niveles de organización bioticos definitivo

Barquisimeto, Noviembre 2012

UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL

LISANDRO ALVARADO

SISTEMA DE EDUCACION A DISTANCIA

DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD

DIRECCIÓN DE PROGRAMA DE MEDICINA

CURSO PREUNIVERSITARIO

NIVELES DE ORGANIZACION

BIOTICOS

CURSO PREUNIVERSITARIO DE MEDICINA

DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD.

Unidad I. Niveles de Organización Bióticos

Curso Preuniversitario. Biología Celular. Niveles de Organización, 2012. Chávez, A y Olivares, M,

2

Dra. Aura Chávez Zobel

Dra. María Elena Olivares

UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL

LISANDRO ALVARADO

SISTEMA DE EDUCACION A DISTANCIA

DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD

DIRECCIÓN DE PROGRAMA DE MEDICINA


1ra. PARTE

NIVELES DE ORGANIZAION

BIOTICOS


DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD.



3

TABLA DE CONTENIDOS

Página

INTRODUCCIÓN 4

OBJETIVOS 4

Objetivo General 4

Objetivos Específicos 4

Niveles de Organización……………………………………………………. 5

Átomos………………………………………………………………….. 6

Moléculas……………………………………………………………….. 6

Macromoléculas………………………………………………………… 6

Organelas……………………………………………………………….. 7

Tejidos………………………………………………………………….. 7

Órganos………………………………………………………………… 7

Sistemas………………………………………………………………… 7

Actividad Control 1……………………………………………………….. 9

Células Procariotas y Células Eucariotas……………………………... 10

Virus……...…………………………………………………………… 14

Prion…………………………………………………………………… 18

Plásmidos………………………….…………………………………… 20

Actividad Control 2………………………………………………………... 24

Reproducción Celular………………………………………………………. 25

Ciclo Celular…………………………………………………………… 26

Interfase………………………………………………………………. 27

Mitosis…………………………………………………………………. 29

Células germinales y somáticas…………………………………….. 29

Etapas de la Mitosis………………………………………………… 30

Actividad Control 3………………………………………………………… 39

Meiósis…………………………………………………………………. 40

Actividad Control 4………………………………………………………… 42

Bibliografía…………………………………………………………………. 43



4

INTRODUCCION

Al observar la materia viva se pueden distinguir varios grados de complejidad

estructural, que van desde el nivel subatómico hasta el sistémico en el cuerpo

humano. Cada uno de ellos representa un nivel jerárquico de complejidad que

proporciona propiedades específicas a la materia viva que no se encuentran en los

niveles inferiores.

En la presente unidad se analizarán los niveles de organización que van desde el

nivel atómico hasta el nivel celular, con énfasis en las diferencias y semejanzas entre

células eucariotas y procariotas.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Analizar los niveles de organización en los seres vivos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Establecer diferencias estructurales entre los niveles de organización de los seres

vivos.

2. Describir las diferencias y semejanzas entre células procariotas y eucariotas.

3. Describir las diferencias entre plásmidos y priones.

4. Describir las características estructurales de un virus.

5. Describir los pasos conducentes a la construcción de ADN recombinante.

6. Describir los tipos de división de las células humanas.

7. Establecer las diferencias y semejanzas entre mitosis y meiosis.



5

Niveles de Organización

Los niveles de organización de la materia viva representan sus diversos grados

de complejidad estructural y funcional. Estos niveles pueden definirse en una escala

de organización que va de menor a mayor complejidad. Tanto en los organismos

unicelulares como en los pluricelulares, podemos distinguir diversos niveles de

organización interna que influyen en su estructura y función. Para ambos tipos de

organismos su organización empieza a nivel químico y adquiere mayor complejidad a

nivel celular en el caso de los unicelulares y, a nivel sistémico en el caso del cuerpo

humano.

Las combinaciones de átomos forman agregados químicos más grandes,

denominados moléculas (Figura 1).

Figura 1. Modelo computacional de una molécula.

Las moléculas, a su vez, se combinan con frecuencia con otros átomos y moléculas,

formando moléculas más complejas denominadas macromoléculas. A menudo el

término macromolécula se refiere a las moléculas que pesan más de 10.000 Dalton de

masa atómica. Las macromoléculas pueden ser lineales o ramificadas (Figura 2).

Figura 2. Modelo computacional de una macromolécula.



6

Las moléculas que tienen capacidad de reconocerse y ensamblarse mediante

interacciones intermoleculares no-covalentes, tales como, puentes de hidrógeno,

fuerzas de Van der Waals y atracciones electrostáticas, forman por ensamblaje

estructuras poliméricas a un nivel supramolecular.

Macromoléculas biológicas, como las proteínas y ácidos nucleicos pueden

reconocer selectivamente a otras especies moleculares y formar complejos más

grandes, a un nivel supramolecular. En la Figura 3 se ilustra la organización de la

cromatina en nucleosomas (ADN y proteínas histonas)

Figura 3. Organización de la cromatina.

Diversos complejos supramoleculares se ensamblan para conformar compartimientos

dentro de la célula llamados organelos con funciones muy especializadas e

interrelacionadas para permitir la vida dentro de la célula. Las células similares o

relacionadas que funcionan de una manera particular o tienen una finalidad común se

agrupan en tejidos. Los cuatro tejidos básicos (epitelial, conectivo, muscular y

nervioso) que componen el cuerpo están ensamblados para formar órganos que, a su

vez, se agrupan en sistemas con funciones específicas. En la figura 4, se ejemplifica

parte del sistema muscular del cuerpo humano.



7

Figura 4- Sistema muscular humano.

Los organismos se aprovechan de la contracción de las células para permitir su

locomoción, constricción, bombeo y otros movimientos de propulsión. Las células

musculares, especializadas poseen la capacidad de contraerse. Además de los

músculos voluntarios o esqueléticos que tienen capacidad para contraerse cuando son

estimulados y están bajo control consciente, el sistema muscular también contiene

músculos lisos o involuntarios, y el músculo cardíaco. Los músculos no solo

producen movimientos (o mantienen la posición del cuerpo), sino también son

responsables de generar el calor necesario para mantener una temperatura central

constante.



8

NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN LOS SERES VIVOS

S

UB

CE

LU

LA

R

Nivel Componentes/Ejemplos Subatómico Protones, neutrones y electrones

Atómico Oxigeno, hidrógeno, carbono, nitrógeno, hierro y otros

Molecular Monosacáridos, Aminoácidos, Nucleótidos, plásmidos

Macromolecular Polisacáridos, Proteínas, Ácidos nucleicos, Lípidos

Supramolecular Citoesqueleto.

Membrana plasmática

Ribosomas.

Nucléolo

Glucoproteínas, Prión

Glicolípidos

Complejos multienzimáticos

Complejo enzima-sustrato

Virus

Cromatina, Nucleosomas Organelos Núcleo, Retículo Endoplasmático, Complejo de Golgi,

Lisosomas, Mitocondrias

CE

LU

LA

R

Célula Procariota Bacterias

Célula Eucariota Unicelular Protozoos

Levaduras

Célula Eucariota de

Mamíferos

Células que componen los diferentes tejidos, ejemplos:

adipocitos, hepatocitos, linfocitos, neuronas,

cardiomiocitos.

PL

UR

ICE

LU

LA

R Tisular Tejidos: Conectivo, Epitelial, Muscular, Nervioso,

Hematopoyético.

Orgánico Corazón, pulmones. estómago, hígado, intestino,

Sistémico

Circulatorio, linfoide, endocrino, respiratorio, digestivo,

urinario, reproductor y tegumentos.

Actividad Control 1: Tomando en consideración la lectura realizada y la tabla

anterior realiza un esquema de llave sobre los niveles de organización en los seres

vivos.



9

Características Estructurales de los Niveles Celular,

Macromolecular y Molecular

Células Procariotas y Células Eucariotas

Todas las células son procariotas o eucariotas. Las células procariotas y

eucariotas, comparten algunas características estructurales que las hacen semejantes,

así como también otras que las diferencian.

Las células procariotas constan de un único compartimiento cerrado rodeado

por la membrana plasmática, carecen de un núcleo definido y su organización interna

es sencilla cuando se comparan con las células eucariotas.

Las células procariotas sólo se encuentran entre las bacterias y las algas verde-

azules. Son organismos unicelulares que no poseen compartimientos rodeados por

membranas. Las bacterias son procariotas, no tienen compartimientos internos

rodeados por membranas, poseen un citoplasma organizado en el que se localizan

múltiples estructuras subcelulares (figura 5).

a. b.

b. Figura 5: Célula procariota: a. Esquema de una bacteria, b: Bacterias intestinales

A diferencia de los procariotas, las células eucariotas contienen un núcleo

definido rodeado por una envoltura membranosa y otros compartimientos internos,

los organelos, rodeados por membranas. La región de la célula que se extiende entre



10

la membrana plasmática y el núcleo es el citoplasma, compuesto del citosol (fase

acuosa) y los organelos.

Los protozoos, muchos de los cuales son parásitos para animales, están

constituidos por una sola célula en la que se distingue núcleo y citoplasma, (aunque

algunos presentan estadios multicelulares en su ciclo vital). El núcleo, por lo general

es único, pero en algunos casos pueden ser de mayor número. El núcleo está

delimitado por una envoltura nuclear. Los protozoos presentan ciertas

especializaciones como seudópodos, flagelos, cilios y vacuolas. Dentro de los

ciliados, el mejor conocido y más ampliamente distribuido es el Paramecium (Figura

6).

Figura 6. Paramecium

Entre otros protozoarios se encuentran las amibas, parásitos del hombre que se

localizan en el tubo digestivo, el plasmodium causante del paludismo y leihsmania

causante de la leishmaniasis.

A un nivel superior, las células eucariotas de los animales son más complejas.

Además del núcleo, poseen una variedad de organelos delimitados por membranas,



11

dentro del citoplasma. Estos organelos proporcionan diferentes compartimientos, con

funciones específicas (Figura 7).

A. B.

Figura 7. Esquema de una célula eucariota: A. Célula animal. B. Célula vegetal

Las similitudes entre las células procariotas y eucariotas son un reflejo de la

evolución de las células eucariotas a partir de ancestros procariotas. Ambos tipos de

células comparten un lenguaje genético idéntico, vías metabólicas comunes y varios

rasgos estructurales similares.

Ambos tipos de células pueden estar rodeados por una pared celular rígida, tal

es el caso de las plantas y las bacterias. Aunque las paredes celulares de procariotas y

eucariotas pueden tener funciones semejantes, existen diferencias en su composición

química.

En su interior, las células eucariotas son más complejas que las células

procariotas tanto en estructura como en función. Los dos tipos celulares contienen

una “región nuclear”, que aloja el material genético de la célula, rodeada de

citoplasma. En las células procariotas el material genético se encuentra en un

nucleoide, región no delimitada por membranas que se distingue del citoplasma.



12

Las células eucariotas poseen un núcleo, una región delimitada por una

estructura membranosa compleja denominada envoltura nuclear. Esta diferencia en la

estructura del núcleo es la base de los términos procariota (pro, antes; carion, núcleo)

y eucariota (eu, verdadero; carion, núcleo). En las células procariotas las cantidades

de ADN son relativamente más pequeñas, que las existentes en las células eucariotas.

En las células eucariotas existe un número determinado de cromosomas,

mientras que las células procariotas poseen un cromosoma circular único. En las

células eucariotas el ADN se encuentra asociado a proteínas, tipo histonas; por el

contrario, en las células procariotas el ADN no se asocia a estas proteínas.

En los dos tipos celulares el citoplasma es muy diferente. En el citoplasma de

las células eucariotas existe una diversidad de organelos limitados por membranas,

tales como, mitocondrias, retículo endoplásmico, complejo de Golgi, lisosomas,

endosomas y peroxisomas. En el citoplasma de las células procariotas no se observan

organelos membranosos, sin embargo, en las cianobacterias se proyectan hacia el

citoplasma, vesículas membranosas fotosintéticas.

Las células eucariotas poseen también estructuras intracelulares no delimitadas

por membranas, entre las cuales se encuentran los elementos del citoesqueleto que

son complejos supramoleculares que participan en la contractilidad celular,

movimiento y soporte. Hasta hace poco tiempo se pensaba que las células procariotas

no poseían citoesqueleto, pero ha sido encontrado en algunas bacterias filamentos de

citoesqueleto primitivo.

Las células procariotas y eucariotas contienen ribosomas que son complejos

supramoleculares no delimitadas por membranas. Los ribosomas procarióticos son

más pequeños que los eucarióticos y sus componentes estructurales son menos

numerosos que los de los ribosomas eucarióticos.

Las células eucariotas se dividen por mitosis, proceso mediante el cual los

cromosomas duplicados se condensan en estructuras compactas, que se separan por

medio de la participación del huso mitótico, lo que permite que cada célula hija reciba

un ordenamiento equivalente de material genético. En procariotas ese proceso de



13

condensación de los cromosomas no ocurre ni se forma el huso mitótico, el ADN se

duplica y las dos copias se separan de forma precisa.

En su mayoría los procariotas son organismos asexuados, puesto que contienen

un cromosoma único razón por lo que carecen de procesos comparables a la meiosis

de los organismos eucariotas, formación de gametos o fecundación verdadera.

En relación a las características comunes entre células procariotas y eucariotas

se puede mencionar:

-Estructura similar de la membrana plasmática.

-Mecanismos similares para la transcripción y traducción de la información genética.

- Rutas metabólicas similares.

-Mecanismo similar para conservar la energía química en forma de ATP, en

procariotas se ubica en la membrana plasmática y en eucariotas en la membrana

mitocondrial interna.

Virus

Los virus son parásitos intracelulares obligatorios, es decir, no pueden

reproducirse a menos que se encuentren dentro de una célula huésped que puede ser

una célula animal, vegetal o bacteriana. La estructura del virus comprende una

pequeña cantidad de material genético, que según el virus, puede ser ARN o ADN de

cadena simple o doble. El material genético del virus está rodeado por una cápsula

proteica o cápside, por lo general, constituida por un número específico de

subunidades. Muchos virus poseen una cápside donde las subunidades se organizan

en formas poliédricas. En virus animales, como el virus de la inmunodeficiencia

humana (HIV) causante del SIDA, la cápside proteica está rodeada por una cubierta

externa que contiene lípidos derivados de la membrana plasmática de la célula

huésped. Proteínas virales se integran a la bicapa lipídica derivada de la célula

huésped, antes de la gemación del virus (Figuras 8 y 9).

La interacción entre las proteínas virales y las del huésped, determina la

especificidad del virus. Por ejemplo la proteína que se proyecta desde la



14

superficie de la partícula de VIH interactúa con una proteína sobre la superficie del

linfocito, lo que facilita la entrada del virus al interior de la célula huésped.

Figura 8. Virus del VIH.

Figura 9. Visión microscópica del Virus VIH

Dentro de los virus de las bacterias el bacteriófago T, consta de una cabeza

poliédrica que contiene ADN, un tallo cilíndrico a través del cual inyecta ADN al

interior de las células bacterianas y una cola de fibras (Figura 10).



15

Figura 10. Bacteriófago T.

Se distinguen dos tipos de infección viral. En la mayor parte de los casos, el

virus detiene las actividades normales de síntesis en el huésped y reorienta a la célula

para emplear sus materiales disponibles en la elaboración de ácidos nucleicos y

proteínas virales, que se ensamblan para formar nuevos viriones. La célula infectada

se rompe (lisis) y libera una nueva generación de partículas virales, capaces de

infectar a las células vecinas. En otros casos, el virus intacto no provoca la muerte de

la célula huésped, introduce e integra su ADN al del cromosoma de la célula huésped.

El ADN viral integrado se denomina provirus y puede tener varios tipos de efectos

según el tipo de virus y la célula huésped. Por ejemplo el virus de la

inmunodeficiencia humana (HIV), produce una nueva progenie viral por gemación en

la superficie de la célula sin lisis de la célula infectada (figuras 11 y 12).



16

Figura 11. Gemación de virus del virus VIH



17

Figura 12. Ruta lítica y lisogénica viral

Prión

En 1982 Stanley B. Prusiner propuso el nombre de "prión" para el agente

causante de un grupo de enfermedades degenerativas del sistema nervioso central

caracterizadas por ser patologías crónicas y progresivas. En 1997, Prusiner fue

galardonado con el premio Nobel de fisiología y medicina por los trabajos llevados a

cabo para la identificación del agente infeccioso de las encefalopatías espongiformes

transmisibles. Estas enfermedades incluyen la encefalopatía espongiforme bovina y el

scrapie de las ovejas y cabras. El hombre se ve afectado más raramente que los

animales, tal es el caso de la enfermedad Creutzfeldt-Jakob que se caracteriza por

ataxia, demencia y parálisis. La forma infecciosa se observó por primera vez en los

nativos de Nueva Guinea que manifestaban una encefalopatía espongiforme,



18

denominada Kuru, transmitida por la práctica del canibalismo. La encefalopatía

espongiforme bovina o mal de las vacas locas se transmitió a los seres humanos por

carne de ganado infectado con tal afección.

En el genoma de los mamíferos existe un gen que codifica la proteína priónica

PrPc

que se expresa normalmente en varios tejidos, principalmente en neuronas del

sistema nervioso central. Este gen se encuentra en el hombre en el cromosoma 20. La

proteína PrPc, es una glicoproteína localizada preferentemente en el lado externo la

membrana de las neuronas.

La proteína prión infecciosa denominada PsPsc

(proteína del prion del scrapie)

presenta el mismo PM que la proteína PrPc

y se diferencia de ésta, en su plegamiento

erróneo respecto al de la proteína denominada PrPC. Ambas formas proteicas poseen

idéntica secuencia de aminoácidos y la única diferencia entre ellas es en su estructura

secundaria, es decir en la forma de plegamiento en ciertas regiones de la cadena

polipeptídica, lo que se traduce en un cambio en la estructura secundaria de la

proteína, de hélice alfa a hoja plegada β, dando como producto final un cambio

conformacional en la proteína (Figura 13).

Figura .13. Esquema de la proteína prion.

El suceso crítico en la patogénesis parece estar relacionado con un cambio

estructural que transforma a la PrPC en la PrP

Sc, el componente principal de las

partículas infecciosas. Se propone que la forma alterada de la proteína PsPsc

, adquiere



19

la capacidad de transformar la forma normal en patológica. La patología se manifiesta

probablemente por la acumulación de la proteína anormal.

La proteína celular madura, purificada en su forma nativa, tiene una estructura

secundaria compuesta por un 43% de α-hélice y un 3% de lámina β. Por el contrario,

estudios espectroscópicos permitieron establecer que la estructura secundaria de la

PrPSc

contiene un 43 % de lámina β lo que le confiere la capacidad de formar

agregados proteicos.

Plásmidos

Los plásmidos son moléculas de ADN extracromosómico circular que se

replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. Están presentes

normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las

levaduras. Cada bacteria puede tener uno o varios plásmidos a la vez.

Las moléculas de ADN plasmídico, adoptan una conformación tipo doble hélice

al igual que el ADN de los cromosomas. (Figuras 14 y 15). A diferencia del ADN

cromosomal, los plásmidos no tienen proteínas asociadas. Se han encontrado

plásmidos en casi todas las bacterias.

Figura 14. Plásmido.



20

A B

Figura15. A. Plásmidos. B. Conjugación

El tipo de genes que portan los plásmidos es variado, tratándose generalmente

de genes que aportan ventajas adaptativas a la bacteria que los porta: genes de

resistencia a antibióticos, genes de producción de sustancias tóxicas para otras

bacterias o genes que codifican enzimas útiles para degradar sustancias químicas

Algunos plásmidos tienen la capacidad de insertarse en el cromosoma

bacteriano. Estos rompen momentáneamente el cromosoma y se sitúan en su interior,

con lo cual, automáticamente la maquinaria celular también reproduce el plásmido.

Cuando ese plásmido se ha insertado se les da el nombre de episoma.

Los plásmidos son herramientas muy útiles en ingeniería genética para la

transformación génica y la manipulación genética de procariotas y eucariotas. Esto se

debe a su capacidad de reproducirse de manera independiente del ADN cromosómico

y a la facilidad relativa de manipularlos e insertar nuevas secuencias génicas.

Los plásmidos empleados en ingeniería genética se llaman vectores después

que se les ha insertado el gen de interés. Son muy útiles para sintetizar proteínas con

fines investigativos, mediante un procedimiento conocido como transformación, que

permite la transferencia del ADN plasmídico a las bacterias para su amplificación. El

proceso de transformación comienza con la selección de un plásmido adecuado, en el

que se introduce el gen que se quiere expresar, con protocolos específicos que usan

enzimas de restricción y DNA ligasa. Se formarán colonias a partir de las bacterias

que hayan incorporado la construcción de DNA.

http://es.wikipedia.org/wiki/Episoma



21

En la actualidad los avances en biotecnología han permitido introducir

exitosamente vectores recombinantes en levaduras (que son organismos eucariotas).

La expresión de los genes contenidos en estos vectores ha dado lugar a la producción

de gran cantidad de proteínas recombinantes con fines terapéuticos (Figuras 16 y 17).

Figura 16. Plásmido recombinante.

Figura 17: Acción de las enzimas de restricción y ADN ligasa en la producción de un plásmido

recombinante.



22

La insulina humana fue la primera molécula de uso terapéutico obtenida

mediante ingeniería genética. Actualmente la proteína recombinante obtenida es

idéntica a la humana, lo que ofrece una alternativa de tratamiento para la diabetes

(Fig. 18).

Figura 18. Producción de insulina recombinante.



23

Actividad Control 2: Lea el material, identifique las palabras desconocidos y

busca su significado en el diccionario. Asegúrate de comprender el material

antes de realizar las siguientes actividades.

1. Elabore un cuadro donde establezca las diferencias estructurales entre

las células procariotas y eucariotas.

2. Escriba las semejanzas estructurales entre las células procariotas y

eucariotas.

3. Elabore un esquema en el cual se muestre los dos tipos de infecciones

virales y sus características.

4. Describa la diferencia entre los priones PrPc y la PrPsc.

5. Elabore un cuadro comparativo donde establezca las diferencias y las

semejanzas entre un plásmido y el ADN cromosómico.

6. Explique el procedimiento de transformación.



24

REPRODUCCIÓN CELULAR

Las células se reproducen por división, proceso que permite la distribución del

contenido de una célula “madre” en sus células “hijas”.

Los animales crecen a partir de ovocitos provenientes de los ovarios de la

madre. La fecundación de un ovocito por el espermatozoide, produce un cigoto que

posee las instrucciones para construir el cuerpo humano que contiene alrededor de

100 billones de células.

El desarrollo comienza con la división del óvulo fecundado en dos, cuatro y

luego ocho células que forman la fase temprana del embrión. La proliferación

continúa y luego, la diferenciación en distintos tipos de células, dan lugar a cada

tejido de nuestro cuerpo (Figura 19).

MES 1 MES 2

Figura 19. División del óvulo fecundado.

La proliferación celular es el incremento del número de células por división

celular. Este proceso es más activo durante la embriogénesis y en un organismo es

fundamental para la regeneración de tejidos dañados o envejecidos. La diferenciación

celular, se refiere a cambios morfológicos y funcionales de la célula, hacia un estado

más especializado.

La regulación de la proliferación y diferenciación celular, es el resultado de la

interacción entre programas endógenos de expresión génica y señales externas

proporcionadas por hormonas, factores de crecimiento y, por contactos célula-célula.

La integración de estas señales determina que la célula prolifere, se diferencie o sufra

un proceso de muerte celular programada o apoptosis.

La apoptosis, es fundamental en el desarrollo y remodelación de tejidos y

órganos, en la remodelación durante el desarrollo embrionario. Un ejemplo puede ser



25

la eliminación de las zonas interdigitales, durante la formación de los dedos (Figura

20).

Figura 20. Eliminación de las zonas interdigitales mediante mecanismos que implican apoptosis.

Una célula inicial, el óvulo fecundado (cigoto), genera cientos de diferentes

clases de células que difieren en contenido, forma, tamaño, movilidad y composición.

Así mismo, las células regulan la proliferación de otras, para asegurar que los órganos

y tejidos crezcan en equilibrio y mantengan la arquitectura corporal.

La reproducción celular está supervisada por determinados sistemas de control

extremadamente rigurosos. Para que una célula se divida en dos células hijas

idénticas, se necesita la participación de una gran cantidad de moléculas como

proteínas, enzimas, factores de crecimiento y genes que se activan y desactivan con

precisión. La integración coordinada de estas señales reguladoras del crecimiento

celular, deciden si la célula debe o no pasar a través del ciclo celular.

El tipo de reproducción más simple implica la división de una célula

“progenitora” en dos células “hijas” idénticas. Esto ocurre como parte del ciclo

celular, que incluye la interfase, compuesta de una serie de acontecimientos para

preparar a la célula para dividirse, en el proceso de división denominado mitosis.

CICLO CELULAR

El ciclo celular eucariota suele representarse en cuatro fases, que ocurren de

forma sucesiva en un tiempo que varía de 30 minutos en células embrionarias

tempranas hasta 24 horas, según el tipo de célula y el estadio de desarrollo (Figura

21).



26

Figura 21. Ciclo celular.

Durante la interfase que comprende G1, S y G2, la célula duplica

aproximadamente su masa. Durante la fase S, se duplica el ADN y los cromosomas

replicados se separan durante la fase mitótica (M), de tal manera que durante la

división celular, cada célula hija, tendrá una copia de cada cromosoma y el

citoplasma se divide aproximadamente a la mitad en la mayoría de los casos. Las

fases S y M están separadas por las fases G1 y G2. La tasa de síntesis de ARN y

proteínas es activa durante la interfase. Durante G1, la célula crece, en G2 prosigue su

crecimiento y se sintetizan proteínas en preparación para la mitosis.

La cantidad de ADN de las células varía en las diferentes etapas del Ciclo

Celular. Las células humanas en G1 son diploides contienen dos copias de cada

cromosoma; es decir, 46 cromosomas por célula y el contenido de ADN por célula es

2n. Luego de la duplicación del ADN en la fase S la célula es 4n de ADN, éste

contenido de ADN se mantiene en las células durante G2. Al finalizar la mitosis el

contenido de ADN se reduce a 2n por célula, concluida la citocinesis. Cada célula

hija tendrá 46 cromosomas al igual que la célula madre.



27

En los organismos multicelulares, el control preciso del ciclo celular durante el

desarrollo y el crecimiento es crítico para la generación de los diferentes tipos de

células de cada tejido. La progresión de las células a través del ciclo celular se regula

por señales extracelulares del medio, así como por señales internas que supervisan y

coordinan los diversos procesos que tienen lugar durante las diferentes fases del ciclo

celular.

La regulación del ciclo celular por señales extracelulares lo proporciona el

efecto de los factores de crecimiento sobre la proliferación de las células animales

(Figura 22).

Figura 22. Regulación del ciclo celular.

Además, diversos procesos celulares como el crecimiento celular, la replicación

del ADN y la mitosis han de coordinarse durante el transcurso del ciclo celular. Esto

se consigue mediante una serie de puntos de control que regulan la progresión a



28

través de diferentes fases del ciclo celular; tales mecanismos serán ampliados en el

desarrollo de la asignatura Biología Celular.

La duplicación del ADN es controlada por una red compleja de vías de

señalización que integran señales extracelulares relacionadas con la identidad y el

número de células vecinas y, señales intracelulares sobre el tamaño de la célula y el

programa de desarrollo. Las células más diferenciadas abandonan el ciclo celular

durante G1 y, entran en estado G0. Por ejemplo, algunas células diferenciadas como

los fibroblastos y los linfocitos pueden estimularse para que reingresen al ciclo

celular. La proliferación de los fibroblastos se activa por el factor de crecimiento

derivado de las plaquetas, que es liberado por las plaquetas de la sangre durante la

coagulación sanguínea y actúa como señal para la proliferación de los fibroblastos en

la proximidad del tejido dañado.

Sin embargo, muchas células post-mitóticas diferenciadas nunca vuelven a

entrar al ciclo celular para reproducirse de nuevo. Los mecanismos de control del

ciclo celular que operan en células eucariotas serán abordados en la asignatura

Biología Celular.

Reproducción Celular

Mitosis

Las células se reproducen duplicando su contenido y luego dividiéndose en

dos. El ciclo de división es el medio fundamental a través del cual todos los seres

vivos se propagan.

En especies unicelulares como las bacterias y las levaduras, cada división de

la célula única produce un nuevo organismo. En especies pluricelulares se requieren

muchas secuencias de divisiones celulares para crear un nuevo individuo; la división

celular también es necesaria en el cuerpo adulto para reemplazar las células perdidas

por desgaste, deterioro o por muerte celular programada.

En el organismo humano, distinguimos dos estirpes de células, las germinales

y las somáticas. Las gónadas tienen células germinales implicadas en la producción

de gametos; el resto de células del organismo, se conocen como somáticas. Las



29

células primordiales germinales, llamadas espermatogonias y oogonias, proliferan por

división mitótica. Estas células crecen y se transforman en espermatocitos primarios y

oocitos primarios, respectivamente que pueden entrar en meiosis y dar origen a los

gametos (espermatozoos y oocitos), células haploides, con 23 cromosomas. A

diferencia de las células germinales, las somáticas se dividen sólo mediante la mitosis

y las células resultantes, al igual que las madres son diploides; es decir, poseen 46

cromosomas.

En la mitosis, los cromosomas replicados se separan y se reparten de manera

uniforme en las células hijas. La mitosis se divide en cuatro etapas: profase.

metafase, anafase y telofase, cada una, caracterizada por una serie particular de

acontecimientos, donde cada etapa corresponde a una parte de un proceso continuo

(Figuras 23 y 24).

Figura 23. Fases de la mitosis



30

Figura 24. Representación esquemática de las fases de las mitosis.

Entre los procesos básicos de la mitosis se encuentran la condensación de los

cromosomas, formación del huso mitótico o aparato mitótico, unión de los

cromosomas a los microtúbulos del huso, separación de las cromátidas hermanas,

migración de cromosomas a los polos opuestos y formación de los núcleos de las

células hijas.

Durante la mitosis, en células eucariotas, se forma de manera temporaria el

aparato mitótico que cambia de forma. Esta estructura se especializa en la captura de

los cromosomas, separación y tracción hacia sitios opuestos de la célula en división.

El aparato mitótico, en metafase, consiste en un haz central de microtúbulos con

simetría bilateral con una forma global similar a una pelota de rugby (huso mitótico)

y dos haces de microtúbulos astrales (ásteres), localizados en cada polo. Los

microtúbulos que componen el huso comprenden los microtúbulos cinetocóricos



31

que se unen a .los cromosomas en sitios especializados llamados cinetocoros; los

microtúbulos polares que no interactúan con los cromosomas, éstos, parten de los

polos y, se superponen los microtúbulos polares de polos opuestos y los

microtúbulos astrales antes mencionados (Figura 25).

Figura 25. Microtúbulos del aparato mitótico.

El ensamblaje del aparato mitótico depende de la duplicación del centrosoma,

estructura que contiene dos centriolos, rodeados de una matriz proteica, y del

movimiento de los centrosomas hacia las mitades opuestas de la célula (Figura 26).



32

Figura 26. Duplicación del centríolo.

El movimiento del centrosoma hacia los polos celulares, conocido como ciclo

del centriolo se representa en la Figura 27.

Figura 27. Ciclo del centríolo.



33

Durante G1, se duplica el centrosoma. Al llegar a G2, los dos centriolos ¨hijos¨,

alcanzan su longitud completa y al comienzo de la mitosis los dos pares se separan y

migran hacia lados opuestos del núcleo, estableciendo la bipolaridad de la célula en

división.

Durante el desplazamiento de los centrosomas hacia los polos, los microtúbulos

cinetocóricos captan los cromosomas, hacen una pausa durante la metafase y, durante

la anafase, continúan su movimiento hacia los polos de la célula, donde liberan los

cromosomas. Al finalizar el ciclo de división los microtúbulos del huso se

reorganizan en una red citoplasmática que forma los microtúbulos citosólicos en la

célula en interfase.

En profase, los centrosomas comienzan a acercarse a los polos opuestos de la

célula, los cromosomas comienzan a condensarse y toman el aspecto de hilos largos,

tal como se aprecia en la Figura 28.

Figura 28. Profase.

Conforme avanza la profase, los cromosomas se van condensando y cada

cromosoma aparece compuesto por dos cromátidas hermanas unidas en una región

estrecha, el centrómero, secuencia de ADN a la que se unen proteínas formando el

cinetocoro (lugar de anclaje de los microtúbulos del huso). Cada cromátida contiene

una molécula de ADN y cada cromosoma doble contiene dos moléculas de ADN,

producto de la duplicación del ADN en la fase S del ciclo celular (Figura 29).



34

Figura 29. Cromosoma compuesto por dos cromátidas.

Una vez finalizada la profase, la célula entra en prometafase donde la

membrana nuclear se fragmenta en vesículas pequeñas, los cromosomas completan su

condensación, cada cromosoma está compuesto de dos cromátidas unidas por

centrómeros. La ruptura de la envoltura nuclear, permite a los microtúbulos de polos

opuestos unirse a los cinetocoros localizados en lados opuestos del cromosoma,

comienza el movimiento de los cromosomas que caracteriza a la prometafase y se

desplazan hacia la mitad del huso, quedando alineados en la placa metafásica,

momento en que la célula ha alcanzado la metafase. Esta fase se caracteriza por la

alineación de los cromosomas en el plano ecuatorial (Figura 30).



35

Figura 30. Cromosomas alineados en la placa metafísica.

La transición de metafase a anafase, viene dada por la ruptura de la unión entre

las cromátidas hermanas, separación y migración de los cromosomas sencillos a los

polos opuestos del huso. La anafase comprende dos etapas, la anafase A y la

anafase B. La anafase A se caracteriza por el acortamiento de los microtúbulos

cinetocóricos cuyos extremos se unen a los cromosomas atrayéndolos hacia los polos.

En la anafase B, los dos polos de la célula se separan aun más, arrastrando a los

cromosomas unidos a ellos (Figura 31).

Figura 31. Anafase.



36

La mitosis finaliza con la telofase, donde las envolturas nucleares se forman

nuevamente alrededor de los núcleos hijos y los cromosomas se descondensan

(Figura 32). La citocinesis, normalmente comienza durante la anafase y se completa

al final de la telofase, dando lugar a las células hijas en interfase. El mecanismo de

citocinesis viene dado por un anillo contráctil de filamentos de actina y miosina que

se forma debajo de la membrana plasmática y permite que la célula se estrangule y

divida en dos (Figuras 33, 34). Después de la separación las células hijas entran en el

estadio G1. Analizar las fases de la mitosis en la figura 35.

Figura 31. Anafase

Figura 32. Telofase

Figura 32: Telofase.

Figura 33: Citocinesis.



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Fases del ciclo celular : meristemo radicular de cebolla

Interfase Profase Metafase Anafase

Temprana

Anafase Tardía Telofase temprana

Telofase tardía Dos células

Figura 35: Fases de la mitosis

Figura 34: Citocinesis. Anillo contráctil



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Actividad Control 3:

1. Elabore un diagrama de flujo donde se encuentren representadas las diferentes

fases que conforman el ciclo celular y describa las características de cada una

de ellas.

2. Elabore un cuadro sinóptico que contenga las diferentes fases que conforman la

mitosis, especificando las características de cada una de ellas.

3. Realice un dibujo del huso mitótico, indicando cada uno de sus componentes.

4. Explique en qué consiste la citocinesis.



39

MEIOSIS

A diferencia de la mitosis, la meiosis supone la división de una célula

progenitora diploide en una progenie haploide La meiosis genera células germinales

haploides (óvulos y espermatozoides) que luego pueden fusionarse para generar el

cigoto diploide (Figura 36).

Las células pre-meióticas tienen dos copias de cada cromosoma (2n), una

derivada del padre y una derivada de la madre. Todos los cromosomas se replican

durante la fase S antes de la primera división meiótica, produciendo un complemento

cromosómico 4n. A esta sola replicación de ADN, siguen dos divisiones celulares

denominadas meiosis I y meiosis II.

El entrecruzamiento (crossing over) de las cromátidas tiene lugar en la profase

I, permitiendo la recombinación entre los cromosomas paternos. Esto incrementa la

diversidad genética entre los individuos de una especie. Durante la meiosis I, ambas

cromátidas se separan hacia los polos opuestos del huso y cada célula hija producto

de esta primera división tendrá 23 cromosomas, cada uno con dos cromátidas.

Durante la meiosis II, que se parece a la mitosis, las cromátidas de un

cromosoma migran hacia los polos opuestos, lo que genera células germinales

haploides. La meiosis genera cuatro células germinales haploides a partir de una

célula diploide premeiótica.

En la profase de la primera división meiótica conforme los cromosomas se

condensan, los cromosomas homólogos se aparean estrechamente, proceso conocido

como sinapsis, y ocurre intercambio de material genético entre las cromátidas

homólogas o entrecruzamiento (figura 37). Durante este proceso, las moléculas de

ADN se acortan y los fragmentos se vuelven a unir para dar nuevas combinaciones

(recombinación). Los cromosomas homólogos se separan, pero permanecen unidos

en puntos denominados quiasmas. Por lo general, los quiasmas se localizan en los

sitios del cromosoma donde ocurre intercambio genético, durante el entrecruzamiento

previo.



40

En la metafase de la primera división meiótica, ambas cromátidas de un

cromosoma se asocian con microtúbulos que provienen de un mismo polo del huso,

pero cada miembro de un par de cromosomas homólogos se asocia con microtúbulos

de polos opuestos.

Durante la anafase de la meiosis I, los cromosomas homólogos, cada uno con dos

cromátidas es traccionado hacia polos opuestos del huso. La citocinesis produce dos

células hijas que entran en la meiosis II, sin duplicar el ADN.

En la metafase de la meiosis II, las cromátidas que componen cada uno de los

cromosomas se asocian a microtúbulos del huso provenientes de polos opuestos como

sucede en mitosis.

La separación de las cromátidas a polos opuestos durante la segunda anafase

meiótica, seguida de citocinesis, genera células germinales haploides.

Figura 36: División meiótica

Figura 37: Sinapsis y entrecruzamiento de cromosomas



41

Actividad Control 4: Una vez estudiado el material y observado el video de meiosis,

realice las siguientes actividades:

1.- Escriba las diferencias que observó entre la primera y la segunda división meiótica.

2.- Complete los espacios vacíos de la siguiente tabla:

CARACTERISTICAS MEIOSIS I MEIOSIS II

Cantidad de cromosomas

en células iniciales.

Total de células resultantes.

Tipos de células resultantes

(haploides, diploides)

Recombinación genética

Cantidad de cromatidas

presentes en los

cromosomas que migran

hacia los polos celulares

durante la anafase I.

3.- Escriba tres semejanzas entre la mitosis y la meiosis.

4.- Escriba tres diferencias entre la mitosis y la meiosis.



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BIBLIOGRAFIA

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