REPRODUCCIÓN I

MITOSIS, MEIOSIS Y CICLOS BIOLOGICOS

1.- CICLO CELULAR

Conjunto de fenómenos de duración muy variable que tiene lugar en el período que se inicia tras la división celular y finaliza al acabar la siguiente división

Se pueden distinguir dos fases : fase de reposo o interfase y fase de división o fase mitótica (fase M)

1.1 La interfase

Es el periodo comprendido entre dos divisiones consecutivas: es un periodo que se caracteriza por la intensa actividad metabólica y por la síntesis de ADN Se dividen en tres fases: G1, S y G2

El período G1, llamado primera fase de crecimiento, se inicia con una célula hija que proviene de la división de la célula madre. La célula aumenta de tamaño, se sintetiza nuevo material citoplásmico, sobre todo proteínas y ARN.

El período S o de síntesis, en el que tiene lugar la duplicación del ADN. Cuando acaba este período, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio.

El período G2, o segunda fase de crecimiento, en el cual se sigue sintetizando ARN y proteínas; el final de este período queda marcado por la aparición de cambios en la estructura celular ,que se hacen visibles con el microscopio y que nos indican el principio de la mitosis o división celular.

1.2.- División celularIncluye la división del núcleo o mitosis y la división del citoplasma o citocinesisa) La mitosis es un proceso de de división del núcleo por el cual se conserva la información genética contenida en sus cromosomas, que pasa de esta manera a las sucesivas células a las cuales la división celular va a dar origen. El proceso tiene lugar por medio de una serie de operaciones sucesivas que se desarrollan de una manera continua, y que para facilitar su estudio han sido separadas en varias etapas.

1-PROFASE: La envoltura nuclear comienza a desestructurarse y la cromatina se empieza a condensarse: En las células animales , los centríolos ya duplicados emigran hacia los polos. Entre ambos centríolos se organiza un sistema de microtúbulos que dará lugar al huso acromáticoAl final de la profase la envoltura nuclear y los nucleolos han desaparecido

2.-METAFASE. La cromatina alcanza el máximo grado de condensación : los cromosomas son claramente visibles y se comprueba que están formados por dos cromátidas.

Los cromosomas se unen a los microtúbulos del huso por el centrómero y emigran al plano ecuatorial de la célula. Alí se ordenan formando la placa metafásica

3.-ANAFASE: los microtúbulos del huso se acortan y tiran de cada una de las cromátidas hasta que se separan.

Las cromátidas son arrastradas a cada uno de los polos

Adoptan una forma de V con el vértice hacia los polos

4.-TELOFASE

Los dos grupos de cromátidas, comienzan a descondensarse, se reconstruye la membrana nuclear, alrededor de cada conjunto cromosómico, lo cual definirá los nuevos núcleos hijos. A continuación tiene lugar la división del citoplasma.

B) Citocinesis o plasmotomía

En este proceso los orgánulos citoplasmáticos se reparten de forma un tanto aleatoria. En cualquier caso, cada célula hija ha de recibir al menos alguna mitocondria, algún cloroplasto (en células vegetales) y algunas vesículas del complejo de Golgi y del retículo endoplasmático, ya que todos estos orgánulos membranosos sólo se podrán regenerar y multiplicar luego a partir de otros.

En las células animales la citocinesis se lleva a cabo mediante un anillo de filamentos contráctiles que poco a poco van estrangulando la célula por su plano ecuatorial, hasta que, finalmente, se separa en dos células hijas, cada una con su correspondiente núcleo.

La citocinesis de las células vegetales está condicionada por su pared celular rígida, por lo que no se pueden estrangular como las células animales. En este caso, a partir del complejo de Golgi, se va formando una placa celular llamada fragmoplasto que separa las dos células hijas.

2.- MEIOSIS

Para evitar que el número de cromosomas se duplique una y otra vez de forma inviable, será necesario un proceso inverso a la fecundación, que reduzca el número de cromosomas a la mitad. Ese proceso es la meiosis.

La meiosis surge como un proceso necesario para la reproducción sexual de los organismos Básicamente, durante la meiosis, una célula diploide (2n), con dos cromosomas homólogos de cada tipo, dará origen a cuatro células haploides (n),diferentes entre sí y diferente de la célula madre.

La meiosis es en realidad una doble división (de las cuales la segunda es como una mitosis normal) que se da exclusivamente en células diploides. El proceso comienza igual que la mitosis, es decir, con una replicación previa de todas las cadenas de ADN al final de la interfase, de manera que al comenzar la división tenemos doble número de cadenas; tras la duplicación comienza la meiosis.

-Primera división meiótica. En esta división se distinguen:

Profase I. Los cromosomas se van condensando, se hacen visibles con sus dos cromátidas

Cada pareja de cromosomas homólogos se reconocen, y se van apareando o uniendo a lo largo de toda su longitud, mediante el proceso de sinapsis cromosómica, originando un bivalente de dos cromosomas y cuatro cromátidas.

Ahora tendrá lugar un acontecimiento de gran trascendencia: el entrecruzamiento cromosómico en el que los cromosomas no hermanos (uno de origen paterno y otro materno) intercambian fragmentos de cromátidas, recombinándose la información hereditaria procedente del padre y de la madre.

Posteriormente los cromosomas se separan en algunos puntos y permanecen unidos en otros llamados quiasmas.

Metafase I. Los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial de la célula, pero, al contrario de la mitosis, los microtúbulos del huso se unen por un solo lado al cinetocoro de los cromosomas.

Anafase I. Se separan los quiasmas y un juego completo de cromosomas se desplaza hacia cada polo de la célula.

Telofase I. Se forman dos núcleos y, en la mayoría de los casos, también se divide el citoplasma originándose dos células con un número n de cromosomas, cada uno con dos cromátidas.

Segunda división meiótica. Se inicia sin que se produzca una replicación previa del ADN de los cromosomas resultantes de la división anterior. En ella se distinguen:

Profase II. Es muy breve, los cromosomas se descondensan, las membranas nucleares se rompen y se forman nuevos microtúbulos del huso.

Metafase II. Los cromosomas se alinean en la placa metafásica. Pero ahora los microtúbulos del huso se unen por ambos lados a cada cromosoma.

Anafase II. Se separan las cromátidas de cada cromosoma y se dirige un juego completo a cada polo de ambas células.

Telofase II. Se forman nuevas envolturas nucleares y se originan, finalmente, cuatro núcleos (y generalmente cuatro células separadas) haploides

3.- TIPOS DE REPRODUCCIÓN

La reproducción se presenta bajo dos modalidades: asexual y sexual.

- En la reproducción asexual, se forma un nuevo individuo a partir de un solo organismo progenitor sin la intervención de células especializadas y sin intercambio de material genético.

- La reproducción sexual, sin embargo, se basa en la unión de dos células especializadas llamadas gametos, procedentes de dos progenitores sexualmente distintos, dando origen a una célula denominada cigoto o célula huevo, que, por sucesivas divisiones, da lugar a un nuevo individuo.

Ambas modalidades tienen, sin embargo, algo en común y es que para que se puedan llevar a cabo es imprescindible que las células se dividan por mitosis.

3.1 REPRODUCCIÓN ASEXUAL

Es la forma más primitiva de reproducción y se basa esencialmente en el mecanismo de la mitosis celular, por lo que todos los descendientes son genéticamente iguales.

La reproducción asexual ha sido adoptada por seres de todos los reinos debido a sus ventajas: se trata de un proceso relativamente sencillo en el que no participa mas que un individuo; se realiza de una manera rápida y bajo cualquier condición ambiental con lo que se consigue un incremento de individuos a corto plazo y por consiguiente un aumento de las poblaciones.

El principal inconveniente de este tipo de reproducción es la homogeneidad genética de la descendencia, lo que supone un grave riesgo para la supervivencia de la especie, ya que todos los individuos se verían afectados de igual modo por cualquier cambio desfavorable de las condiciones ambientales.

Se presenta en los organismos unicelulares, tales como bacterias y protozoos;en los vegetales

En los seres unicelulares la reproducción asexual puede presentarse bajo las siguientes modalidades:

1.-Bipartición

Es el mecanismo más generalizado que se da en bacterias, algas unicelulares y en protozoos; consiste en la división del núcleo, CARIOCINESIS, seguida de la división del citoplasma, CITOCINESIS dando lugar a dos células hijas idénticas.

2.-GemaciónComo en el mecanismo anterior hay una división del núcleo y división del citoplasma, pero a diferencia de ella, el núcleo resultante se desplaza hacia la membrana, formando una especie de yema que se rodea de citoplasma, formándose así dos células de diferente tamaño.

3.-EsporulaciónEs la forma habitual de reproducción de protozoos esporozoos ( Plasmodio, productor del paludismo), consiste en una serie de divisiones del núcleo que se rodean de porciones de citoplasma así como de membrana Al romperse la membrana de la célula originaria quedan en libertad numerosas células, llamadas ESPORAS. Esta forma de reproducción se presenta, en general, cuando el organismo trata de defenderse frente a un medio adverso, puesto que las esporas pueden pasar en estado de vida latente durante largo tiempo.

Reproducción asexual de organismos pluricelulares

a) en vegetales

La reproducción asexual en vegetales es un modelo que se conserva en todos los estadios evolutivos; existen las modalidades siguientes:

1.-Por formación de esporas

Son células originadas en estructuras especializadas llamadas esporangios que al romperse dejan en libertad a las esporas, que tras su dispersión, originarán nuevos individuos cuando el ambiente sea favorable. Este modelo de reproducción se da en algas, hongos, musgos y helechos.

2.-Multiplicación vegetativa

Consiste en la formación de brotes o yemas y debido a que éstas poseen una gran capacidad de desarrollo, cuando se desprenden de la planta, pueden formar otra nueva cuando las condiciones son favorables.

Este mecanismo,, está ampliamente extendido entre las fanerógamas y encuentra aplicaciones en horticultura y jardinería.

Algunos de los tipos de este modelo de reproducción son: rizomas, tubérculos, bulbos y estolones

b) En animales:La capacidad de reproducción asexual en animales es tanto menor cuanto mayor sea su grado evolutivo. Existen los siguientes mecanismos:

1.-Gemación

Consiste en la reproducción por yemas. Está muy generalizada en esponjas, pólipos, corales.

2.-Escisión

Es la reproducción por división de un individuo en dos o más partes, cada una de las cuales se transforma en un nuevo individuo.

Regeneración

Es la capacidad que tienen las células somáticas de un individuo para reconstruirlo total o parcialmente.

Esta capacidad es muy diferente en los distintos grupos de la escala zoológica, así, la estrella de mar, perteneciente a la clase Equinodermos, puede regenerar un nuevo individuo a partir de un brazo, una lagartija puede regenerar la cola, y en los mamíferos la regeneración se reduce a la cicatrización de heridas, lo cual no constituye una forma de reproducción, sino de aumento celular.

3.2 REPRODUCCIÓN SEXUAL

Este tipo de reproducción tiene lugar cuando dos células germinales, lo gametos, procedentes de progenitores diferentes se unen mediante la fecundación para formar un nuevo individuo

El hecho de que se tengan que encontrar células procedentes de individuos sexualmente distintos, así como la necesidad de desarrollo de la nueva célula resultante entraña dificultades; y en efecto, este modelo de reproducción es más lento y menos eficaz en cuanto a producción de descendencia que la reproducción asexual.

Sin embargo estos aparentes inconvenientes se ven compensados por la enorme ventaja que supone la fusión de los núcleos de los dos gametos, dando como resultado una nueva combinación de cromosomas en la descendencia, lo que representa un avance evolutivo, ya que tales combinaciones aumentan la posibilidad de adaptación de los individuos de una especie a las posibles variaciones del ambiente.

Si se exceptúan virus y bacterias, la reproducción sexual se extiende a todos los grupos de los seres vivos y a lo largo de la evolución ha adoptado diferentes modalidades en función de la forma y especialización de los gametos:

Isogamia

La fecundación de gametos iguales en forma y en tamaño. Ambos son células móviles por lo que presentan, generalmente, flagelos.Se da en algunos protoctistas y en algunos hongos

Anisogamia

En este caso los gametos presentan la misma forma pero diferente tamaño. El gameto más pequeño es el que suele dirigirse hacia el grande para fecundarlo.

OogamiaEl gameto femenino presenta un mayor volumen y es sedentario, frente al masculino, más pequeño y móvil, lo que implica la especialización de ambas células. En este caso hay que hablar de oosfera y anterozoide en el caso de los vegetales y óvulo y espermatozoide en el de los animales respectivamente.

En las especies denominadas unisexuales o dioicas existen dos tipos de individuos según posean gónadas masculinas o femeninas, es decir los sexos están separados. En estos casos , es frecuente el dimorfismo sexual

En las especies denominadas hermafroditas o monoicas los individuos son portadores de ambos tipos de gónadas y producen los dos tipos de gametos. Así ocurre en la mayoría de los vegetales y en algunos animales como en los anélidos y moluscos gasterópodos: en muchos casos estos animales viven fijos o son de movimiento lento y se ven obligados a la autofecundación

No obstante la autofecundación se evita siempre que es posible mediante la fecundación cruzada

Partenogénesis: desarrollo de óvulos que sin fecundar dan lugar a adultos normales: Se da en algunos animales como los insectos y los crustáceos

Puede ser

a) Meiótica o haploide , el óvulo se origina mediante meiosis y es haploide, da lugar siempre a machos (Ej: la abeja)

b) Ameiótica o diploide, el óvulo se forma por mitosis. Da lugar a machos o hembras y se conoce también como partenogénesis asexual

5.-CICLOS BIOLOGICOS

La meiosis puede llevarse a cabo en diferentes momentos de la vida de los individuos y atendiendo a esta particularidad pueden considerarse tres tipos de ciclos biológicos: Haplontes, diplontes y diplohaplontes.

En organismos con ciclo haplonte, la meiosis se realiza inmediatamente después de la fecundación sólo el cigoto es diploide, siendo el individuo adulto haploide. Este tipo de ciclo se presenta en Protoctistas.

En el ciclo diplonte, la meiosis tiene lugar para la formación de los gametos, y estas células son las únicas células haploides y los individuos adultos diploides. Los animales, incluida la especie humana, y ciertas algas son individuos diplontes.

El ciclo diplohaplonte se caracteriza por la alternancia de una fase diploide y otra haploide, por lo que se llama también reproducción alternante. La meiosis y la fecundación se realizan en momentos muy separados. Todos los vegetales presentan este tipo de ciclo biológico.