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T8 - Reproducción celular
 

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    T8 - Reproducción celular T8 - Reproducción celular Presentation Transcript

    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 1.- El ciclo celular 2.- La replicación del ADN 2.1.- Replicación en Procariotas 2.2.- Replicación en Eucariotas 3.- División celular: mitosis y citocinesis 4.- La meiosis 5.- Mitosis, meiosis y reproducción 6.- Tipos de ciclos biológicos
    • ANTECEDENTES PAU: 2003 – Junio : hipótesis de Meselson y Stahl sobre replicación del ADN; replicación del ADN, enzimas implicados y su función; 2003 – Septiembre : ciclo celular, fases; diferencias entre mitosis y meiosis; 2004 – Septiembre : mitosis y meiosis, comparación; 2004 – Junio : duplicación, definición; 2005 – Junio : recombinación genética y su significado biológico; citocinesis animal y vegetal, diferencias; células poliploides y polinucleadas, origen; 2005 – Septiembre : replicación del ADN semiconservativa y bidireccional, explicación; 2006 – Junio : ciclo celular, fases; meiosis, fenómenos asociados y su significado biológico; replicación en eucariotas, definición y localización intracelular; 2007 – Junio : diferencias entre mitosis y meiosis, identificación de fases y explicación detallada; 2007 – Septiembre : el ciclo celular y sus fases; diferencia entre la mitosis y la primera diferenciación meiótica; concepto de citocinesis, diferencias en células animales y vegetales; cromatina interfásica y cromosoma metafásico, diferencias; replicación del ADN, explicación breve; Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • ANTECEDENTES PAU: 2008 – Junio : núcleo interfásico, estructura y composición; cromosomas metafásicos, características; 2008 – Septiembre : ciclo celular, esquema y explicación de sus fases; diferencias entre citocinesis animal y vegetal; 2009 – Junio : morfología del cromosoma metafásico, diferencias con el anafásico; diferencias entre la profase de mitosis y profase I de meiosis; significado biológico de la meiosis; 2009 – Septiembre : diferencias entre ciclo celular/división celular, mitosis/citocinesis, centrómero/cinetocoro; describir la subfase paquiteno de la meiosis; función biológica de la meiosis; replicación del ADN, enzimas implicadas y su función; ¿por qué la replicación se realiza de forma continua y discontinua? 2010 – Junio : replicación del ADN, explicación a partir de un diagrama; 2010 – Septiembre : explicar que la replicación es bidireccional y semiconservativa; Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Teoría celular: Omnis cellula ex cellula (Virchow, 1858) Organismos unicelulares: ▪ E s un mecanismo de reproducción asexual ▪ Supone la desaparición de la célula madre como individuo ▪ Da lugar a dos células hijas con el mismo material genético que la madre Organismos pluricelulares: ▪ E s un mecanismo de reproducción asexual ▪ Permite el crecimiento del organismo ▪ Sirve para reemplazar las células deterioradas o envejecidas Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 1.- EL CICLO CELULAR división celular
    • El CICLO CELULAR es el conjunto de cambios que sufre una célula desde que se forma hasta que se divide de nuevo. Su duración puede variar y lo hemos organizado en una serie de fases:
      • INTERFASE : la célula crece, su ADN está descondensado ( cromatina ) y sintetiza diversas sustancias
      • Tiene 3 fases:
        • Fase G 1 :
        • - Desde (fin de la fase M anterior)  (inicio replicación del ADN)
        • - Crecimiento general y aumento de tamaño de la célula
        • - Fase G 0 (reposo o quiescencia): cuando G 1 es permanente
        • Fase S:
        • - Replicación del ADN y síntesis de histonas
        • Fase G 2 :
        • - Se copian los centriolos e inicia condensación del ADN
        • - La célula se prepara para la división
      • FASE M : división del núcleo ( mitosis ) y del citoplasma ( citocinesis )
      Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 1.- EL CICLO CELULAR
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 1.- EL CICLO CELULAR
    • Ciclo celular Fase G 0 Fase G 1 Fase de mitosis Citocinesis Fase S Fase G 2 Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Estado de quiescencia . Típico de neuronas. Síntesis de proteínas y aumento del tamaño celular . Duración variable según el tipo celular. Replicación del ADN por lo que los cromosomas tendrán dos cromátidas . Síntesis de histonas . Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división . Duplicación de los centriolos . Se condensan los cromosomas. División celular División del citoplasma Interfase
    • Replicación del ADN: modelos CONSERVATIVO Una doble hélice conserva las dos cadenas originales y la otra está formada por las dos de nueva síntesis DISPERSIVO Cada cadena hija tiene fragmentos de la cadena original y fragmentos de nueva síntesis SEMICONSERVATIVO Cada doble hélice conserva una hélice de las dos originales y sintetiza una nueva Fue intuido por Watson y Crick cuando establecieron la estructura del ADN, pero no fue comprobado hasta 1957 experimentalmente. Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 2.- LA REPLICACIÓN DEL ADN
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 2.- LA REPLICACIÓN DEL ADN
      • Es una replicación semiconservativa: la doble hélice se abre y se copia, conservándose en cada molécula hija 1 cadena original de la molécula madre
    • Experimentos de Meselson y Stahl (centrifugación de ADN de Escherichia coli en una solución de CsCl) ADN 14 N ADN 15 N 1ª generación 2ª generación 3ª generación INTERPRETACIÓN DEL EXPERIMENTO Cultivo con 15 N Cultivo con 14 N 1ª generación 2ª generación 3ª generación ADN 14 N ADN 15 N ADN 15 N+ 14 N Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR RESULTADOS DEL EXPERIMENTO CONTROL ( Centrifugación del ADN conocido) Descarta el modelo conservativo, porque no había ADN 15 N y 14 N separados Descarta el modelo dispersivo, porque aparece la banda con ADN 14 N
    • 2.1.- REPLICACIÓN en Procariotas Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR Características del ADN : es CIRCULAR
      • Replicación:
      • Se inicia en un punto (ori C)
      • Es bidireccional
      • Se copian las 2 hebras a la vez en dirección 5’  3’ a ≈ 500 n/s
    • 2.1.- REPLICACIÓN en Procariotas Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR ETAPAS DE LA REPLICACIÓN: I.- Fase de Iniciación Desenrollamiento y apertura de la doble hélice II.- Fase de Elongación Síntesis de la nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original
    • 2.1.- REPLICACIÓN en Procariotas Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
      • I.- Fase de Iniciación: desenrollamiento y apertura de la doble hélice
        • Se inicia en una región del ADN rica en GATC  oriC o punto de iniciación
        • Alrededor de oriC se forma la horquilla de replicación (síntesis de ADN)
        • Enzimas que intervienen:
          • HELICASAS: rompen puentes H + entre bases nitrogenadas
            • la doble hélice se abre como una cremallera
          • GIRASAS y TOPOISOMERASAS: evitan tensiones del desenrollamiento
          • PROTEÍNAS SSB: impiden que las hebras se vuelvan a enrollar
    • 2.1.- REPLICACIÓN en Procariotas Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
      • I.- Fase de Elongación: síntesis de la nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original
        • Enzimas que intervienen:
          • ADN Polimerasas I, II y III: tienen 2 tareas que hacer…
            • Actividad POLIMERASA 5’  3’ :
              • 1- Recorren y “leen” la hebra molde en sentido 3’  5’
              • 2- Crea una cadena complementaria en sentido 5’  3’
              • (Para crear la cadena complementaria utilizan energía que obtienen de los 3P del nucleótido correspondiente)
            • Actividad EXONUCLEASA 3’  5’ : eliminan nucleótidos mal apareados y el cebador
      P R O B L E M A S : PROBLEMA 1: la ADN POLIMERASA es ‘tímida’ (necesita que alguien le de un empujoncito) PROBLEMA 2: si la ADN POLIMERASA sólo lee en sentido 3’  5’ y sintetiza la cadena complementaria en sentido 5’  3’… ¿¿¿Cómo puede copiar las 2 cadenas de ADN si son ANTIPARALELAS???
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR S o l u c i ó n a l P R O B L E M A - 1 La enzima ARN POLIMERASA (o PRIMASA ), sintetiza un fragmento de ARN de ≈10 nucleótidos ( CEBADOR o PRIMER ) con un extremo 3’ libre en el que la ADN POLIMERASA comenzará a añadir nuevos nucleótidos A T C G A A C C G T T G C A C C G T T G C A C U A G C T T G G C A A C G T G
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR S o l u c i ó n a l P R O B L E M A - 2
      • En la HEBRA CONDUCTORA o LÍDER (la que está en sentido 3’  5’) la síntesis es CONTÍNUA y sin problemas:
        • La ADN POL leerá en sentido 3’  5’ y sintetizará en sentido 5’  3’
      Síntesis continua de la cadena en dirección 5'  3'. La síntesis de esta cadena no plantea ningún problema. Así, una vez separadas ambas cadenas, se sintetiza el primer y la ADN pol. III (una de las enzimas que unen los nucleótidos) va a elongar la cadena en dirección 5'  3'. A T C G A A C C G T T G C A C C G T T G C A C U A G C T T G G C A A C G T G
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR S o l u c i ó n a l P R O B L E M A - 2
      • En la HEBRA RETARDADA (la que está en sentido 5’  3’) la síntesis es DISCONTÍNUA en pequeños fragmentos de ADN de 1000-2000 nucleótidos…
      • FRAGMENTOS DE OKAZAKI
      A T C G A A C C G T T G C A C C G T T G C Síntesis discontinua. La cadena complementaria no se va a replicar en sentido 3'  5' sino que se replica discontinuamente en dirección 5'  3'. Primero se sintetiza el primer ( ARN) y posteriormente este se elonga con ADN. El ARN es posteriormente eliminado y los diferentes fragmentos sintetizados, llamados fragmentos de Okazaki , son unidos entre sí. T A G C T U G G C A A C G T G A A C C C G G T
    • 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 3’ Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 3’ 5’ 5’ 3’ La ADN polimerasa necesita un fragmento de ARN ( cebador o primer ) con el extremo 3’ libre para iniciar la síntesis. Una de las hebras se sintetiza de modo contínuo. Es la conductora o lider . Fragmentos de Okazaki La otra hebra se sintetiza de modo discontinuo formándose fragmentos que se unirán más tarde. Es la retardada . Este cebador es sintetizado por una ARN polimerasa llamada primasa .
    • Fases de la replicación: mecanismo de elongación La primasa sintetiza un cebador en cada hebra de la burbuja de replicación. Las ADN polimerasa comienzan la síntesis de la hebra conductora por el extremo 3’ de cada cebador. La primasa sintetiza un nuevo cebador sobre cada hebra retardada. La ADN polimerasa comienza a sintetizar un fragmento de ADN a partir del nuevo cebador. Cuando la ADN polimerasa llega al cebador de ARN, lo elimina y lo reemplaza por ADN. La ligasa une los fragmentos de ADN. Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 1 2 3 4 5 6 Nuevo cebador Cebador Ligasas Hebra retardada Hebra retardada Primasas Cebador Nuevo cebador
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Es muy parecida a la de los procariontes, salvo en algunas diferencias: La replicación se inicia simultáneamente en varios puntos del cromosoma llamados replicones a ≈ 50 n/s Existen cinco tipos de ADN polimerasas (  ,  ,  ,  , y  ). Las histonas se duplican durante la replicación. Junto al ADN formarán el nucleosoma. Los nuevos nucleosomas se incorporan a la hebra retardada y los viejos en la conductora . Cuando se elimina el último cebador, la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco. 5’ 5’ 5’ 3’ 5’ Debido a esto el extremo del cromosoma (telómero) se va acortando cada vez que la célula se divide . Esto se asocia al envejecimiento y muerte celular. 5’ 3’ 5’ 5’ 5’ 3’ Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 2.2.- REPLICACIÓN en Eucariotas TELOMERASA: Enzima que impide el acortamiento del telómero. Es una retrotranscriptasa. Está en células madre de los gametos, tejidos embrionarios y células cancerosas 5’ 3’ Cebador Último cebador Telómero 5’ 3’ 5’ 3’ Hebras más cortas Eliminación de cebadores La ADN polimerasa polimeriza desde el extremo 3’ libre
    • Muerte celular NECROSIS APOPTOSIS - Muerte accidental, ocurre cuando la célula sufre un daño grave (p.e. falta de oxígeno) - La célula se hincha y se altera su estructura. - Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo. Es una muerte natural programada genéticamente. Está controlada por diversos genes, unos protegen a la célula y otros la inducen, según el momento del ciclo celular. Se condensa la cromatina, la célula se retrae y se fragmenta. Posteriormente es fagocitada por los macrófagos. Proceso indispensable en la renovación tisular y desarrollo embrionario. Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • PROFASE METAFASE ANAFASE TELOFASE La cromatina se condensa. Los cromosomas se hacen visibles. La membrana desaparece. Los cromosomas muy condensados se disponen en el ecuador de la célula. Los cromosomas hijos se rodean de una nueva membrana nuclear y se forman nuevos núcleos. Las cromátidas hermanas se separan y se dirigen a polos opuestos de la célula. Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 3.- DIVISIÓN CELULAR o ‘Fase M’
    • Mitosis (=Cariocinesis) PROFASE METAFASE Condensación de la cromatina. Separación de los centriolos a los polos opuestos. Formación del huso acromático o mitótico. Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo. Se forman los cinetocoros en los centrómeros. Los cromosomas alcanzan el grado máximo de condensación. El huso acromático se extiende entre los dos polos. Se forma la placa ecuatorial o metafásica. Cada una de las cromátidas del cromosoma queda orientada hacia un polo. OBJETIVO: repartir de manera equitativa el ADN duplicado en la fase S Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Mitosis ANAFASE TELOFASE Las cromátidas de cada cromosoma se separan hacia los polos opuestos ( acortamiento de microtúbulos cinetocóricos ) Los microtúbulos polares se alargan y separan los dos polos del huso acromático. Concluye cuando las cromátidas llegan a los polos. Los nucleolos reaparecen y los cromosomas empiezan a descondensarse. La membrana nuclear reaparece en cada polo. Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Citocinesis CITOCINESIS ANIMAL CITOCINESIS VEGETAL · Estrangulamiento que divide en 2 a la célula madre · El anillo contráctil irá estrechándose · Se forma el FRAGMOPLASTO : ves ap. Golgi+ μ túbulos del huso · PLASMODESMOS : comunicación entre células hijas Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR OBJETIVO: dividir el citoplasma y repartir de manera equitativa los orgánulos entre las dos células hijas Surco de segmentación Irá estrechándose hasta provocar la separación. Anillo contráctil Formado por actina y miosina . Aparato de Golgi Plasmodesmos Aseguran la comunicación entre las dos células hijas. Vesículas Microtúbulos Fragmoplasto Tabique de separación formado por fusión de vesículas
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR ¡¡A VER QUÉ ENTIENDES!! LA MEIOSIS …
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR 4.- LA MEIOSIS
      • OBJETIVO : producir GAMETOS  células HAPLOIDES (con la mitad del contenido del ADN)
      • CARACTERÍSTICAS BÁSICAS :
        • 1- A partir de 1 célula DIPLOIDE (meiocito) se obtienen 4 células HAPLOIDES
        • 2- Son genéticamente diferentes entre sí y a la célula madre original
        • 3- Se produce RECOMBINACIÓN GENÉTICA (intercambio de material hereditario)
      • FASES :
      • - MEIOSIS I (1ª división meiótica):
      • PROFASE I (leptoteno, cigoteno, paquiteno, diploteno y diacinesis), METAFASE I, ANAFASE I y TELOFASE I
      • se produce intercambio de material hereditario entre los cromosomas homólogos en profase I y se separan la pareja de cromosomas homólogos (con 2 cromátidas) en anafase I. Hay citocinesis
      • - MEIOSIS II (2ª división meiótica)
      • PROFASE II, METAFASE II, ANAFASE II y TELOFASE II
        • es como una mitosis. Entre las 2 divisiones hay una pequeña interfase sin fase S
    • SOBRECRUZAMIENTO FINALIDAD DE LA MEIOSIS Es la causa de que los cromosomas de los gametos no sean idénticos a los de la célula original . Originar gametos con un número haploide de cromosomas. Interfase. El ADN se duplica. Sobrecruzamiento Meiosis I. Los cromosomas homólogos se separan. Meiosis II. Las cromátidas se separan. 2n n Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR MEIOSIS I: (división reduccional)
      • PROFASE I:
        • LEPTOTENO
        • - Los cromosomas se condensan
        • - Cada cromosoma está formado por 2 cromátidas
        • CIGOTENO
        • - Los cromosomas homólogos se aparean ( sinápsis )
        • - Se produce a través del Complejo Sinaptonémico (estr. prot.)
        • - Se observan tétradas : estructura formada por 4 cromátidas
        • PAQUITENO
        • - Se produce el sobrecruzamiento (crossing-over): intercambio de material genético o recombinación genética
        • DIPLOTENO
        • - Cromosomas homólogos inician su separación, aunque permanecen unidos por los quiasmas (puntos de crossing-over)
        • DIACINESIS
        • - Desaparece el nucleolo y mb. nuclear, se forma huso acromático
      INTERFASE I: - Duplicación de cromosomas
    • Meiosis: profase I Las dos cromátidas están estrechamente unidas. Los cromosomas unidos a la envoltura nuclear. Sinapsis de los cromosomas homólogos a través del complejo sinaptonémico. Sobrecruzamiento y recombinación genica. Separación de los cromosomas homólogos. Permanecen unidos por los quiasmas. Visibles las cromátidas hermanas unidas por el centrómero. Las cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos unidas por los quiasmas Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR LEPTOTENO CIGOTENO PAQUITENO DIPLOTENO DIACINESIS Placas de unión Envoltura nuclear Complejo sinaptonémico Cromátidas hermanas (maternas) Cromátidas hermanas (paternas) Nódulo de recombinación Elementos centrales Elementos laterales Quiasmas
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
      • METAFASE I:
        • - Similar a la metafase mitótica, pero en la placa ecuatorial están las tétradas unidas por los quiasmas
      • ANAFASE I:
        • - Los cromosomas completos se separan a polos opuestos
        • - Cada cromosoma estará formado por 2 cromátidas en las que ha habido recombinación genética
      • TELOFASE I:
        • - Reaparece la membrana nuclear y el nucléolo
        • - Los cromosomas se descondensan levemente
        • - Se obtienen: 2 células hijas con 2 cromátidas cada cromosoma
      INTERFASE II: - Corta y SIN DUPLICACIÓN DE ADN ( sin fase S )
    • Meiosis: metafase I, anafase I y telofase I METAFASE I ANAFASE I
      • En la placa ecuatorial se disponen las tétradas, unidas por los quiasmas
      • Los cinetocoros están fusionados y se orientan hacia el mismo polo
      - No se separan las cromátidas como en la mitosis, sino cromosomas completos . - Cada cromosoma del par de homólogos, se separa hacia un polo de la célula. TELOFASE I
      • Reaparece la membrana nuclear y el nucléolo.
      • Los cromosomas sufren una ligera descondensación
      • Se obtienen dos células hijas haploides
      Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR Quiasma Centrómeros
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
      • PROFASE II:
        • - Desaparece la membrana nuclear
        • - Cromosomas se condensan, se forma el huso acromático
      • METAFASE II:
        • - Cromosomas se sitúan en la placa ecuatorial
      • TELOFASE II:
        • - Se forma la membrana nuclear alrededor de los cromosomas
        • - Se produce CITOCINESIS
        • - Se obtienen 4 células hijas haploides y genéticamente distintas
      MEIOSIS II: (igual que una mitosis)
      • ANAFASE II:
        • - Se separan los centrómeros y cada cromática emigra a polos opuestos
    • DIVISIÓN MEIÓTICA I DIVISIÓN MEIÓTICA II Replicación del ADN Apareamiento de cromosomas homólogos y recombinación génica Separación de cromosomas División celular I División celular II Separación de cromátidas 4 gametos haploides Imprescindible para la reproducción sexual. Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR Cromosoma homólogo materno Cromosoma homólogo paterno
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • 5.- MITOSIS, MEIOSIS Y REPRODUCCIÓN Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Métodos de reproducción Reproducción asexual ▪ Interviene un solo organismo que produce copias idénticas de sí mismo. ▪ Típica de organismos unicelulares, plantas y hongos, también en algunos animales. ▪ No se genera variabilidad genética. ▪ Método sencillo y rápido. Reproducción sexual ▪ Interviene dos organismos que combinan su información genética y crean un nuevo organismo que tendrá una mezcla de sus caracteres. ▪ Se producen gametos haploides que se fusionan en un cigoto. ▪ Típica de organismos pluricelulares y en algunos unicelulares. ▪ Se genera variabilidad genética mediante: - la recombinación genética - la distribución al azar de los cromosomas - la fecundación ▪ Método complejo. Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Mecanismos de mantenimiento de la variabilidad genética Diploidía ▪ Las células presentan 2 juegos de cromosomas. ▪ La selección natural sólo actúa sobre los alelos dominantes. ▪ Esto permite que tengan alelos de genes mutados conservados y ocultos por un alelo dominante que es ventajoso en las condiciones ambientales actuales. ▪ Ejemplo: anemia falciforme y paludismo. Mecanismos que evitan la endogamia ▪ La endogamia es la reproducción entre individuos emparentados. ▪ La endogamia reduce la variabilidad genética y favorece la aparición de genes recesivos que pueden ser negativos. ▪ La exogamia se produce en animales y plantas. Impide la autofecundación en plantas y en animales hermafroditas induce la fecundación cruzada. Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR
    • Tema 8: REPRODUCCIÓN CELULAR ACTIVIDADES: 8, 9, 11 y 13 (págs. 138 y 139)