El ciclo celular
El ciclo celular es la secuencia de sucesos con la que una célula copia su genoma, fabrica el resto de sus componentes y se divide en dos células hijas. El ADN se copia solo en una fase, pero el crecimiento de la célula continúa todo el tiempo. Una célula humana típica en cultivo se divide más o menos cada 24 horas; la levadura tarda unos 90 minutos.
Dos fases principales
- Interfase (cerca del 95 % del tiempo): la célula se prepara. No es una etapa de descanso.
- G1 (intervalo 1): la célula está activa y crece, pero no copia el ADN.
- S (síntesis): se copia el ADN. Si el ADN inicial es 2C, pasa a 4C, pero el número de cromosomas no cambia (2n sigue siendo 2n). En las células animales también se duplica el centriolo.
- G2 (intervalo 2): se fabrican las proteínas necesarias para la mitosis y el crecimiento continúa.
- Fase M (mitosis, alrededor de 1 hora en una célula humana): cariocinesis (se divide el núcleo) seguida de citocinesis (se divide el citoplasma).
G0: la etapa de reposo
Algunas células dejan de dividirse (por ejemplo, las del corazón en los adultos) y salen de G1 para entrar en G0. Siguen vivas y hacen su trabajo, pero no se dividen salvo que haga falta. En los animales, la mitosis ocurre solo en las células del cuerpo (somáticas) diploides, pero las plantas pueden dividirse por mitosis tanto en células haploides como diploides.
Mitosis: la división ecuacional
En la mitosis, el número de cromosomas de las células hijas es igual al de la célula madre, por eso se llama división ecuacional. Sus etapas son:
- Profase: la cromatina se condensa en cromosomas, cada uno con dos cromátidas unidas por el centrómero. El centrosoma, copiado en la interfase, se desplaza a los polos opuestos y emite fibras del huso (áster). Al final, el aparato de Golgi, el retículo endoplasmático, el nucléolo y la envoltura nuclear dejan de verse.
- Metafase: la envoltura nuclear ha desaparecido; los cromosomas están totalmente condensados, por lo que es la mejor etapa para estudiar su forma. Las fibras del huso se unen a los cinetocoros (pequeños discos en el centrómero). Todos los cromosomas se alinean en el ecuador: es la placa metafásica.
- Anafase: los centrómeros se dividen, las cromátidas se separan y se mueven hacia polos opuestos, con el centrómero por delante y los brazos detrás.
- Telofase: los cromosomas llegan a los polos y se descondensan en cromatina. Vuelven a formarse la envoltura nuclear, el nucléolo, el aparato de Golgi y el retículo endoplasmático.
Citocinesis
En las células animales aparece un surco en la membrana que se hace más profundo hasta que la célula se estrangula en dos. En las células vegetales la pared no puede estrangularse, así que se forma una placa celular en el centro que crece hacia las paredes laterales; después se convierte en la lámina media. Los orgánulos, como las mitocondrias y los plastos, se reparten entre las dos células. Cuando la cariocinesis no va seguida de citocinesis, se forma una célula con varios núcleos: un sincitio, por ejemplo el endospermo líquido del coco.
Meiosis: la división reduccional
La meiosis ocurre en células diploides que formarán gametos (o esporas en las plantas). Tiene dos divisiones (meiosis I y II) pero una sola copia del ADN. Resultado: cuatro células haploides (n).
Meiosis I
- Profase I (larga y compleja, con cinco subetapas):
- Leptoteno: los cromosomas se hacen visibles como hilos.
- Cigoteno: los cromosomas homólogos se emparejan (sinapsis) con ayuda del complejo sinaptonémico. Un par se llama bivalente o tétrada (4 cromátidas).
- Paquiteno: entrecruzamiento: las cromátidas no hermanas de los cromosomas homólogos intercambian trozos en los nódulos de recombinación. La enzima recombinasa ayuda en el proceso. Así se recombinan los genes.
- Diploteno: el complejo sinaptonémico se disuelve y los homólogos empiezan a separarse, salvo en unos puntos con forma de X llamados quiasmas. En los ovocitos de algunos vertebrados, el diploteno puede durar meses o años.
- Diacinesis: los quiasmas se terminalizan (se desplazan hacia los extremos); se forma el huso; el nucléolo y la envoltura nuclear desaparecen.
- Metafase I: los bivalentes se alinean en el ecuador.
- Anafase I: los cromosomas homólogos se separan y van a polos opuestos, mientras que las cromátidas hermanas siguen juntas en su centrómero.
- Telofase I: los núcleos pueden volver a formarse; la citocinesis da una díada de células. La breve pausa antes de la meiosis II es la intercinesis, sin copia de ADN.
Meiosis II
Muy parecida a la mitosis: profase II, metafase II (cromosomas en el ecuador), anafase II (los centrómeros se dividen y las cromátidas hermanas se separan), telofase II. Resultado: una tétrada de cuatro células haploides.
Mitosis frente a meiosis
| Mitosis | Meiosis |
|---|---|
| Una división | Dos divisiones |
| 2 células hijas | 4 células hijas |
| 2n → 2n (ecuacional) | 2n → n (reduccional en la meiosis I) |
| Sin emparejamiento ni entrecruzamiento | Sinapsis y entrecruzamiento en la profase I |
| Hijas idénticas a la célula madre | Hijas distintas (variación) |
| Células del cuerpo (somáticas) | Células que forman gametos o esporas |
Cromosomas y ADN a lo largo del ciclo
Regla: número de cromosomas = número de centrómeros. "C" es la cantidad de ADN de un juego haploide antes de copiarse.
| Etapa | Cromosomas | ADN |
|---|---|---|
| G1 | 2n | 2C |
| Después de S, G2, profase, metafase | 2n (cada uno con 2 cromátidas) | 4C |
| Anafase de la mitosis (toda la célula) | 4n (las cromátidas ya están separadas) | 4C |
| Cada hija tras la mitosis | 2n | 2C |
| Cada célula tras la meiosis I | n (cada uno con 2 cromátidas) | 2C |
| Cada célula tras la meiosis II | n | C |
Importancia de la mitosis y la meiosis
Mitosis
- Mantiene igual el número de cromosomas, así que todas las células del cuerpo tienen los mismos genes.
- Crecimiento de los organismos pluricelulares.
- Reparación de heridas y reposición de células, por ejemplo la capa superior de la piel, el revestimiento del intestino y las células de la sangre.
- Restablece la proporción entre núcleo y citoplasma cuando una célula se hace demasiado grande.
- En las plantas, la mitosis en los meristemos (cámbium apical y lateral) permite un crecimiento continuo.
- Reproducción asexual en muchos organismos.
Meiosis
- Mantiene constante el número de cromosomas de una generación a la siguiente: n (óvulo) + n (espermatozoide) = 2n (cigoto).
- Crea variación genética mediante el entrecruzamiento y la separación al azar de los pares de cromosomas, que es la materia prima de la evolución.
Pruébalo: cuenta cromosomas como un biólogo
Toma 4 trozos largos y 4 cortos de lana o de limpiapipas, en dos colores: uno para la "madre" y otro para el "padre". Cada pareja (uno largo rojo + uno largo azul) es un par homólogo, así que 2n = 4. Representa la mitosis: pega una copia junto a cada trozo (fase S), alinéalos, separa las copias y cuenta 4 en cada nueva "célula". Ahora representa la meiosis: empareja largo con largo y corto con corto, intercambia un trocito de lana (entrecruzamiento), separa los pares completos y vuelve a separar: cuenta 2 en cada una de las 4 células. Comprueba tu resultado con el control deslizante del paso 6 del 3D.
Fórmulas y definiciones clave
- Ciclo celular: G1 → S → G2 → M (interfase = G1 + S + G2)
- Fase S: ADN 2C → 4C; el número de cromosomas sigue siendo 2n
- Mitosis: PMAT – profase, metafase, anafase, telofase; 1 célula → 2 células, 2n → 2n
- Meiosis: 1 célula → 4 células, 2n → n; una copia de ADN, dos divisiones
- Profase I: leptoteno → cigoteno → paquiteno → diploteno → diacinesis
- Cromosomas = número de centrómeros; cromátidas = 2 × cromosomas después de S (hasta la anafase)
- Bivalente (tétrada) = 1 par homólogo = 2 cromosomas = 4 cromátidas
- Células obtenidas por mitosis a partir de 1 célula: N = 2^k tras k rondas
Ejemplos resueltos
1. Una célula vegetal tiene 2n = 16 en G1. Indica el número de cromosomas y la cantidad de ADN (toma el ADN de G1 = 2C) en (a) G2, (b) cada hija tras la mitosis.
(a) G2: el ADN ya se copió, así que 4C; los cromosomas siguen siendo 16 (cada uno con 2 cromátidas). (b) Cada hija: 16 cromosomas, 2C.
2. Una célula con 2n = 24 hace la meiosis. ¿Cuántos cromosomas hay en cada célula tras la meiosis I y tras la meiosis II?
La meiosis I reduce el número a la mitad: 12 (cada uno con 2 cromátidas). La meiosis II separa las cromátidas pero mantiene el número: 12 en cada una de las 4 células.
3. ¿Cuántos bivalentes se forman en la profase I de una célula humana (2n = 46)? ¿Cuántas cromátidas son?
Bivalentes = n = 23. Cada uno tiene 4 cromátidas, así que 23 × 4 = 92 cromátidas.
4. Una célula se divide por mitosis 5 veces seguidas (todas las hijas se dividen cada vez). ¿Cuántas células resultan?
Cada ronda duplica el número: 2⁵ = 32 células.
5. ¿Cuántas divisiones meióticas hacen falta para formar 100 granos de polen? (Cada meiosis da 4.)
100 ÷ 4 = 25 divisiones meióticas (25 meiocitos).
6. Un ciclo celular dura 24 horas. En una preparación de 100 células en división, 4 están en fase M. Estima cuánto dura la fase M.
La proporción de células en una fase ≈ la proporción del tiempo que dura: 4/100 × 24 h = 0.96 h ≈ 1 hora.
Errores comunes
- Llamar a la interfase "fase de reposo". La célula está muy ocupada creciendo y copiando su ADN; solo parece tranquila al microscopio.
- Creer que la fase S duplica el número de cromosomas. Duplica el ADN (2C → 4C); los cromosomas siguen siendo 2n porque el número de centrómeros no cambia.
- Decir que las cromátidas hermanas se separan en la anafase I. En la anafase I se separan los cromosomas homólogos; las cromátidas hermanas se separan en la anafase II (y en la anafase de la mitosis).
- Situar el entrecruzamiento en el cigoteno o en el diploteno. El emparejamiento ocurre en el cigoteno, el entrecruzamiento en el paquiteno y los quiasmas se ven en el diploteno.