Ciclo Celular, Mitosis y Meiosis: Fundamentos de la Reproducción Celular y Genética

1. El Ciclo y la Reproducción Celular

La célula es la unidad reproductora de los seres vivos. La reproducción celular permite que, a partir de una célula madre, se formen dos o más células hijas idénticas a la progenitora. Comprende dos procesos fundamentales:

• Duplicación y posterior separación en dos juegos de la información genética (MITOSIS o CARIOCINESIS).
• División del citoplasma (DIVISIÓN CELULAR MITÓTICA o CITOCINESIS).

2. Concepto y Fases del Ciclo Celular

El periodo entre dos divisiones mitóticas se denomina interfase, donde hay una intensa actividad metabólica. Se divide en:

• Fase G1: Procesos de biosíntesis de proteínas, material celular y reparación del ADN. Si las células no se dividen, entran en G0. Existe un punto de restricción antes de la fase S.
• Fase S: Tiene lugar la duplicación del ADN.
• Fase G2: Preparación para la división; el ADN duplicado se condensa en cromosomas. Hay un segundo punto de restricción al final.
• Apoptosis: Muerte celular programada para eliminar células dañadas o envejecidas. Fallos en su regulación pueden causar cáncer o patologías degenerativas.

2.1. Mitosis

Se divide convencionalmente en cuatro fases:

A) Profase

• Profase temprana: Se visualizan los cromosomas y desaparece el nucléolo. En animales, los centriolos migran a los polos formando el huso acromático y los ásteres. En vegetales, el huso se organiza en la zona clara.
• Profase tardía: La membrana nuclear se disuelve y los microtúbulos se anclan al cinetocoro.

B) Metafase

Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial formando la placa metafásica. Se separan las cromátidas de cada cromosoma.

C) Anafase

Se separan los cromosomas hijos (antes cromátidas) por la despolimerización de los microtúbulos.

D) Telofase

Los cromosomas hijos llegan a los polos, desaparece el huso y se forman nuevas envolturas nucleares.

2.2. División del Citoplasma

Sincronizada con la mitosis:

• En células animales: Se produce un surco de segmentación y un anillo contráctil de microtúbulos que divide la célula.
• En células vegetales: Se forma un tabique de separación llamado fragmoplasto a partir de vesículas del Aparato de Golgi.

3. Meiosis y Gametogénesis

3.1. Fenómenos Morfológicos y Genéticos de la Meiosis

La meiosis forma núcleos hijos con la mitad de cromosomas (haploide, n) a partir de una célula diploide (2n). Supone dos divisiones sucesivas para formar 4 células n.

Primera División Meiótica:

• Profase I: Larga duración y muy diferente a la mitosis. La envoltura nuclear permanece estable y se desintegra al final.
  • Leptoteno: Los filamentos de ADN, ya duplicados, comienzan a condensarse, formándose cromosomas formados por dos cromátidas.
  • Zigoteno: Se emparejan los cromosomas homólogos gen a gen, a esto se le denomina sinapsis.
  • Paquiteno: Entrecruzamiento o sobrecruzamiento en los quiasmas con recombinación genética.
  • Diploteno: Los cromosomas homólogos inician su separación, permaneciendo unidos por los quiasmas.
  • Diacinesis: Tiene lugar una separación de los cromosomas homólogos.
• Metafase I: Los pares homólogos emigran al plano ecuatorial del huso y forman la placa metafásica.
• Anafase I: Se separan los cromosomas homólogos hacia los polos.
• Telofase I: Se forman núcleos con un juego completo de cromosomas homólogos de dos cromátidas.

Segunda División Meiótica:

Similar a la mitosis; su misión es separar las cromátidas de cada cromosoma.

• PROFASE II: Es corta, desaparecen las envolturas nucleares y se forman los husos acromáticos.
• METAFASE II: Los cromosomas de las células hijas se alinean en el plano ecuatorial, dando lugar a la placa metafásica.
• ANAFASE II: Se separan las cromátidas de cada cromosoma, emigrando a su respectivo polo celular.
• TELOFASE II: Se organizan los núcleos hijos. Se dividen las dos células hijas, formando cuatro células haploides.

3.2. Significado Biológico de la Meiosis

Mantiene constante el número de cromosomas en especies de reproducción sexual. La recombinación aumenta la variabilidad genética, cuyo origen es la mutación y la recombinación.

3.3. Gametogénesis

La gametogénesis comprende los mecanismos por los cuales se generan los gametos masculinos y femeninos en los organismos superiores. Ambos pueden ser iguales o, lo que es más común, pueden ser muy diferentes. En los animales, la gametogénesis en los machos implica la división meiótica de un espermatocito en cuatro espermátidas haploides. Posteriormente, las espermátidas se diferencian para originar cuatro espermatozoides móviles.

5. Reproducción Sexual y Asexual

Reproducción Asexual:

Sin gametos; hijos idénticos al progenitor. Tipos:

• Bipartición: Se produce en organismos unicelulares, y consiste en la formación de dos individuos por la división de la célula madre en dos partes.
• Pluripartición: Mediante divisiones sucesivas de la célula madre se originan múltiples células.
• Gemación: Los nuevos individuos se forman a partir de yemas, constituidas por una porción del protoplasma celular que se origina en el cuerpo del progenitor.
• Escisión: Consiste en la división longitudinal o transversal de un organismo en dos o más fragmentos, que se transformarán en nuevos individuos.
• Fragmentación: Representa en los vegetales lo que la escisión en los animales.
• Esporulación: Se realiza mediante una sola célula producida por mitosis. Esta célula se denomina espora agámica o mitospora, para distinguirla de las esporas sexuales, es decir, producidas por meiosis.

Reproducción Sexual:

A partir de gametos con recombinación genética. Tipos:

• Cariogamia: Se produce por intercambios entre núcleos; la función de los gametos la realizan los núcleos.
• Somatogamia: Consiste en la unión de las células somáticas.
• Gametogamia: Consiste en la formación de nuevos individuos a partir de los gametos. Presenta dos variedades:
  • Anfigonia: Es la reproducción gamética con fecundación, es decir, a partir de la fusión de los gametos.
  • Partenogénesis: Es la reproducción gamética sin fecundación. Debe considerarse como reproducción sexual, ya que el nuevo individuo se forma a partir de una célula sexual (un óvulo) originado por meiosis.

5.2. Ventajas e Inconvenientes Biológicos y Evolutivos

La reproducción sexual aumenta la variabilidad genética porque une dos genomas distintos y por la recombinación en la meiosis. Esto da flexibilidad a la especie para sobrevivir a cambios ambientales.