ADN, genes y cromosomas
¿Qué es el ADN?
El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es la biomolécula que contiene la información genética para fabricar las proteínas de la célula. Las enzimas son las responsables de la regulación de todos los procesos vitales. El ADN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas como parte de los cromosomas.
Estructura de los cromosomas
Los cromosomas están formados por cromatina, la asociación del ADN y proteínas. Cuando la célula está en reposo, la cromatina está dispersa por el núcleo y los cromosomas no son visibles. Antes de la división celular, el ADN se duplica y la cromatina se condensa, formando cromosomas visibles. Cada cromosoma está formado por dos cromátidas, unidas por un centrómero.
Número y tipo de cromosomas
El número de cromosomas no se relaciona con la complejidad del organismo.
- Cariotipo: Conjunto de cromosomas de un individuo ordenados por parejas. Los cromosomas de cada pareja se denominan cromosomas homólogos.
- Cromosomas sexuales: Pareja de cromosomas que determinan el sexo de un individuo.
- Autosomas: Los demás cromosomas que no son sexuales.
Los genes se localizan en los cromosomas
- Gen: Segmento de ADN con la información necesaria para producir una proteína. Cada cromosoma contiene numerosos genes. Los genes de las dos cromátidas de cada cromosoma son idénticos.
- Genoma: Conjunto de los genes de un organismo. El genoma humano contiene alrededor de 35.000 genes.
El ciclo de vida de la célula
La necesidad de la división celular
La división celular es el proceso por el cual una célula se divide en dos células hijas idénticas. Cada célula hija crecerá y realizará sus funciones hasta que esté preparada para dividirse nuevamente. En las células eucariotas, la principal forma de división celular es la mitosis. La división celular es fundamental para:
- El crecimiento del cuerpo.
- La renovación de las células que se destruyen.
- La reparación de los tejidos dañados.
Ciclo celular
El ciclo celular se divide en dos etapas principales:
Interfase (período largo)
Ocupa la mayor parte de la vida de la célula. Durante la interfase:
- La célula aumenta de tamaño, crece su citoplasma, y aumenta el tamaño y número de sus orgánulos.
- Se absorben nutrientes, se realiza la fotosíntesis y se produce energía.
- Tiene lugar la síntesis de proteínas.
La interfase se subdivide en las siguientes fases:
- G1: Crecimiento celular.
- S: Duplicación del ADN.
- G2: Duplicación de orgánulos (como los centriolos). Preparación para la división celular (durante este período el ADN se encuentra en forma de cromatina).
División celular (más corto)
Etapa breve en la vida de la célula. Se subdivide en:
- Mitosis: división del núcleo (profase, metafase, anafase, telofase).
- Citocinesis: división del citoplasma (durante este proceso el ADN se encuentra en forma de cromosomas).
Los cromosomas durante el ciclo celular
Los cromosomas son visibles solo durante la etapa breve de la división celular. Durante la interfase, el ADN, asociado a proteínas llamadas histonas, está disperso en el núcleo formando la cromatina. Antes de entrar en la etapa de división celular, la célula duplica su ADN para poder repartir copias entre las dos células hijas. Esta duplicación ocurre durante la fase S. Al iniciarse la mitosis, la cromatina se condensa y se empiezan a visualizar los cromosomas.
La división celular: mitosis y citocinesis
La división del núcleo: mitosis
La mitosis es la división del núcleo celular y la distribución de los cromosomas entre las dos células hijas, de forma que ambas reciban un número idéntico de cromosomas. La importancia de la mitosis se manifiesta en:
- Asegura la división de una célula en dos células hijas (forma de reproducción asexual).
- Mantiene constante el número de cromosomas.
- Permite el crecimiento del organismo desde la primera etapa, o estado de cigoto, a la etapa de individuo adulto.
- Proporciona nuevas células para reparar tejidos.
En los animales la mitosis ocurre en todos los tejidos. En las plantas la mitosis solo ocurre en determinados tejidos, llamados meristemos, que son los encargados de dividirse y dar lugar a los demás tejidos de la planta.
El movimiento de los cromosomas durante la mitosis está controlado por estructuras del citoesqueleto celular: centriolos y huso mitótico. (Los centriolos solo están presentes en células animales).
Las etapas de la mitosis son: profase, metafase, anafase y telofase.
Ciclo celular (Dibujo)
- Interfase: Antes de comenzar la división celular el ADN se duplica, existen dos pares de centriolos y el ADN está en forma de cromatina.
- Profase: Condensación de la cromatina para formar cromosomas, separación de los centriolos, aparición del huso mitótico entre los centriolos, ruptura de la membrana nuclear.
- Metafase: Disposición de los cromosomas en el ecuador de la célula, inserción de los cromosomas en los microtúbulos del huso mitótico, posición de los centriolos en los polos de la célula.
- Anafase: Separación de las cromátidas idénticas de cada cromosoma que se dirigen hacia los polos de la célula. Para ello se acortan los microtúbulos del huso mitótico.
- Telofase: Comienza a formarse la membrana nuclear, se descondensan los cromosomas, desaparece el huso mitótico y comienza el estrangulamiento del citoplasma.
Citocinesis
La citocinesis es la división del citoplasma que comienza a finales de la telofase. En las células animales la citocinesis se produce por estrangulamiento gracias a los microtúbulos, mientras que en las células vegetales no se produce estrangulamiento porque la pared celular es muy rígida. En su lugar, se formará una placa celular que separa las dos células hijas y que dará lugar a la pared celular. (Dibujo)
La meiosis (I)
Reproducción sexual y meiosis
En la reproducción sexual, durante el proceso de fecundación, se produce la unión de dos gametos que da lugar a una nueva célula, o cigoto. El cigoto dará lugar a un nuevo individuo. Los gametos se forman gracias a un tipo especial de división, denominado meiosis, mediante la cual el número de cromosomas se reduce a la mitad. La meiosis consiste en dos divisiones celulares consecutivas (meiosis I y meiosis II), semejantes a una mitosis, pero entre las cuales no se produce duplicación del ADN. La meiosis solo tiene lugar durante la formación de los gametos (células haploides).
Meiosis y recombinación genética
Los gametos contienen distintas combinaciones de genes, formadas mediante el intercambio de porciones cromosómicas entre los cromosomas homólogos. Este proceso se denomina entrecruzamiento y tiene como resultado la recombinación genética. Tiene lugar durante el apareamiento de los cromosomas homólogos, en la profase de la primera división meiótica.
La meiosis (II)
Diferencias entre mitosis y meiosis
| Característica | Mitosis | Meiosis |
|---|---|---|
| Lugar donde ocurre | Todas las células del cuerpo | Células progenitoras de los gametos, en los órganos reproductores |
| Número de células obtenidas por cada célula madre | 2 | 4 |
| Número de cromosomas de la célula madre | Diploide (2n) | Diploide (2n) |
| Número de cromosomas de las células hijas | Diploide (2n) | Haploide (n) |
| Función | Crecimiento, renovación de células y tejidos. Mantenimiento de la vida del individuo. | Continuidad de la especie. Aumento de la variabilidad genética. |
| Número de divisiones celulares | 1 | 2 |
| Recombinación genética | No existe | Sí |
| Células obtenidas | Todos los tipos celulares | Gametos |
Espermatogénesis y ovogénesis
La formación de los gametos se denomina espermatogénesis (formación de espermatozoides) y ovogénesis (formación de óvulos). Se realiza mediante la meiosis, tiene lugar en los órganos reproductores y comienza en la pubertad. Los espermatozoides se originan a partir de espermatogonias y los óvulos a partir de las ovogonias del ovario. La unión de un espermatozoide y un óvulo dará lugar a un nuevo individuo diploide. (Dibujo)
Reproducción sexual y variabilidad genética
La meiosis y la unión posterior de los gametos originan nuevas combinaciones de genes. Estos, a su vez, pueden transmitir estas combinaciones genéticas a su descendencia, lo que supone la base de la evolución biológica. La supervivencia y evolución de una especie depende de su diversidad genética. La variabilidad genética se produce por:
- Distribución independiente de los cromosomas: En la meiosis, los cromosomas homólogos se separan y se distribuyen al azar entre los futuros gametos.
- Recombinación genética: En la meiosis se originan combinaciones de genes que no existían en los progenitores.
- Fecundación al azar de los gametos: La unión de los gametos al azar. El número de posibles combinaciones es elevadísimo.
La reproducción de los organismos
¿Qué es la reproducción?
La reproducción es la capacidad de toda célula o ser vivo de producir descendientes semejantes a sí mismo. No hace falta producir nuevos seres vivos, las células también se reproducen a sí mismas. Es lo que se denomina reproducción o división celular. Las células del organismo se dividen para:
- Reponer las células que se mueren, reparar tejidos y estructuras que se desgastan.
- Crecer desde la etapa de embrión a la de individuo adulto y producir nuevas estructuras.
Las células transmiten sus cromosomas a la descendencia
Cuando una célula se divide, las células resultantes, las células hijas, suelen ser idénticas a la célula madre. Esto se debe a que la célula madre duplica sus cromosomas antes de dividirse y los reparte entre las células hijas.
Reproducción asexual y sexual
- Reproducción asexual: A partir de un único individuo rápidamente podemos tener dos individuos, la población se regenera rápidamente.
- Reproducción sexual: Reproducción en la cual se utilizan dos individuos que dan lugar a pocas crías.
¿Qué forma de reproducción es más ventajosa?
La reproducción sexual es más ventajosa que la asexual porque la recombinación genética da lugar a nuevos individuos distintos a los progenitores. Si hay un cambio en el ambiente, los individuos con nuevas combinaciones de genes pueden adaptarse mejor.
| Característica | Reproducción sexual | Reproducción asexual |
|---|---|---|
| Número de progenitores | 2 | 1 |
| Recombinación genética | Sí | No |
| Número de descendientes | Pocos | 2 o más |
| Cigoto | Sí | No |
| Intervención de órganos reproductores | Sí | No |
| Gametos | Sí | No |
| Descendientes | Distintos entre sí y distintos a la célula madre | Idénticos (clones) |
| Formación de clones | No | Sí |
| Presencia de embrión | Sí | No |
La reproducción de las bacterias
Las bacterias son células procariotas porque carecen de núcleo. Su información genética está contenida en una cadena de ADN en forma de anillo, denominada cromosoma circular o bacteriano, dispersa en el citoplasma. Las bacterias se reproducen de forma asexual mediante un tipo de división simple o bipartición. Comienza con la duplicación del cromosoma bacteriano, que forma una copia idéntica. Después cada copia va a un extremo de la célula, y cada una de las células que resultan de la división recibe uno de los cromosomas bacterianos, originándose dos bacterias idénticas e iguales a la bacteria progenitora. La reproducción bacteriana es muy rápida.