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A. ¿Cómo es (igual o diferente) la información genéƟca de la célula madre (ovocito con nú-
cleo implantado) en comparación con la de las células hijas originadas después de la pri-
mera división? Fundamenta.
B. ¿Por qué se obtuvieron ratas albinas? Explica.
C. ¿Cómo variarían los resultados si el núcleo implantado se hubiera obtenido de una rata
de pelaje gris? Fundamenta.
D. De acuerdo al experimento, ¿es posible afirmar que la información genéƟca se reparte
equitaƟvamente durante la división celular? Explica.
Guía de aprendizaje 2
Ciclo celular, mitosis y meiosis 1
Departamento de Ciencias/ Biología 4 ° medio ELECTIVO Prof. Javier Dosque Muñoz Nombre: _____________________________________________ Curso: __________ Fecha:___________
Ciclo celular y división celular
Todos los organismos presentan un ciclo de vida, pues nacen, se desarrollan, se reproducen y mueren. Al reproducirse, generan descendientes que, en algún momento, podrán dar origen a una nueva progenie que repeƟrá este ciclo. En las células que consƟtuyen a los seres vivos ocurre algo similar: a parƟr de una célula madre se pueden generar células hijas. Para comenzar a estudiar este fenómeno, realiza la siguien- te acƟvidad. Desarrolla tus habilidades Lee y analiza el experimento representado en el siguiente esquema. Luego, contesta las preguntas plan-
Nombre de la Unidad: información genética y ciclo celular
Objetivo de aprendizaje:^ Comprender las etapas del ciclo celular y division celular diferenciando entre mitosis y meiosis Tiempo de desarrollo : 25 de marzo al 3^0 de marzo
Etapas del ciclo celular
Gran parte delas células pasa por diferentes estados que están determinados por una secuencia periódi- ca de crecimiento y división. Estos procesos están representados en el ciclo celular o proliferaƟvo, el cual involucra dos eventos principales: interfase y división celular. La interfase se subdivide en tres etapas: GI, S y G2. En ella, la célula se prepara para su posterior división, por lo que aumenta su volumen, sinteƟza proteínas y nuevos organelos, y también duplica su material genéƟco. La fase M corresponde a la división celular propiamente tal y se compone de dos etapas: mitosis y citoci- nesis. Este mecanismo posibilita el incremento del número de células somáƟcas que consƟtuyen a un organismo pluricelular, posibilitando su crecimiento y la regeneración de tejidos o estructuras dañadas. También permite la reproducción en el caso de los organismos unicelulares. En el siguiente esquema se describen las caracterísƟcas de las diferentes etapas del ciclo celular. Go : estado de reposo en el cual algunos Ɵpos celulares inte- rrumpen su ciclo proliferaƟvo, es decir, no se vuelven a dividir, pero siguen desarrollando sus acƟvidades. G1 : período de crecimiento de la célula. En él se produce el aumento del volumen celular y del número de estructuras celulares, por ejemplo, la dupli- cación de los centriolos. Ade- más, la célula sinteƟza proteí- nas que posteriormente regula- rán el ciclo. S : fase en la que se produce la duplicación del material genéƟ- co. En este proceso, cada hebra de ADN sirve de molde para formar una nueva hebra, tal como se representa en la ima- gen. А este mecanismo de replicación se le denomina semiconservaƟvo. Citocinesis : proceso de división del citoplasma. De esta manera cada célula hija recibe una canƟdad similar de citoplasma. La duración del ciclo celular depende principalmente del Ɵpo de célula, pero también de factores ambien- tales, como la temperatura y la disponibilidad de nutrientes. En algunos organismos unicelulares el ciclo puede demorar tan solo horas, mientras que en algunas células de organismos pluricelulares, el ciclo pue- de tardar días. Mitosis : proceso de división del núcleo celular. En esta fase se produce la reparƟción equitaƟ- va del material genéƟco a las células hijas. G2 : etapa de reparación del ADN que pudo resultar dañado durante su duplicación. Ade- más, se organizan los microtú- bulos y se sinteƟzan estructuras que parƟciparán en la división celular. La cromaƟna comienza a condensarse y compactarse para formar los cromosomas.
Anafase Anafase : Durante esta etapa, los microtú- bulos del huso se “acortan”, lo cual provo- ca que los cinetocoros, ubicados en los cen- trómeros de cada cromosoma, migren hacia los polos opuestos de la célula, separando las cromáƟdas hermanas. De este modo, cada cromáƟda pasa a ser un cromosoma independiente. Cada cromosoma comienza a moverse hacia los extremos opuestos de la célula, a medida que los microtúbulos unidos a los cinetocoros se acortan. Los microtúbulos que no están conectados a los cinetocoros se alargan, lo que provoca que la célula adopte una forma ovalada y se incremente así la separación entre los po- los. Telofase Telofase : Esta etapa se inicia cuando los cromosomas, formados por una sola cromáƟda, han llegado a los polos de la célula. La célula comienza a restablecer las condi- ciones anteriores a la división: los cromosomas se des condensan, los microtúbulos del huso se desintegran, se vuelve a formar la envoltura nuclear alrededor de los dos nuevos núcleos y en su interior se reorganizan los nu- cléolos. Citocinesis : En la mayoría de las células comienza la citocinesis, es decir, la división del citoplasma , lo que dará origen a dos células hijas idénƟcas a la célula madre. Citocinesis
Importancia de la división celular
La división mitóƟca permite obtener células idénƟcas a la célula original. Es por ello que cumple un pa- pel fundamental en el desarrollo, el crecimiento y la regeneración de los tejidos de los organismos pluricelulares. En el siguiente esquema se explica el rol de la división celular en cada uno de estos pro- cesos biológicos. Desarrollo El proceso de fecundación da origen a una célula denominada cigoto, la cual consƟtuye el primer estado de desarrollo de un ser vivo. En los organismos pluricelulares, esta célula comienza a experimentar sucesi- vas divisiones. Las células resultantes migran hacia diferentes zonas, dando origen a los disƟntos Ɵpos ce- lulares que formarán los tejidos y las estructuras del nuevo organismo. Crecimiento La división celular cumple un papel fundamental en el crecimiento de los organismos pluricelulares, pues- to que permite la proliferación controlada del número de células. Por ejemplo, una planta que ha germi- nado comienza un proceso de crecimiento de sus raíces, tallos y hojas, lo cual se debe a la acƟvación de genes que esƟmulan y regulan la reproducción de las células. Regeneración de tejidos En ocasiones, nuestro cuerpo, al igual que el de otros organismos pluricelulares, pierde un importante número de células. Algunas de ellas Ɵenen un Ɵempo de vida limitado, como es el caso de los eritrocitos, mientras que otras se pierden producto de daños a los tejidos. En los casos anteriores, la división celular posibilita la reconsƟtución de muchas de las células que se pierden diariamente. Interfase (^) Profase Temprana Profase Tardía (^) Metafase Anafase Telofase^ Citocinesis Célula diploide 2N= 6 cromosomas Se condensa el material genéƟco y lo centriolos viajan a los polos El núcleo se disuelve y el huso se une al cinetocoro Los cromosomas se ali- nean en el centro Los cromosomas se ali- nean en el centro El huso desaparece y la envoltura nuclear reaparece La célula se separa com- pletamente en 2 células El huso mitóƟco separa las cromáƟdas hermanas Núcleo (^) Centriolos Centrómeros Huso mitóƟco
Descontrol celular : Cancer
En condiciones normales, las células crecen, se reproducen y mueren gracias a la regulación del ciclo celular. Sin embargo, existen condiciones que pueden alterar el control de dicho ciclo. Si un Ɵpo celular se divide rápidamente y sin control, provoca que las nuevas células se acumulen en el tejido formando tumores , lo que podría originar un cáncer. Existen tumores benignos , que corresponden a masas com- pactas de células que permanecen en el lugar del cuerpo donde se originaron y que, generalmente, pueden ser removidas a través de procedimientos quirúrgicos. Los tumores malignos o cancerosos , en cambio, invaden otros tejidos y órganos impidiendo su normal funcionamiento, fenómeno conocido como metástasis. Ahora bien, ¿cómo se origina el cáncer? En ocasiones el material genéƟco experimen- ta alteraciones denominadas mutaciones. Si la mutación se produce a nivel de los genes que parƟcipan en la regulación del ciclo celular, es muy probable que se desarrolle un cáncer. Los genes involucrados son los que se especifican a conƟnuación. Protooncogenes : codifican proteínas, como las Cdk y las cicli- nas , que esƟmulan la división celular. Estos genes, al experi- mentar mutaciones , se pueden transformar en oncogenes , los que acƟvan la proliferación de células que no se deben dividir o aumentan la frecuencia de división de células con acƟvidad mitóƟca. El cambio de protooncogén a oncogén puede ocasio- nar el aumento de la síntesis de la proteína aludida, tal como se representa en el siguiente esquema: Genes supresores de tumores: codifican proteínas que evitan la proliferación celular descontrolada. Por ejemplo, la proteína p53 , cuando el ADN experimenta un daño severo, induce a una apoptosis o muerte celular programada , mecanismo compuesto por una serie de acontecimientos que desencadenan la muer- te controlada de una célula. Existen, además, proteínas que reparan el material genéƟco dañado, otras que controlan la adhesión celu- lar y algunas que inhiben el ciclo celular. Cualquier mutación que disminuya la acƟvidad normal de una pro- teína supresora de tumores puede contribuir a la aparición de cáncer.
¿Por qué se produce el cáncer?
El hecho de que las mutaciones genéƟcas sean la causa de la aparición de células cancerosas permite ex- plicar por qué ciertos cánceres pueden afectar a disƟntos integrantes de algunas familias, ya que una per- sona que hereda un oncogén o un gen supresor de tumores alterado se encuentra más propensa a desa- rrollar esta enfermedad. Los cambios en los genes que regulan la división celular también se pueden pro- vocar por daños en el ADN que se originan espontáneamente, o bien a parƟr de ciertos factores ambienta- les, denomina dos agentes carcinógenos , como la exposición conƟnuada a los rayos UV, la contaminación y el consumo de ciertas sustancias químicas, como el tabaco y algunos adiƟvos presentes en los alimentos. Algunos virus Ɵenen la capacidad de transformar células normales en cancerígenas, ya que pueden intro- ducir genes virales en la secuencia normal de ADN. Estos virus, llamados oncógenos, se asocian con alrede- dor del 15 % de los cánceres humanos. Un ejemplo de ellos es el virus del papiloma humano causante del cáncer cérvico uterino.
Actividad
Observa el siguiente esquema en el que se representa la formación de un tumor. Luego, a parƟr de este responde las preguntas planteadas.
1.- ¿Qué ocasionó la formación del tumor en la situación representada en el
esquema?
2.- ¿Cuál es el mecanismo que permite mantener el tejido en condiciones
normales?
3.- ¿El tumor formado es maligno o benigno? Explica.
Evaluación
1.- Observa las siguientes imágenes en las que se representan estructuras relacionadas con la ubicación y la organización del material genéƟco. Luego, contesta las preguntas propuestas tu cuaderno. a.-. ¿Cuál de las estructuras Ɵene mayor longitud? b.-. ¿Cuál es la estructura que conƟene a las otras dos? c.- ¿Cuál de las estructuras representa el estado de mayor condensación del material genéƟco?
- Completa la siguiente tabla con la información solicitada sobre las etapas del ciclo celular. Etapas del ciclo celular
G1 S G2 M
CaracterísƟcas
- Observa las siguientes imágenes que corresponden a microfotograİas de una célula en disƟntas etapas de la mitosis. Lue- go, numéralas secuencialmente y señala el nombre de cada una de ellas.
- Lee y analiza la siguiente situación experimental. Luego, responde las preguntas planteadas.
Un grupo de cienơficos quiere determinar si la división celular se regula a parƟr de la
acción alternada de genes que esƟmulan la división y aquellos que la deƟenen. Para
ello, idenƟficaron dos genes involucrados en el control del ciclo celular y los nombra-
ron gen 1 y gen 2. Posteriormente, realizaron dos experimentos en los que acƟvaron
e inhibieron arƟficialmente cada uno de ellos. La siguiente tabla muestra el procedi-
miento y los resultados obtenidos por los invesƟgadores.
1.- ¿Qué sucede al acƟvar el gen 1?
- ¿Qué ocurre al inhibir el gen 2? 3.- ¿Cuál de los dos genes regula posiƟvamente la división celular? Fundamenta. 4.- ¿Cuál de los dos genes regula negaƟvamente la división celular? Explica. 5.- ¿Qué sucedería si el gen 1 experimentara una mutación que ocasionara un incremento signifi- caƟvo de la síntesis de la proteína que codifica? Explica.
Gametogénesis
El proceso de fecundación permite la reconsƟtución de la dotación cromosómica total de un organis- mo. Las células sexuales o gametos, al unirse, aportan, cada una, un juego de cromosomas, uno prove- niente de la madre y otro del padre. Cada juego está compuesto por la mitad del número total de cro- mosomas de la especie, por lo tanto, los gametos poseen solo un cromosoma de cada Ɵpo, es decir, son haploides. Pero ¿cómo se producen los gametos? Se originan gracias a un proceso llamado game- togénesis , en el que unas células diploides , llamadas células germinales , experimentan dos divisiones sucesivas en las que se reduce el número de cromosomas. Este Ɵpo de división celular se denomina meiosis. En el siguiente esquema se representa la reducción del número de cromosomas en la formación de ga- metos y la reconsƟtución del número diploide de cromosomas a parƟr del proceso de fecundación. Existen dos Ɵpos de gametogénesis: la ovogénesis, a parƟr de la cual se originan los gametos femeninos u ovocitos; y la espermatogénesis, que da lugar a los gametos masculinos o espermatozoides. Responde las siguientes preguntas: a. ¿Cuántos cromosomas Ɵenen los gametos de un organismo cuyas células somáƟcas poseen 56 cromo- somas? Explica. b. Si los gametos de un individuo presentan 12 cromosomas, ¿qué dotación cromosómica tendrán sus células somáƟcas? Fundamenta. c. ¿Cuántos pares de cromosomas homólogos Ɵenen las celulas somáƟcas de un individuo cuyos game- tos poseen 20 cromosomas? Fundamenta.
Meiosis y sus etapas
Como ya mencionamos, la meiosis es un mecanismo de división celular que permite la formación de cé- lulas hijas que poseen la mitad del material genéƟco de la célula madre. En este caso, se obƟenen cua- tro células haploides (n) a parƟr de una célula diploide (2n). Lo anterior ocurre porque la célula inicial experimenta dos divisiones sucesivas: meiosis I y meiosis II ; y una sola duplicación del ADN. A conƟnua- ción, se detalla cada una de las etapas de la meiosis.
Meiosis I
Corresponde a la primera división meióƟca, en la cual el número de cromosomas se reduce a la mitad. Se compone de las siguientes subetapas: Profase I: En esta etapa los cromosomas homólogos, de origen materno y paterno, se aparean, originando una tétrada o cromosoma bivalente. Este proceso se denomi- na sinapsis. Posteriormente, estos cromosomas intercam- bian material genéƟco, fenómeno conocido como entre- cruzamiento o Crossing over. Los cromosomas permane- cen unidos en las zonas de intercambio llamadas quias- mas. Estas permiten mantener unidos a los cromosomas hasta su separación en anafase l. Metafase I: Los cromosomas homólogos se alinean azarosamente en el ecuador de la célula, fenómeno denominado permutación cromosómica. Esto permite que existan múl- Ɵples posibilidades de distribución de los cromosomas en las células que se van a origi- nar. Los pares de cromosomas homólogos, están ahora fuertemente condensados y en- rollados, se empiezan a acomodar en un plano equidistante de los polos y se denomina la placa de la metafase (mitad de la célula). Anafase I: Cada uno de los cromosomas homólogos recombinados es arrastrado por las fibras del huso meióƟco y conducido hacia el polo respecƟvo. Este evento se deno- mina segregación o disyunción de los cromosomas homólogos. En la anafase I las cromáƟdas permanecen unidas a sus centrómeros y se mueven hacia los polos. Una diferencia clave entre mitosis y meiosis, es que las cromáƟdas permane- cen juntas en la metafase de la meiosis I, mientras que en la mitosis se separan. Telofase I: Los cromosomas ya se disponen en los polos y comienza la reorga- nización de la envoltura nuclear y del nucléolo. Se descondensa el material genéƟco. Las células conƟnúan comparƟendo el citoplasma. Después de esta etapa conƟnua la citocinesis , la que produce dos células ha- ploides, es decir, con la mitad de los cromosomas de la célula original. Por lo tanto la citocinesis es la separación del citoplasma.
Ordena sobre la gráfica las siguientes fases y etapas de la meiosis sabiendo que en esta especie una cé- lula con 2n cromosomas con una cromátida tiene 4 pg (picogramos) de ADN: _______Citocinesis II _______Interfase I en G _______Metafase II _______Anafase I _______Profase I _______Citocinesis I _______Anafase II _______Metafase I. b y c_ Interfase I en S Si comparten citoplasma todavía se toma como si fuera una célula
A. Completa la siguiente tabla en la que se resumen los cambios que experimenta el material genéƟco en una célula humana durante la meiosis.
Actividad
Etapas de la meiosis Número de cromo- somas Número de cromá- Ɵdas CanƟdad de ADN Diploidía o Ha- ploidía Profase I (^) 46 92 4C Metafase I Anafase I (^) 2n Telofase I (Por núcleo) Profase II (Por célula) (^) 23 2C Metafase II (Por célula) (^) 46 Anafase II (Por célula) Telofase II (Por Núcleo) (^) n B. Selecciona la mejor alternaƟva para cada pregunta. 1.- La imagen muestra una célula en la etapa de metafase I. Al respecto, ¿cuál sería la dotación cromosómica diploide de la especie a la cual pertenece esta célula? A) 1 par de cromosomas. B) 2 pares de cromosomas. C) 3 pares de cromosomas. D) 4 pares de cromosomas. E) 8 pares de cromosomas. 2.- El siguiente gráfico muestra la variación en la canƟdad de ADN en un ciclo celular normal. ¿Entre qué momentos del ciclo celular podemos ubicar la microfotograİa que se encuentra al costado del gráfico? A) M y N B) N y P C) P y Q D) Q y R E) R y M
