Mayo 2015

Gua 3 Psu.la clula es la unidad funcional de todo ser vivo, y que una de sus caractersticas ms importantes es que contiene el material gentico, el cual permite la continuidad de las especies en el tiempo. Pero, cmo y dnde especficamente se organiza ese material gentico? Qu procesos experimenta el material gentico que permiten transmitir la informacin de generacin en generacin? Todo organismo, desde los ms simples (procariontes) a los ms complejos (eucariontes), posee una gran cantidad de informacin en cada una de sus clulas. Esta informacin se organiza en un tipo especial de molcula orgnica: el ADN. El ADN es un cido nucleico que permite codificar la informacin de los organismos y, gracias a los mecanismos de divisin celular, posibilita la transmisin de esa informacin de una generacin a otra. El ADN se organiza en unidades de informacin llamadas genes, que corresponden a secuencias de ADN que codifican para un producto (ARN o protenas).ADN. El lugar especfico que ocupa un gen en el cromosoma se denomina loci o locus. Tcnicas de mapeo permiten determinar la ubicacin de diferentes genes a lo largo de un cromosoma en distintas especies.

Para optimizar el almacenamiento de esta gran cantidad de informacin en cada clula, el ADN se empaqueta junto a unas protenas estructurales llamadas histonas, formando la cromatina

(Fig. 1). Fig. 1: Esquema que muestra la organizacin del ADN y las histonas

Los nucleosomas son parte de la cromatina, complejo de ADN e histonasque durante la interfase del ciclo celular se encuentra descondensada. Cuando en la clula se inicia el proceso de divisin, el material gentico experimenta un empaquetamiento y los cromosomas se hacen visibles (Fig.2). En las clulas somticas los cromosomas se presentan en pares idnticos, conocidos como homlogos (exceptuando los cromosomas sexuales), uno de los cuales es de origen paterno y otro de origen materno. Cuando la clula contiene el nmero total de cromosomas 2n, es diploide, mientras que si la clula presenta la mitad de la dotacin cromosmica, es haploide n, como en el caso de los gametos. El conjunto de cromosomas de un individuo ordenados en parejas de mayor a menor, constituye su cariotipo.

Fig. 2: Organizacin de un cromosoma Ahora que hemos visto la forma en que se organiza el material gentico, estudiaremos el comportamiento de los cromosomas en dos importantes tipos de divisin celular: mitosis y meiosis. Ciclo celular y mitosis Las actividades celulares de crecimiento y divisin pueden describirse segn el ciclo vital de la clula o ciclo celular (Fig. 3). La mitosis es parte del ciclo celular de divisin que experimenta toda clula para multiplicarse, e implica la participacin del ncleo asegurando que cada clula generada reciba una copia de cada cromosoma de la clula progenitora.

Fig. 3: Ciclo celular Durante la mitosis se distinguen distintas etapas que se identifican claramente a travs del microscopio, ya que los cromosomas estn condensados.

En el siguiente esquema se ilustran las distintas etapas del ciclo celular y sus principales caractersticas (Fig. 4). Interfase Corresponde a la etapa entre dos divisiones sucesivas. Es la fase de mayor duracin y en ella ocurre la duplicacin del material gentico y la sntesis de protenas.

Profase La cromatina se condensa y se hacen visibles los cromosomas. En los polos comienza a aparecer el huso mittico, que une ambos centrolos. Comienza a desaparecer la envoltura nuclear.

Metafase Desaparece la envoltura nuclear. Las fibras del huso se unen al cinetocoro, a cada lado del centrmerode los cromosomas, los cuales estn condensados. Se disponen en el plano central de la clula

Anafase Las cromtidas hermanas se separan gracias a la duplicacin de los centrmeros. Una de las cromtidas de cada cromosoma se desplaza hacia un polo de la clula y la otra hacia el polo contrario gracias a las fibras a las del huso.

Telofase Cuando los cromosomas alcanzan los polos, se forma la envoltura nuclear sobre los cromosomas.

La divisin de la clula termina con la citocinesis, es decir, la divisin del citoplasma para generar dos clulas hijas. La meiosis es un tipo especial de divisin celular que ocurre en las clulas germinales y genera clulas con la mitad de la dotacin cromosmica. Esta reduccin del material gentico tiene especial importancia en la reproduccin sexual, en la cual la unin de los gametos (generados por meiosis) permite mantener la dotacin cromosmica de una generacin a otra y al mismo tiempo generar variabilidad. La meiosis consiste en dos divisiones sucesivas de una clula diploide, con una sola duplicacin del material gentico. A continuacin puedes observar los eventos ms importantes en cada etapa (Fig. 4).

Fig. 4: a. Etapas de la meiosis. b. Proceso de crossing over que no se muestra en el esquema general (ocurre en la profase I, durante el paquiteno) Etapas de la meiosis Meiosis I Profase I: es la fase ms larga de la meiosis y en ella los cromosomas homlogos se aparean entre s, formando una estructura compleja de ADN y protena. La estructura resultante se denomina ttrada, por estar formada por las dos cromtidas de cada cromosoma. A continuacin se produce un entrecruzamiento o crossing-over entre los cromosomas homlogos, el cual consiste en un intercambio de fragmentos cromosmicos entre dos cromtidas homlogas (no hermanas).

Metafase I: las ttradas se alinean en el ecuador de la clula, es decir los homlogos se dispone frente a frente. Las fibras del huso se "pegan" al centrmero de cada par homlogo. Las ttradas se alinean en el ecuador del huso en forma aleatoria, proceso denominado permutacin cromosmica.

Anafase I: las ttradas se separan y los cromosomas son arrastrados a los polos opuestos por las fibras del huso. Los centrmeros en la anafase I permanecen intactos. Telofase I: esta fase vara en los diferentes organismos. A veces los cromosomas pierden su condensacin y se forman las membranas nucleares alrededor de cada uno de los polos. Otras veces, los cromosomas pasan directamente a la meiosis II. Citocinesis: Corresponde a la divisin del citoplasma dndo origen a dos clulas hijas, proceso que se denomina citocinesis. Meiosis II Profase II: los cromosomas estn completamente condensados y se hallan en nmero haploide. No han experimentado duplicacin del material gentico luego de la citocinesis. Metafase II: los cromosomas se encuentran en el plano ecuatorial y se unen al huso mittico a travs de sus centrmeros. Anafase II: las cromtidas hermanas, se separan y migran hacia los polos.Telofase II: se forman las membranas nucleares y los cromosomas comienzan a descondensarse. Citocinesis: la telofase II finaliza con la divisin del citoplasma que da lugar a un total de cuatro clulas hijas. Consecuencias genticas de la meiosis Reduccin del nmero de cromosomas a la mitad: esta reduccin a la mitad es la que permite que, en el fenmeno de la fecundacin, se reconstituya el nmero de cromosomas de la especie. Por ejemplo, en el ser humano se tienen 46 cromosomas y se forman clulas haploides (gametos) de 23 cromosomas. Recombinacin de informacin gentica heredada del padre y la madre: el apareamiento de los cromosomas homlogos y el consecuente crossing-over permiten que se intercambie la informacin. La consecuencia de este fenmeno es que ningn hijo heredar la misma combinacin de alelos de sus progenitores.

Segregacin al azar de cromosomas maternos y paternos: la separacin de los cromosomas paternos y maternos recombinados, durante la anafase I y II, se realiza completamente al azar, por lo que contribuyen al aumento de la diversidad gentica. En el ser humano, con 23 pares de cromosomas homlogos, la posibilidad de recombinacin es de 223 (8.388.608) combinaciones. Este nmero no considera las mltiples combinaciones dadas por la recombinacin durante el crossing-over. Durante la gametognesis (formacin de gametos) ocurre la meiosis y se generan gametos con la mitad de dotacin cromosmica para que, en la reproduccin sexual, se mantenga la diploida.