Acuaporinas, terapia y reproducción celulares

Plantas, acuaporinas y medios salinos

El agua cumple un rol fundamental en el desarrollo de todos los seres vivos y las acuaporinas, esas proteínas que regulan su paso al interior de las células, tienen un rol central. Más aún cuando las plantas deben adaptarse a un medio y hacer un uso eficiente de ésta.

–Cuénteme.

–Bueno, yo soy bioquímica y estoy haciendo mi doctorado.

–¿En qué trabaja?

–En el laboratorio se estudia el agua, y mi pata es el estudio fisiológico. La idea particular es trabajar con un modelo vegetal que es la remolacha, que por sus características es una halotolerante. No es una planta que soporta grandes concentraciones de salinidad sino que es capaz de adaptarse a ciertas circunstancias que otras plantas, que se llaman licófitas, no pueden. Usamos este modelo de estudio por dos razones. Hay una tradición de estudiar el modelo vegetal en el campo más específico de las acuaporinas y la idea de mi tema en particular es tratar de interpretar qué rol cumplirían estas proteínas (las acuaporinas) en cuanto al manejo del agua frente a una situación donde una planta tiene que hacer un uso eficiente del agua.

–Un recurso tan importante como el agua.

–Todos sabemos que el agua es vital para cualquier ser vivo, entonces la idea es entender cuál es el mecanismo que le permite a la planta tolerar condiciones extremas (en mi caso, dadas por la salinidad). Esto obviamente tiene cierta relevancia agronómica por la salinización de los suelos a raíz de las condiciones climáticas, más el uso de la tierra… Esas son cosas agronómicas de las cuales yo no sé tanto, pero en principio es un factor importante. La idea es, a partir del uso de este modelo que tiene estas características, ver cómo usa el agua eficientemente en condiciones extremas. Dentro de ese uso del agua, estudio las relaciones fisiológicas con las acuaporinas, estas proteínas que transportan agua, cuyo descubrimiento es muy reciente (tiene 20 años). Es verdaderamente una proteína bebé, sobre todo si se la compara con otras proteínas descriptas para la membrana que son viejísimas. Cuando se descubrieron, yo estaba en la primaria, imagínese… Y lo interesante es que el estudio de las acuaporinas empezó por un área muy diferente de la de los animales. Cuando se descubre, y sus descubridores ganan el Nobel, el camino de los animales fue muy diferente al de las plantas. En los animales no encontraban ninguna función y cuando se la encontraban estaba muy ligada a patologías. En el caso de las plantas, la historia empezó de manera diferente. Creo que la investigación a veces está muy sesgada: por un lado está el agrónomo, por otro lado está el que describe… y en el medio de todo eso estamos los fisiólogos, que intentan conectar esas cosas. Siempre la primera aproximación es descriptiva: se encontró esto, esto, esto, esto y esto otro. ¿Y entonces?

–¿Y entonces?

–Los trabajos que se están haciendo ahora en cuanto a lo fisiológico se focalizan en dilucidar qué es lo que hace que estas proteínas en esas plantas se comporten como se comportan. Y lo que se ve es que no es tan sencillo…

–Para variar.

–No somos los únicos que trabajamos en esto; hay varios grupos a nivel internacional que se dedican a esto. El rol fisiológico es bien difícil de desentrañar.

–¿Y usted qué piensa?

–Le puedo contar lo que creo, más bien. A esta altura de la investigación es más una cuestión de fe que de resultados experimentales.

–Lo que pasa es que uno siempre tiene una idea guía.

–Sí, pero esta investigación tiene una particularidad. Estamos tan acostumbrados a decir lo que el experimento indica que a veces “jugársela” a decir lo que uno cree es complejo, porque es difícil validarlo. Pero estamos de acuerdo en que una vez que uno tiene una idea, esa idea no deja de gobernar el modo en que pensamos e incluso el modo en que hacemos los experimentos. Personalmente, entonces, yo creo que el hecho de que exista una proteína que regula el transporte de agua habla de una especificidad muy grande en la fisiología. Una proteína es controlada a nivel celular con alto grado de especificidad y con alta eficiencia. Mi estudio está dentro de una tradición de estudio de las proteínas que tiene muchos años, por más que no se hubieran descubierto las acuaporinas: el agua se mueve por las células y el estudio de la relación del agua a través de la membrana plasmática es antiquísimo. Ahora bien: el hecho de que exista la posibilidad de regular eso tiene que tener algún tipo de relevancia dentro de la fisiología más allá del hecho de que el agua se mueve porque los iones la siguen, que es lo que se impone ahora como paradigma.

–¿Y qué pasa en un ambiente salino?

–Cuando uno se pone a estudiar la respuesta fisiológica de la planta en un ambiente salino, donde los iones sobran, el ion se mueve y en principio a nadie le importa lo que le pasa al agua: sólo se sabe que el ion se mueve. El agua, al menos dentro de la planta, no limita solamente el hecho de que esté más o menos turgente: eso también dispara señales, entonces el hecho de regulación de estas proteínas debería estar relacionado con estas cuestiones. Debería estar actuando como principal modulador del estado estacionario que tiene el agua dentro de la planta. Al principio, entonces, estaba convencida de que si esas proteínas regulaban con tanta especificidad el paso de agua, eso tenía que ponerse en evidencia en las plantas en cierto momento. Hoy por hoy le digo que me gustaría hacer un estudio más macro. Porque todo lo que estábamos haciendo al mirar una sola proteína está siendo poco claro. En un individuo mirar una sola proteína rara vez es tan relevante frente a todas las otras. De modo que me gustaría abrir un poco más el juego, para entender cómo hace tan eficiente el uso del agua. La verdad es que falta mucho por descubrir. Sobre todo para entender no tanto el porqué (que no tiene mucho sentido) sino el cómo.

–¿Por qué el “porqué” no tiene sentido?

–Cuando doy clases de metodología de la investigación científica siempre pienso que utilizar como guía la pregunta por el porqué es errado, es difícil seguir una investigación así.

–Pero se necesita un poco de “por qué”.

–Sí, claro.

–Porque si no da lo mismo pensar si los átomos existen o si son un mero artificio, una manera de llamarle a algo que no se entiende qué es, un modelo… Uno quiere saber por qué se combinan el hidrógeno y el oxígeno, por ejemplo…

–No estoy tan segura. La naturaleza está, nosotros decidimos estudiarla. Al estudiarla metemos un montón de modelos que nos simplifican el entendimiento de algo que existe.

–Esa es siempre la primera línea de defensa del científico. A mí me gustaría saber qué hay detrás del modelo. Me interesa la cuestión ontológica. Por ejemplo: el modelo de Ptolomeo durante mucho tiempo sirvió para los experimentos, pero era completamente falso. El problema de fondo es que uno quiere saber cómo son las cosas en la realidad.

–Y tiene que aprender a vivir con que la realidad es muy difícil de conocer.

–Y de definir. Pero uno no se conforma con un modelo sólo porque funciona.

–Desde ya. Y el hecho de estar trabajando bajo un modelo hace que uno se dé cuenta de que su conocimiento es parcial.

–Pero uno siempre quiere mirar un poquito más allá.

–Siempre. Si no, no sería científica.


DIALOGO CON VICTORIA VITALI, BIOQUIMICA, DOCTORANDA EN LA FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS

 

 

 

Terapia celular

Es el uso de células como agentes terapéuticos y la medicina regenerativa busca reconstruir tejidos y órganos.

El Hospital de Clínicas en Montevideo trabaja en la creación del área de terapia celular y medicina regenerativa para dar solución a enfermedades de difícil curación.
El costo de la inversión primaria es de $10 millones. Para el director del Hospital es una inversión más que justificable, por el aporte que esto puede generar en el tratamiento de enfermedades que parecen incurables.
Las enfermedades degenerativas, las lesiones traumáticas, los defectos genéticos, el envejecimiento y el estilo de vida constituyen uno de los problemas sanitarios más importantes en muchos países.

Canales de agua

Cuando en el 2003 Peter Agre recibió el Premio Nobel por descubrir las acuaporinas, citó entre los pioneros a los biofísicos sudamericanos que habían contribuido a su trabajo.

–Cuénteme.

–Muy bien. Yo egresé de la Universidad Nacional del Sur, en Bahía Blanca, y de allí me fui a Estados Unidos, a California, donde estuve unos tres años. Allí estudié junto a Eduardo Zeiger, un especialista en fisiología vegetal. Hice toda mi formación en el estudio de canales iónicos. Es un tema que a mí siempre me interesó: cómo se mueven los transportadores para intercambiar sustancias a nivel celular y cómo eso repercute a nivel de la planta entera. Cuando volví al país me encontré con el doctor Mario Parisi, un biofísico que está en la Facultad de Medicina y que estaba estudiando canales de agua en animales. Prácticamente no había nada hecho en canales de agua en plantas, porque habían sido descubiertos hacía muy poquito tiempo.

–¿De qué año estamos hablando?

–Del año ’94, y el primer trabajo de canales de agua o acuaporinas había surgido en el ’93. Para que tome conciencia de lo importante que había sido ese descubrimiento, Peter Agre, el descubridor de los canales de agua, recibió en 2003 el Premio Nobel de Química. Y en el discurso de recepción, él citó a unas seis u ocho personas que habían sido pioneros para el descubrimiento de los canales de agua gracias a estudios biofísicos que interpretaban cómo se manejaban los cambios de permeabilidad al agua que había en las membranas biológicas. Entre esas personas estaba Mario Parisi, el único argentino citado como uno de los contribuyentes. Fue fundamental para hacer énfasis en el excelente trabajo que se estaba desarrollando acá, aunque no a nivel plantas, sino a nivel de los fluidos en sistemas de riñón, vejiga.

–¿Qué es un canal de agua?

–Un canal de agua, o una acuaporina, no es nada diferente de lo que usted se imagina: es una proteína que está inserta en la membrana y que deja pasar agua.

–¿Cómo ingresa agua a la célula?

–Bueno, justamente ésa es la pregunta que nosotros nos proponemos responder. Para eso utiliza la bicapa lipídica (es decir, los lípidos que conforman la membrana) y las proteínas específicas que le comentaba. Antes se pensaba que no existían estas estructuras específicas, que el agua pasaba directamente a través de esta bicapa lipídica acompañando solutos o iones a través de otros transportadores, pero que no había un ente específico. Fue en 1992 que se descubrió que había proteínas específicas para el movimiento de agua, y eso revoluciona el concepto del transporte de agua, y la necesidad o no que tienen los animales y las plantas de tener mecanismos específicos para el movimiento de agua.

–¿Por qué tienen esa necesidad?

–En algunos sistemas estaba muy claro, como en los que estudiaba Mario Parisi. En riñón, por ejemplo, o en vejiga urinaria, en los cuales los movimientos de agua son tan drásticos, tan importantes, y se moviliza tanta agua por unidad de tiempo, que ellos decían que sí o sí las membranas tenían que tener algún tipo de estructura, aunque no se podía identificar todavía desde el punto de vista molecular. En el caso de las plantas no era tan obvio: se decía que el movimiento de agua entre las células era el que prevalecía en el intercambio de agua a nivel de la planta, de modo que no era tan importante un canal de agua. Sin embargo, las evidencias a posteriori fueron arrolladoras: hay canales de agua en las raíces, hay canales de agua en las hojas. La vía celular, el movimiento de agua en la vía celular (mejor dicho), acompaña de manera importante un movimiento de agua que no se da por vía celular.

–Bueno, y entonces, ¿cómo funciona un canal de agua?

–Funciona como una especie de caño. El modelo que en este momento más se acepta para comparar con el canal es un reloj de arena, en el cual todas las partículas de arena son como moléculas de agua. Entonces en una zona de constricción pasan casi en fila india las moléculas de agua. Eso es lo que permite la restricción de que no pase ninguna otra cosa por ese canal, y que ese canal sea específico para el movimiento de agua.

–¿Y la proteína?

–La proteína es todo. Esta proteína tiene aminoácidos “plegados”, tiene segmentos trans-membrana y otros lazos que se meten adentro de la bicapa y conforman ese poro estrecho. Se va haciendo como una especie de pared de aminoácidos. Pero además hay un plegamiento tridimensional, por decirlo de alguna manera. Y eso es lo que hace que se haga una estructura más chiquita que permite que pase solamente agua. Ahora es más complejo, se ha descubierto que hay muchos canales de agua que, en lugar de dejar pasar agua, dejan pasar solutos no cargados (por ejemplo urea, glicerol…). A esos se los llama acuagliceroporinas.

–Un nombre bárbaro para el juego del ahorcado.

–Sí, claro.

–Y ahora que se sabe que hay canales de agua, ¿qué está buscando?

–Nosotros tenemos líneas de investigación que van desde entender el canal de agua propiamente dicho, y cómo funciona (incluso si se cierra o no se cierra: se han descubierto residuos muy conservados que hacen que en el canal cuando se acidifica el interior de la célula se produzca un “taponcito” que impediría el pasaje de agua, de modo que el canal se cierra), hasta ver qué es lo que le pasa al organismo, a la planta entera.

–¿Por ejemplo?

–Por ejemplo: en una situación de estrés salino, ¿cómo responde? ¿Qué hacen las raíces? ¿Sintetizan más canales? ¿Lo cierran? ¿Contribuye el hecho de que la raíz tenga más o menos canales de agua a que pueda establecer un equilibrio hidrosalino y eso le permita sobrevivir en una condición de estrés?

–Y ésas son todas preguntas sin respuesta…

–No se crea. A muchas de ellas se le han encontrado respuestas, y en muchas de esas respuestas nuestro grupo ha participado activamente.

–A ver…

–Por ejemplo, hay una serie de estudios publicados que demuestran claramente que el censado de pH es una serie de histidinas que están del lado citoplasmático y que son las responsables de que el canal se cierre. Y hay integrantes del laboratorio que participaron de esos trabajos. Hay estudios en los que demostramos que un tipo de acuaporina junto con otro puede formar una estructura más compleja y cambiar el censado de pH de modo tal que no sea tan ácido. Esos son estudios a nivel estructural. Y después tenemos otros trabajos a nivel de la planta: en una línea trabajamos con frutillas, donde vemos si hay una incidencia o si hay cambios en la expresión de acuaporinas de acuerdo con el grado de maduración de la frutilla y hay trabajos hechos en la planta de la remolacha, que es muy tolerante a las condiciones de salinidad, y también allí vemos cambios en los patrones de expresión.

–O sea que hay avances.

–Sí, claro.

DIALOGO CON GABRIELA AMODEO, DOCTORA EN BIOLOGIA, INVESTIGADORA DEL CONICET

 Por Leonardo Moledo

DIVISIÓN CELULAR


Enlaces a ejercicios:

Resumen esquemático

primero hay una INTERFASE es donde la celula crece y produce proteinas y organulos esta se divide en

G1: sintesis de mRNA para la produccionde proteinas

S: replicacion de DNA nuclear, sintesis de mRNA e histonas

G2: sintesis de proteinas (microtubulos del huso)

luego ecoienza la division celular de celulas somaticas seria la MITOSIS

MITOSIS

PROFASE:

-condensacion del material genetico (cromosomas)

-formacion de huso bipolar

-duplicacion del centriolo

-migracion de los centrolos (regulan la formacion de microtubulos)

-desaparece el nucleolo y se desorganiza la envoltura nuclear

PROMETAFASE:

-membrana nuclear se desensambla y los microtubulo invaden la pared nuclear

-cada cromosoma ensambla 2 cinetocoros 1 en cada cromatina

METAFASE:

-congregacion en el plano ecuatorial

ANAFASE:

(TEMPRANA): -las cohesinas (unen cromatidas hermanas) son cortadas = separacion de las cromatidas

(TARDIA): -migracion de cromosomas hermanos

TELOFASE:

-reversion de sucesos en pro y metafase.

-se reforma la mambrana nuclear (utilizando fragmentos originales)

– los cromosomas se descondensan en cromatina

CITOCINECIS:

-genera un anillo contractil de actina donde estuvo la placa metafasica y ahorca el citoplasma = forma 2 celulas

en celulas gameticas hay una INTERFASE como la de celulas somatica.

MEIOSIS

PROFASE I:

*LEPTOTENO:

– condensacion de cromosomas individuales en filamentos largos dentro del nucleo

-aparecen cromomeros

*ZIGOTENO:

-los homologos se aparean en toda su longitud (sinapsis)

– se froma el bivalente o tetrada

– concluye la replicacion de DNA (el 2% faltante es en zig-zag)

*PAQUITENO:

-crossing over = cromatidas homologas no hermanas intercambian material genetico

– hay una pequeña replicacion debido a reparacion en el DNA

*DIPLOTENO:

-condensacion cromosomica

-se observan las 2 cromatidas

-se observan los quiasmas (X)

*DIACINESIS

– se observan los cromosomas algo amas condensados y los quiasmas

– rotura de la membrana nuclear

– cesa la sintesis de RNA en el nucleo

PROMETAFASE I:

– membrana nuclear desaparece

– se forma 1 cinetocoro por cada cromatida

– cromosomas del huso comienzan a moverse

-cromatidas hermanas alineadas en toda su longitud pero cromosomas homologos ya no = centromeros y cinetocoros separados

METAFASE I

– homologos se alinean en plano ecuatorial

– union de microtubulos del huso a cada centriolo

ANAFASE I:

-quiasmas se separan

-microtubulos se acortan en la region del cinetocoro = remolcar los homologos a cada lado

TELOFASE I:

– cada celula tiene la mitad del Nº de cromosomas pero cada cromosoma dos cromatidas

– microtubulos desaparecen

– membrana nuclear nueva

-cromosomas se desenrrollan

-ocurre citocinesis

INTERCINESIS

:como una interfase pero sin replicacion de DNA

MEISOSIS II

PROFASE II

(TEMPRANA): – desaparece envoltura nuclear y nucleolo

– comienzan a condensarce los cromosomas

(TARDIA): – cromosomas continuan acortandose y engordandose

-forma el huso entre centriolos (polos)

METAFASE II:

-union del huso con el cinetocoro

-alineacion de cromosomas en el ecuador en grupos de 2

ANAFASE II

-cromatidas se separan en sus centromeros

– 1 juego se desplaza hacia cada polo

-cromatidas unidas a fibras se separan y migran polarmente

-ahora cada cromatida es un cromosoma

TELOFASE II:

– 1 miembro de cada par homologo en cada polo

-cada uno es un cromosoma no duplicado

-reensamblan envolturas nucleares

-desapare el huso acromatico

-cromosomas se alargan = cromatina

-citocinesis

– se froman los nucleolos

 

Desarrollo 1º

BASES DE LA REPRODUCCIÓN CELULAR

Las actividades celulares de crecimiento y división pueden describirse según el ciclo vital de la célula o ciclo celular.

La mitosis es parte del ciclo de división celular que experimenta toda célula para multiplicarse e implica la participación del núcleo, que asegura que cada célula generada reciba una copia de cada cromosoma (ADN) de la célula progenitora.

Figura 1: Ciclo celular

En el siguiente esquema se ilustran las distintas etapas del ciclo celular y sus principales características.

1) Interfase
Es la etapa entre dos mitosis sucesivas. Es la fase de mayor duración y en ella ocurre la duplicación del material genético. El ADN se encuentra disperso como cromatina.

2) Mitosis
En la mitosis, el comportamiento de los cromosomas de las células animales y vegetales es semejante, con la diferencia de que en las células vegetales no existen centríolos ni ásteres como en las células animales. En la mitosis se pueden distinguir las siguientes etapas:
a. Profase
La cromatina se condensa y se hacen visibles los cromosomas. Cada cromosoma está constituido por dos cromátidas (ADN idéntico en cada una) conectadas al centrómero. En cada polo se haya un centríolo, los que se unen por medio del huso mitótico que comienza a aparecer. En los polos comienza a aparecer el huso  mitótico que une ambos centríolos. Alrededor de los centríolos comienzan a aparecer fibras conocidas como áster. Empieza a desaparecer la envoltura nuclear.

b. Metafase
En esta etapa de la mitosis desaparece la envoltura nuclear. Las fibras del huso se unen al centrómero de los cromosomas duplicados. Todos los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial de la célula.

c. Anafase
Las cromátidas hermanas se separan gracias a los microtúbulos del huso que se acortan hacia cada centríolo. Una de las cromátidas se desplaza hacia un polo o centríolo de la célula y la otra hacia el polo contrario. A partir de esta etapa, las cromátidas individuales pasan a llamarse cromosomas.

d. Telofase
Cuando los cromosomas alcanzan los polos toman el aspecto filamentoso de la interfase. Desaparecen el huso mitótico y el áster. Se forma la envoltura nuclear alrededor de los cromosomas y, por lo tanto, los núcleos. Esta etapa termina con la citocinesis, es decir, la división del citoplasma para generar dos células hijas.

DIVISIÓN CELULAR

MITOSIS

INTRODUCCIÓN 

La división celular es un fenómeno complejo por el que los materiales celulares se dividen en partes iguales entre las dos células hijas. En una serie de pasos que en conjunto se llaman MITOSIS se asigna a cada célula hija un juego completo de cromosomas. Hacia el final de este proceso, se produce la división o clivaje del citoplasma ( citocinesis ) y las dos células hijas se separan, de modo que cada una no sólo contiene un complemento cromosómico completo, sino también más o menos la mitad del citoplasma y de los organoides de la célula madre.

Este proceso es sólo la fase final y microscópicamente visible de cambios ocurridos a nivel molecular y bioquímico.

En los organismos unicelulares, la MITOSIS es el modo de reproducción asexual. En los organismos multicelulares, es el medio por el cual el organismo crece a partir de una sola célula y también por el que los tejidos lesionados se reponen y reparan.

EL MECANISMO MITÓTICO

El mecanismo de la mitosis ( del griego “ mitos”, filamento, hilo ) es semejante en todas las células eucariontes, aún cuando existen diferencias entre células animales y vegetales. Haremos primero una descripción del proceso mitótico en células animales, para marcar luego las diferencias que se manifiestan en las vegetales.

La serie de fenómenos que constituyen el ciclo mitótico comienza al finalizar el período G 2 de la interfase y termina al iniciarse el período G 1 de una nueva interfase. Las principales fases de la mitosis son: Profase, Metafase, Anafase y Telofase; de éstas la de mayor duración suele ser la profase.

Cuando una célula está en interfase, el material cromosómico está disperso y se observan como finos cordones. Al iniciarse la mitosis, la cromatina se arrolla lentamente y se condensa en forma compacta. Esta condensación sería necesaria para los complejos movimientos y separación de los cromosomas durante la mitosis. Cuando los cromosomas condensados se tornan visibles, cada uno consiste en dos réplicas llamadas cromátides unidas entre sí por el centrómero. Dentro de éste hay estructuras proteicas, los cinetocoros. 

ETAPAS DE LA MITOSIS

PROFASE

Al comienzo de la profase la cromatina empieza a condensarse visualizandosé los cromosomas individuales. Cada cromosoma consta de dos cromátidas duplicadas conectadas a nivel del centrómero. Al mismo tiempo, la célula adopta una forma esferoidal y se hace más refringente y viscosa.

Por fuera de la envoltura nuclear y próximos a ella, se encuentran dos pares de centríolos. Cada par consiste en un centríolo maduro y un centríolo recién formado que se ubica perpendicularmente al primero. Los pares de centríolos comienzan a separarse, un par migra hacia el polo apical o superior de la célula y el otro lo hace hacia el polo basal o inferior. A medida que se separan, se organiza entre ambos pares un sistema de microtúbulos que constituyen el huso acromático o huso mitótico. Rodeando a cada par de centríolos, aparecen unas fibras adicionales conocidas como ásteres ( el nombre de áster deriva de su aspecto estrellado ), que irradian hacia fuera de los centríolos. Otro cambio es la reducción de los nucléolos, que finalmente se fragmentan y aparecen desintegrados en el nucleoplasma.

La envoltura nuclear se desintegra a medida que se condensan los cromosomas. Al final de la profase, la envoltura nuclear desaparece, los cromosomas se han condensado por completo y ya no están separados del citoplasma.

Al término de esta fase, el aparato mitótico está totalmente organizado.

El APARATO MITÓTICO

El aparato mitótico comprende el huso y los ásteres que rodean a los centríolos. El áster aparece como un grupo de microtúbulos radiales (microtúbulos astrales) que convergen hacia el centríolo, alrededor del cual se observa una zona clara llamada centrosoma.

Las fibras del huso se clasifican en tres tipos: continuas (polares)que se extienden de polo a polo de la célula; cromosómicas (cinetocóricas)que unen a los cromosomas a los polos; e interzonales, que se observan en anafase y telofase entre los cromosomas hijos.

Los centríolos, el huso y los cinetocoros presentan tubulina ( proteína principal de cilias y flagelos ).

Los cinetocoros son los sitios donde se implantan los microtúbulos en los cromosomas y actúan en el armado de los microtúbulos.

METAFASE

Algunas veces se denomina prometafase a la transición entre la profase y la metafase. Se trata de un período muy corto durante el cual se termina de desintegrar la envoltura nuclear y se acaba de armar el aparato mitótico.

En la metafase, los cromosomas unidos a las fibras del huso por sus cinetocoros; sufren movimientos oscilatorios hasta que se ordenan en el plano central o ecuatorial, formando la placa ecuatorial.

ANAFASE

Al comienzo de la anafase, los centrómeros se separan simultáneamente en todos los pares de cromátidas. Los cinetocoros y las cromátidas se separan y comienzan su migración hacia los polos. El cinetocoro siempre precede al resto de la cromátida o cromosoma hijo, como si éste fuera traccionado por las fibras cromosómicas del huso.

El cromosoma puede adoptar la forma de una V de brazos iguales si es metacéntrico o de brazos desiguales si es submetacéntrico.

Durante la anafase, los microtúbulos de las fibras cromosómicas se acortan a un tercio o a un quinto de su longitud original. Simultáneamente, aumenta la longitud de los microtúbulos de las fibras continuas, algunas de las cuales constituyen las llamadas fibras interzonales.

TELOFASE

El final de la migración de los cromosomas hijos indica el principio de la telofase. Los cromosomas comienzan ha desenrollarse y se vuelven cada vez menos condensados, mediante un proceso que en cierta forma es inverso a la profase.

El huso se dispersa en subunidades de tubulina y se desintegra. Los cromosomas se agrupan en masas de cromatina rodeadas de segmentos discontinuos de envoltura nuclear provenientes del REG (retículo endoplásmico rugoso ), hasta que la envoltura nuclear queda reconstituida, en cada grupo cromosómico.

Los nucléolos aparecen en las etapas finales a nivel de los organizadores nucleolares de algunos cromosomas.

Hasta este momento hemos considerado la división nuclear ( cariocinesis ), a ésta le suele seguir la segmentación y separación del citoplasma ( citocinesis ).

CITOCINESIS

Es el proceso de clivaje y separación del citoplasma. Puede producirse simultáneamente a la anafase y telofase, o en una etapa posterior.

El clivaje se produce siempre en la línea media de la célula. La membrana celular comienza a estrecharse en el área donde se situaba el ecuador del huso. Al principio aparece un surco en la superficie, que luego se profundiza hasta que la célula se divide. Se supone que en esta constricción intervienen microfilamentos de actina, pues se los observa en grandes cantidades cerca de los surcos.

Durante la citocinesis, los distintos organoides citoplasmáticos se distribuyen equitativamente en ambas células hijas.

MITOSIS EN CÉLULAS VEGETALES

En la división de las células vegetales, el comportamiento cromosómico es igual al descripto en las células animales.


Una de las diferencias más notables es que las células vegetales no poseen centríolos ni derivados centriolares. Pero este no es un impedimento para la formación del huso mitótico, en este caso se lo denomina “huso anastral “. La formación de microtúbulos está relacionada con los cinetocoros. Otra de las diferencias está dada por la citocinesis, en las células vegetales, el citoplasma se divide en la línea media por un tabique que comienza a formarse en la anafase, llamado fragmoplasto, que estaría formado por microtúbulos y vesículas derivadas de dictiosomas. Con el tiempo, las vesículas se fusionan y dejan un espacio limitado por una membrana, la placa celular. A medida que se fusionan más vesículas, los bordes de la placa en crecimiento se juntan con la membrana celular y de este modo se establece un espacio entre las dos células hijas, completando así su separación. Por último, este espacio se impregna de pectinas que constituyen la laminilla media. Cada célula hija construye entonces su propia pared celular depositando celulosa y otros polisacáridos contra su membrana. Una vez completada la división celular, quedan dos células hijas idénticas. 

 

MEIOSIS

Todas las células corporales de un organismo contienen un número determinado de cromosomas, característico de la especie a la que pertenece.

En los organismos eucariontes más complejos los cromosomas siempre existen en pares, hay invariablemente dos de cada clase formando parejas, cada uno de ellos se llama homólogo. Así los 46 cromosomas humanos, constituyen 23 pares.

En las gametas la cantidad de cromosomas es exactamente la mitad, existiendo sólo uno de cada clase. Esto ocurre porque son células destinadas a unirse, así cuando un espermatozoide fecunda a un óvulo se reconstituye el número normal de cromosomas de la especie.

Como en las células somáticas tenemos dos cromosomas de cada clase decimos que son diploides, en cambio a las gametas las llamamos haploides. Habitualmente designamos el número haploide como “ n “ y al diploide como “ 2 n “.

Por ejemplo para la especie humana, n = 23 y 2n = 46.

La constancia del número de cromosomas en las sucesivas generaciones queda asignado por el proceso de MEIOSIS, un tipo particular de división nuclear propia de los eucariontes, que consiste en dos divisiones consecutivas, que comienzan en células diploides en las cuales el número de cromosomas se reduce a la mitad.

La reducción del número de cromosomas en la meiosis no se produce al azar, sino que se separan los miembros de pares de cromosomas para pasar a células hijas diferentes.

La meiosis tiene lugar en algún momento del ciclo vital de todos los organismos de reproducción sexual, porque los gametos deben ser haploides para compensar el número doble de cromosomas producto de la fecundación. En animales y algunas algas se produce durante la formación de gametas. En muchos hongos, algas verdes y esporozoarios se lleva a cabo inmediatamente después de la fecundación. En la mayoría de las plantas se realiza después de la fecundación, pero antes de la formación de las gametas, durante la formación de esporas.

De todos modos, a pesar de las variaciones particulares, el proceso es muy parecido en las diferentes especies.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA MEIOSIS

MEIOSIS I – División reduccional

Para su mejor estudio describimos varios períodos: Profase I, Metafase I, Anafase I y Telofase

PROFASE I: Es el período más prolongado de la meiosis, a la vez para su mayor comprensión consideramos varias subetapas:

a.      Leptonema: Los cromosomas se presentan como largas fibras, delgadas, poco espiralizadas. Las cromátidas no son visibles.

b.     Cigonema: Los cromosomas homólogos se alinean y aparean de una manera altamente específica, este proceso es llamado sinapsis.

El apareamiento comprende la formación del complejo sinaptonémico, una estructura proteínica que se halla interpuesta entre los homólogos. Al par de cromosomas homólogos apareados lollamamos bivalente.

c.      Paquinema: Los homólogos se aparean íntegramente ( en toda su longitud ). Los cromosomas se visualizan más cortos y gruesos debido al alto grado de espiralización. Cada unidad es ahora una tétrada, compuesta por dos homólogos, es decir cuatro cromátidas. Las dos cromátidas de cada cromosoma se denominan cromátidas hermanas.

Durante el Paquinema es característico el intercambio de segmentos, proceso llamado entrecruzamiento o crossing-over. Este intercambio de material cromosómico es una fuente importante de variabilidad genética.

a.      Diplonema: Los cromosomas apareados empiezan a separarse, aunque permanecen unidos en los puntos de intercambio o quiasmas.

b.     Diacinesis: La contracción de los cromosomas llega a su máximo, los cromosomas homólogos          siguen unidos por los quiasmas que ahora se ubican en los extremos ( terminalización de los quiasmas ).

Mientras ocurren los procesos antes mencionados, se desorganiza la envoltura nuclear y se organiza el huso acromático. 

METAFASE I

Los homólogos unidos como en diacinesis se asocian por sus centrómeros a las fibras del huso, ubicándose en el plano ecuatorial de la célula.

ANAFASE I

Se separan los homólogos cada uno hacia polos distintos de la célula. Hacia finales de esta etapa puede observarse el comienzo de la citocinesis ( división del citoplasma ). Cabe aclarar que la migración de los cromosomas hacia polos opuestos de la célula es al azar.

TELOFASE I

Los cromosomas ubicados en los polos de la célula se reagrupan. Cada polo recibe la mitad del número de cromosomas de la célula origina. Se completa la citocinesis. Luego de este período puede existir un intervalo llamado intercinesis.

MEIOSIS II – División ecuacional

Esta segunda división es muy parecida a la Mitosis, excepto que no va precedida por una duplicación del ADN.

Al comienzo de esta división los cromosomas pueden haberse dispersado un poco, pero vuelven a condensarse.

También aquí describimos varios períodos.

PROFASE II

Se organiza nuevamente el huso acromático. Los cromosomas se unen a las fibras del mismo por sus centrómeros.

METAFASE II

Los cromosomas ( cada uno formado por dos cromátidas ) se ubican en el plano ecuatorial.

ANAFASE II

Al igual que en la anafase mitótica las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan, migrando hacia polos distintos de la célula.

TELOFASE II

Se desorganiza el huso acromático, se forman las envolturas nucleares. Ahora hay cuatro núcleos hijos, cada uno de los cuales tiene la mitad del número de cromosomas de la célula progenitora.

La citocinesis ocurre del mismo modo que tras la mitosis.

CONSECUENCIAS DE LA MEIOSIS

La meiosis desde el punto de vista genético se considera un mecanismo destinado a distribuir al azar los genes maternos y paternos en las gametas. Esta distribución al azar es la consecuencia de dos procesos que tienen exclusivamente durante la meiosis. Ellos son:

·         La recombinación genética o crossing over.

·         La segregación al azar de los cromosomas homólogos. 

Ambos sucesos son fuente de variabilidad genética. A su vez las fallas en la segregación al azar de los homólogos en la Anafase I y II, conduce a aberraciones cromosómicas que provocan graves patologías (por ej. El Sindrome de Down).

GAMETOGÉNESIS

El proceso antes descripto es el que ocurre en aquellas células destinadas a formar células sexuales. Según el tipo de organismo del que se trate, podemos hablar de una gametogénesis (es decir que la meiosis produce gametas ) o esporogénesis ( cuando los productos son esporas ). En el caso de las gametas, se originan por meiosis los óvulos femeninos y los espermatozoides masculinos. En ambos casos, se trata de células especiales, las gametogonias, las que en los órganos reproductivos (ovarios y testículos ) van a experimentar la meiosis y así originar las gametas.

La serie de cambios que conducen a la formación de espermatozoides, empieza con la conversión de las espermatogonias en espermatocitos I, son éstos los que experimentan la primera división meiótica, originando dos espermatocitos II, estas células ya son haploides.

Cada uno de los espermatocitos II experimentan la segunda división meiótica, dando origen así a cuatro espermátidas. Posteriormente estas células se diferencian en espermatozoides a través de un proceso denominado espermiogénesis.

Para la formación de los óvulos en los ovarios, la célula primordial es la ovogonia que se diferencia en ovocito I. Éste pasa por una división meiótica para producir un ovocito II y un cuerpo polar, que es una célula de pequeño tamaño. Esta primera división comienza en la mujer en el tercer mes de vida fetal, se detiene en profase I avanzada reiniciándose en el momento de la ovulación. La segunda división meiótica que produce el óvulo y un segundo cuerpo polar, sólo ocurre después de la fecundación. El cuerpo polar también puede dividirse pero de todas formas son células que no intervienen directamente en la fecundación.  

COMPARACIÓN ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS

AUTOEVALUACIÓN

1-       Distinga los siguientes términos: ciclo celular,/ división celular, mitosis / citocinesis, cromátida /cromosoma, centríolo / centrómero.

2-      Describa las actividades de cada etapa del ciclo celular y el papel de cada una en el proceso global de la división.

3-      ¿ Qué es un cromosoma ? ¿ Cómo se relaciona con la cromatina ?

4-      ¿ Qué son las células haploides y diploides ?

5-      ¿ Por qué decimos que las neuronas están continuamente en período G ?

6-      ¿ Cómo ocurren los fenómenos cromosómicos en la profase meiótica ?

7-      ¿ Los cromosomas que se separan en la primera división meiótica, son iguales a los que comenzaron el proceso de división ?

8-      ¿ Por qué no ocurre síntesis de ADN en la intercinesis ?

9-      ¿ Cuáles son las diferencias básicas entre mitosis y meiosis ?

10-   En nuestro cuerpo ocurren mitosis y meiosis. Describa las funciones de estos dos procesos.

PREGUNTAS DE MULTIPLE OPCIÓN

1-    Si una célula en cultivo, incorpora notablemente timidina al ADN, dicha célula se encuentra en:

a.     G1.

b.    S.

c.     G2.

d.    Mitosis.

2-   La etapa del Ciclo Celular

a.     G2 es la más larga del ciclo.

b.    G1 contiene el doble de ADN que G2.

c.     G0 es la que sigue inmediatamente a la división celular y es previa a G1.

d.    G2 contiene el doble de ADN que G1.

3-   En el ciclo celular:

a.     el ADN comienza a pasar al estado compactado durante la etapa G1.

b.    se sintetizan histonas y ADN durante la etepa S.

c.     se duplica el número de cromosomas durante G2.

d.    la interfase comprende G1, S, G2 y cariocinesis.

4-   La ADN polimerasa cataliza la formación de uniones fosfodiéster entre:

a.     el –OH del carbono 3’ de un nucleótido y el fosfato del carbono 5’ del nucleótido siguiente

b.    el –OH del carbono 5’ de un nucleótido y el fosfato del carbono 3’ del nucleótido siguiente

c.     un fosfato de un nucleótido y un fosfato del nucleótido siguiente

d.    un –OH de un nucleótido y un –OH del nucleótido siguiente

5-   En la replicación del ADN hay una cadena adelantada y retrasada debido a :

a.     la distinta velocidad de copia de la nueva cadena

b.    el tipo de enzima que actúa sobre cada cadena

c.     el carácter antiparalelo de las cadenas molde

d.    la formación de horquillas de duplicación

6-   Durante la prometafase mitótica ocurre:

a.     movimiento y ubicación de los cromosomas en el plano ecuatorial.

b.    desorganización de la envoltura nuclear.

c.     duplicación de los centríolos.

d.    recombinación genética entre pares de homólogos.

7-   Si al observar una célula en división se pueden contar 7 cromosomas en cada polo, la célula:

a.     es 2n=14 y está en metafase II meiótica.

b.    es 2n=14 y está en anafase I mitótica.

c.     es n=7 y está en anafase mitótica.

d.    es 2n=7 y está en anafase mitótica.

8-   Si al observar una célula en división se pueden contar 7 cromátides en cada polo, la célula :

a.     es 2n=7 y está en metafase II meiótica.

b.    es 2n=14 y está en anafase mitótica.

c.     es 2n=14 y está en anafase II meiótica.

d.    es n=7 y está en metafase mitótica.

9-   En la meiosis, una célula 2n=12 en la profase II tendrá:

a.     12 cromosomas duplicados.

b.    6 bivalentes.

c.     12 cromosomas con una cromátide cada uno.

d.    6 cromosomas duplicados.

10-     Durante la meiosis, los sucesos que contribuyen a la variabilidad genética se producen en:

a.     Profase I, Anafase I y Anafase II.

b.    Profases I y II.

c.     Profase I y Telofase I.

d.    Profase II y Telofase II.

Silvia Márquez- Sergio Daniel Ifrán- Enrique Zabala  

BIBLIOGRAFÍA

1.        Alberts, B et al; (1996) Biología Molecular de la Célula; 3ra Edición; Ediciones Omega S.A. Barcelona.

2.       Brock, T; (1997) Biology the Microorganisms; 8th Edition; Prentice Hall. NY

3.       Campbell, N; (1997) Biology; 4th Edition. the Benjamin Cummings Publishing Company, Inc. California

4.       De Robertis(h); Hib; Ponzio.(1996).Biología Celular y Molecular de De Robertis; 12º Edición. El Ateneo. Bs.As.

5.       De Robertis, E.; Hib, J.; (1998) .Fundamentos de Biología Celular y Molecular; El Ateneo. Bs.As.

6.       Dillin ,Andrew, Rine ,Jasper .(1998). Roles for ORC in M Phase and S Phase Science. 279 (1733 – 1737)

7.    Elledge, Stephen J. (1996) . Cellspan style=’font-weight:normal’>Cycle Checkpoints: Preventing an Identity Crisis. Science. 274 (1664 – 1672)

8.       Gardner, Simmons, Snustad; (1991) Principles of genetics; 8th edition; John Wiley and sons,Inc.

9.       Harper, (1995) Manual de Bioquímica; Ediciones El Manual Moderno.

10.    Jacks,Tyler and Weinberg, Robert A. (1998). The Expanding Role of Cell Cycle Regulators. Science. 280 (1035 – 1036)

11.     Karp, G.; (1998) Biología Celular y Molecular;Ed. Mc Graw Hill Interamericana. México

12.    Kimball, J.; (1994) Biology; 6th ed.; Mc Graw Hill Professional Publishing. NY

13.    King, Randall W., Deshaies, Raymond J., Peters, Jan-Michael, Kirschner, Marc W.. (1996) How Proteolysis Drives the Cell Cycle. Science. 274 (1652 – 1659 )

14.    Murray Andrew (1994). Cell cycle checkpoints. Current Opinion in Cell Biology 6:872-876.

15.    Nasmyth, Kim, Peters, Jan-Michael, Uhlmann, Frank (2000). Splitting the Chromosome: Cutting the Ties That Bind Sister Chromatids . Science. 288 (1279 – 1284)

16.    Nurse, Paul (2000). The Incredible Life and Times of Biological Cells . Science. 289 (1711-1716)

17.    Smith and Wood; (1997) .Biología Celular; Ed. Addison-Wesley, Iberoamericana S.A.

18.    Smith and Wood; (1998) .Biología Molecular y Biotecnología; Ed.Addison-Wesley, Iberoamericana S.A.

19.    Stansfield, W., (1992) Genética; 3ra Edición; Mc Graw Hill Interamericana. México.

20.   Stillman, Bruce (1996). Cell Cycle Control of DNA Replication. Science. 274 (1659 – 1663)

21.    Stocker, Hugo and Hafen ,Ernst (2000). Genetic control of cell size. Current Opinion in Genetics and Development, 10:529-535

22.   Stryer, L.;(1995) Bioquímica; Ed. Reverté. España.

23.   von Hippel, Peter H. and Jing, Debra H. (2000). Bit Players in the Trombone Orchestra . Science. 287 (2435 – 2436)

24.   Wang, Thomas A, Li ,Joachim J ( 1995) Eukaryotic DNA replication. Current Opinion in Cell Biology, 7:414-420.

25.   Weinert, Ted. (1997). Enhanced: A DNA Damage Checkpoint Meets the Cell Cycle Engine. Science. 277 (1450 – 1451)

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