División Celular: Un Proceso Fundamental

Se denomina división celular al proceso por el cual una célula se divide en dos células hijas, que terminarán dividiéndose a su vez. Los objetivos de la división celular en un organismo unicelular es originar un nuevo individuo, pero en los organismos pluricelulares son tres:

• Crecimiento del cuerpo
• Renovación de las células
• Reparación de tejidos

De hecho, nuestro organismo produce millones de nuevas células cada segundo para sustituir a las que mueren. A la hora de dividirse, la célula madre ha de repartir todo “su material” entre las células hijas; este proceso no tiene por qué ser preciso en cuanto al citoplasma y orgánulos, pero ha de ser extraordinariamente riguroso en el reparto del material genético. El ciclo celular es el periodo comprendido desde la formación de la célula hasta que ella también se divide en dos células hijas. Se compone de dos etapas: una larga denominada interfase y otra mucho más corta o división celular. Hay algunos tipos de células, como las células musculares y las neuronas, que no se dividen.

Interfase: Preparación para la División

Es una etapa de crecimiento y gran actividad metabólica durante la cual la membrana nuclear permanece intacta. Se distinguen tres sub-etapas:

• G1 (GAP 1): síntesis de proteínas, aumento del volumen del citoplasma, mayor tamaño y cantidad de orgánulos. Las células que no se dividen se detienen en esta fase.
• Fase S (o de síntesis): duplicación del ADN (replicación) y duplicación de los centriolos.
• G2 (GAP 2): generación de nuevos orgánulos y preparación de la célula para la división.

División Celular (Fase M)

Se denomina fase M, ocupa poco tiempo dentro del ciclo vital de la célula y comprende dos procesos:

• Mitosis: es la división del núcleo y reparto de cromosomas entre las células hijas.
• Citocinesis: es la división del citoplasma, reparto de orgánulos y separación de las dos células hijas.

Cada célula debe heredar exactamente la misma información que la célula madre posee. Por tanto vamos a centrarnos, en un primer momento, en el núcleo.

Cromatina y Cromosomas: El Material Genético

El ADN porta la información hereditaria; son “los planos” en los que se indica cómo construir proteínas. El ácido desoxirribonucleico está acompañado de histonas, unas proteínas que lo protegen. La cromatina es el conjunto del ADN y las histonas. Está fuertemente plegada y compactada, pero todavía admite un mayor nivel de empaquetamiento. La mayor parte de la vida celular, la cromatina está repartida por el núcleo y no es posible diferenciar sus distintas “secciones”. En la división del núcleo, la cromatina se condensa aún más, adquiriendo su compactación máxima; en este estado podemos apreciar los diferentes “capítulos” del ADN, los cromosomas. Dado que el núcleo va a ser dividido en dos y que a las células hijas les ha de corresponder la misma información, previa a la división, debe ocurrir la duplicación del ADN (replicación). Cuando vemos los cromosomas en la división nuclear o mitosis, éstos ya están duplicados. Se observan dos partes unidas por una zona central. Son las cromátidas hermanas, idénticas entre sí y unidas por el centrómero.

Centrómero Cromátidas hermanas

En este momento debemos diferenciar los dos tipos de células que hay en nuestro organismo, en cuanto al número de cromosomas:

Células Haploides y Diploides

Una célula es haploide cuando sólo tiene un juego de cromosomas; es decir, cuando nada más que tiene “una vez información” sobre cada proteína. Son haploides los gametos: óvulos y espermatozoides. El número de cromosomas se representa con la letra n. En la especie humana n = 23. Cuando un espermatozoide y un óvulo fusionan sus núcleos se origina el cigoto, que será 2n, al sumar n + n = 2n = 46.

Decimos que es una célula diploide; tiene el doble de información, de tal forma que tiene “dos veces información” sobre cada proteína. Para una proteína en concreto, el espermatozoide tenía una información y el óvulo poseía la suya; información que podía ser o no la misma. La célula resultante tendrá la suma de la información que cada uno de los gametos tenía para dicha proteína. La célula diploide dispone de dos juegos de cromosomas. Por eso hablamos de pares de cromosomas. Los cromosomas de cada par son cromosomas homólogos: contienen información sobre las mismas cosas, pero no necesariamente la misma información. En cada par de cromosomas, uno de los cromosomas es paterno y el otro materno. De los 23 pares, 22 son autosomas y 1 par son cromosomas sexuales pues determinan el sexo. Si colocamos en parejas de homólogos a todos los cromosomas, empezando por los autosomas más grandes de arriba abajo y de izquierda a derecha y acabando por los más pequeños y en último lugar situamos los cromosomas sexuales, tendremos el cariotipo representado. Si hablamos de células diploides y haploides conviene tener en cuenta la siguiente tabla: se indica la notación y la cantidad de ADN aproximada en células humanas y el número de cromátidas que posee cada uno.

División del Núcleo: Mitosis

Se denomina mitosis a la división del núcleo celular y la distribución de los cromosomas entre las dos células hijas, de forma que ambas reciban idéntico número de cromosomas. Casi todos los tipos de células animales se dividen por mitosis, mientras que en las células vegetales sólo tiene lugar en determinados tejidos llamados meristemos, compuestos por células no diferenciadas precursoras de los demás tipos de células vegetales. Aunque los sucesos que tienen lugar en la mitosis se desarrollan de forma continua, se ha dividido para su estudio en una serie de fases: profase, prometafase o profase tardía, metafase, anafase y telofase.

Fases de la Mitosis

• Profase: se inicia cuando la cromatina se condensa para formar los cromosomas. En el citoplasma, los microtúbulos se reorganizan para formar el huso mitótico, una estructura encargada de mover los cromosomas, que poco a poco se hacen más cortos y gruesos. En las células animales, la organización del huso la realizan los dos pares de centriolos (duplicados durante la interfase), que comienzan a separarse. El nucléolo se deshace durante la profase y no volverá a reorganizarse hasta la telofase.
• Prometafase: se caracteriza por el comienzo de la desaparición de la membrana nuclear, máxima condensación de los cromosomas en los que se hacen visibles las dos cromátidas unidas por el centrómero. Los centriolos ya están en polos opuestos de la célula y el huso está casi formado.
• Metafase: la rotura de la envoltura nuclear permite que algunos microtúbulos del huso se unan a los centrómero. El huso se alarga hasta llegar a ocupar la célula de un polo a otro y mueve los cromosomas por medio de los microtúbulos hasta situarlos en un plano ecuatorial, perpendicular al huso.
• Anafase: las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y se dirigen hacia los polos cuando los microtúbulos unidos a ellas se acortan arrastrando con ellos a las cromátidas. Al mismo tiempo se produce un alargamiento de la célula.
• Telofase: las cromátidas llegan hasta los polos de la célula, convertidas ya en los cromosomas simples de las futuras células hijas, y poco a poco comienzan a descondensarse para formar nuevamente la cromatina. Aparece de nuevo el nucléolo y se reorganizan las envolturas nucleares, una alrededor de cada grupo de cromosomas, para formar los dos núcleos hijos. Desaparece el huso mitótico.

Citocinesis

En las células animales, la división del citoplasma se produce por medio de un surco de división formado por microfilamentos que estrangula a la célula, mientras que, en las células vegetales, debido a la rigidez de la pared celular, se produce por acumulación de vesículas del aparato de Golgi entre las dos células hijas, formando un tabique llamado fragmoplasto. Durante la citocinesis, los orgánulos y el citoplasma se reparten entre las dos células hijas.

Meiosis: La División Reduccional

La reproducción sexual se basa en la fusión de los núcleos de dos células, los gametos (óvulo y espermatozoide), en el proceso de la fecundación. Los gametos son un tipo especial de células denominadas haploides porque tienen la mitad de cromosomas. Los gametos se originan mediante la meiosis, un tipo especial de división celular, que hace que el número de cromosomas se reduzca a la mitad. La meiosis consta de dos divisiones celulares sucesivas: en la primera de ellas, el número de cromosomas diploide (2n) se reduce a la mitad, de tal forma que las células hijas sólo tienen un número de cromosomas haploide (n). Ésta es una división reduccional (meiosis I). Antes de separar los cromosomas homólogos para siempre, la meiosis produce un intercambio genético entre ellos que es la fuente de la variabilidad genética. A continuación de la meiosis I se produce una mitosis normal o división ecuacional (meiosis II). Estas dos divisiones celulares constituyen la meiosis, que produce 4 células que sólo tienen uno de los cromosomas de cada par de homólogos, es decir, la mitad de los cromosomas de la célula original. Cada una de estas divisiones tiene las mismas fases que una mitosis.

Primera División Meiótica (Reduccional)

En esta división se reduce el número de cromosomas a la mitad gracias a una serie de sucesos excepcionales que se desarrollan en la profase.

• Profase I: Los cromosomas homólogos, cada uno de ellos con dos cromátidas debido a la replicación que tuvo lugar en la interfase anterior, se unen entre sí fuertemente y en toda su longitud a medida que se condensan formando tétradas. En ese proceso de unión se produce el entrecruzamiento, un intercambio de fragmentos de igual tamaño entre las cromátidas de ambos cromosomas que sucede en unos puntos llamados quiasmas. En el citoplasma se forma el huso, igual que ocurre en la profase mitótica. En último lugar, se rompe la envoltura nuclear y los microtúbulos del huso se unen a los centrómeros de los cromosomas que siguen permaneciendo unidos.
• Metafase I: Los pares de cromosomas homólogos unidos ocupan el plano ecuatorial de la célula.
• Anafase I: Los microtúbulos que están unidos a los centrómeros se acortan y tiran de los cromosomas hacia los polos. Los dos miembros de cada par de cromosomas homólogos se separan e irán cada uno hacia un polo: aquí está la reducción.
• Telofase I: Se forman los dos núcleos hijos de modo semejante a como sucede en la mitosis.
• Citocinesis I: Al finalizar la primera división suele ocurrir la división del citoplasma, que da lugar a dos células con la mitad del número de cromosomas dobles (cada uno con dos cromátidas).

Segunda División Meiótica (Ecuacional)

Las dos células resultantes inician una división por mitosis (con sus 4 fases) tras una breve interfase en la que no hay duplicación del ADN, puesto que cada cromosoma ya es doble. El resultado final es la formación de cuatro células haploides genéticamente diferentes (variabilidad).

Significado de la Meiosis

La meiosis es absolutamente necesaria para mantener constante el número de cromosomas en las especies de reproducción sexual. La meiosis debe tener lugar necesariamente en algún momento del ciclo biológico de las especies que se reproducen sexualmente, para evitar la duplicación cromosómica que se produciría como consecuencia de la unión de los núcleos de los gametos durante la fecundación.

Gametogénesis: Formación de Gametos

En los seres humanos, al igual que en el resto de los animales, los gametos se forman en las gónadas (ovarios y testículos) donde las células madres de los gametos, que poseen la misma dotación cromosómica que cualquier otra célula del organismo, se dividen por meiosis para formar gametos (óvulos y espermatozoides) con la mitad del número de cromosomas. La formación de espermatozoides o espermatogénesis, es diferente de la ovogénesis o formación de óvulos:

• Espermatogénesis: en los tubos seminíferos de los testículos, se encuentran las células diploides precursoras de los espermatozoides que se llaman espermatogonias (2n). Tras la segunda división meiótica se forman cuatro espermátidas (n) que, tras un proceso de diferenciación celular, se transforman en cuatro espermatozoides (n). Los espermatozoides pueden llevar el cromosoma X o el Y.
• Ovogénesis: en los ovarios, se encuentran las células diploides precursoras de los óvulos que se llaman ovogonias (2n). Tras las dos divisiones meióticas se obtiene un único óvulo maduro (n) y tres corpúsculos polares (n) prácticamente sin citoplasma. Todos los óvulos llevan el cromosoma X.

Etiquetas: Ciclo celular, cromosomas, división celular, meiosis, mitosis