Epidemiología Molecular de Enfermedades Infecciosas

Mitosis y meiosis

MITOSIS.

• Fase M del ciclo celular
• División celular que comprende dos procesos relacionados que ocurren de forma secuencial: división del núcleo y división del citoplasma.
• Se obtienen 2 células hijas, idénticas entre ellas y a la célula madre
  • En eucariotas unicelulares y algunos pluricelulares la mitosis supone un sistema de reproducción asexual.
  • En pluricelulares es un proceso de crecimiento, desarrollo y regeneración celular.
• Significado biológico:
  • Se mantiene el número de cromosomas.
  • Se mantiene la información genética.
• Fases:
  • Profase
  • Metafase
  • Anafase
  • Telofase

Casos especiales:

• Hay veces en que la mitosis no se acompaña de citocinesis (división del citoplasma) por lo que se producen células plurinucleadas (células musculares esqueléticas)
• En otras células se produce citocinesis sin que haya habido mitosis (plaquetas).

1.1. FASES DE LA DIVISIÓN CELULAR.

ESTADIO	ACONTECIMIENTOS
INTERFASE	Durante el período S, se replica el DNA cromosómico y se unen a las hebras las histonas y otras proteínas, pero no se pueden observar los cromosomas como estructuras diferenciadas. El nucléolo es la única subestructura nuclear visible al microscopio óptico. Perpendicularmente a cada uno de los dos centriolos, se formar un centriolo hijo.
PROFASE TEMPRANA	Los centriolos comienzan a migrar hacia los polos opuestos de la célula; los cromosomas se pueden observar como largos filamentos, y el nucléolo se dispersa y es menos visible.
PROFASE	La cromatina se condensa lentamente formando cromosomas bien definidos. Cada cromosoma se ha duplicado durante la fase S y ahora consta de 2 CROMÁTIDAS hermanas, cada una de las cuales contiene una secuencia de DNA, conocida como CENTRÓMERO, necesaria para la correcta segregación.Los microtúbulos citoplasmáticos del citoesqueleto se disgregan y se empieza a formar el HUSO MITÓTICO (principal componente del aparato mitótico). Es una estructura bipolar compuesta de microtúbulos y proteínas asociadas. El huso se ensambla inicialmente fuera del núcleo.El nucléolo desaparece por completo.
PROMETAFASE(PROFASE TARDÍA)	Se inicia bruscamente con la desintegración de la envoltura nuclear en fragmentos indiferenciables de las vesícula del RE. Estas vesículas permanecen durante la mitosis en las proximidades del huso.Los centriolos llegan a los polos, y algunas fibras del huso se extienden desde el polo al centro, o al ecuador, de la célula. Otras fibras del huso van desde los polos a las cromátidas y se unen a los cinetocoros.Los microtúbulos pueden entrar en la región nuclear. En cada centrómero maduran complejos proteicos especializados, llamados CINETOCOROS, los cuales atraen a algunos de los microtúbulos del huso (MICROTÚBULOS CINETOCÓRICOS) frente a los microtúbulos que no llevan unidos cinetocoros (MICROTÚBULOS POLARES) y los MICROTÚBULOS ASTRALES (exteriores). Los microtúbulos cinetocóricos se extienden en direcciones opuestas desde las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma, estirando los cromosomas, los cuales, por lo tanto, se ven sometidos a movimientos agitados.
METAFASE	Los microtúbulos cinetocóricos alinean finalmente los cromosomas en un plano situado a medio camino de los polos del huso. Cada cromosoma se mantiene en tensión en esta PLACA MATAFÁSICA por los cinetocoros apareados y por sus microtúbulos asociados, los cuales están anclados a polos opuestos del huso.
ANAFASE TEMPRANA	Impulsada por una señal específica, la anafase empieza bruscamente cuando los cinetocoros apareados de cada cromosoma se separan, permitiendo que cada cromátida sea arrastrada lentamente hacia el polo del huso. Todas las cromátidas se desplazan a la misma velocidad (1 micra/mint).Se pueden distinguir dos categorías de movimientos:- Durante la anafase A: los microtúbulos cinetocóricos se acortan a medida que los cromosomas se aproximan a los polos. – Durante la anafase B: los microtúbulos polares se alargan y los dos polos del huso se separan. Normalmente la anafase sólo dura unos minutos.
ANAFASE	Cada juego de cromosomas (nombre que reciben las cromatidas hijas) está acercándose a su polo, y comienza la citocinesis mientras empieza a formarse el surco de división.
TELOFASE	Las cromátidas hijas separadas llegan a los polos y los microtúbulos cinetocóricos desaparecen. Los microtúbulos polares se alargan aún más, y alrededor de cada grupo de cromosomas hijos se forma una nueva envoltura nuclear.Se forman las nuevas membranas alrededor de los núcleos hijos, la cromatina condensada se expande de nuevo, los nucleolos empiezan a reaparecer. A lo largo de la mitosis, el centriolo hijo ha continuado creciendo en cada polo hasta su tamaño definitivo en telofase. Seguidamente, cada uno de los dos centriolos de cada polo comienza a formar un nuevo centriolo hijo perpendicular al mismo (el alargamiento de los nuevos centriolos hijos continua durante toda la interfase y siguiente ciclo mitótico).
CITOCINESIS	El citoplasma se divide por un proceso que se conoce como SEGMENTACIÓN, que por lo general comienza en algún momento final de la anafase o de la telofase. La membrana de la zona central de la célula, perpendicular al eje del huso y entre los núcleos hijos, se desplaza hacia dentro originando un SURCO DE SEGMENTACIÓN que gradualmente se vuelve más profundo, hasta que entra en contacto con el huso mitótico que queda entre los núcleos. Este estrecho puente, o CUERPO MEDIO, puede persistir durante un cierto tiempo.La ACTINA y la MIOSINA generan las fuerzas para la segmentación.

B. CICLO DEL CENTROSOMA.

FASE		ACONTECIMIENTOS
INTERFASE	INTERFASE	El centrosoma (MOTC) se duplica formado los dos polos del huso mitótico. Cada centrosoma contiene un par de centriolos y forma el centro de la disposición interfásica de los microtúbulos.
	FASE G1	Los dos centriolos se separan
	FASE S	El centriolo hijo comienza a crecer cerca de la base del centriolo viejo y en dirección perpendicular con él.
	FASE G2	Se completa la formación del centriolo hijo. los dos pares de centriolos permanecen insertados en una masa única centrosomal
MITOSIS	PROFASE TEMPRANA	El centrosoma contiene dos pares de centriolos. Cada centrosoma organiza una distribución radial de microtúbulos (el ASTER).
	PROFASE TARDÍA	El centrosoma se divide y los dos asteres resultantes se mueven de forma independiente.
	PROMETAFASE	Se rompe la envoltura nuclear permitiendo que los microtúbulos del huso interaccionen con los cromosomas.
	METAFASE	La estructura del huso es bipolar (los dos asteres se sitúan a ambos lados de la célula y forman el huso mitótico), y todos los cromosomas se alinean en el centro del huso.
	ANAFASE TEMPRANA	Todas las cromatidas se separan sincrónicamente y bajo la influencia de las fibras del huso, empiezan a moverse hacia los polos (anafase A). Hay acortamiento de los microtúbulos cinetocóricos (actúa una ATPasa cinetocórica similar a la dineina o kinesina) que arrastran a las cromatidas.
	ANAFASE TARDÍA	Los polos del huso se mueven posteriormente de forma separada, incrementando la separación de los dos grupos de cromátidas por elongación de los microtúbulos polares (anafase B).Los microtúbulos astrales se alargan restableciendo la disposición de interfase.
	TELOFASE TARDÍA	Se completa casi totalmente la citocinesis, con el cuerpo central persistiendo entre las células hijas.

En la metafase se añaden subunidades al extremo + en el cinetocoro, y se eliminan por el -. Hay un flujo de tubulina hacia los polos, de forma que los microtúbulos permanecen estacionarios y bajo tensión. En la anafase se libera la tensión y el cinetocoro se mueve hacia el microtúbulo eliminando subunidades por el extremo + a medida que se desplazan las cromátidas hacia los polos.

C. CINETOCORO.

El cinetocoro es un complejo proteico grande trilaminar en forma de plato que se sitúa sobre la región del centrómero (secuencia de DNA muy conservada) de los cromosomas durante la PROFASE TARDÍA. El huso mitótico se une a los cromosomas mediante los cinetocoros. En la ESCLERODERMIA (enfermedad autoinmune del tejido conjuntivo) hay Ac anti-cinetocoro.

Se cree que los cinetocoros captan los extremos + de los microtúbulos cinetocóricos que se originan en el polo del huso, durante la prometafase, arrastrando a los cromosomas a la región central (placa ecuatorial). Durante esta fase, los cromosomas oscilan y rotan hasta que se alinean en la placa ecuatorial.

2. MEIOSIS.

• Tipo especial de división celular que ocurre en células productoras de gametos.
• Produce células haploides (gametos).
• A partir de una célula diploide (meiocito) se forman:
  • 4 células haploides (contienen la mitad de los cromosomas que la célula de la cual proceden)
  • Células con recombinación genética (diferentes entre sí)
• Dos partes:
  • Meiosis I (fase reduccional)
  • Meiosis II (similar a una mitosis convencional)

Meiosis
DIVISIÓN MEIÓTICA I1. Profase I1.1. Leptoteno 1.2. Cigoteno 1.3. Paquiteno 1.4. Diploteno 1.5. Diacinesis 2. Metafase I 3. Anafase I 4. Telofase I DIVISIÓN MEIÓTICA II 1. Profase II 2. Metafase II 3. Anafase II 4. Telofase II

2.1. PRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA. MEIOSIS I.

Profase meiótica I	• La fase más importante y de mayor duración
Leptoteno	• Durante la fase S se ha duplicado el ADN• Los cromosomas individuales comienzan a condensar se en filamentos largos dentro del núcleo.• Hay 2n cromosomas y cada cromosoma contiene 2 cromátidas(pero no se distinguen hasta el final de la profase). • Cromosomas unidos a la lámina fibrosa (membrana nuclear interna) a través de unas estructuras denominadas placas de unión (armazón proteico que los recorre a lo largo del cromosoma). • Comienza a formarse el huso acromático
Zigoteno	• Los cromosomas homólogos comienzan a acercarse hasta quedar apareados en toda su longitud.• Esto se conoce como sinapsis (unión).• En la sinapsis cada gen queda enfrentado al gen homólogo del cromosoma complementario. • En la zona de contacto se forma el complejo sinaptonemico. • El complejo resultante se conoce como bivalente (2 cromosomas homólogos unidos) o tétrada (4 cromátidas). • Los cromosomas homólogos (paterno y materno) se aparean, asociándose así cromátidas no hermanas.
Paquiteno	• El complejo sinaptonémico mantiene a los cromosomas homólogos unidos.• Se produce elsobrecruzamiento oentrecruzamiento (crossing over) entre cromátidas no hermanas. • Intercambio de material genético (genes) entre cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos. • Consecuencia: recombinación génica.
Diploteno	• Comienza la separación de los cromosomas homólogos.• Permanecen unidos por puntos denominados QUIASMAS (que son los puntos donde se ha producido sobre cruzamiento)• Los complejos sinaptonémicos van desapareciendo
Diacinesis	• Máxima condensación de cromosomas.• Las cromátidas se hacenvisibles.• Las cromátidas hermanas están unidas por el centrómero. • Los cromosomas homólogos están unidos por los quiasmas (entre cromatidas no hermanas) • Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo. • Se comienza a formar el huso acromático. • Se forman las fibras cinetocóricas
Metafase I	• En la placa ecuatorial se sitúan las tétradas unidas por los quiasmas.• Los cinetocoros de las cromátidas hermanas del mismo cromosoma se orientan hacia el mismo polo de la célula
Anafase I	• Se separan los cromosomas homólogos, ya que se rompen los quiasmas.• Cada cromosoma homólogo se desplaza a un polo de la célula.• No se separan cromátidas, sino cromosomas completos. • Los cromosomas están recombinados
Telofase I	• Reaparece la membrana nuclear y el nucléolo.• Desaparecen las fibras del huso acromático• Los cromosomas sufren una pequeña descondensación • Se generan dos células hijas haploides • Con la citocinesis, se obtienen dos células hijas con la mitad de cromosomas de la célula madre.

2.2. SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA. MEIOSIS II.

• Tras la meiosis I la célula entra en interfase, pero no duplica su ADN. Es una interfase muy breve.

• Similar a una mitosis

• Ocurre simultáneamente en las dos células hijas

• Surgen 4 células haploides, con n cromosomas cada una y genéticamente diferentes

Profase II	• Desaparecen las membranas nucleares y nucléolos.• Se forman los husos acromáticos
Metafase II	• Los cromosomas se disponen en la placa ecuatorial.
Anafase II	• Se rompen los centrómeros• Los cromosomas migran a polos opuestos de la célula.
Telofase II	• Los cromosomas se descondensan.• Se forman las membranas nucleares y el nucleólo.

2.3. IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LA MEIOSIS.

• A nivel genético: Se produce la recombinación de genes durante el sobrecruzamiento (paquiteno, profase I).

• Las células hijas son haploides, y sus cromátidas no son iguales entre sí. Todo ello aumenta la variabilidad de la información genética que lleva la célula.

• A nivel celular: Pasamos de células diploides a haploides.

• A nivel orgánico: Las células resultantes son los gametos o esporas. La fusión de gametos con la mitad de cromosomas garantiza que se mantenga el número cromosómico del organismo.

2.4. TIPOS DE REPRODUCCIÓN.

2.4.1. Reproducción asexual.

•  Interviene un solo organismo
•  Se obtienen copias idénticas
•  Es propio de seres unicelulares pero también se da en otros grupos
•  Se hace por mitosis
•  No se genera variabilidad genética
•  Es un proceso sencillo y rápido.
•  Muy útil para la colonización de nuevos medios.
•  La falta de variabilidad puede originar la extinción por falta de adaptación en caso de cambio del medio

2.4.1. Reproducción sexual.

•  Intervienen dos organismos
•  Se obtienen individuos con mezcla de las características de los dos progenitores.
•  Se hace por meiosis
•  Se forma un cigoto tras la fecundación (restablece el número de cromosomas de la especie)
•  Si se genera variabilidad genética:
  • Por la recombinación en la meiosis
  • Por la distribución al azar de los cromosomas
  • Por diferencias entre los genes de los gametos
•  Es un proceso más lento y complicado que la reproducción asexual
•  Permite adaptarse al medio en condiciones adversas.