4. la reproducción celular
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Genética y reproducción celular
Elaborado por
Jairo Andrés Murcia
Biólogo
Imágenes tomadas de Google
y del libro Biología de Curtis
Para en tender la reproducción celular se deben estudiar los siguientes conceptos:
• ADN• GEN• CROMOSOMA• NUMERO HAPLOIDE• NUMERO DIPLOIDE• CICLO CELULAR• MITOSIS• MEIOSIS• REPRODUCCION SEXUAL Y ASEXUAL• Alelos• Alelo dominante• Alelo recesivo• Organismo homocigótico• Organismo heterocigótico• Epigenética
¿Qué es la genética?
Rama de la biología que estudia la herencia y todo lo relacionado con
ella.
Herencia: conjunto de caracteres que los seres vivos reciben de sus progenitores.
Los seres vivos transmiten su información genética
a sus progenitores
AL ADN es la macromolécula que contiene la información genética de los seres vivos en forma de un
código de 4 variables: adenina, guanina, citosina y timina, es decir, 4 bases nitrogenadas de los nucleótidos
que forman el ADN
En nuestra lengua, podemos escribir innumerables palabras, frases, libros… Para ello necesitamos las 28 letras del abecedario:
A B C D E F G H … H O L A
En el lenguaje genético, con cuatro “letras” se construyen innumerables genes
ATTCCGGATCCTAGGCTATA….. Gen color ojos, o una proteína
En el lenguaje informático, un archivo es una sucesión de ceros y unos
001010100010101011101000… Canción en formato mp3
Ordenando letras
construimos palabras
Las cuatro “letras del abecedario genético”
El ADN se transcribe a
letras: A, G, C y T
Los humanos poseen 3.200 millones de pares de bases nitrogenadas (A,G, C y T), es decir, 6.400 millones de bases nitrogenadas.
Una secuencia de ADN o de Un Gen
se transcribe como información de 4 letras G, C, T y A.
Información que codifica la proteína
hemoglobina (capta el oxígeno en glóbulos
rojos)hemoglobina
Proteínas :
Los humanos poseen 3.200 millones de pares de bases nitrogenadas (A,G, C y T), es decir, 6.400 millones de bases nitrogenadas.
Se calcula que dicha información genética codifica entre 250.000 y 300.000 proteínas distintas.
El Consorcio Internacional ha calculado que el genoma humano contiene 38.000 genes.
Algunas conclusiones del Proyecto Genoma Humano
Y ahora qué: el proyecto proteoma humano
Se necesita saber el funcionamiento y acción de cada proteína, cuya secuencia, plegamiento y doblamiento viene determinado por cada uno de los
genes determinados mediante el anterior Proyecto Genoma Humano.
ADN: Ácido desoxirribonucleico
El ADN es una molécula con forma de hélice que contiene lainformación genética de los seres vivos. Está formado porcuatro nucleótidos, compuestos por una base nitrogenada, unazúcar de desoxirribosa y un grupo fosfato. Los nucleótidos delADN están constituidos por dos clases de bases nitrogenadas:las purinas adenina (A) y guanina (G), y las pirimidinas citosina(C) y timina (T). Entre los individuos de una misma especie, elADN tiene igual proporción de A que de T, e igual proporción deG que de C.
P
BASES NITROGENADAS DEL ADN
Nucleótido
SIEMPRE LA ADENINA VA UNIDA
A LA TIMINA Y SIEMPRE LA
GUANINA VA UNIDA A LA CITOSINA POR MEDIO DE ENLACES
DE HIDRÓGENO
ADENINA
TIMINACITOSINA
GUANINAPurina
Purina
GuaninaGuanina
ESTRUCTURA DEL ADN
Hydrogen bonds: en español “enlaces de hidrógeno”. Por medio de estos
enlaces los nucleótidos se unen, siempre tiamina unido con
adenina y siempre guanina unido con citosina
¿Cómo se encuentra el ADN en las células procariotas (bacterias)?
En las células procariotas (bacterias) el ADN no se
encuentra asociado a histonas ni en estado de
cromatina, se presenta en forma de cromosoma
circular.
¿Cómo se encuentra el ADN en las células eucariotas?
En el núcleo de las células eucariotas el ADN se encuentra asociado a proteínas
llamadas histonas en dos estados:
1.Estado de Cromatina.
2.En forma de Cromosomas.
DE CROMATINA A CROMOSOMAS
NÚCLEO DE CÉLULAEUCARIOTA
Obsérvese que el ADN se encuentra
desordenado como espaguetis
revueltos, cuándo el ADN se encuentra en ésta forma se llama
CROMATINA
CROMATINA
La cromatina (ADN) se condensa, es decir, Se convierte en cromosomas claramente
diferenciados y separados unos de otros, el ADN se condensa en cromosomas con
Forma definida
El ADN se duplica antes de la división celular, durante la fase del ciclo celular llamada
“interfase”, específicamente durante la fase de la interfase llamada “fase S”.
1
2
P
DE CROMATINA A CROMOSOMAS
La cromatina (ADN) se condensa, es decir, Se convierte en cromosomas claramente
diferenciados y separados unos de otros, el ADN se condensa en cromosomas con
Forma definida
1
2
CROMATINA
Proteínas Histonas
OBSERVESE COMO SE ESTRUCTURA EL ADN EN EL CROMOSOMA
OBSERVESE COMO SE ESTRUCTURA EL ADN EN EL CROMOSOMA
Histonas: son proteínas
CROMOSOMA
Estructura formada por dos filamentos o cadenas de ADN iguales llamadas cromátidasunidas por una estructura llamada centromero. Cada cromátida es exactamente igual a laotra. Se forman cuando la célula de va ha dividir en dos células hijas; las cromátidas seseparan y cada una de ellas quedará en una de las células hijas.
CROMOSOMA CON DOS CROMATIDAS(CONDENSADO)
OBSERVESE LA ESTRUCTURA DE UN
CROMOSA EUCARIONTE: Cromátida(s) y
centrómero
P
CROMATINA: cromosomas revueltos
como espaguetis
Sin duplicarseDuplicados Sin Condensarse Duplicados y
Condensados
El ADN se duplica antes de la división celular, durante la fase del ciclo celular llamada “interfase”; específicamente durante la fase de la interfase
llamada “fase S”.
AL ADN se presenta en forma de cromosomas cuando la célula se dividirá en dos células hijas.
Los eres vivos poseen diferente número de cromosomas
NÚMERO HAPLOIDE (n) Y NÚMERO DIPLOIDE (2n) en los organismo de reproducción sexual
Un organismo se compone de células de dos tipos: células somáticas y células sexuales(desde el punto de vista de la reproducción sexual).
Las células sexuales (gametos) en el ser humano son los espermatozoides y los óvulos, y elresto de células son somáticas (del cuerpo), es decir, casi todas las células del ser humanoson somáticas y unas pocas son sexuales.
Cada organismo tiene un número característico de cromosomas; un gato tiene 38cromosomas (2n) en sus células somáticas y 19 cromosomas (n) en sus células sexuales. Unser humano tiene 46 cromosomas (2n) en sus células somáticas y 23 cromosomas (n) en sus
células sexuales. Nótese la designación (n) y (2n).
El número de cromosomas de los gametos (células sexuales) se conoce como
número haploide (“dotación simple (n)”).
El número de cromosomas de las células somáticas se conoce como número
diploide (“dotación doble (2n)”) y se encuentran en pares llamados
“cromosomas homólogos”.Cuando el espermatozoide (n) se une al óvulo (n) se forma el cigoto (2n)
P
CÉLULAS SOMÁTICAS CÉLULAS SEXUALES
Poseen DOTACION DOBLE DE CROMOSOMAS, EN PARES.
Son todas las células menos los gametos o células sexuales
Poseen DOTACION SIMPLE DE CROMOSOMAS.
Son los gametos o células sexuales
Se designa 2n Se designa n
Por ejemplo el ser humano tiene en sus células somáticas 46 cromosomas 2
pares de 23; 23 heredados del padre y 23 heredados de la madre.
Por ejemplo el ser humano tiene en sus células sexuales o GAMETOS
SOLAMENTE 23 cromosomas: 23 en los óvulos y 23 en los espermatozoides.
P
NÚMERO HAPLOIDE (n) Y NÚMERO DIPLOIDE (2n) en la células de los seres humanos
CROMOSOMAS HOMÓLOGOS
El cariotipo es un esquema, foto o dibujo de los cromosomas de una célula de una especie o organismo ordenados de acuerdo a su morfología.
Cariotipo de los seres humanos. Nótese que cada cromosoma tiene dos cromátidas.
Nótese que el cromosoma rojo es paterno y el cromosoma verde es materno, cada
uno es un cromosoma homólogo, es decir, ambos son cromosomas homólogos. Los seres humanos tenemos en cada una
de nuestras células somáticas 22 pares de cromosomas homólogos y un par de
cromosomas sexuales.
Los cromosoma homólogos son cada uno de los pares de cromosomas que existen dentro de las células somáticas (2n) de un organismo, suelen tener igual disposición de secuencia de ADN de un extremo a otro y,
por ello, de genes, lo cual no significa que lleven la misma información genética. En el ser humano hay 22 pares de cromosomas homólogos llamados autosomas y un par de cromosomas homólogos sexuales.
P
Cromosoma homologo: en las células diploides los cromosomas se organizan en pares, esdecir, cada uno del par es un cromosoma equivalente al otro, uno se hereda del padre y el otrode la madre y son equivalentes (“casi iguales”). En las células somáticas (diploides, 2n) de losseres humanos encontramos 46 cromosomas, es decir 22 pares de cromosomas homólogos(AUTOSOMAS) y un par de cromosomas sexuales. En resumen un “cromosoma homólogo” escada uno de los pares de cromosomas que existen dentro de las células eucariotas diploides.
Nótese que cada uno del par de cromosomas
es un “cromosoma homólogo”. Cada uno
de ellos tiene dos cromátidas, es decir, el
ADN está duplicado.
Cromosoma paterno + cromosoma materno = par de “cromosomas homólogos”
CROMOSOMAS HOMÓLOGOS
CROMOSOMAS DE UNA MUJERO CAREOTIPO DE UNA MUJER
CROMOSOMAS DE UN HOMBREO CAREOTIPO DE UN HOMBRE
En el ser humano hay 22 pares de cromosomas homólogos y un par de cromosomas sexuales.
Par de cromosoma sexuales en una mujer “XX”
Par de cromosomas sexuales en un hombre “XY”
CÉLULAS EN DIVISIÓN. OBSERVE LOS CROMOSOMAS EN DIFERENTES ETAPAS
CROMOSOMA DE BACTERIAS
CROMOSOMAS HUMANOS
NOTICIAS SOBRE GENES DESCUBIERTOS
NOTICIAS SOBRE GENES DESCUBIERTOS
NOTICIAS SOBRE GENES DESCUBIERTOS
Los cromosomas son las estructuras que contienen los genes.
CROMOSOMA CON DOS CROMATIDAS(CONDENSADO)
P
Los cromosomas pueden compararse con una memoria USB o un CD, es decir, son el dispositivo o soporte físico donde se guarda la información.
Los datos o archivos (la información), podrían compararse con los genes.
Al igual que en un CD o lápiz de memoria caben muchos datos, en los cromosomas hay muchísima información (se calcula que hay unos 30.000 genes en la especie humana).
No puede haber datos si no hay un soporte físico.
No puede haber genes si no hay ADN.
El ADN (cromosomas) es el
soporte físico de los genes.
Shakira.mp3 ……………… Gen responsable del color de ojos
Bisbal.mp3 ……………… Gen responsable del color del pelo
Foto001.jpg ……………... Gen responsable de la forma de la oreja
Cromosoma
A.D.N.
Archivos Genes
Comparación:
CROMOSOMAS : Es la estructura que lleva los genes.
GEN
Definición 1: Un gen es un fragmento cortode ADN que lleva la información para uncarácter hereditario (rasgo). La suma totalde todos los genes presentes en unindividuo se denomina GENOTIPO.
Definición 2: Un gen es un segmento cortode ADN, que contiene la información paracodificar una proteína específica. Hayaproximadamente 38.000 genes en cadacélula del cuerpo humano y la combinaciónde todos los genes constituye el materialhereditario para el cuerpo humano y susfunciones. La totalidad del materialgenético (ADN) de una célula o individuo sedenomina GENOMA.
P
ESTRUCTURA MOLECULAR DEL GEN
Hay dos tipos de alelos:
Alelo dominante: se indica con una letra mayúscula, por ejemplo: RAlelo recesivo: se indica con una letra minúscula, por ejemplo: r
Organismos Homocigóticos: Células diploides que tienen dos alelos iguales de un gen determinado. Ejemplo: RR o rr
Organismos Heterocigóticos: Células diploides que tienen dos alelos distintos. Ejemplo: Rr
ALELO: cada una de las formas alternativas de un gen que ocupa lamisma posición en cada cromosoma del par de cromosomas homólogos.
P
ALELO: cada una de las formas alternativas de un gen que ocupa lamisma posición en cada cromosoma del par de cromosomas homólogos.
Alelo A GEN PARA EL COLOR DE LOS OJOS DOMINANTE (A)
Alelo a GEN PARA EL COLOR DE LOS OJOS RECESIVO (a)
Los dos alelos: “A” y “a” son el mismo gen QUE DETERMINA EL COLOR DE LOS OJOS, es decir, el mismo gen con dos posibilidades. Nótese que el gen se localiza en la misma parte de los dos cromosomas homólogos.
Notese que cada cromosoma tiene doscromátidas, es decir cada cromatida es igual a laotra (ADN DUPLICADO).
GEN GEN
P
En un ser humano adulto hay aproximadamente 100 trillones de células, cada segundo se generan 25 millones de células, cada 24 horas se generan 2 billones de células.
1. Interfase
2. Mitosis
Fases de la mitosis
ProfaseMetafaseAnafaseTelofase
3. Citocinesis
La célula crece, se duplica el ADN en el núcleo y se duplican los organelos
celulares.
En el núcleo el ADN duplicado se divide en partes iguales y se genera 2 núcleos
iguales al progenitor
CICLO CELULAR EN CÉLULAS EUCARIOTAS
La célula se divide en dos.
Nota: Las bacterias se dividen en dos bacterias hijas idénticas por medio de un proceso
llamado «Fisión Binaria».Duplicación del ADN, separación de dicho ADN en partes iguales y Citocinesis.
CICLO CELULAR: la vida de una célula
El ciclo celular es la sucesión de fases de crecimiento y división que ocurren en la vida de una
célula. Dicho ciclo consta de tres fases: interfase, mitosis y citocinesis.
Inte
rfas
e
2
3
1
La mitosis (cariocinesis o división del núcleo) y la citocinesis (división del citoplasma), ocurren después
de completarse las tres fases preparatorias de la interfase: fases
G1, S y G2.
La interfase abarca tres etapas: G1, S y G2. Durante G1, la célula
crece y se duplican las organelas; en las células animales, los
centríolos empiezan a duplicarse. En la etapa S se duplican el DNA y
sus proteínas asociadas. En G2
comienzan a ensamblarse las estructuras relacionadas con la
división celular, los cromosomas se condensan y los centríolos
terminan de duplicarse.
P
CICLO CELULAR: la vida de una célula
1. Interfase (3 Fases)
- Fase G1 : la célula crece y se duplican las organelas.
- Fase S : se duplica el DNA y sus proteínas asociadas.
- Fase G2 : comienzan a ensamblarse las estructuras relacionadas con la división celular, los cromosomas se condensan y los centríolos terminan de duplicarse.
2. Mitosis o división del núcleo (Cada nuevo núcleo posee la misma
cantidad de cromosomas)
3. Citocinesis o división del citoplasma
Las células presentan un ciclo denominado “ciclo celular” que se divide en tresfases: interfase (dividida en tres fases), mitosis y citocinesis. Si la célula muere
se dice que la célula llego al estado de apoptosis.
P
Citocinesis: la división del citoplasma
La citocinesis divide a la célula madre en dos células hijas iguales.Cada una de ellas recibe un juego completo de cromosomas yalrededor de la mitad del citoplasma, las organelas y lasmacromoléculas de la célula madre.
CICLO CELULAR: la vida de una célulaP
Mitosis: la división del núcleo
La mitosis es una división del material genético previamente duplicado
caracterizada por la formación de dos núcleos hijos idénticos entre sí.Comienza con la interfase (replicación de los cromosomas, ADN) continuandocon cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase. SE OBTIENEN DOSCELULAS IGUALES A LA PROGENITORA, ES DECIR, CON EL MISMO NÚMERO DE
CROMOSOMAS. Al comienzo de la mitosis, cada cromosoma está
formado por dos cromátidas hermanas y se encuentra totalmente condensado.El huso acromático se forma (redes de fibras) y se pegan a los centrómeros delos cromosomas. Las fibras del huso separan las cromátidas hermanas, que sonconducidas a polos opuestos de la célula.
Resumen Mitosis
P
Interfase
Citocinesis
Antes de la Mitosis: el ADN se duplica
ADN duplicadoCromosomas
con dos cromatidas
Mitosis: la división del núcleo
En la mitosis hay una sola división que corresponde a la separación delas cromátidas de cada cromosoma y se forman dos núcleos iguales
Separación de cromátidas
Alineación de cromosomas
Después de la Mitosis la célula de divide (citocinesis)
Fin de laMitosis
Finalmente se originan dos células diploides
(2n)
Ciclo Celular y Mitosis: la división del núcleo
Mitosis de una célula vegetal
Nótese que en la Telofase ocurre la división de las
células: citocinesis.
Meiosis: división de cromosomas. De Célula diploide a Células haploides (De 2n a n)
Es un proceso de división celular en el cual una célula diploide (2n)experimenta dos divisiones sucesivas, con la capacidad de generarcuatro células haploides (n).
Visión general de la meiosis. Enla interfase se duplica elmaterial genético. En meiosis Ilos cromosomas homólogos sereparten en dos células hijas yse produce el fenómeno deentrecruzamiento. En meiosis II,al igual que en una mitosis, cadacromátida migra hacia un polo.El resultado son 4 células hijashaploides (n).
En los seres humanos una célula somática (2n) por el proceso de la meiosis, genera 4 células haploides (n) , es decir las células sexuales: óvulos o espermatozoides.
(2n)(n)
(n)
(n)
(n)
Entrecruzamiento
P
Meiosis: división de cromosomasLa meiosis se divide en dos fases “meiosis I” y “meiosis II”. Y cada una de estas fases se divide en: profase, metafase, anafase y telofase como en la mitosis.
Al comienzo de la meiosis I, los cromosomas homólogos se aparean y se produce el
entrecruzamiento: un fragmento de cromátida de un homólogo se intercambia
con un fragmento de cromátida del otro. Durante la meiosis II, las cromátidas de cadahomólogo se distribuyen al azar entre las células hijas.
1
43
2
Acercamiento
Cromosomas entrecruzados
Intercambio defragmentos de
cromátida
P
Meiosis: el ADN está duplicado, cada cromosoma tiene dos cromátidas
Los cromosomas homólogos se entrecruzan o aparean
Meiosis: en la primera división las cromosomas homólogos se separan
Los cromosomas homólogos se separan
Los cromosomas homólogos se alinean en pares
Meiosis: en la segunda división las cromátidas de los cromosomas se separan
Los cromátidas de los cromosomas se separan
Finalmente se originan cuatro células haploides (n)
Los cromosomas homólogos se separan
Los cromosomas se alinean
COMPARACIÓN DE LA MITOSIS Y LA MEIOSIS EN UNA CÉLULA CON SEIS CROMOSOMAS.
La célula diploide (2n) tiene seis
cromosomas, es decir 2n=6.
Obsérvese el resultado final de
cromosomas, en la mitosis cada una las
dos células resultantes tienen el mismo
número de cromosomas (6) y en la meiosis cada una de las cuatro células resultantes tienen
solamente la mitad (3)
DIFERENCIAS ENTRE LA MITOSIS Y MEIOSIS
Reproducción sexual y asexual
Reproducción asexual: cualquier procesoreproductor, como la gemación o la división de unacélula o de un organismo en dos o más partes
aproximadamente iguales, en el que nointerviene la unión de gametos. No debeconfundirse con la regeneración.
La reproducción sexual: reproducción en laque interviene la producción de gametos y lafecundación.
Gametos: célula reproductora
haploide, por ejemplo el espermatozoide o el
óvulo son gametos.
P
NÚMERO HAPLOIDE (n) Y NÚMERO DIPLOIDE (2n) en la células de los seres humanos
CELULAS SEXUALES EN UNA MUJER: ÓVULOS (n)
Por medio del proceso de la ovogénesis la célula somática “Oogonio” (2n) genera
células sexuales ( gametos) llamadas óvulos (n).
CELULAS SEXUALES EN UN HOMBRE: ESPERMATOZOIDES (n)
Por medio del proceso de la espermatogénesis la célula somática
“espermatogonio” (2n) genera células sexuales (gametos) llamadas
espermatozoides (n)
ESPERMATOGÉNESIS Y OVOGÉNESIS
UNION DE GAMETOS O CELULAS SEXUALES (n) por medio de la FECUNDACIÓN
+
(2n)
(n)Óvulo
Espermatozoide
El espermatozoide (n) fecunda el óvulo (n) y se genera el cigoto (2n).
(n)
La mitosis y la meiosis: procesos similares pero diferentes
• En la meiosis, cada núcleo diploide se divide dosveces, pero los cromosomas se duplican una sola. En lamitosis, en cambio, cada división es precedida por unaduplicación cromosómica.
• Durante la meiosis, los cromosomas homólogos seaparean, se entrecruzan y se segregan al azar. Nada de estoocurre durante la mitosis.
• La mitosis ocurre en células haploides y diploides; lameiosis, sólo en diploides.
El genotipo, el conjunto de genes de un organismo, se encuentra en cada cromosoma.
El fenotipo, En un organismo, es la manifestación externa de un conjunto de caracteres orasgos heredados que dependen tanto de los genes como del ambiente:en Suecia, el fenotipo de color de pelo más común es el rubio.
Genoma, la totalidad del material genético de una célula o individuo. ADN del núcleomas el ADN de las mitocondrias.
Epigenética, con el término epigenética se designa a la rama de la biología que estudiatodos aquellos factores no genéticos que afectan o intervienen en el desarrollo de unorganismo. Es decir, factores como la dieta o la felicidad, y agentes ambientales como lacontaminación o la climatología, actúan sobre los genes e influyen en su funcionamiento.Así, los clones, aunque poseen los mismos genes inicialmente, van diferenciándose comoconsecuencia de las alteraciones en la replicación de su ADN, motivadas por factoresexternos. Los factores externos pueden silenciar o activar genes.
Otros conceptos
Los cromosomas se encuentran en las células eucariotas en dos formas: con una cromátida o con dos cromátidas o duplicados.
Cariotipo de los seres humanos. Nótese que los cromosomas tienen una cromátida
Cariotipo de los seres humanos. Nótese que cada cromosoma tiene dos cromátidas
CROMATINA: cromosomas revueltos
como espaguetis