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Desarrollo embrionario y
gametogénesis
Mecanismo Biológico del Desarrollo
Procesos Biológicos del Desarrollo
El desarrollo embrionario se compone de un conjunto de procesos biológicos que explican las transformaciones que se suceden en el embrión. Estos procesos incluyen:
Determinación y diferenciación celular Crecimiento Motilidad Muerte celular Inducción
Un grupo de células da origen al embrión. Estas células especializadas se encargan de la creación de cada parte del cuerpo. Los genes con homeobox o caja homeótica, localizados en el núcleo celular, permiten la división del embrión en campos celulares. Cada campo celular determinará la formación de tejidos y órganos específicos, siguiendo un esquema que representa la ubicación de cada célula en el cuerpo.
Inducción Celular
La inducción celular es uno de los primeros mecanismos biológicos del desarrollo. Consiste en que un tejido, mediante señales químicas, transforma a otro tejido que originalmente estaba destinado a formar algo diferente.
El tejido inductor es el que envía las señales químicas que afectan al tejido inducido, obligándolo a seguir una vía de diferenciación distinta a la original. Por ejemplo, la notocorda (tejido inductor) envía señales al ectodermo (tejido inducido), haciendo que este se diferencie y forme la placa neural, que luego dará origen al sistema nervioso.
El tejido inducido debe tener "competencia", es decir, debe ser susceptible a modificar su diferenciación evolutiva. Esta competencia se adquiere en un momento preciso del desarrollo y tiene límites de tiempo para que se complete la inducción.
Potencialidad y Significado Evolutivos
Cuando un tejido es inducido a diferenciarse, su "significado evolutivo" aumenta, pero su "potencialidad evolutiva" disminuye.
La potencialidad evolutiva es la capacidad de una célula de transformarse en diferentes tipos celulares. El cigoto tiene la mayor potencialidad, pudiendo
generar cualquier tipo de tejido. A medida que las células se diferencian, su potencialidad disminuye.
El significado evolutivo, en cambio, aumenta a medida que la célula se especializa en una función determinada. Una célula totalmente diferenciada ha alcanzado su "significado evolutivo final".
Diferenciación Celular
La diferenciación celular es la capacidad de una célula de originar distintos tipos de células, con diferentes estructuras y funciones. Esto depende de qué parte del genoma se expresa en cada célula.
La determinación es el proceso por el cual las células reprimen algunos genes y expresan otros, permitiéndoles diferenciarse a un tipo celular específico. La diferenciación describe la expresión real de la porción del genoma disponible para una célula.
Crecimiento
El crecimiento se refiere al aumento en la cantidad o tamaño de las células. Esto ocurre a través del ciclo celular, que incluye las fases de interfase (G1, S, G2) y mitosis (división celular).
El crecimiento diferencial determina que no todas las regiones y órganos de un embrión crezcan al mismo tiempo y en iguales proporciones, respetando su tiempo de desarrollo.
Motilidad y Migración Celular
Las células migran, se distribuyen y se reordenan durante el desarrollo embrionario. Esto depende de procesos de reconocimiento celular y adhesividad.
Existen dos tipos principales de migración celular:
Quimiotaxis: las células migran siguiendo la presencia de sustancias solubles en la matriz extracelular. Haptotaxis: las células migran siguiendo un gradiente de moléculas no solubles de la matriz extracelular.
Muerte Celular
La muerte celular programada o apoptosis es un proceso por el cual las células cumplen su función y luego mueren de manera programada, no accidental. Implica condensación del núcleo, fragmentación y fagocitosis por células de defensa.
Fase isquémica
Cuando no hay fecundación, el cuerpo lúteo degenera y disminuyen los estrógenos y progesterona. Hay isquemia, no hay secreción en las glándulas uterinas, y las arteriolas se contraen. Ocurre necrosis y desprendimiento de la capa funcional del endometrio.
Gametogénesis y fecundación
Ciclo celular
El ciclo celular comprende una serie de eventos moleculares, morfológicos y funcionales que culminan con la proliferación de las células. Consta de dos períodos: interfase y división o mitosis.
Interfase
Fase G1: crecimiento inicial, síntesis de proteínas y RNA. Fase S: replicación del DNA. Fase G2: crecimiento final y preparación del aparato mitótico.
Mitosis
División celular en la que una célula progenitora se divide en dos células hijas idénticas. Consta de las etapas: profase, metafase, anafase y telofase.
Regulación del ciclo celular
Cdk1: proteína con actividad proteína-cinasa que fosforila proteínas. Ciclina B: involucrada en la regulación del ciclo celular. Los complejos de ciclina regulan las diferentes fases del ciclo celular.
Puntos de control
Regula la transición G1-S. Regula la transición S-G2 y verifica el proceso de replicación del DNA. Regula la transición G2-M y comprueba la replicación correcta del DNA. Durante la metafase, asegura el correcto anclaje de los cromosomas al huso mitótico.
Mitosis
División celular en células somáticas, donde se forman dos células diploides idénticas.
Consta de las etapas: profase, prometafase, metafase, anafase y telofase.
Meiosis
División celular por la cual de una célula diploide se forman cuatro células haploides genéticamente diferentes. Consta de dos divisiones celulares continuas: meiosis I y meiosis II. El resultado final son cuatro células con la mitad del número de cromosomas de la célula de origen.
Complemento cromosómico: n y 2n
Células diploides (2n): contienen dos juegos de cromosomas, uno de cada progenitor. Células haploides (n): contienen la mitad del número de cromosomas de las células diploides.
Meiosis I
También llamada división reduccional, tiene una profase prolongada y distinta a la de la mitosis.
La Meiosis I
Características de las células humanas
Las células humanas tienen 46 cromosomas (2n) Cada cromosoma tiene dos cromátidas como resultado de la duplicación del ADN en la fase S, es decir, 96 cadenas de ADN en total. La meiosis I se divide en cuatro fases.
Profase I
La profase I se divide en cinco etapas definidas por cambios morfológicos característicos:
Leptoteno
Los cromosomas homólogos, aún no apareados, constan de dos cromátides hermanas delgadas y alargadas. Los cromosomas homólogos son cada uno del par que existe en un organismo diploide. Cada par de cromosomas homólogos está compuesto por un cromosoma de origen maternal (del óvulo) y el otro de origen paterno (del espermatozoide).
Al inicio hay dos células y cada una tiene 23 cromosomas con dos cromátidas (46 cadenas de ADN). Cada célula se va a dividir de forma semejante a la mitosis. Se separan las cromátides.
Profase II
Más sencilla que la profase I, pues no hay recombinación. Si se formó una cubierta nuclear, esa desaparece. Se compactan los cromosomas. Se inicia la formación del huso.
Metafase II
En la meiosis II, los cinetocoros de las cromátidas hermanas de cada cromosoma quedan orientados a cada uno de los polos y anclados a las fibras cromosómicas del huso.
Anafase II
Las cromátidas hermanas se separan y se desplazan hacia cada polo del huso meiótico.
Telofase II
Se forma la cubierta nuclear. Cada una de las dos células que iniciaron la meiosis II se divide, y como resultado se forman cuatro células haploides. Cada célula tiene 23 cromosomas simples, por lo que cada célula tiene 23 cadenas de ADN. Al final, cada célula va a tener características genéticas distintas a la célula que la generó debido a la recombinación genética en la profase I.
Gametogénesis
Definición
Proceso que genera células sexuales o gametos haploides con variabilidad genética. Al concluir ese proceso, los gametos serán genotípica y fenotípicamente maduros, capaces de participar en el proceso de la fecundación. Proceso mediante el cual se desarrollan los gametos masculinos y femeninos.
Origen y migración de las células germinales primordiales
Las células germinales primordiales se originan en el epiblasto durante la segunda semana. Llegan al saco vitelino en la cuarta semana y a la gónada indiferenciada en la quinta semana.
Ovogénesis
Proceso por el cual una ovogonia se transforma en un ovocito maduro. Comienza en el tercer mes de gestación y se interrumpe cuando las células germinales alcanzan la profase I, antes del octavo mes de desarrollo. La meiosis queda detenida en la fase hasta la pubertad. El número total de ovocitos al momento del nacimiento fluctúa entre 600,000 y 800,000. Durante la niñez, la mayor parte de ellos se vuelve atrésico, y solo aproximadamente 40,000 están presentes al comenzar la pubertad, de los cuales menos de 500 se ovularán, uno cada mes hasta la etapa de la menopausia.
Maduración de los ovocitos
Reanudación de la meiosis I y detención de la meiosis II (metafase). Crecimiento del ovocito. Síntesis y reserva de ARNm, ARNt, proteínas, ribosomas, aumento de tamaño. Síntesis de gránulos corticales y zona pelúcida. Culminación de la meiosis II (fecundación).
Zona pelúcida
Es una capa de glucoproteínas formada por distintas proteínas denominadas ZP1, ZP2 y ZP3. ZP3 es la que va a contactar con el espermatozoide y posee receptores específicos ubicados en la cabeza del espermatozoide. La cadena peptídica actúa rápidamente para provocar la reacción acrosómica. Tiene funciones de bloqueo de la poliespermia, protección al ovocito, mantenimiento de los blastómeros juntos durante la segmentación, protección antigénica y prevención de embarazos ectópicos.
Espermatogénesis
Proceso que ocurre en los túbulos seminíferos de los testículos, mediante el cual las espermatogonias se transforman en espermatozoides maduros. Se inicia en la pubertad y continúa toda la vida adulta del varón. Implica dos meiosis consecutivas, dando como resultado cuatro células haploides.
Maduración de los espermatozoides
Condensación nuclear. Pérdida de gran parte del citoplasma. Alargamiento de la espermátida. Formación del acrosoma (vesícula del aparato de Golgi, se dispone sobre el núcleo del espermatozoide).
Gametogénesis
Gametogénesis femenina (Ovogénesis)
Se inicia con la formación de las células germinales primordiales, las cuales migran desde el saco vitelino hasta las gónadas en desarrollo durante la cuarta y quinta semana. El proceso de ovogénesis ocurre en los ovarios. Inicia en la vida prenatal, cuando las ovogonias se transforman en ovocitos primarios al rodearse de las células foliculares, formando un folículo primordial y posteriormente un folículo primario. El desarrollo se reanuda en la pubertad, cuando en periodos cíclicos de 28 a 30 días, varios folículos entran en maduración con su correspondiente ovocito, dando lugar a un folículo secundario y un ovocito secundario. Finalmente, el folículo se transforma en un folículo terciario maduro que, aproximadamente a los 14 días del ciclo, libera al ovocito, el cual es capturado por las fimbrias de las trompas de Falopio y transportado a su interior. El folículo vacío se transforma en el cuerpo lúteo y finalmente en el cuerpo albicans.
Gametogénesis masculina (Espermatogénesis)
Ocurre en los túbulos seminíferos de los testículos, a partir de la pubertad y durante toda la vida del individuo. Las espermatogonias primitivas se dividen múltiples veces por mitosis hasta dar lugar a los espermatocitos primarios. A partir de los espermatocitos primarios y por la primera división meiótica se forman los espermatocitos secundarios. Los espermatocitos secundarios experimentan la segunda división meiótica y dan origen a las espermátidas. Las espermátidas se transforman en espermatozoides por el proceso de espermiogénesis.
Fecundación
La fecundación ocurre cuando el espermatozoide capacitado llega al tracto genital femenino.
