Sabers bàsics

SABER BÀSIC 1 | Anàlisi de les fases del cicle cel·lular.

SABER BÀSIC 2 | Funció biològica de la mitosi, la meiosi i les seues fases.

SABER BÀSIC 3 | Reproducció sexual i asexual.

El cicle cel·lular. Mitosi i meiosi: significat biològic.

La divisió cel·lular és, en realitat, un procés doble. Aquests dos processos són:

la divisió nuclear, o cariocinesi
la divisió citoplasmàtica, o citocinesi

Tots dos processos poden donar-se associats, un darrere de l'altre, o de manera independent, primer un, i algun temps després l'altre.

Perquè puga donar-se la divisió nuclear és necessari que prèviament tinga lloc un altre procés, que és la replicació de l'ADN

Replicació de l'ADN

El primer procés clau perquè esdevinga la divisió nuclear és que totes les cadenes d'ADN es dupliquen (replicació); això es dona immediatament abans que comence la divisió, en un període del cicle cel·lular anomenat interfase, que és aquell moment de la vida cel·lular en què aquesta no s'està dividint.

La Interfase és el moment del cicle cel·lular en el qual la cèl·lula no es divideix. En acabar la Interfase es produeix la duplicació de les cadenes d'ADN.

Després de la replicació tindrem dos jocs de cadenes d'ADN, per la qual cosa la mitosi consistirà a separar eixes cadenes i portar-les a les cèl·lules filles. Per a aconseguir això es dona un altre procés crucial que és la conversió de la cromatina en cromosomes.

Divisió nuclear (cariocinesi)

Mitosi

La mitosi no és una reproducció en si mateixa, sinó que és un procés de divisió nuclear que serveix per a repartir les cadenes d'ADN de manera que totes les cèl·lules filles que s'originen tinguen la mateixa informació genètica que la seua mare i entre elles. La mitosi és contínua, sense interrupcions, relativament ràpida, que per a ser estudiada se sol dividir en diverses fases, que són la profase, la metafase, l'anafase i la telofase.

Profase

Comença amb la conversió de la cromatina en cromosomes (1) per un procés d’espiralització de les cadenes (igual que si tenim un filferro llarg i el convertim en un moll), continuarem tenint el mateix, però de manera diferent: les dues cadenes que són completament idèntiques (ja que una s'ha format per replicació de l'altra) s’espiralitzen juntes originant les cromàtides del cromosoma.
Es dupliquen els centríols (2).
La membrana nuclear desapareix (3).
Quan ja ha desaparegut la membrana nuclear, els centríols migren cap als pols (extrems) de la cèl·lula (4), apareixent entre els dos parells de centríols una sèrie de fibres de proteïna disposades de pol a pol que reben el nom en conjunt de fus acromàtic (5).
Els cromosomes ja formats es mouen i s'uneixen a una fibra del fus pel seu centròmer (un només cromosoma per fibra) (6), de manera que les cromàtides miren cap als pols de la cèl·lula.
Quan s'han unit es van movent fins a situar-se en el centre de la cèl·lula.

En la cèl·lula vegetal no existeixen centríols i a vegades no es veu el fus acromàtic.

Metafase amb la placa equatorial

És una fase breu en la qual tots els cromosomes estan situats en l'equador (part mitjana) de la cèl·lula, formant una figura molt característica anomenada placa equatorial (1). Després de col·locar-se ací comença la següent fase.

Anafase

Les cromàtides se separen i es desplacen cap als centríols, al mateix temps que van desapareixent les fibres del fus. En aquest moment ja s'ha repartit el material hereditari (les cadenes d'ADN) de manera idèntica en dues parts.

Telofase

És com una profase al revés, els cromosomes es desespiralitzen i es transformen en cromatina (2); apareix la membrana nuclear (1), quedant una cèl·lula amb dos nuclis. Ací conclou la mitosi.

Divisió citoplasmàtica (citocinesi)

No és una fase de la mitosi. És la divisió del citoplasma en dues parts, amb la repartició aproximada dels orgànuls cel·lulars. En les cèl·lules animals es fa per estrangulació, des de fora cap a dins, i en les vegetals es fa per creixement de la paret cel·lular des de dins cap a fora. El resultat final és que la cèl·lula mare s'ha transformat en dues cèl·lules filles idèntiques genèticament.

El número cromosòmic

Les cèl·lules dels individus d'una espècie determinada solen tindre un nombre fix de cromosomes, que en les plantes i animals superiors es presenten per parells. L'ésser humà té 23 parells de cromosomes. En aquests organismes, les cèl·lules reproductores tenen en general només la meitat dels cromosomes presents en les corporals o somàtiques. Durant la fecundació, l'espermatozoide i l'òvul s'uneixen i reconstrueixen en el nou organisme la disposició per parells dels cromosomes; la meitat d'aquests cromosomes procedeix d'un parental, i l'altra meitat de l'altre. És possible alterar el nombre de cromosomes de manera artificial, sobretot en les plantes, de les quals es poden obtindre múltiples del nombre de cromosomes normal.

Quan estudiem els cromosomes d'una espècie podem veure que existeixen dos grups d'éssers vius:

Espècies haploides: són aquelles que tenen tots els seus cromosomes diferents, no existeix cap repetit; al nombre de cromosomes d'un individu haploide se'n diu nombre haploide i es representa per n.

Espècies diploides: són aquelles que tenen cada cromosoma dues vegades; cada cromosoma està repetit perquè un dels parells ve de la mare i un altre del pare, rebent el parell el nom de cromosomes homòlegs; al nombre de cromosomes d'un individu diploide se'n diu número diploide i es representa per 2n.

Aquest nombre haploide o diploide ha de mantindre's constant al llarg de la vida de l'individu, per tant, perquè es puga donar la reproducció sexual ha d'existir un mecanisme corrector que impedisca que es duplique el nombre de cromosomes en cada generació i aquest mecanisme corrector és la MEIOSI, que és una divisió especial del nucli per la qual es redueix a la meitat el nombre de cromosomes. D'aquesta manera els gàmetes sempre són haploides i el zigot sempre és diploide, per definició, per la qual cosa un adult diploide produirà gàmetes haploides per meiosis, i la fecundació produirà zigots diploides que donarà adults una altra vegada diploides.

La Meiosi

Tampoc és una reproducció en si mateixa, sinó que és un procés de divisió nuclear que utilitza els mateixos mecanismes que la mitosi, per la qual cosa és bastant semblant, encara que el seu significat biològic és diferent perquè és reduir a la meitat el nombre de cromosomes perquè no es duplique el número de l'espècie després de la fecundació (= fusió de gàmetes). La meiosi és en realitat una doble divisió (de les quals la segona és com una mitosi normal) que es dona exclusivament en cèl·lules diploides. El procés comença igual que la mitosi, és a dir, amb una replicació prèvia de totes les cadenes d'ADN al final de la interfase, de manera que en començar la divisió tenim doble nombre de cadenes; després de la duplicació comença la meiosi.

Meiosi I

És similar a la de mitosi quant que és una fase de preparació:

desapareix la membrana nuclear (3)
s’espiralitzen les cadenes d'ADN, apareixent els cromosomes (1)
es dupliquen els centríols (2) i migren als pols (4)
es forma el fus acromàtic (6)
cada parell de cromosomes s'uneix a una fibra del fus (5)

Fins ací succeeix com en una profase mitòtica normal. Les diferències amb la profase normal es donen en el comportament dels cromosomes, ja que aquests abans d'unir-se a les fibres del fus es van movent i s'agrupen per parelles de manera que els cromosomes que són iguals (cromosomes homòlegs) queden formant parells units cromàtide contra cromàtide; aquesta unió permetrà que es duga a terme el procés més important de la reproducció sexual perquè és el que permet que les generacions filials siguen diferents de les parentals, és la recombinació genètica, que consisteix en el fet que les cromàtides dels cromosomes homòlegs que queden juntes s'intercanvien trossos de les seues cadenes d'ADN, apareixent cromàtides noves que abans no existien, les cromàtides recombinades, que donaran lloc a l'aparició d'individus adults nous que tampoc existien anteriorment.

Una vegada realitzada la recombinació en tots els cromosomes cada parell d'homòlegs s'uneix a una fibra del fus (5), és a dir, es col·loquen dos cromosomes per cada fibra del fus acromàtic, en lloc d'un cromosoma per fibra com succeïa en la mitosi; després els parells es desplacen per a col·locar-se en el centre de la cèl·lula.

Metafase I

Els parells de cromosomes homòlegs se situen en la part mitjana de la cèl·lula formant la placa equatorial (1).

Anafase I

Es produeix la separació i migració dels cromosomes homòlegs, per la qual cosa a diferència del que succeïa en la mitosi, els que es desplacen són cromosomes sencers en lloc de cromàtides. Al final de l'anafase I tenim dos jocs de cromosomes separats en els pols oposats de la cèl·lula, un de cada parell, per la qual cosa és en aquesta fase quan es redueix a la meitat el nombre de cromosomes.

Telofase I

Com en la telofase normal, es pot regenerar novament el nucli (1), iniciant-se immediatament la Divisió II.

Citocinesi I

La cèl·lula binucleada divideix el seu citoplasma en dos, quedant dues cèl·lules filles que entraran en la segona divisió meiòtica.

Meiosi II

És com una mitosi normal que es dona simultàniament en les dues cèl·lules filles; en profase II s'uneixen cromosomes individuals a les fibres del fus i en anafase II se separen cromàtides; al final de la citocinesi II tindrem quatre cèl·lules filles que tindran cadascuna la meitat de les cadenes d'ADN que tenien en la interfase; seran, per tant, cèl·lules haploides la funció de les quals serà la d'intervindre en la fecundació, és a dir, seran gàmetes. En les cèl·lules vegetals la meiosi és similar però amb les mateixes diferències que en la mitosi normal.

Reproducció sexual i asexual

Els individus de cada espècie per a assegurar la seua supervivència s'han de reproduir, així poden originar nous éssers iguals a ells que substitueixen als que es moren. Existeixen dues formes de reproducció: la reproducció sexual i l'asexual.

Reproducció Asexual

En aquesta mena de reproducció només intervé un individu i no existeixen cèl·lules especialitzades o gàmetes sexuals. És molt ràpida i produeix gran quantitat de descendents idèntics al progenitor perquè s'originen a partir d'una part d'aquest, per tant, la seua informació genètica és igual a la cèl·lula de la qual parteixen.

Pot realitzar-se per:
Gemmació: En l'organisme es produeix una gemma (conjunt de cèl·lules) que creixen i es poden desprendre de l'organisme que el produeix i originar un individu independent.
Bipartició: La cèl·lula es divideix en dues parts i cadascuna dona un individu.
Esporulació: la cèl·lula es divideix diverses vegades i formen espores totes iguals.
Fragmentació: es formen nous individus a partir de trossos d'organismes que ja existien.
Regeneració: El tros que es desprén de l'organisme original el fa de manera accidental (esqueixos) i a partir d'ací es poden formar nous éssers vius.

Reproducció Sexual

Els animals es reprodueixen sexualment. Per a això compten amb:
1r.- cèl·lules sexuals o gàmetes que es produeixen en les gònades. Aquestes cèl·lules són els òvuls (femenins) i els espermatozoides (masculins). Solen formar-se en individus diferents (mascles i femelles) encara que existeixen animals que poden produir els dos tipus de gàmetes (hermafrodites).
2n.- La fecundació dels gàmetes produeix una cèl·lula ou o zigot. Aquesta fecundació pot donar-se dins de la mare (interna) o en l'exterior (externa).
3r.- El desenvolupament del zigot es va poder donar a l'interior de la mare (vivípars) o a l'interior d'un ou (ovípars).
4t.- El desenvolupament de l'embrió pot ser: directe: de l'embrió ix un individu similar als seus pares com en mamífers, aus i rèptils o indirecte: del zigot ix una larva que després d'una metamorfosi arribarà a ser adult. (amfibis o papallones).
5é.- Els individus resultants no són idèntics als seus pares perquè tenen els caràcters mesclats entre tots dos.

L'aparell reproductor de la majoria dels vegetals terrestres és la flor. La flor consta de: sèpals, pètals, estams i carpels.
1r.- A l'interior dels grans de pol·len, produïts en les anteres dels estams, es desenvolupa el gàmeta masculí o anterozoide i a l'interior dels carpels es forma el gàmeta femení o oosfera. Per tant, el gametòfit de les plantes amb flor es troba reduït a un xicotet grup de cèl·lules específiques.
2n.- El pol·len arriba a la part femenina de la flor per la pol·linització amb el concurs de diferents agents transportadors de pol·len (vent, insectes, aus...).
3r.- Una vegada que el gra de pol·len arriba a la part femenina de la flor d'una altra planta diferent (generalment) aquest desenvolupa un tub pol·línic (amb dos anterozoides) que es prolonga i introdueix per l'ovari fins a arribar a l'òvul.
4t.- Es produeix la fecundació: un dels anterozoides s'uneix a l'oosfera formant el zigot i l'altre s'uneix a altres dos nuclis de l'òvul formant el teixit nutritiu que alimentarà a l'embrió durant el seu desenvolupament i vida dins de la llavor.
5é.- L'òvul després de la fecundació es transforma en embrió amb la seua estructura nutritiva que ho envolta. Les parets de l'ovari es transformen, es fan dures o carnoses i formen el fruit. Aquest fruit, amb diverses formes de dispersió, solta quan està madur les llavors que es disseminen pel vent, aigua, insectes, aus.... i produeix de nou una planta adulta.

La reproducció sexual general individus únics i irrepetibles perquè uneix dues cèl·lules distintes, espermatozoides i òvuls, de progenitors diferents ocasionant un individu nou amb caràcters mixtos entre tots dos. Això assegura la diversitat dins de l'espècie. Així poden estar preparats per a una millor adaptació davant un possible canvi o modificació del mitjà en què viuen.