Efemerides Febrero

Introducción

Todos los organismos vivos tienen características comunes que los diferencian de los inertes. Entre estas la más importante es lejos que todos están formados por células. La célula es la unidad básica de los seres vivos, y ella realiza todas las acciones que realiza un ser vivo, entre estas la reproducción. La mayoría de las células, individualmente, cumple un ciclo que permite su multiplicación, el cual es llamado Ciclo Celular. En este ciclo, la célula se divide para dar origen a dos células genéticamente idénticas. En el trabajo que veremos a continuación, se tratará en detalle el Ciclo Celular, junto con una descripción de cada una de sus etapas.

En los organismos que se reproducen sexualmente, se pueden distinguir dos tipos de células; las células somáticas, las cuales son las que conforman todos los tejidos, contienen todos el material genético y cumplen con el ciclo celular para multiplicarse; y las células sexuales o gametos, las cuales son diferentes en ambos sexos y son haploides, es decir, tienen la mitad del material genético que tienen las células somáticas, el que será transmitido a generaciones posteriores. En reproducción sexual, dos gametos, el óvulo y el espermatozoide, se unen, completando el número de cromosomas normales de la especie y, a diferencia de la reproducción asexual, dan origen a un individuo diferente a ambos padres. Hace alrededor de veinte años el hombre comenzó a investigar la posibilidad de obtener un individuo de reproducción sexual utilizando una célula somática, es decir, comenzó a desarrollar la clonación. En este trabajo también trataremos la clonación, veremos en que consiste, sus pasos y algunas de las ventajas que ésta tiene, las que ayudarán al lector a formar una opinión fundamentada con respecto al tema.

La genética es el estudio de los genes y la herencia. En los eucariotas, los genes no se hallan dispersos de forma individual dentro del núcleo celular, sino que se encuentran ordenados de forma lineal en cromosomas; este concepto se conoce como teoría cromosómica de la herencia. Por ello, si deseamos estudiar los genes y como se transmiten a través de las generaciones debemos comprender primero la naturaleza de los cromosomas y su dinámica dentro de un individuo o de generación en generación. Es por ello que el estudio de las divisiones nucleares como la mitosis y meiosis es de fundamental importancia en la genética.

• Ciclo Celular: El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que conducen al crecimiento de la célula y la división en dos células hijas. Las etapas, son G1-S-G2 y M. El estado G1 quiere decir GAP 1. El estado S representa la síntesis, en el que ocurre la replicación del ADN. El estado G2 representa GAP 2. El estado M representa la fase M, y agrupa a la mitosis o meiosis (reparto de material genético nuclear) y la citocinesis (división del citoplasma). Las células que se encuentran en el ciclo celular se denominan proliferantes y las que se encuentran en fase G0 se llaman células quiescentes. Todas las células se originan únicamente de otra existente con anterioridad. El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula, descendiente de otra que se divide, y termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas.

• Fases del Ciclo Celular: La célula puede encontrarse en dos estados claramente diferenciados:

• El estado de no división o interfase. La célula realiza sus funciones específicas y, si está destinada a avanzar a la división celular, comienza por realizar la duplicación de su ADN.

• El estado de división, llamado fase M.

• Fase G1: Es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas, y durante este tiempo la célula duplica su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes, como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular. En cuanto a carga genética, en humanos (diploides) son 2n 2c.

• Fase S: Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromáticas idénticas. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unas 10-12 horas y ocupa alrededor de la mitad del tiempo que dura el ciclo celular en una célula de mamífero típica.

• Fase G2: Es la tercera fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando la cromatina empieza a condensarse al inicio de la mitosis.

• La carga genética de humanos es 2n 4c, ya que se han duplicado el material genético, teniendo ahora dos cromáticas cada uno.

• Fase M (mitosis y citocinesis): Es la división celular en la que una célula progenitora (células eucariotas, células somáticas -células comunes del cuerpo-) se divide en dos células hijas idénticas. Esta fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, anafase, telofase; y la citocinesis, que se inicia ya en la telofase mitótica. Si el ciclo completo durara 24 horas, la fase M duraría alrededor de media hora (30 minutos).

• Regulación del Ciclo Celular: La regulación del ciclo celular, explicada en el año 2001 en organismos eucariotas, puede contemplarse desde la perspectiva de la toma de decisiones en puntos críticos, especialmente en la mitosis.

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• Componentes Reguladores: El ciclo celular es controlado por un sistema que vigila cada paso realizado. En regiones concretas del ciclo, la célula comprueba que se cumplan las condiciones para pasar a la etapa siguiente: de este modo, si no se cumplen estas condiciones, el ciclo se detiene. Existen cuatro transiciones principales:

• Paso de G0 a G1: comienzo de la proliferación.

• Transición de G1 a S: iniciación de la replicación.

• Paso de G2 a M: iniciación de la mitosis.

• Avance de metafase a anafase.

Los genes que regulan el ciclo celular se dividen en tres grandes grupos:

1. Genes que codifican proteínas para el ciclo: enzimas y precursores de la síntesis de ADN, enzimas para la síntesis y ensamblaje de tubulina, etc.

2. Genes que codifican proteínas que regulan positivamente el ciclo: también llamados protooncogenes. Las proteínas que codifican activan la proliferación celular, para que células quiescentes pasen a la fase S y entren en división. Algunos de estos genes codifican las proteínas del sistema de cíclicas y quinasas dependientes de cíclica. Pueden ser:

• Genes de respuesta temprana, inducidos a los 15 minutos del tratamiento con factores de crecimiento, sin necesidad de síntesis proteica.

• Genes de respuesta tardía, inducidos más de una hora después del tratamiento con factores de crecimiento, su inducción parece estar causada por las proteínas producidas por los genes de respuesta temprana.

3. Genes que codifican proteínas que regulan negativamente el ciclo: También llamados genes supresores tumorales.

• Interfase: Es la etapa previa a la mitosis donde la célula se prepara para dividirse, en esta, los centriolos y la cromatina se duplican, aparecen los cromosomas los cuales se observan dobles. El primer proceso clave para que se de la división nuclear es que todas las cadenas de ADN se dupliquen (replicación del ADN); esto se da inmediatamente antes de que comience la división, en un período del ciclo celular llamado interfase, que es aquel momento de la vida celular en que ésta no se está dividiendo. Tras la replicación tendremos dos juegos de cadenas de ADN, por lo que la mitosis consistirá en separar esas cadenas y llevarlas a las células hijas. Para conseguir esto se da otro proceso crucial que es la conversión de la cromatina en cromosomas.

• Mitosis: Se representa por un proceso que ocurre en el núcleo de las células eucariotas y que precede inmediatamente a la división celular, consistente en el reparto equitativo del material hereditario (ADN) característico. Este tipo de división ocurre en las células somáticas y normalmente concluye con la formación de dos núcleos separados (cariocinesis), seguido de la separación del citoplasma (citocinesis), para formar dos células hijas.

La mitosis completa, que produce células genéticamente idénticas, es el fundamento del crecimiento, de la reparación tisular y de la reproducción sexual. La otra forma de división del material genético de un núcleo se denomina meiosis y es un proceso que, aunque comparte mecanismos con la mitosis, no debe confundirse con ella ya que es propio de la división celular de los gametos. Produce células genéticamente distintas y, combinada con la fecundación, es el fundamento de la reproducción sexual y la variabilidad genética.

• Profase: Se produce en ella la condensación del material genético (ADN, que en interfase existe en forma decromatina), para formar unas estructuras altamente organizadas, los cromosomas. Como el material genético se ha duplicado previamente durante la fase S de la interfase, los cromosomas replicados están formados por dos cromáticas, unidas a través del centrómero por moléculas de cohesinas. Uno de los hechos más tempranos de la profase en las células animales es la duplicación del centrosoma; los dos centrosomas hijos (cada uno con dos centriolos) migran entonces hacia extremos opuestos de la célula. Los centrosomas actúan como centros organizadores de unas estructuras fibrosas, los microtúbulos, controlando su formación mediante la polimerización de tubulina soluble. De esta forma, el huso de una célula mitótica tiene dos polos que emanan microtúbulos.

• Anafase: Cuando todos los cromosomas están correctamente anclados a los microtúbulos del huso y alineados en la placa metafásica, la célula procede a entrar en anafase (del griego ανα que significa "arriba", "contra", "atrás" o "re-"). Es la fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la distribución de las dos copias de la información genética original. Entonces tienen lugar dos sucesos. Primero, las proteínas que mantenían unidas ambas cromatidas hermanas (las cohesinas), son cortadas, lo que permite la separación de las cromatidas. Estas cromatidas hermanas, que ahora son cromosomas hermanos diferentes, son separados por los microtúbulos anclados a sus cinetocoros al desensamblarse, dirigiéndose hacia los centrosomas respectivos. Estos dos estados se denominan a veces anafase temprana (A) y anafase tardía (B). La anafase temprana viene definida por la separación de cromatidas hermanas, mientras que la tardía por la elongación de los microtúbulos que produce la separación de los centrosomas.

• Telofase: La telofase (del griego τελος, que significa "finales") es la reversión de los procesos que tuvieron lugar durante la profase y prometafase. Durante la telofase, los microtúbulos no unidos a cinetocoros continúan alargándose, estirando aún más la célula. Los cromosomas hermanos se encuentran cada uno asociado a uno de los polos. La membrana nuclear se reforma alrededor de ambos grupos cromosómicos, utilizando fragmentos de la membrana nuclear de la célula original. Ambos juegos de cromosomas, ahora formando dos nuevos núcleos, se descondensan de nuevo en cromatina. La cariocinesis ha terminado, pero la división celular aún no está completa. Sucede una secuencia inmediata al terminar.

• Meiosis: Es una de las formas de la reproducción celular. Este proceso se realiza en las glándulas sexuales para la producción de gametos. Es un proceso de división celular en el cual una célula diploide (2n) experimenta dos divisiones sucesivas, con la capacidad de generar cuatro células haploides (n). En los organismos con reproducción sexual tiene importancia ya que es el mecanismo por el que se producen los óvulos y espermatozoides (gametos).1 Este proceso se lleva a cabo en dos divisiones nucleares y citoplasmáticas, llamadas primera y segunda división meiótica o simplemente meiosis I y meiosis II. Ambas comprenden profase, metafase, anafase y telofase.

Durante la meiosis I miembros de cada par homólogo de cromosomas se emparejan durante la profase, formando bivalentes. Durante esta fase se forma una estructura proteica denominada complejo sinaptonémico, permitiendo que se produzca la recombinación entre ambos cromosomas homólogos. Posteriormente se produce una gran condensación cromosómica y los bivalentes se sitúan en la placa ecuatorial durante la primera metafase, dando lugar a la migración de cromosomas a cada uno de los polos durante la primera anafase. En la meiosis II, las cromatidas hermanas que forman cada cromosoma se separan y se distribuyen entre los núcleos de las células hijas. Entre estas dos etapas sucesivas no existe la etapa S (replicación del ADN). La maduración de las células hijas dará lugar a los gametos.

• Primera División Meiótica:

Profase I. Los cromosomas duplicados se condensan y forman pares de cromosomas homólogos que se aparean longitudinalmente en un proceso llamado sinapsis. De este modo forman un conjunto de cuatro cromátidas, llamadas tétradas. Luego del apareamiento, las cromatidas de los cromosomas homólogos se intercambian el material genético contenido en los cromosomas, proceso éste llamado entrecruzamiento.

Metafase I. Los pares de cromosomas homólogos se sitúan en el plano ecuatorial y mantienen unidos sus centrómetros al huso acromático. Esta ubicación es diferente a la observada en la metafase mitótica, pues cada cromosoma se dispone en el plano ecuatorial junto a su homologo, mientras que en la mitosis las cromatidas hermanas se alinean en el plano ecuatorial, y no en pares de cromosomas homólogos.

Anafase I. Las cromátidas hijas pertenecen unidas a sus centrómeros. Los pares de cromosomas homólogos se separan, y cada par se mueve hacia los polos opuestos de la célula.

Telofase I. Los cromosomas se agrupan en los polos de la célula, las fibras del huso acromático desaparecen y la membrana nuclear se forma alrededor de cada grupo de cromosomas. Cada cromosoma esta constituido por dos cromatidas hermanas unidas por un centrómero. El final de la telofase I esta marcado por la citocinesis, lo que origina dos células hijas.

• Segunda División Meiótica: Luego de la interfase meiótica, se presenta la segunda división meiótica en cada una de las células hijas resultantes de la primera división.

Profase II. En esta fase, los cromosomas de cada una de las dos células producidas vuelven a condensarse y se hacen visibles al microscopio óptico, la membrana celular se disuelve y comienza a aparecer el huso acromático, y los centriolos (en las células animales) inician su desplazamiento hacia los polos de las células.

Metafase II. Los centríolos han alcanzado los polos de la célula y la formación del huso acromático se ha completado. En esta fase, los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial de cada de las células hijas.

Anafase II. Las cromátidas que forman cada cromosoma se separan mediante la división del centrómero que las unía. Cada una de las cromátidas hermanas se separan (cromosomas hijos), y se dirigen a cada uno de los centríolos situados en los polos de la célula. En esta fase comienza a presentarse un alargamiento de las células, junto a una pequeña constricción que sucede en el plano ecuatorial.

Telofase II. En esta fase, los cromosomas se desenrollan, toman un aspecto de largas hebras y se agrupan muy cerca de los centríolos. La membrana nuclear se vuelve a formar alrededor de cada grupo de cromosomas, y se produce una nueva citocinesis o división del citoplasma. El resultado final de esta fase es la división de cada célula en dos células hija.

• Gametogénesis: Es la formación de gametos por medio de la meiosis a partir de células germinales. Mediante este proceso, el número de cromosomas que existe en las células germinales se reduce de diploide (doble) a haploide (único), es decir, a la mitad del número de cromosomas que contiene una célula normal de la especie de que se trate. En el caso de los hombres si el proceso tiene como fin producir espermatozoides se le denomina espermatogénesis y se realiza en los testículos. En el caso de las mujeres, si el resultado es ovocitos se denomina ovogénesis y se lleva a cabo en los ovarios.

Este proceso se realiza en dos divisiones cromosómicas y citoplasmáticas, llamada primera y segunda división meiótica o simplemente meiosis I y meiosis II. Ambas comprenden profase, prometafase, metafase, anafase, telofase y citocinesis. Durante la meiosis I los miembros de cada par homólogo de cromosomas se unen primero y luego se separan con el huso mitótico y se distribuyen en diferentes polos de la célula. En la meiosis II, las cromatidas hermanas que forman cada cromosoma se separan y se distribuyen en los núcleos de las nuevas células. Entre estas dos fases sucesivas no existe la fase S (duplicación del ADN).

La meiosis no es un proceso perfecto, a veces los errores en la mitosis son responsables de las principales anomalías cromosómicas. La meiosis consigue mantener constante el número de cromosomas de las células de la especie para mantener la información genética.

En general, los miembros de un par de cromosomas no se encuentran en estrecha cercanía ya sea en la célula en reposo o durante la división mitótica. El único momento en que entran en íntimo contacto es durante las divisiones meiótica o de maduración de las células germinativas.

• Espermatogénesis: Es un proceso que se lleva a cabo en los testículos (gónadas), que son las glándulas sexuales masculinas. En su interior se encuentran los túbulos seminíferos, pequeños conductos enrollados de 30-60 cm de longitud y 0,2 mm de diámetro cada uno. Los dos testículos contienen alrededor de un millar de túbulos seminíferos. En el epitelio de los túbulos asientan las células germinativas o espermatogonización y la liberación del empaquetamiento del ADN de los espermatozoides en la pubertad. También es el mecanismo encargado de la producción de espermatozoides; es la gametogénesis en el hombre. Este proceso se produce en las gónadas, activado por la hormona GnRH que se produce en el hipotálamo, y la maduración final de los espermatozoides se produce en el epidídimo. La espermatogénesis tiene una duración aproximada de 62 a 75 días en la especie humana, y consta de tres fases o etapas: Mitosis o espermatocitogénesis, meiosis y espermiogénesis o espermiohistogénesis A veces incluye aterogénesis y retrogénesis.

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