Ciclo Celular, Mitosis y Meiosis: Procesos Fundamentales de la Vida

El Ciclo Celular: Un Viaje de Crecimiento y División

El ciclo celular es la secuencia regular de fenómenos de crecimiento y división celular a través de los cuales pasan las células que se dividen. Este proceso fundamental asegura la continuidad de la vida.

Etapas del Ciclo Celular

• Interfase: Comprende las fases G1, el punto de control (checkpoint), la fase S (síntesis de ADN) y la fase G2, seguida de otro punto de control (checkpoint).
• Fase M (Mitosis): Incluye la mitosis (profase, prometafase, metafase, anafase, telofase) y la citocinesis. Se incluye un punto de control (checkpoint) durante la anafase.

La Proteína p53: Guardián del Genoma

La proteína p53 es producto de un gen supresor de tumores. Si este gen se encuentra mutado, podría originarse un cáncer, destacando su crucial papel en la prevención de enfermedades.

Mitosis: La División para el Crecimiento y Reparación

La mitosis es la división celular caracterizada por la replicación de los cromosomas y la formación de dos núcleos hijos idénticos entre sí y al original. Es esencial para el crecimiento, desarrollo y reparación de tejidos.

Etapas de la Mitosis

La mitosis se divide en las siguientes etapas:

• Profase: Los cromosomas duplicados se preparan para separarse y se ensambla el huso mitótico.
• Metafase: Los cromosomas se alinean a lo largo de la placa metafásica, unidos por microtúbulos cromosómicos a ambos polos.
• Anafase: Cada centrómero se divide y el nuevo cromosoma (cada uno derivado de las cromátidas hermanas) comienza a moverse hacia los polos.
• Telofase: Los cromosomas se agrupan en polos opuestos del huso, se ensambla la envoltura nuclear alrededor de los grupos, y ocurre la reorganización de estructuras como el aparato de Golgi y el retículo endoplasmático, culminando con la citocinesis.

Teoría del Anillo Contractil

La teoría del anillo contractil (Douglas Marsland, década de 1950) postula que la fuerza necesaria para separar una célula se genera en una delgada banda de citoplasma contráctil justo debajo de la membrana plasmática.

Citocinesis: División del Citoplasma

La citocinesis o citodéresis es la división del citoplasma después de la división nuclear, completando el proceso de división celular.

Meiosis: La Base de la Variabilidad Genética

La meiosis consiste en dos divisiones nucleares sucesivas durante las cuales una sola célula diploide forma cuatro núcleos haploides. Este proceso es fundamental para la reproducción sexual.

Funciones Clave de la Meiosis

• Asegura la constancia del número específico de cromosomas en las especies.
• Genera variabilidad genética, crucial para la adaptación y evolución.

Divisiones Meióticas

• Primera división meiótica: Profase I, Metafase I, Anafase I, Telofase I.
• Segunda división meiótica: Profase II, Metafase II, Anafase II, Telofase II.

Diferencias Fundamentales entre Mitosis y Meiosis

La mitosis se lleva a cabo en el proceso de división celular de tipo somático, realizándose una sola vez a través de profase, metafase, anafase y telofase, dando lugar a 2 nuevas células diploides (2n).

La meiosis, por otro lado, se lleva a cabo en el proceso de división celular de tipo sexual. La división se realiza dos veces (a través de profase, metafase, anafase y telofase en cada división), dando lugar a 4 nuevas células haploides (n).

Impacto Genético y Celular de la Meiosis

A nivel genético: El entrecruzamiento (crossing-over) da lugar a nuevas combinaciones de genes. Cada una de las 4 células hijas dispone de un conjunto de cromátidas que no es idéntico al de las otras. Esta variación genética será posteriormente sometida a presiones de selección natural, permitiendo que sobrevivan los más adaptados.

A nivel celular: La meiosis da lugar a la reducción cromosómica. Las células somáticas diploides se convierten en gametos haploides.

Eventos que Otorgan Variabilidad en la Meiosis

Los eventos que otorgan variabilidad a las células finales en la meiosis son:

• El azar en la orientación de los cromosomas homólogos durante la Metafase I.
• El entrecruzamiento (crossing-over) que ocurre durante la Profase I (paquiteno).

Las dos divisiones sucesivas producen 4 núcleos haploides y completamente distintos.

Gametogénesis: La Creación de Gametos

La gametogénesis es la serie de transformaciones que ocurren durante la formación de gametos maduros. Existe en las gónadas un tejido especializado llamado epitelio germinativo, encargado de generar gametos mediante meiosis.

• El epitelio germinativo se forma a partir de células germinales.
• Las células germinales, durante el desarrollo embrionario, migran desde fuera del embrión hacia la estructura precursora de las gónadas (cresta genital).

Etapas de la Gametogénesis

Espermatogénesis: Formación de Espermatozoides

• Proliferación: Multiplicación mitótica de las células germinales (espermatogonias). Algunas espermatogonias (tipo A) se mantienen en la base y continúan el proceso, mientras que otras (tipo B) están destinadas a producir espermatozoides.
• Crecimiento: Las gonias tipo B que terminan de proliferar crecen, acumulando citoplasma, resultando en el espermatocito I.
• Maduración:
• Diferenciación: Los espermatocitos I sufren meiosis para formar espermatocitos II, y estos a su vez espermátidas. Las espermátidas, unidas a las células de Sertoli, experimentan transformaciones que generan el espermio (espermatozoide maduro).

Fuera de los túbulos seminíferos se encuentran las células intersticiales de Leydig, que secretan hormonas sexuales hacia la sangre, estimulando la espermatogénesis.

La espermatogénesis comienza en la edad fetal, se detiene y se reinicia cíclicamente a partir de la pubertad, cesando entre los 40 y 50 años (andropausia). Culmina con la formación de múltiples gametos (espermatozoides).

Ovogénesis: Formación de Óvulos

• Proliferación: Durante la edad fetal, algunas células de los ovarios (ovogonias) proliferan por mitosis hasta alcanzar un número cercano a 500,000.
• Crecimiento: A partir de la pubertad, unas pocas ovogonias comienzan a crecer, originando ovocitos I (primarios) llenos de material nutritivo.
• Maduración: El ovocito I completa la primera división meiótica para formar un ovocito II y un corpúsculo polar. El ovocito II inicia la segunda división meiótica, deteniéndose en metafase II hasta la fecundación.

Hormonas Clave en la Reproducción Femenina

Las funciones de las hormonas LH, progesterona y FSH son:

• LH (Hormona Luteinizante): Actúa sobre los ovarios, estimulando la ovulación y el desarrollo del cuerpo lúteo.
• Progesterona: Hormona esteroidea producida por el cuerpo lúteo que prepara al útero para la implantación del embrión; también es producida por la placenta durante el embarazo.
• FSH (Hormona Folículo Estimulante): Actúa sobre los ovarios, estimulando el desarrollo de los folículos y la secreción de estrógenos.

Muerte Celular: Apoptosis y Necrosis

Apoptosis: Muerte Celular Programada

La apoptosis es una serie de eventos que constituyen la muerte celular programada genéticamente. Es un proceso ordenado y esencial para el desarrollo y mantenimiento de los organismos.

Fases de la Apoptosis:

• Decisión
• Ejecución
• Fagocitosis
• Degradación y presentación de antígenos

Vías de Apoptosis:

• Intrínseca
• Extrínseca

Necrosis: Muerte Celular No Programada

La necrosis es la muerte celular no programada. Ocurre cuando la célula sufre un daño, un envenenamiento o la falta de nutrientes esenciales.

Genes Reguladores de la Apoptosis en C. elegans

A partir del estudio de la muerte celular programada durante el desarrollo de C. elegans, se han identificado tres genes que regulan y ejecutan la apoptosis:

• ced-3 y ced-4: Si alguno de estos dos genes está inactivo, no se realiza la apoptosis.
• ced-9: Funciona como regulador negativo de la apoptosis. Si este gen está inactivo por mutación, las células que normalmente sobrevivirían son incapaces de hacerlo, conduciendo a la muerte del animal en desarrollo.

Procesos Moleculares Clave

Enzimas y Proteínas en la Replicación del ADN

• Helicasa: Desenrolla la doble hélice del ADN.
• Topoisomerasa: Alivia la tensión torsional generada durante la replicación.
• Proteínas SSB (Single-Strand Binding): Estabilizan las hebras de ADN separadas.
• ADN Polimerasa: Sintetiza nuevas cadenas de ADN.
• Cebador (Primer): Pequeño fragmento de ARN o ADN que inicia la síntesis de una nueva cadena.

Enzimas en la Transcripción

• ARN Polimerasa: Sintetiza moléculas de ARN a partir de un molde de ADN.
• Región Promotora: Secuencia de ADN donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción.

Conceptos de Genética

Fenotipo y Genotipo

• Fenotipo: Características observables de un organismo que resultan de las interacciones entre el genotipo y el ambiente.
• Genotipo: La constitución genética de un organismo, refiriéndose a la suma total de todos los genes presentes en un individuo.

Alelos y Homocigosis/Heterocigosis

• Homocigoto: Organismo diploide que lleva alelos idénticos en uno o más loci génicos.
• Heterocigoto: Organismo diploide que lleva dos alelos diferentes en uno o más loci génicos.

Mutaciones: Cambios en la Información Hereditaria

Las mutaciones son cambios en la información hereditaria. Pueden producirse en células somáticas o en células germinales (las más trascendentales).

• La mutación es un cambio en el material genético. Solo son heredables cuando afectan a las células germinales. Si afectan a las células somáticas, se extinguen con el individuo, a menos que se trate de un organismo con reproducción asexual.

Tipos de Mutaciones:

• Mutaciones génicas (puntuales)
• Mutaciones cromosómicas

Procesos Centrales de la Expresión Génica

• Replicación: Proceso mediante el cual el ADN tiene la capacidad de producir réplicas de sí mismo. Cada nueva cadena se forma conservando una de las cadenas viejas con la cual es complementaria.
• Transcripción: Proceso enzimático por el cual la información genética contenida en una cadena de ADN se usa para especificar una secuencia complementaria de bases en una molécula de ARN.
• Traducción: Proceso por el cual la información genética presente en una cadena de ARNm dirige la formación de una cadena polipeptídica durante la síntesis proteica.

Segunda Ley de Mendel

La segunda ley de Mendel (Ley de la Segregación Independiente) establece que durante la formación de los gametos, cada alelo de un par se separa del otro miembro para determinar la constitución genética del gameto filial.

Tipos de ARN

• ARN Mensajero (ARNm): Lleva la información genética del cromosoma a los ribosomas, donde se traduce en proteína.
• ARN de Transferencia (ARNt): Reconoce un aminoácido específico y lleva el triplete de nucleótidos (anticodón) para ese aminoácido. Transfiere el aminoácido a la cadena polipeptídica según lo especifica el ARNm.
• ARN Ribosómico (ARNr): Se encuentra junto con proteínas en los ribosomas; se transcribe a partir del ADN de los bucles de cromatina que forman el nucléolo.