Epidemiología Molecular de Enfermedades Infecciosas

Mitosis y meiosis: los tipos de división celular

La mitosis

La mitosis se define como un proceso de división celular asociada a la división de las células somáticas. Las células somáticas de un organismo eucariótico son todas aquellas que no van a convertirse en células sexuales y por tanto, la mitosis da lugar a dos células exactamente iguales.

Fases de la mitosis

Interfase de la mitosis

La interfase es el tiempo que pasa entre dos mitosis o división del núcleo celular. Durante esta fase, sucede la duplicación del número de cromosomas (es decir, del ADN). Así, cada hebra de ADN forma una copia idéntica a la inicial. Las hebras de ADN duplicadas se mantienen unidas por el centrómero. La finalidad de esta duplicación es entregar a cada célula nueva formada la misma cantidad de material genético que posee la célula original. Además, también se duplican otros orgánulos celulares como, por ejemplo, los centríolos que participan directamente en la mitosis (foto 1).

Foto 1: Interfase celular antes de la división

Terminada la interfase, empieza la división celular, así como la conocemos, formada por las cuatro fases: Profase, Metafase, Anafase, Telofase.

Profase de la mitosis

Durante la profase las hebras de ADN se condensan y van adquiriendo una forma determinada llamada cromosoma. Desaparecen el involucro nuclear y el nucléolo. Los centríolos se ubican en puntos opuestos en la célula y comienzan a formar unos finos filamentos que en conjunto se llaman huso mitótico (foto 2).

Foto 2: Profase mitótica

Metafase de la mitosis

En la metafase las fibras del huso mitótico se unen a cada centrómero de los cromosomas. Estos se ordenan en el plano ecuatorial de la célula, cada uno unido a su duplicado (foto 3).

Foto 3: metafase mitótica

Anafase de la mitosis

En la anafase los pares de cromosomas se separan en los centrómeros y se mueven a lados opuestos de la célula.  El  movimiento es el resultado de una combinación del movimiento del centrómero a lo largo de los microtúbulos del huso y la interacción física de los microtúbulos polares (foto 4).

Foto 4: Anafase mitótica

Telofase de la mitosis

Finalmente, en la telofase las cromátidas llegan a los polos opuestos de la célula y se forman así las nuevas membranas alrededor de los núcleos hijos. Los cromosomas se dispersan y ya no son visibles al microscopio óptico (foto 5).

Foto 5: Telofase mitótica

Citocinesis: En esta fase se forman dos células hijas pero con el mismo número de cromosomas de la célula madre.

 La meiosis

La meiosis es el proceso de división celular mediante el cual se obtienen dos células hijas con la mitad de cromosomas. La meiosis se produce en dos etapas principales: meiosis I y meiosis II.

La importancia evolutiva de la meiosis es fundamental ya que mediante este proceso se produce la recombinación genética, responsable de la variabilidad genética y en última instancia, de la capacidad de evolucionar de las especies.

Primera división meiótica:

En síntesis, en la primera división meiótica (meiosis I) se evidencian los cromosomas, cada uno de ellos formados por dos cromatidas. Estos cromosomas, mitad de ellos de origen materna y la otra mitad de origen paterno, después de haber sufrido algunos procesos durante la profase (en particular el crossing-over o recombinación del ADN, del cual hablaremos más delante), se disponen en zona ecuatorial de la célula.

Aquí no se dividen en las dos cromatidas, pero se unen a las fibras del huso mitótico para poder migrar a los dos polos. En este modo cada pareja de cromosomas homólogos, una se dirige a un polo mientras la otra pareja al otro. A final de la primera división meiótica, se han producido dos células y cada una de ellas con la mitad de los cromosomas homólogos, esta es la diferencia fundamental con la mitosis.

Ahora veremos más en detalle este proceso de división meiótica.

Como en la mitosis, también la meiosis está formada por 4 fases que veremos a continuación.

Profase I de la meiosis

La cromatina visible en el núcleo celular se condensa de modo que se forman estructuras con una forma de bastoncillo, llamados cromosomas. Cada cromosoma aparece en forma de X, ya que está formado por dos cromatidas hermanas, unidos en un punto llamado centrómero. Las cromatidas derivan del proceso de duplicación del ADN, por lo tanto cada uno es idéntico genéticamente al otro.

En esta fase, y es el aspecto más importante de la meiosis, una vez que los cromosomas homólogos están unidos entre sí, se realizan intercambios cruzados (crossing-over orecombinación genética) véase foto 6. La membrana que rodea el núcleo desaparece y se forman unos microtúbulos proteicos, que se extienden de un polo a otro de la célula. La importancia de la recombinación genética radica en que es el proceso por el cual se aporta variabilidad a la composición genética de las células resultantes.

Foto 6: Crossing over

Metafase I de la meiosis

Los cuatro homólogos están dispuestos simétricamente en una línea imaginaria, en el plano ecuatorial, transversal a la zona. De esta manera, cada uno se dirige hacia uno de los dos polos de la célula.

Anafase I de la meiosis

Las fibras del huso mitótico se ponen en contacto con los centrómeros; cada tétrada migra a un polo de la célula.

Telofase I de la meiosis

En los dos polos de la célula madre se forman dos grupos de cromosomas haploides, donde solo hay un cromosoma de cada tipo. Los cromosomas se encuentran todavía en la fase tétrada. El citoplasma de las dos células se distribuye y se realiza a citocinesis, es decir la división celular de la célula madre en dos células hijas separadas. Las fibras del huso mitótico se desintegran y los cromosomas se dispersan.

Segunda división meiótica

La segunda división meiótica no incluye replicación del ADN. Los cromosomas formados por dos cromatidas, se desplazan a la línea ecuatorial y se pegan al huso mitótico: Las dos cromatidas de cada uno de los cromosomas se separan y migran a los polos.

De este modo se forman cuatro células, cada una de ellas con un conjunto haploide de cromosomas y sobre todo con una variedad de distintos cromosomas (origen materno y paterno). Durante esta separación se verifica una distribución independiente de los cromosomas maternos y paternos, así que al final habrá una variedad diferente de cromosomas en las cuatro células hijas (foto 7).

Foto 7: proceso de la meiosis

 Profase II de la meiosis

La cromatina se condensa de nuevo, de modo que se pueden ver los cromosomas, formados por dos cromátidas unidos por el centrómero. Otra vez se formará el huso mitótico de los microtúbulos.

Metafase II de la meiosis

Los cromosomas están dispuestos en una línea ecuatorial, transversal respecto a las fibras del huso mitótico, de modo que cada cromátidas mire a uno de los polos de la célula. Los centrómeros pierden contacto con las fibras.

Anafase II de la meiosis

Las cromatidas migran cada uno de ellos a los polos de la célula, moviéndose a través del huso mitótico, de esta manera cada cromátida se convierte en un cromosoma.

Telofase II

En los dos polos de la célula, se forman dos grupos de cromosomas, las fibras del huso mitótico se disgregan, los cromosomas empiezan a desaparecer y al final se forma una membrana nuclear. El citoplasma de la célula se divide en dos, y eso lleva a la formación de dos células hijas haploides.

Los seres humanos poseen dos tipos de células:

• células somáticas y
• células reproductoras

Las somáticas son aquellas que conforman todos los tejidos y órganos del individuo, son células definidas diploides (2n) porque cada cromosoma tiene su homólogo en el núcleo celular; en el hombre hay 46 cromosomas, 23 de estos provienen del óvulo aportado por la madre en la fecundación y los otros 23, que son homólogos, provienen del espermatozoide del padre.

Las células reproductoras son los gametos, que pueden ser óvulos o espermatozoides, dependiendo del sexo del individuo, un tipo de célula haploide (n), porque contiene solo la mitad de la carga genética del individuo (en el ser humano, 23 cromosomas).

La vida de una célula es un ciclo entre

• un periodo de reposo, la interfase, donde la célula crece y sintetiza nuevos materiales y
• la división celular, mitosis o meiosis, dependiendo del caso.

La interfase a su vez, se divide en

• Fase G₁, la recién formada célula hija,empieza su crecimiento ya que es más pequeña que las células adultas, sintetiza el material citoplasmático y acumula ATP , la adenosina trifosfato,necesaria como fuente de energía para sintetizar ADN o ARN o proteínas, entre otras funciones.
• Fase S, la célula se prepara para la división duplicando el ADN.
• Fase G₂, en esta fase la célula repara errores eventuales en la duplicación del ADN y,con el microscopio, se pueden apreciar los cambios en la estructura celular que nos indican que la célula está lista para entraren la fase de la división celular.

Mitosis

Mitosis

Con este término se define el proceso mediante el cual la célula diploide o somática se divide en dos células diploides. Deriva de la palabra griega “mitos” que significa hilo, hebra, porque observando la célula en el microscopio durante la división, se evidencian los “filamentos” que son los cromosomas en el núcleo: el alemán Walther Flemming (1843-1905), propuso en un primer momento,el término cariomitosis (karyon– nuez,como viene denominado el núcleo celular por su aspecto).

Se divide en las siguientes fases;

Profase : La cromatina se condensa en los cromosomas y estos, que ya se han duplicado en la interfase (fase S) se aparean entre homólogos, asumen la forma de tétradas (cuatro brazos llamados télomeros unidos por el centrómero); esto apareamiento favorece el entrecruzamiento o crossing-over, el proceso mediante el cual, parte de los cromátidas se pueden fragmentar y así intercambiarse con sus fragmentos homólogos.

La membrana celular y el nucléolo se disuelven.

Los centríolos, que se han duplicados, empiezan a migrar hacia los polos opuestos de la célula,originando el áster, una estructura de aspecto estrellado, formada por microtubolos proteicos de los cuales parte el huso acromático que es conjunto de de fibras proteicas incoloras que tienen la función de guiar los movimientos de los cromosomas en las fases sucesivas.

Metafase : se termina de disolver la membrana celular y de formar el huso mitótico, donde los cromosomas se van ubicando en el plano central (ecuatorial).

Anafase: Cuando los cromosomas llegan al plan ecuatorial empieza la separación de los centrómeros de las tétradas, formando dos mitades iguales que separan y mueven por el huso hacia los polos opuestos de la célula. La célula comienza a estrecharse en el plano ecuatorial y se empiezan a formar las membranas de los dos núcleos.

Telofase: Se puede observar la división de las dos células hijas, en el plano ecuatorial con la repartición de los diferentes materiales citoplasmáticos, mientras que se terminan de formar las membranas nucleares; se pueden ver los nucléolos y los cromosomas pierden su condensación formando la cromatina.

Diferencias entre células animales y vegetales en la mitosis: No existen los centríolos en las células vegetales entonces no se forma el áster, pero igualmente se forma e huso que se llama,en este caso, anastral.

La otra diferencia es la separación de la pared celular en las células vegetales, proceso a cargo del aparato del Golgi que produce los vacuolos que separaran las células hijas,construyendo en el plano ecuatorial, las nuevas partes de las paredes (fragmoplasto).

Meiosis

Es el proceso durante el cual una célula diploide (2n) se divide originando 4 células haploides (n), que son células sexuales. El término fue acuñado a partir de una palabra griega que significa “disminuir”y introducido en los trabajos del biólogo alemán August Weismann (1834-1914) sobre la división celular y la formación de la placa ecuatorial.

La meiosis consta de dos citocinesis (divisiones celulares) con diferentes fases. En la primera división de la meiosis hay:

La Profase I , donde los centríolos originan el huso acromático, mientras que la membrana nuclear se expande hasta romperse; está dividida en sub-fases:

Leptoteno: Los cromosomas comienzan a ser visibles, en la interfase las cromatidas se han duplicados,así que cada cromosoma está compuesto por dos cromatidas ligadas gracias a moléculas proteicas.

Cigoteno: Los cromosomas homólogos se acercan y se adhieren (sinapsis que deriva del griego synaptein, conectar) en unos puntos llamados quiasmas por su forma en cruz (como la letra griega x que en latín se lee qui).

Paquiteno: Ocurre el crossing-over (entrecruzamiento) entre los cromosomas homólogos que se intercambian partes de su material genético, originando nuevas combinaciones, uno de los procesos más importantes para obtener la variabilidad de las especies.

Diacinesis: Los cromosomas homólogos se separan. La membrana nuclear se ha roto definitivamente y el nucléolo ha desaparecido.

Metafase I: Los cromosomas en tetrádas se ubican en la placa ecuatorial del huso.

Anafase I: Los centrómeros no se separan y cada cromosoma homólogo se dirige hacia el polo opuesto, para originar dos células haploides,mientras que comienza la división de la célula.

Telofase I: Los cromosomas homólogos se han separado, pero cada uno está compuesto por dos cromatidas que se desenrollan en el interior de los nuevo núcleos que se han formado,los núcleos

de dos células hijas haploides,mientras que el huso ha desaparecido.

Segunda división de la meiosis: entre las dos divisiones no hay una interfase con duplicación de material genético,porque ya están las dos cromátidas de cada cromosoma.

Profase II:destrucción de la membrana nuclear, visibilidad de los cromosomas condensados, formación del huso acromático.

Metafase II: Los cromosomas se sitúan en la placa ecuatorial guiados por las fibras del huso acromático.

Anafase II: Los centrómeros se dividen, las dos cromátidas del cromosoma se separan dirigiéndose cada una hacia un polo y la célula comienza a dividirse.

Telofase II: Los cromosomas se desenrollan en el interior del nuevo núcleo que se ha formado,envuelto de la nueva membrana nuclear, las células se separan completamente y y así,después de dos divisiones meióticas de una célula diploide se obtienen cuatro células hijas haploides.

Gametogénesis

En los seres humanos y en general en los eucariotas, la meiosis se verifica solo en los gametos, las células sexuales y se diferencia en espermatogénesis en el macho y ovogénesis en la hembra.

Espermatogénesis: Ha lugar en los túbulos seminíferos de las gónadas (testículos),donde, por proliferación, las células germinales del epitelio de los túbulos, originan a travesé de repetidas mitosis

las espermatogonias, células madre diploides, no diferenciadas e inmóviles, que empiezan a diferenciarse en su crecimiento formando así los espermatocitos de 1°orden, que son todavía células diploides; después de su maduración sufren las primera división meiótica originando los espermatocitas de 2° orden que son ya células haploides; la 2° división meiótica origina los espermátidas que son espermatozoides inmaduros,en su maduración adquirirán las características para la reproducción, como la movilidad dada por el flagelo.

Ovogénesis

Este proceso tiene lugar en las células terminales de los ovarios y está dividido en fases que son:

la proliferación: Ya en el desarrollo embrionario las células germinales de los ovarios se dividen por mitosis dando lugar a las ovogonias, células diploides.

el crecimiento: Las ovogonias crecen y entre el quinto y séptimo mes de gestación entran en la profase meiótica originando los ovocitos de 1° orden, células diploides, pero no completan la división por años (en la mujer hasta la pubertad).

La maduración: el ovocito de 1° orden, años después, sigue con la división meiótica que se había suspendido en la profase. En la primera división se originan dos células haploides diferentes, porque una es el ovocito de 2° orden, una célula grande, que contiene la mayor parte del citoplasma de la célula madre mientras que la otra es una célula pequeña que contiene solo el material genético y se llama polocito de1° orden. En la segunda división meiótica el ovocito de 2° orden origina una célula grande que es el óvulo (casi un milímetro en la mujer) y un pequeño polocito de 2° orden, mientra que el polocitode 1° orden se dividirá en dos polocitos de 2° orden. El resultado final de la ovogénesis será que de una célula germinal diploide se originaran un óvulo y tres polocitos de 2° orden, conocidos como cuerpos polares, que degeneraran .