MITOSISDr. Misael Guevara P.

LA DIVISIN CELULAR Una de las funciones del cromosoma como material hereditario organizado es la de conservar la informacin gentica almacenada.Fenmeno citolgico por el que una clula eucaritica origina dos clulas idnticas en informacin gentica.

EXPERIENCIA DE Taylor y col, en meristemos de Vicia faba, usando timidina tritiada se confirm la replicacin semi conservativa, de Watson y Crick por la presencia de cromatidios marcados en sucesivas replicaciones.CROMATIDO TELOFASICOMETAFASEINTERFASEPERIODO S CON TIMIDINA H3ANAFASETELOFASEINTERFASEPERIODO S CON TIMIDINA NORMALMETAFASECARIOCINESISCITOCINESIS

El siguiente esquema pone de manifiesto que si se supone que el cromatidio es una doble hlice de ADN que se replica de forma semiconservativa, se obtienen los resultados observador por Taylor y colaboradores, es decir, todos los cromosomas de la clula estn marcados en sus dos cromatidios en la 1 Metafase y todos los cromosomas de la clula estn marcados en un solo cromatidio en la 2 Metafase.

Posteriormente la experiencia fue repetida en:Bellevalia (Taylor, 1958a) Crepis (Taylor, 1958b).Replicacin bidireccional semi conservativa y semi discontinua del DNA en un replicn del cromosoma eucaritico.

En la replicacin del ADN del cromosoma eucaritico intervienen cuatro ADN polimerasas: ADN pol, ADNpol, ADN pol y ADN pol.

INTERCAMBIO DE CROMATIDAS HERMANAS El intercambio de cromtidas hermanas (SCE, sister chromatid exchange), Barbara Mc Clintock, Taylor y col en Vicia faba y en Bellavia.

Pintado cromosmico Mas adelante se introdujeron nuevas tcnicas que permitan pintar los cromatidios hermanos de un cromosoma y por lo tanto detectar el fenmeno de los SCEs. Anlogos de base 5-bromodesoxiuridina.Tincin con flurocromo Hoechst.Este tipo de tincin origina los que se denomina cromosomas en arlequn, y es especialmente adecuado para distinguir intercambios entre cromtidas hermanas.

PROFASELos cromosomas comienzan a hacerse visibles (dos cromatidios).Hiperfosforilacin de la histona H1 relacionada con la condensacin cromosmica.Fosforilacin atribuida a la protena quinasa p34.Cohesin de los cromatidios hermanos.Movimientos de los cromosomas hacia la placa ecuatorial.

MetafaseLos cromosomas estn unidos al huso mittico por los centrmeros y se alinean en el plano ecuatorial de la clula.

ANAFASE. El sistema mittico en una clula eucaritica superior , contiene: cromosomas, cinetocoro, los centros de traccin y los microtubulos del huso (tubulina y ).Otras molculas identificadas, actina, miosina, dineina, calmodulina, creatin-fosfoquinasa.

CINETOCORO En la mitosis los microtublos ensamblan el aparato mittico, estructura esencial para la distribucin del material gentico. Duplicacin de los centrmeros antes de la mitosis

TIPOS DE FIBRASCROMOSMICASCentromrica, del centrmero al centro de atraccin Neocentromricas de otra regin del cromosoma al centro de atraccinPenetrantes atraviezan al cromosoma CONTINUASInterzonales, entre los grupos anafsicos.Del fragmoplasto, o del cuerpo medio.De la vaina, rodean al cromosoma

TELOFASEEn clulas animales comienza a aparecer una constriccin a lo largo del plano ecuatorial.

Este proceso se llama citocinesis. Eventos que siguen contrarios a los de la profase.

CITOCINESISEl citoplasma de la clula madre queda distribuido entre las dos clulas hijas.

CRONOLOGIA DEL CICLO CELULAR Clculo del ndice mittico.- Proporcin de clulas en cualquier fase de la mitosis en relacin a la poblacin celular analizada, el valor del ndice mittico, es un a medida de la duracin relativa de la mitosis frente a la interfase.Mtodo de sincronizacin de los cultivos celulares.-Seleccin de la sincronaPor la induccin de la sincrona

CONTROL DEL CICLO CELULAREn regiones concretas del ciclo, la clula comprueba que se cumplen las condiciones para pasar a la siguiente etapa, de tal modo que, si no se cumplen el ciclo se detiene. Existen cuatro transiciones principales:Paso de G0 a G1 o iniciacin de la proliferacin.Paso de G1 a S o iniciacin de la replicacin.Paso de G2 a M o iniciacin de la mitosis.Paso de metafase a anafase.

Factores reguladores del cicloLas ciclinas y las quinasas dependientes de ciclinas (cdk) son el producto de proto-oncogenes y trabajan en asociacin en la regulacin positiva del ciclo. Las cdks actan fosforilando serinas y treoninas de protenas diana para desencadenar procesos celulares. A ellas se unen las ciclinas para regular el proceso con intervencin de otros factores activadores.

Protena p34, codificada por un gen cdc2 (factor promotor de la maduracin, o promotor de la mitosis), cuando la activiadad se inicia: 1. La protena p34 (quinasa) induce la condensacin de cromosomas, fragmentacin de membrana, fosforilacin de protenas del citoesqueleto y las centrosomales.2. Las ciclinas.- activan la quinasa, y se degradan cuando la clula sale de la fase M. 3. Residuos fosfotirosina y fosfotreonina.- como factores de activacin de la P34.4. Protenas quinasas.-5. Protena p13 .-Inhibidor o activador de la quinasa P34.

MPFMPMPFMPFMPFMPFMPFMPFMdegradacinp13G1G1S-KpG1MMpppMPFS-KMPFFormas de P34G1MCiclinas

ORGANIZACIN SUPRACROMOSMICAExiste una relacin entre las funciones gnicas y la localizacin de los loci en los cromosomas?.En fagos la organizacin gentica del ADN, es un buen ejemplo del binomio estructura funcin.El fago T7 de Escherichia coli, tiene un cromosoma constituido por una molcula lineal de ADN bicatenario que puede dividirse en tres regiones consecutivas que actan secuencialmente durante el ciclo infectivo, de tal manera que se manifiestan tres clases de genes (tempranos, intermedios y tardos).

CROMOSOMAS HOMOLOGOS Asociacin meitica.- Asociacin somtica.- Se presentan como evidencia de loscromosomas homlogos en las clulas somticas como el fenmeno de sobrecruzamiento somtico descrito en Drosophila, esto se explicara por la cercana de los homlogos en la fase G2.

CROMOSOMAS HOMEOLOGOSCromosomas equivalentes por su origen evolutivo comn, se pone de manifiesto por la proximidad en su disposicin espacial en el ncleo de la clula.Se pone de manifiesto en: Asociacin secundaria de bivalentes.Alosindesis.

ASOCIACIN SECUNDARIA DE BIVALENTESDarlington (1928), la describe como la disposicin por parejas o por grupos en lugar del azar en la metafase I de la meiosis de algunas especies de plantas poliploides, estableciendo una cierta similitud citolgica y gentica de los bivalentes asociados. El trigo comn Triticum aestivum (2n=42) es una especie alohexaploide , de constitucin geonmica AABBDD, donde los genomas A,B y D tiene 7 cromosomas y derivan de un genomio ancestral G de 7 grupos de 3 cromosomas pertenecientes a cada uno de los genomios.

ASOCIACIN SOMATICALa asociacin somtica de cromosomas homologos ha sido demostrada por Feldman y col (1972) en placas metafsicas dispersas utilizando el mtodo de las distancias corregidas.La equivalencia funcional de los cromosomas homologos se manifiesta a nivel citolgico en su proximidad espacial en el ncleo de las clulas tanto meiticas como somtica.

CROMOSOMAS GENETICAMENTE RELACIONADOS Asociacin meitica.- En estudios realizados en Hamster chino y otros materiales se ha podido encontrar un ordenamiento al azar de los cromosomas no relacionados, sin embargo en los poliploides hay un ordenamiento de los bivalentes en las placas metafsicas por genomios.

Asociacin somtica.- Placas metafsicas dispersas.- Al parecer la distribucin de la distancia entre pares de cromosomas no homlogos seala que no es al azar. Asociacin extremo .- Observada en plantas, estas mantienen un ordenamiento dentro del ncleo, se podra plantear la hiptesis de que son la expresin citolgica de la estructura supra cromosmica (Du Praw).Intercambios cromosmicos.- Han reforzado la idea de el ordenamiento espacial de los cromosomas no relacionados en el ncleo, esto por el tipo de translocaciones que se generan experimentalmente entre estos.

Compartimentalizacin genmica.- La disposicin de los genomios paterno materno ha sido descrita en las primeras divisiones embrionarias en animales.En plantas alopoliploides y en hbridos interespecificos se ha observado que los genomios ocupan espacios definidos en la arquitectura nuclear.

EVOLUCION DEL SISTEMA MITOTICO.Existen dos teoras acerca de esto: La teora de la filiacin directa (Cavalier- Smith (1975).- Los organismo provienen monofileticamente de organismos procarioticos.La teora del endosimbionte (Margulis) 1970-1981, propone la simbiosis de entre distintos tipos celulares de procariotas, lo que podra explicar la evolucin de la clula eucariotica.

Pickett- Heaps (1975) resume la evolucin as:Inicialmente el genoma (cromosomas) unido a la membrana de la clula primitiva.El cromosoma fue envuelto por una membrana.Aparecen microtbulos relacionados al mecanismo de separacin.Aparece el ncleo .Los cromosomas se sueltan de la membrana llevando consigo los organizadores del microtbulo, que serian el origen de los cinetocoros. Posteriores modificaciones del ncleo eucaritico.

VARIACIONES DEL CICLO CELULARDivisin celular: Cariocinesis o mitosis y la citocinesis.Modificaciones:Mecanismos naturales (relacionados con fenmenos de citodiferenciacin inducidos artificialmente.

VARIACIONES EN LA REPLICACIN Y REPARTO DEL MATERIAL HEREDITARIO. Situacin normal: Una clula en el periodo G1 entra al periodo S y replica su material gentico y es obligado a entrar en divisin celular.Al terminar la mitosis y antes de entrar en otro ciclo de divisin pasar por un periodo S de replicacin.

Cortocircuitos: Una clula que ha pasado S vuelve a entrar en otro periodo de replicacin sin pasar por la fase M o que la clula que termina una mitosis entra en otra mitosis.

ENDOREPLICACINAl termino de (S) los cromosomas no entran en mitosis si no que vuelven a pasar a otro periodo (S); cada cromosoma tendr como consecuencia cuatro comtidas (Diplo-duplo cromosomas), cudruplo cromosomas si vuelve a repetirse la anomala.Un caso extremo de endoduplicacin es el de la Politena ( cromosomas gigantes) .

Duplocromosomas humanos. Microscopia electrnica con tcnica de montaje total. La estabilidad se logra mediante interconexiones de bucle de cromatina entre los cromatidios internos de los cromosomas hermanos

HAPLOCROMOSOMASFenmeno contrario a la endoreduplicacin, se produce al termino de la telofase mittica , los cromosomas en estado de cromatidio, vuelven a entrar en otra fase M sin pasar previamente por el periodo S.Los cromosomas en metafase aparecen con un solo cromatidio y reciben el nombre de Haplocromosomas, descritos por Ostergreen y col. en clulas de endospermo de Haemanthus katharine y en Tradeschantia paludosa El fenmeno se manifiesta en la mitosis post meioticaen las microsporas juveniles del centeno apoplasmtico (plantas cuyas clulas tienen el citoplasma de trigo, mientras que el ncleo es de centeno).

Es posible que la formacin de los haplocromosomas en el material vegetal descrito responde a un mecanismo gentico similar al que controla el gen rum de la levadura de fisin Schizosacharomyces pombae, ya que su ausencia de expresin anticipa la entrada de la clula en mitosis sin pasar por el periodo S.C-METAFASE EN CLULAS DE MERISTEMO RADICULAR DE CEBOLLA , Allium cepa (2n= 16). Se observa claramente el engrosamiento y acortamiento de los cromatidios y las configuraciones tipicas en X e Y.

ENDOMITOSISEn la clula eucariotica la carioteca desaparece al finalizar la profase, diferente a los organismos eucarioticos primitivos (Protozoos, flagelados y algas inferiores,etc).Como en la endomitosis las cromtidas hermanas de los 2n cromosomas se separa pero no pueden emigrar a los polos de la clula ( no hay tampoco una verdadera endotelofase), quedando entonces dentro del nucleo 4n cromatidios sueltos que constituyen otros tantos cromosomas. Es decir se duplican el numero cromosmico dando lugar a una clula tetraploide.

La rotura y de la membrana nuclear se produce, aparentemente por fosforilacin de las protenas que constituyen las lminas por la actividad quinasa de la proteina p34. Tambin causas naturales de citodiferenciacin (en vegetales, bien por tratamiento con ciertos agentes qumicos, no deja aparecer la membrana nuclear en profase, continuando el proceso mittico (endomitosis) en el interior de la envoltura nuclear (endoprofase, endoprometafase, endoanafase, y endotelofase). Sin que se produzca despues la citocinesis).

Se trata entonces de un caso de endopolipoidia, aunque equivalente al mecanismo de la endomitosis es totalmente diferente al mecanismo de la endoreduplicacin que origina los diplocromosomas y posteriormente, la duplicacin del numero de cromosomas de la clula.Ejemplo.- Una poblacin de clula meristemtica de Allium cepa tratadas con la droga cordicepina (3'-Desoxiadenosina), Gimenez y Martin, 1971), demostraron que solo se inducia la endomitosis en las clulas que estaban en profase, permitiendo que las demas clulas mitticas siguieran su curso normal.

VARIACIONES EN LA ANAFASELos tratamientos en anafase pueden producir husos monopolares o multipolares o impedir la formacin de los microtbulos (c-mitosis).Husos multipolares.- usando: mercaptoetanol, 8-hexaclorociclohexano(clulas vegetales(Gimenez y Lopez- Saez (1960) . Permite entender el comportamiento de micronucleos (constituidos por uno o pocos cromosomas).C-MITOSIS.-Mitosis que se realiza bajo la accin de la colchicina. Esta puede impedir la formacin o disgregar los microtbulos que afectaran el movimiento anafsico de los cromosomas .

En clulas vegetales los cromosomas C-metafsicos engrosan y se acorten, adoptando una disposicin tpica en Y o en X, como consecuencia mecnica que impide al centrmero mantener paralelos a los cromatidios o por activar sobre las proteinas de cohesin que mantienen unidas las cromtidas hermanas.Al inicio de C-anafase, los cromatidios hermanos se separan por efecto mecnico a nivel de centrmero. Como no hay microtbulos los 4 cromatidios quedan juntos y sin citocinesis todas ellas forman parte de la misma clula.

La clula diploide inicia la c-mitosis con 2n y se transforma en una clula tetraploide con 4 cromosomas en estado de un cromatidio. La colchicina no es el nico agente qumico capaz de inducir C-mitosis. Se conoce adems el efecto C- mitosis de la colchemida la vimblastina, 8 hexaclorociclohexano, etc.c) -mitosis.La anoxia (privacin de O2) impide la migracin de los cromatidos anafsicos hacia los polos por falta de energa, pero se trata de un proceso reversible ya que al volver a suministrar el oxgeno a las clulas los cromtidios pueden continuar la anafase interrumpida.

VARIACIONES EN LA TELOFASEAl final de la telofase mittica los cromatidios se desespiralizan y se reorganiza la membrana nuclear. La nucleolognesis implica la reconstruccin del nuclolo en los nucleos hijos al termino de la mitosis.En vegetales se ha demostrado que se puede impedir la reorganizacin del nucleolo a pesar de la presencia de los cuerpos prenucleolares preexisten tes inhibiendo la sntesis de ARN durante la telofase. Quiere decir, la reorganizacin del nucleolo por coalescencia de los cuerpo prenucleolares.En torno a una regin cromosmica definida (NOR) es ARN-dependiente.

Como en la endomitosis las cromtidas hermanas de los 2n cromosomas se separa pero no pueden emigrar a los polos de la clula (no hay tampoco una verdadera endotelofase), Es decir se duplican el numero cromosmico dando lugar a una clula tetraploide.

Se muestran clulas binucleadas de primera generacin (inhibicin por cafena) y segunda generacin.

VARIACIONES QUE AFECTAN A LA CITOCINESIS EN RELACION A LA CARIOCINESIS.En el ciclo celular, la cariocinesis y la citocinesis estn acopladas originando las clulas hijas.La Cariocinesis puede darse sola pero no la Citocinesis. Esto puede explicar:La induccin de clulas binucleadas (Gonzles y Fernndez, 1966).

CARIOCINESIS SIN CITOCINESIS Si al termino de la mitosis no se produce la citocinesis, los ncleos se mantienen en interfase (G0), G1- pre star- o pueden pasar por periodos S y entrar en mitosis de forma simultnea (bimitosis) con sus fases: bimetafase, bianafase, bitelofase.Si luego de la bimitosis no se realiza la citocinesis se originan clulas tetranucleadas.

CITOCINESIS SIN CARIOCINESISTratando meristemos de cebolla con solucin acuosa de Bromuro de etidio (100 mg/ml).El tratamiento no inhibe la citocinesis producindose una estrangulacin de los ncleos profsicos por el crecimiento de la pared celular. Al microscopio electrnico se observa la membrana nuclear en forma permanente, la formacin del tabique se produce por la congresin, ordenacin y coalescencia de las vesculas producidas por los dictiosomas.

CITOCINESIS EN CLULAS ANUCLEADAS.En embriones humanos obtenidos por fecundacin in vitro aparecen ms clulas que ncleos.En microsporogenesis de centeno Secale cereale (haploide) aparecen algunas diadas sin n8cleo, capaces deformar tetradas por un proceso de citocinesis.La citocinesis en clulas anucleadas hace pensar que el citoplasma puede almacenar su propia informacin para desencadenar los mecanismos necesarios para la separacin celular.

CONCLUSIN El proceso total de la divisin celular, est formado por muchas fases que responden cada una a controles genticos independientes, que pueden ser alterados individualmente sin que se manifiesten en los dems. El proceso puede ser alterado por causas genticas o por causas experimentales.La divisin celular es el resultado de la accin coordinada de un control gentico mltiple.

MUCHAS GRACIAS

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