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BIOLOGÍA GENERAL Y BOTÁNICA MORFOLÓGICA BIOLOGÍA GENERAL 2022 Dra. Gabriela A. Leofanti gabrielaleofanti@gmail.com Unidad 4: Reproducción celular - Parte I - Índice de diapositivas Diapositiva ¿Qué es la reproducción celular? ¿Qué implica? 3 Ciclo celular 4-5 Estructura del ADN y su organización en la célula 7-17 Replicación del ADN 18-21 Ciclo celular y contenido de ADN 22 Mitosis 24-38 Meiosis Comparación entre mitosis y meiosis Reproducción de los organismos Bibliografía Reproducción celular - Parte I – 23/03 Reproducción celular - Parte II – Reproducción de organismos 30/03 ¿Qué es? Formación de nuevas células a partir de una pre existente ¿Qué implica? Reproducción celular La presencia de señales reproductivas Replicación del ADN y de otros componentes celulares vitales División celular 1 2 3 Distribución del material duplicado en las células hijas Nuevo material de membrana celular y, en algunos organismos, de pared celular Separación física del citoplasma * Segregación * Citocinesis PROCARIOTAS - Fisión binaria EUCARIOTAS – Mitosis o Meiosis La vida de las células que se dividen transcurre siguiendo una serie de eventos ordenados que se denominan en su conjunto CICLO CELULAR En este ciclo podemos identificar 2 fases principales que son INTERFASE y MITOSIS (más adelante veremos cuándo y en qué células ocurre la meiosis – DIAPOSITIVAS 30-38) La INTERFASE a su vez, se subdivide en 3 subfases: G1, S y G2 ¿Qué ocurre en cada fase y subfase? Ciclo celular INTERFASE G1: período de crecimiento general y duplicación de las organelas y otros componentes citoplasmáticos. S: período de Síntesis. Ocurre la replicación del ADN y la síntesis de proteínas asociadas al mismo. G2: comienzan a ensamblarse las estructuras directamente relacionadas con la división celular. (Ej. se sintetizan los microtúbulos que formarán el huso mitótico) MITOSIS Durante esta fase ocurre la división del material nuclear. De manera casi simultánea al final de la mitosis, ocurre la CITOCINESIS que es la separación del citoplasma y la formación de las dos células hijas. G0: entran las células que no se dividen y que por lo tanto se retiran del ciclo celular Antes de continuar con los eventos que ocurren en la reproducción celular de los eucariotas vamos a repasar: 1) cómo es la estructura del ADN y su organización en la célula y, 2) cómo es el mecanismo de replicación del ADN - Retomamos con ciclo celular en la diapositiva 21- ADN --- Estructura y organización ADN --- Estructura El ADN es una macromolécula constituida por unidades (monómeros) denominadas NUCLEÓTIDOS 5 1 23 4 Purinas Adenina y Guanina Pirimidinas Timina, Citosina, Uracilo ADN --- Estructura Los nucleótidos se unen entre sí por medio de enlaces fosfodiéster enlaces entre el grupo OH- del carbono 3 de una pentosa y el grupo PO4 -3 de la pentosa siguiente. Se forma una cadena. Puente de hidrógeno Las cadenas de nucleótidos se unen entre sí por medio de enlaces puente de hidrógeno entre las bases nitrogenadas Adenina siempre se une a Timina (A-T) y Citosina a Guanina (C-G). Esos son los pares de bases complementarios Estas cadenas tienen sentidos opuestos 5’3’ 5’ 3’ 3’ 5’ El ADN es una doble cadena de nucleótidos Esta doble cadena la simbolizaremos de la siguiente forma Modelo de Watson y Crick, 1953 ADN --- Organización y localización dentro de la célula Hay una sola molécula de ADN que es grande y circular y se encuentra asociada a diversas proteínas. Esta molécula se encuentra ubicada en una región definida denominada nucleoide pero carece de una membrana que la rodee. ADN bacteriano Una única molécula de ADN circular ORGANISMOS PROCARIOTAS ADN --- Organización y localización dentro de la célula Hay varias moléculas (cromosomas) de ADN lineal en el NÚCLEO* El ADN se asocia a proteínas para formar la CROMATINA ¿Cómo se asocia? Cada molécula de ADN lineal se enrolla sobre conjuntos de 8 proteínas denominadas HISTONAS. Cada grupo de 8 histonas con el ADN enrollado sobre ellas forma un NUCLEOSOMA * NOTA: también encontramos pequeñas cantidades de ADN circular en mitocondrias y cloroplastos En la cromatina los nucleosomas se organizan como las “cuentas de un collar” y bajo microscopio electrónico se ven así ORGANISMOS EUCARIOTAS Compactación de la cromatina • Niveles de compactación ≠ según fase del ciclo celular • Es baja en INTERFASE y mayor durante la DIVISIÓN CELULAR => se visualizan los CROMOSOMAS ¿cómo se compacta? Los nucleosomas se empaquetan en un espiral (SOLENOIDE) que se enrolla en otro espiral más grande y así sucesivamente. Molécula de ADN Cadena de ADN rodeando HISTONAS, formando NUCLEOSOMAS Cromosoma Compactación progresiva de la cromatina Estructura del cromosoma Durante la mayor parte del ciclo celular, los cromosomas cuentan con una sola molécula de ADN o CROMÁTIDA Presentan una región comprimida denominada CENTRÓMERO Cromosoma sin duplicar – una sola cromátida Cromosoma duplicado – dos cromátidas cromátidas hermanas centrómero brazos Luego de la replicación (subfase “S”), el cromosoma tiene 2 CROMÁTIDAS HERMANAS (idénticas) Unidas por el CENTRÓMERO Estructura del cromosoma Centrómero Rol importante en el movimiento de los cromosomas durante la división celular Sobre él se desarrolla una estructura proteica denominada CINETOCORO a la cual se anclan las fibras del huso acromático tanto en mitosis como en meiosis. cinetocoro fibras del huso Detalle del centrómero en un cromosoma metafásico (De Robertis y Hib 2004) Estructura del cromosoma Tipos de cromosomas según la posición del centrómero La línea punteada indica la ubicación del centrómero Metacéntrico Submetacéntrico Acrocéntrico Telocéntrico ADN --- Replicación Replicación del ADN 1. Las dos cadenas de ADN se separan – enzima helicasa 2. Se adhieren secuencias de nucleótidos cortas y complementarias (iniciadores) 3. La enzima ADN polimerasa, usando de molde cada cadena “progenitora” (en rosa) adiciona nucleótidos para formar la cadena complementaria (en verde) subfase S de la INTERFASE T G C C A T G C A C G G A C G G ¿Cuáles son las características de la replicación? 1. Es discontinua La enzima ADN polimerasa adiciona nucleótidos en el sentido 5’ 3’. => A medida que se abre la doble cadena, una de las nuevas cadenas complementarias será sintetizada de forma continua y la otra de forma discontinua, en fragmentos “de Okazaki” cadena sintetizada de forma continua Dirección de desplazamiento de la horquilla de replicación cadena sintetizada de forma discontinua Fragmentos de Okazaki 2. Es bidireccional En cada punto de origen, la replicación ocurre en ambas direcciones y se forma lo que se denomina “burbuja de replicación” 3. Tiene múltiples sitios de origen La replicación de ADN se inicia en muchos sitios a la vez, varios orígenes o burbujas de replicación. Origen de la replicación Orígenes de replicación Cadenas de ADN originales Cadenas de ADN sintetizadas 4. Es semiconservativa Cada molécula nueva de ADN presenta: 1 cadena heredada del ADN progenitor 1 cadena recién sintetizada Ciclo celular y contenido de ADN G1 S G2 M G1 tiempo MITOSISReplicación del ADN 2C Contenido de ADN 4C El contenido de ADN se duplica luego de la subfase S y se reduce a la mitad con la división mitótica Índice de diapositivas Diapositiva ¿Qué es la reproducción celular? ¿Qué implica? 3 Ciclo celular 4-5 Estructura del ADN y su organización en la célula 7-17 Replicación del ADN 18-21 Ciclo celular y contenido de ADN 22 Mitosis 24-38 Meiosis Comparación entre mitosis y meiosis Reproducción de los organismos Bibliografía MITOSIS • Todas las células somáticas de un determinado organismo presentan el mismonúmero de cromosomas y con la misma información genética. El crecimiento de los organismos y la reparaciónde sus tejidos están dados por el aumento en el número (por mitosis) y el tamaño de las células. Especie N° cromosómico Ser Humano 2n= 46 Vaca 2n= 60 Perro 2n= 78 Maíz 2n= 20 Papa 2n= 48 • El número de cromosomas de las células somáticas (del cuerpo) se representa como 2n y varía entre especies. Algunos ejemplos ¿Cómo se logra esa CONSTANCIA DE INFORMACIÓN GENÉTICA? Proceso mediante el cual una célula se divide dando origen a dos células hijas idénticas a ella Gracias a la división pos MITOSIS FASES DE LA MITOSIS La MITOSIS un proceso continuo en el que se pueden reconocer cuatro fases características: 1. PROFASE, 2. METAFASE, 3. ANAFASE, 4. TELOFASE Al finalizar la mitosis ocurre la CITOCINESIS MITOSIS PROFASE Los cromosomas se hacen gradualmente visibles debido a la condensación de la cromatina Se forman los husos mitóticos En células animales, en el citoplasma hay dos pares de centríolos desde los cuales irradian los microtúbulos que formarán el huso. A medida que los centríolos se desplazan a los polos el huso crece entre ellos. En células vegetales no hay centríolos y los husos se forman desde dos centros de organización de microtúbulos que se encuentran en los polos. Se desintegra la envoltura nuclear, se fragmenta el nucleolo y se libera el material nuclear al citoplasma. FASES DE LA MITOSIS - se esquematiza una célula animal 2n= 4 INTERFASE PROFASE A N I M A L V E G E T A L METAFASE Los cromosomas, unidos a las fibras del huso mediante los cinetocoros, sufren movimientos oscilatorios hasta ordenarse en el plano ecuatorial. Se forma la placa ecuatorial o placa metafásica Recordatorio: cada cromosoma está compuesto por 2 cromátidas hermanas - el ADN se duplicó en INTERFASE, antes de la mitosis ANIMAL VEGETAL TELOFASE Se separan los centrómeros Migra una cromátida hermana o cromosoma hijo hacia cada polo ANAFASE Finaliza la migración de los cromosomas hacia los polos Los cromosomas comienzan a desenrollarse y descondensarse Se recompone la envoltura nuclear El huso se desintegra Se reconstruyen los nucleolos - En este proceso, las fibras del huso tiran de los cromosomas hijos hacia los polos por sus centrómeros. Los brazos son arrastrados detrás ANIMAL VEGETAL En el plano ecuatorial aún quedan tramos de la fibra del huso que junto con vesículas de Golgi y otros componentes constituyen una estructura denominada CUERPO INTERMEDIO. Debajo de la membrana celular, a la altura del plano ecuatorial, aparece material denso formado por microfilamentos de las proteínas actina y miosina. CITOCINESIS en células ANIMALES – por estrangulamiento Anillo contráctil Formado por actina y miosina Surco de segmentación => Estos microfilamentos constituyen un ANILLO CONTRÁCTIL que a medida que se contrae profundiza un surco en la superficie celular => se produce un estrangulamiento Cuando este anillo llega al cuerpo intermedio quedan separadas las dos células hijas. Se forma el fragmoplasto en el plano ecuatorial (similar al cuerpo intermedio) constituido por microtúbulos del huso. Los microtúbulos conducen a las vesículas del Golgi hacia la región ecuatorial. Las vesículas se fusionan para formar con sus membranas una nueva membrana plasmática y su contenido contribuye a formar la placa celular, precursora de la pared celular. Fragmoplasto Placa celular Vesículas de Golgi CITOCINESIS en células VEGETALES – por formación de fragmoplasto y placa celular MITOSIS – Diferencias entre célula animal y célula vegetal FASE Célula vegetal Célula animal Profase Ausencia de centríolos y ásteres Presencia de centríolos y ásteres Metafase Citocinesis Por formación de fragmoplasto y placa celular Por estrangulamiento debido a la formación de un anillo contráctil de actina y miosina Cuando se observa desde uno de los polos los cromosomas se ven desordenados en la placa ecuatorial Cuando se observa desde uno de los polos los cromosomas se ven ordenados en la placa ecuatorial => con los centrómeros hacia el centro y los brazos de las cromátidas hacia afuera MITOSIS https://www.youtube.com/watch?v=kwGIKG2RU5o VIDEOS MITOSIS ANIMAL https://www.youtube.com/watch?v=GhD-haQU4Og MITOSIS VEGETAL Y ANIMAL https://www.youtube.com/watch?v=L61Gp_d7evo Las siguientes fotos corresponden a células de un tejido animal que se encuentra en crecimiento y por lo tanto con gran división mitótica ¿Puede identificar las diferentes fases en las que se encuentran? ¿VERDADERO O FALSO? El ADN de las células PROCARIOTAS se encuentra separado del resto del citoplasma por una membrana y es circular En células EUCARIOTAS: El ADN se replica al principio de la MITOSIS En interfase el ADN se encuentra menos condensado que en mitosis El siguiente esquema representa una célula vegetal 2n=4 en metafase ¿Qué otras diferencias hay en la mitosis de una célula vegetal y una animal? El CINETOCORO es una estructura proteica que se desarrolla sobre el centrómero de los cromosomas y a cual se anclan las fibras del huso acromático Todos lo individuos de una especie determinada (ej. Trigo) presentan diferentes números de cromosomas Al final de la división por mitosis se obtienen como resultado 2 células hijas idénticas a su progenitora ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN PRINCIPAL DEL PROCESO DE MITOSIS EN LOS ORGANISMOS? Recuentos cromosómicos en Solanum brevicaule (2n=2x=24) a partir de ápices radiculares Meristemas Raíces cosechadas 9:00-11:00 am, días de sol ¿Por qué? > n° de células en división Bibliografía consultada Curtis, H.; Barnes, S.N.; Schnek, A. y Massarini, A. 2008. Biología. 7ª ed. español. Editorial Médica Panamericana, Buenos Aires, 1160 p. Purves, W.K; Sadava, D.; Orians, G.H. y Heller, H. 2004. Vida. La Ciencia de la Biología. 6ª ed. Editorial Médica Panamericana, Madrid. 1133 p. De Robertis, E.D.P. y Hib, J. 2004. Fundamentos de Biología celular y molecular. 4ª ed. El Ateneo, Buenos Aires. 444 p. Raven P.H.; Evert R. F.; Eichhorn S.E. 1992. Biología de las plantas. Reverté, Barcelona. 773 p. BIBLIOGRAFÍA REPRODUCCIÓN CELULAR Purves et al. 2004 Cap. 9, Pág. 153-155 CICLO CELULAR Raven et al. 1992 Cap. 2, Pág. 36-37 ESTRUCTURA Y REPLICACIÓN DE ADN De Robertis y Hib 2004 Cap. 2, Pág. 23-27; Cap. 17 299-305 Purves et al. 2004 Cap 9, Pág. 157-158 MITOSIS De Robertis y Hib 2004 Cap 18, Pág. 322-326/ 330/ 332 De dónde pueden leer los principales temas?? Además, para mitosis pueden consultar el siguiente video MITOSIS https://www.youtube.com/watch?v=kwGIKG2RU5o
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