, que es el precursor del sistema nervioso central, dando
origen a partir de las llamadas vesículas primarias (Prosencéfalo, Mesencéfalo y Romboencéfalo) al
encéfalo y la médula espinal. El proceso descrito ocurre en la cuarta semana del desarrollo
embrionario y recibe el nombre de neurulación. Clásicamente se conoce al embrión con desarrollo
del tubo neural, como néurula.
4. PRINCIPALES EVENTOS EN EL EMBRIÓN Y EL FETO
Tal como lo hemos sustentado en los ítems anteriores, el desarrollo embrionario más trascendente es
durante el cual se forman los órganos y sistemas, ocurre desde el final de la tercera semana hasta la
octava. El desarrollo fetal posterior, desde la octava semana hasta el nacimiento, aproximadamente
en la semana 38, se centra en la maduración de esos órganos y en el crecimiento.
El feto crece desde 8 gramos en la octava semana hasta aproximadamente 3.400 gramos al
nacimiento, un aumento de 425 veces. La mayor parte de la masa se adquiere en el tercer trimestre
(del séptimo al noveno mes); si bien, el feto crece en longitud fundamentalmente en el segundo
trimestre (del cuarto al sexto mes). El crecimiento del feto se acompaña de cambios drásticos en las
proporciones, sobre todo, en la relación de la cabeza con el resto del cuerpo. Es así como la cabeza
es grande con respecto al cuerpo, en los primeros 4 meses de gestación, y normaliza las proporciones
gradualmente entre el quinto y noveno mes. Aunque todos los órganos están presentes en la octava
semana, pocos son funcionales.
Las excepciones más importantes son el corazón y los vasos sanguíneos, en los que comienza la
circulación durante la cuarta semana. Una serie de órganos no completan el proceso de maduración
hasta después del nacimiento. El ejemplo más obvio es el aparato reproductor y los caracteres
sexuales asociados, que en el caso del hombre no ocurre hasta el inicio de la pubertad. En el ser
humano, un número relativamente elevado de órganos también está inmaduro en el momento del
nacimiento. Esto explica el prolongado período de indefensión infantil del ser humano, en relación con
la mayoría de los otros mamíferos.
El órgano que madura más lentamente en el ser humano y el que en gran medida marca la pauta de
la infancia es el encéfalo. El cerebro y el cerebelo están bastante inmaduros en el momento del
nacimiento.
• Rol Mecánico y Hormonal de la Placenta.
La vida fetal está sustentada por la placenta, órgano que se forma a partir de la decidua basal
materna, derivada del endometrio uterino y, del corión fetal. Es decir, la placenta se estructura con
componentes maternos y fetales (figura 9). Desde el final de la tercera semana hasta el nacimiento, el
feto recibe los nutrientes y elimina los desechos metabólicos a través de la placenta. Este órgano
también secreta un conjunto de hormonas esteroidales y proteicas, como también prostaglandinas.
Dentro de las hormonas esteroidales, las principales son la progesterona y estrógenos, que son los
responsables del mantenimiento de la gestación y de la prevención del aborto espontáneo y del parto
prematuro. También ayudarían en esta función, las prostaglandinas, que como sabemos no son
hormonas exclusivamente producidas por la placenta. La secreción de (HGC) comienza desde la
aparición del trofoblasto embrionario, luego el corion, que formara la parte fetal de la placenta, la cual
sigue su secreción declinando fuertemente al final del primer trimestre del embarazo (figura 10).
También la placenta sirve como barrera protectora, ya que muchos agentes patógenos no la pueden
atravesar, pero otros si, por ejemplo el virus de la rubeola, él cual al atravesar la placenta daña
gravemente el desarrollo embrionario (agente teratógeno).
Actividad:
1) ¿Qué es la diferenciación celular y cuál es su importancia?
2) Elabore un cuadro comparativo con la descripción de las células totipotentes,
pluripotentes, multipotentes y unipotentes.
3) Explica en que consiste cada una de las etapas del desarrollo embrionario:
Segmentación:
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Gastrulación: -
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Diferenciación celular y organogénesis: ____________________________________________________________________________
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4) Completar el cuadro comparativo, explicando en que se diferencian los estadios
embrionarios Mórula-Blástula.
Criterios de comparación Mórula Blástula
5) De acuerdo a las fases del desarrollo embrionario explique:
¿Qué ocurre en la fecundación? Que impide la entrada de 2 o más espermatozoides en un
mismo ovulo?
¿Qué ocurre en la segmentación, y que tipo de células posee?
Explica el proceso de gastrulación y elabora un cuadro comparativo con las capas
germinativas primarias y un dibujo representativo de lo que cada una de ellas forma.
6) ¿Qué son las membranas embrionarias o extraembrionarias y cuál es su importancia,
en el proceso de desarrollo?
7) ¿Cuál es la función de la placenta?
Gastrulación: Capas germinativas:
8) Explique cuáles son los procesos que regulan la expresión de los genes durante el
desarrollo embrionario.
9) ¿Que son los genes homeóticos? ¿Qué importancia tienen para la expresión
fenotípica?