13.2: Mitosis

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta lección podrás:

• Comparar diploides y haploides e identificar qué células en la planta son cuáles.
• Entender por qué las células sufren mitosis.
• Explicar cómo los cromosomas se preparan para la división celular en la fase S de la interfase.
• Reconocer lo que sucede con los cromosomas, la pared celular, la membrana celular y la membrana nuclear en cada etapa de la mitosis.

Fases de la mitosis. Boumphreyfr. CC BY-SA 3.0

Ploidía

La lección anterior se centró en la estructura principal de ribosa fosfato del ADN, en las bases de purina y pirimidina, y en cómo el ADN se compleja con proteínas y bobinas para formar cromatina. Aquí veremos más de cerca la fase de síntesis (S) de la interfase y la fase de mitosis (M). Recordemos que la fase mitosis del ciclo celular “pastel” se divide en cuatro etapas; veremos ahora qué sucede en cada una de esas etapas y cómo contribuye al desenlace de la mitosis, la división igual de los cromosomas en dos células hijas.

La ploidía se refiere al número de conjuntos de cromosomas homólogos (idénticos) en una célula.

• En organismos superiores como plantas (y animales, incluidos los humanos), las células de gametos (óvulos y espermatozoides) típicamente contienen cada una un conjunto de cada uno de los cromosomas que se encuentran en esa especie en particular. Cuando las células contienen un conjunto de cromosomas característicos de la especie, este estado se denomina haploide y se abrevia n.
• Cuando el esperma y el óvulo, cada uno de los cuales son n, se unen para formar un cigoto, la célula del cigoto tiene ahora dos conjuntos de cromosomas, uno del esperma del progenitor masculino y otro del óvulo del progenitor femenino. Cuando las células contienen dos conjuntos de cromosomas, se describen como diploides, abreviados 2n.
• Recordemos que un resultado de la doble fertilización en las plantas es que un espermatozoide se une con dos cuerpos polares femeninos para crear el endospermo que se encuentra en las semillas. Las células del endospermo tienen tres conjuntos de cromosomas, dos de los núcleos polares del progenitor femenino (n + n) y uno del espermatozoide del progenitor masculino (n), por lo que este tejido es triploide, abreviado 3n.

La mayoría de las células de plantas con flores que hemos estudiado hasta ahora, como las células que componen la epidermis, la corteza y los tejidos vasculares (pero no las células de esperma y óvulos), se llaman células somáticas, y son diploides (2n). Cada célula lleva dos conjuntos de cromosomas: uno del progenitor masculino y otro del progenitor femenino.

Cada especie de planta tiene un número característico de cromosomas en sus células somáticas. Bur roble tiene 24. La petunia de jardín tiene 14. El frijol verde tiene 22. La mitad de esos cromosomas provinieron del óvulo y la mitad del esperma, por lo que la planta tiene dos juegos de cromosomas. En el frijol, los 22 cromosomas se pueden numerar del 1 al 11 en función de su morfología (los cromosomas tienen diferentes longitudes). La numeración sólo va a 11, a pesar de que hay 22 cromosomas, porque cada célula diploide tiene dos copias del cromosoma 1, dos copias del cromosoma 2, y así sucesivamente.

Ilustración del Dr. Matt Clark, Universidad de Minnesota

La ilustración anterior muestra esto para el núcleo de una célula somática de una planta hipotética que contiene 6 cromosomas. En el lado izquierdo, los cromosomas se reordenan en tres pares de homólogos. Los cromosomas coincidentes de los dos conjuntos diferentes (por ejemplo, las dos copias del cromosoma 1) se denominan cromosomas homólogos u homólogos. Los homólogos portan, en la misma ubicación en el cromosoma, la información genética que afecta a la misma característica o función. La versión de la información puede ser diferente entre los cromosomas homólogos —es decir, la secuencia de pares de bases puede ser algo diferente porque un homólogo vino de la hembra y el otro del macho.

Los homólogos se ven idénticos y portan información genética sobre funciones celulares particulares en lugares idénticos en el cromosoma (se muestran usando bandas oscuras en ubicaciones específicas en el cromosoma), pero las secuencias exactas de pares de bases en esas ubicaciones pueden diferir, resultando en diferentes alelos y función génica. Las combinaciones parentales se muestran a la derecha, y son el aporte haploide que resultó de la meiosis. La reducción del 50% en las células sexuales asegura que la descendencia tenga el número adecuado de cromosomas diploides y homólogos coincidentes que son el complemento completo del genoma de las plantas.

Una célula en el meristemo apical de la planta que se prepara para dividirse es una célula somática, por lo que es diploide, y contiene dos conjuntos de cromosomas. Cuando se somete a mitosis, el resultado será de dos células hermanas diploides idénticas. Cada una de estas células hermanas también será diploide, y contendrá copias exactas de los dos conjuntos de cromosomas que estaban en la célula original. Las células “hija” y “hermana” se refieren a lo mismo —las nuevas células que surgen como resultado de la mitosis.

A partir de nuestro estudio de meristemas, se sabe que el crecimiento es el resultado de la formación de nuevas células, y la posterior elongación de esas células. La mitosis es el proceso que da como resultado la formación de nuevas células. Las células sufren mitosis, por lo tanto, como parte del crecimiento de las plantas.

Preguntas de revisión

1. Las células somáticas de frijol tienen 22 cromosomas. ¿Cuántos cromosomas hay en un espermatozoide de frijol?
2. Los óvulos de maíz tienen 10 cromosomas. ¿Cuántos cromosomas se encuentran en las células del endospermo de una semilla de maíz?
3. ¿Por qué las células se someten a mitosis? ¿Es importante?

Síntesis

Resultado de la fase S. Christinelmiller. CC BY-SA 4.0

Si una célula que sufre mitosis se divide en dos células, ¿cómo pueden ambas nuevas células ser idénticas entre sí y con la célula original? ¿No se dividirán por la mitad los cromosomas de la célula parental original durante la división? ¿Las células resultantes no serán haploides en lugar de diploides? No. El número de cromosomas no se reduce durante la división celular mitótica porque, antes de la división, cada uno de los cromosomas se replica (se duplica), lo que significa que la célula hace una copia exacta de cada cromosoma. Este proceso de replicación ocurre durante la fase de síntesis (S) del ciclo celular.

Recuerde que las fases G1, S y G2 del ciclo celular se denominan colectivamente interfase. La mayoría de las células de la planta realizan sus negocios en la fase G1. Sólo aquellas células llamadas a dividirse dan el siguiente paso, que es replicar sus cromosomas en la fase S. Una vez que se replican los cromosomas, la célula pasa a la fase G2 de interfase y espera la mitosis. La fase S se llama síntesis porque hacer una copia del cromosoma requiere una nueva producción de ADN, o síntesis.

Los dos cromosomas que son copias exactas se llaman cromátidas hermanas y permanecen conectados en un punto a lo largo de su longitud; este punto se llama centrómero, como se muestra en la ilustración.

Preguntas de revisión

1. Si una célula diploide entra en fase S con 2n=20 cromosomas, ¿cuántas cromátidas hermanas hay en la célula cuando ingresa a G2?
2. ¿Las cromátidas hermanas replicadas son independientes o están conectadas de alguna manera física?

Etapas de la mitosis

Este video brinda una visión de la fluidez de la mitosis en una célula donde 2N = 8 cromosomas, 4 pares = 4 paternos + 4 maternos.

A continuación se muestra una ilustración y una micrografía correspondiente para cada etapa en la mitosis, mostrando una hipotética célula vegetal donde 2n=4 (dos conjuntos de cromosomas, dos cromosomas por conjunto).

Etapas de la mitosis. © VectorMine | Dreamstime.com. Usado con permiso.

Las micrografías a continuación son células de la punta de la raíz de cebolla (Allium cepa). La cebolla tiene 2n=16 cromosomas. Cada una de las células tiene dos conjuntos de cromosomas donde cada conjunto está compuesto por ocho cromosomas. Las micrografías son ejemplos reales de las ilustraciones anteriores.

Etapas de mitosis en la punta de la raíz de cebolla. Melissa Ja. CC BY-NC-SA 2.0

Interfase

El marco izquierdo de la ilustración muestra celdas interfase. Las estructuras teñidas de rojo intenso en el centro de la micrografía de células de cebolla son los cromosomas. Están acorralados entre sí dentro de la membrana nuclear. Recordemos que durante la interfase los cromosomas están relajados en lugar de altamente condensados (es decir, no extensamente enrollados o plegados), y durante la fase S de interfase cada cromosoma se replica. Tiene sentido que los cromosomas estén relajados porque no pueden pasar por el proceso de replicación si están fuertemente enrollados, y porque los cromosomas solo necesitan ser enrollados para que puedan soportar el movimiento y no romperse. No se mueven, solo replican, por lo que estar en un estado relajado es perfecto. Las dos copias idénticas se llaman cromátidas hermanas y se mantienen unidas en un sitio llamado el centrómero. Tenga en cuenta que las cromátidas hermanas no son lo mismo que las homótidas. Los homólogos son cromosomas correspondientes, uno aportado a través del esperma y el otro a través del óvulo. Las cromátidas hermanas son cromosomas que se han replicado, son idénticos entre sí y se mantienen unidos en los centrómeros. No se pueden distinguir los cromosomas individuales en la imagen porque están relajados en lugar de enrollados y plegados apretadamente, haciéndolos tan finos que son difíciles de ver.

Profase

La profase es la primera etapa de la fase M. En la profase la cromatina comienza a bobinarse y condensarse para formar cromosomas. Se están enrollando porque se están preparando para moverse. Se puede comenzar a notar que cada cromosoma parece tener dos hebras (cromátidas hermanas) y que estas cromátidas hermanas están unidas entre sí en un centrómero. En la profase la membrana nuclear desaparece y los cromosomas se extienden para llenar gran parte de la célula. Durante esta fase, el aparato de husillo comienza a aparecer. Los husillos son microtúbulos asociados con el movimiento de los cromosomas durante la división.

Metafase

En metástasis el huso crece y forma fijaciones a los pares de cromátidas hermanas en el centrómero que conecta a las cromátidas hermanas. Este punto de apego se llama el cinetocoro. Las cromátidas hermanas se mueven hacia una placa ecuatorial imaginaria (llamada placa metafásica), que se forma a lo largo de la línea media de la celda entre los polos. Las cromátidas hermanas se encuentran en su estado más condensado en la metafase.

Anafase

Las cromátidas hermanas comienzan a separarse en la anafase. Cuando las cromátidas hermanas se separan, los centrómeros se dividen de manera que una cromátida hermana migra a un polo, y la otra migra al polo opuesto. Las cromátidas que se formaron de nuevo en la fase S de la interfase, cuando el cromosoma se replicó, ahora se separan, y las fibras del huso se acortan. Con las cromátidas hermanas separadas, podemos volver a llamarlas cromosomas. La anafase es la etapa en la que los cromosomas que portan el código de ADN se dividen con precisión para que cada una de las células resultantes tenga exactamente los mismos cromosomas que estaban en la célula madre antes de la división. Se entrega un complemento diploide completo de cromosomas (dos conjuntos) a cada célula hija.

Telofase

En la telofase, la membrana nuclear se forma alrededor de los cromosomas en cada una de las células hijas, se forma una placa celular entre estas células y las paredes celulares separan las células recién formadas en un proceso llamado citocinesis. Los cromosomas se descondensan y vuelven a convertirse en cromatina relajada. La telofase es la última etapa de la fase M. Después de telofase y citocinesis, las células regresan a G1 de interfase.

Preguntas de revisión

1. ¿Cuándo se separan las cromátidas hermanas entre sí?
2. ¿Los cromosomas se replican durante la mitosis o durante la interfase?
3. ¿Por qué los cromosomas están en su estado más condensado durante la metafase y conservan este estado condensado a través de la migración cromátida en la anafase?

Revisar

Recordemos que el resultado de la mitosis son dos células con ADN idéntico al de la célula original. Existen tres claves para entender cómo se forman dos células a partir de una, ambas con el mismo ADN que la célula original:

1. El ADN se replica completamente durante la etapa S de la interfase. Esta replicación da como resultado el doble de cromátidas hermanas que cromosomas, y una vez que estas cromátidas hermanas se separan y se asignan uniformemente a las dos nuevas células hermanas, ambas células hermanas tienen el número diploide de cromosomas, al igual que la célula original antes de la división.
2. A medida que la célula se prepara para dividirse, el ADN se condensa. Este empaque ayuda a evitar que las hélices de ADN muy delgadas se rompan, y mantiene el ADN organizado en un paquete apretado para que la célula pueda rastrearlo y moverlo.
3. El proceso es muy organizado. Por ejemplo, todas las cromátidas hermanas se alinean en el medio de la célula en la metafase, se dividen en el centrómero, y la mitad de las cromátidas van a un lado de la celda, la mitad al otro. Esta separación ordenada de las cromátidas hermanas asegura que el número correcto de cromosomas se empaqueta en cada una de las nuevas células hermanas.

Hay muchos sitios en línea que ilustran la mitosis, pero particularmente relevantes aquí son los que muestran micrografías de células vegetales. Se puede descubrir que existen algunos detalles sobre los husillos y su aparente sitio de origen que difieren entre las descripciones de mitosis en células animales y vegetales; no todo en línea se refiere a plantas. Cualquier mención a una estructura llamada “centriolo” se refiere a la mitosis de células animales, no a las plantas (ya que las plantas no tienen centriolos).

John H. Wahlert y Mary Jean Holland, de Baruch College, son autores de este sitio donde se muestran etapas de mitosis en cebolla. (Puede ignorar las etapas de la mitosis de pescado blanco en la segunda mitad del sitio a menos que esté interesado en las diferencias entre mitosis vegetal y animal).