Las etapas del ciclo celular
Las células no permanecen siempre iguales. Desde que una célula se forma hasta que finalmente se divide, atraviesa una serie de etapas en las que crece, desarrolla sus funciones, duplica su material genético y se prepara para originar nuevas células.
Este conjunto ordenado de acontecimientos recibe el nombre de ciclo celular.
El ciclo celular es característico de las células eucariotas y puede dividirse, de manera general, en dos grandes períodos: la interfase y la división celular.
La interfase es un período de intensa actividad celular. Durante esta etapa, la célula crece, desarrolla sus funciones y duplica su ADN. Luego, durante la división celular, el material genético previamente duplicado se distribuye entre las nuevas células.
La división celular puede producirse mediante mitosis o meiosis, dependiendo del tipo de célula y de la función que tendrá el proceso.
La interfase
La interfase es el período que transcurre entre una división celular y la siguiente. Aunque muchas veces se la presenta como una etapa de “reposo”, la célula se encuentra muy activa durante este período.
La interfase comprende tres etapas principales: G1, S y G2.
Fase G1
En la fase G1, la célula crece y desarrolla sus actividades normales.
Durante esta etapa produce proteínas, incorpora nutrientes, fabrica diferentes estructuras celulares y lleva adelante las funciones que corresponden al tipo de célula de que se trate.
Por ejemplo, una célula muscular tendrá actividades diferentes de las de una célula nerviosa, aunque ambas sean células eucariotas.
Fase S
La fase S es especialmente importante porque durante ella se produce la duplicación del ADN.
Antes de que una célula pueda dividirse, necesita copiar toda la información genética que contiene. De esta manera, cada una de las células resultantes podrá recibir una copia de esa información.
Durante la duplicación, cada molécula de ADN sirve como modelo para formar una nueva molécula.
En esta etapa también comienza a establecerse la estructura que permitirá que el material genético duplicado pueda distribuirse correctamente durante la división celular.
Fase G2
En la fase G2, la célula continúa creciendo y se prepara para dividirse.
Se producen proteínas y estructuras necesarias para la división y se realizan controles que permiten comprobar que la duplicación del ADN se haya producido correctamente.
Una vez finalizada la interfase, la célula está preparada para comenzar la división.
[IMAGEN SUGERIDA 2: comparación visual de G1, S y G2]
Del ADN a los cromosomas
Para comprender la división celular es necesario detenernos un momento en la forma en que se encuentra organizado el ADN.
Durante gran parte de la vida celular, el ADN se encuentra asociado a proteínas y forma una estructura relativamente extendida denominada cromatina.
Cuando la célula se prepara para dividirse, la cromatina se condensa y se compacta. De esta manera se forman los cromosomas, estructuras que pueden observarse con mayor facilidad durante la división celular.
Cada cromosoma está formado por una molécula de ADN asociada a proteínas.
Después de la fase S, cada cromosoma está constituido por dos copias idénticas llamadas cromátidas hermanas, que permanecen unidas en una región denominada centrómero.
Esta organización permite distribuir de manera ordenada el material genético durante la división celular.
La división celular
Una vez que la célula completó la interfase, puede comenzar la división celular.
Este proceso comprende dos acontecimientos principales.
Primero se divide el núcleo, proceso denominado división nuclear. En la mitosis, esta división recibe específicamente el nombre de mitosis.
Luego se divide el citoplasma. Este proceso recibe el nombre de citocinesis.
La división celular cumple diferentes funciones según el tipo de organismo y de célula.
En los organismos unicelulares, una división puede dar origen a nuevos individuos.
En los organismos pluricelulares, la división celular permite crecer, reemplazar células que envejecieron o murieron y reparar tejidos.
La forma de división más habitual para estas funciones es la mitosis.
La mitosis
La mitosis es el proceso mediante el cual una célula eucariota distribuye su material genético duplicado para formar dos núcleos con la misma información genética.
Como resultado de la mitosis, y luego de la citocinesis, se originan generalmente dos células hijas genéticamente iguales entre sí y a la célula que les dio origen, siempre que no se hayan producido alteraciones en el ADN.
La mitosis resulta fundamental para el crecimiento y el desarrollo de los organismos pluricelulares.
También permite reemplazar células y reparar tejidos. Por ejemplo, cuando una herida comienza a cicatrizar, las células de la zona pueden dividirse mediante mitosis para producir nuevas células.
La mitosis se divide tradicionalmente en cuatro etapas principales: profase, metafase, anafase y telofase.
Profase
Durante la profase, la cromatina comienza a condensarse y los cromosomas se hacen visibles.
Como el ADN fue duplicado previamente, cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas.
También comienza a organizarse el sistema de estructuras que permitirá mover los cromosomas durante la división.
En las células animales, los centrosomas participan en la formación del huso mitótico, una estructura formada por microtúbulos que interviene en el desplazamiento de los cromosomas.
Hacia el final de esta etapa, la envoltura nuclear comienza a desorganizarse.
Metafase
Durante la metafase, los cromosomas se ubican en la región central de la célula.
Esta disposición permite que las cromátidas hermanas queden correctamente orientadas para que cada futura célula hija reciba una copia.
La posición de los cromosomas en el centro de la célula no es casual. Es parte de un mecanismo que permite distribuir el material genético de manera ordenada.
Anafase
En la anafase, las cromátidas hermanas se separan.
Cada cromátida pasa a considerarse un cromosoma independiente y se desplaza hacia uno de los extremos de la célula.
De esta manera, ambos polos celulares reciben una copia equivalente del material genético.
Telofase
Durante la telofase, los cromosomas llegan a los extremos de la célula y comienzan a descondensarse.
Alrededor de cada conjunto de cromosomas se forma nuevamente una envoltura nuclear.
Como resultado, se forman dos núcleos con la misma información genética
La citocinesis
Una vez distribuido el material genético, debe separarse el resto de la célula.
La citocinesis es el proceso mediante el cual se divide el citoplasma y se originan las dos células hijas.
En las células animales, la membrana celular se estrangula progresivamente hasta separar las dos células.
En las células vegetales, el mecanismo es diferente debido a la presencia de una pared celular. En este caso se forma una estructura llamada placa celular, que posteriormente dará lugar a la nueva pared que separará ambas células.
La citocinesis suele comenzar hacia el final de la mitosis o inmediatamente después de ella.
¿Qué ocurre con las células que se dividen?
No todas las células del organismo se encuentran permanentemente en división.
Algunas células pueden abandonar temporal o permanentemente el ciclo celular y permanecer en una etapa denominada G0.
Esto ocurre, por ejemplo, con células que se encuentran realizando funciones especializadas y que no necesitan dividirse continuamente.
La duración del ciclo celular tampoco es igual para todas las células. Algunas se dividen rápidamente, mientras que otras pueden permanecer durante mucho tiempo sin hacerlo.
La regulación del ciclo celular es fundamental. Si una célula comienza a dividirse sin los controles adecuados, pueden producirse alteraciones importantes en los tejidos.
La meiosis
La meiosis es otro tipo de división celular. A diferencia de la mitosis, está relacionada con la reproducción sexual y permite formar células reproductoras o sus precursores.
Su principal característica es que, a partir de una célula con dos juegos de cromosomas, se producen células con un solo juego de cromosomas.
Por eso se dice que la meiosis es una división reduccional.
En los seres humanos, por ejemplo, las células del cuerpo poseen 46 cromosomas organizados en 23 pares. Las células que darán origen a los gametos deben terminar con 23 cromosomas para que, durante la fecundación, la unión de un óvulo y un espermatozoide permita recuperar los 46 cromosomas característicos de la especie.
Pero la meiosis tiene otra consecuencia muy importante: genera variabilidad genética.
Esto ocurre porque durante la meiosis los cromosomas pueden intercambiar fragmentos de ADN y porque los cromosomas de origen materno y paterno se distribuyen de diferentes maneras entre las células resultantes.
La meiosis comprende dos divisiones celulares consecutivas, llamadas meiosis I y meiosis II.
Meiosis I
Durante la primera división meiótica se separan los cromosomas homólogos.
Los cromosomas homólogos son aquellos que forman un par y contienen genes para las mismas características, aunque pueden presentar diferentes versiones de esos genes.
La meiosis I comprende cuatro etapas principales: profase I, metafase I, anafase I y telofase I.
Profase I
La profase I es una de las etapas más importantes de la meiosis.
Los cromosomas se condensan y los cromosomas homólogos se aparean. Al permanecer juntos pueden intercambiar fragmentos de ADN en un proceso denominado entrecruzamiento o crossing-over.
Este intercambio de material genético produce nuevas combinaciones de información genética.
La profase I es considerablemente más compleja que la profase de la mitosis y puede dividirse en varias subetapas. Sin embargo, para comprender el proceso general, lo fundamental es recordar que aquí los cromosomas homólogos se aparean y puede producirse intercambio de ADN entre ellos.
Metafase I
Durante la metafase I, los pares de cromosomas homólogos se ubican en la región central de la célula.
A diferencia de lo que ocurre en la metafase de la mitosis, aquí se alinean pares de cromosomas homólogos.
La orientación de cada par es independiente de la de los demás pares. Esto contribuye a generar diferentes combinaciones de cromosomas en las células resultantes.
Anafase I
Durante la anafase I, los cromosomas homólogos se separan y se desplazan hacia polos opuestos.
Las cromátidas hermanas permanecen unidas.
Esta diferencia es fundamental para distinguir la meiosis I de la mitosis: en la anafase de la mitosis se separan las cromátidas hermanas, mientras que en la anafase I de la meiosis se separan los cromosomas homólogos.
Telofase I
Durante la telofase I, los cromosomas llegan a los polos de la célula.
Luego ocurre la citocinesis y se forman dos células.
Cada una posee un solo cromosoma de cada par de homólogos. Sin embargo, los cromosomas todavía están duplicados, ya que cada uno continúa formado por dos cromátidas hermanas.
Meiosis II
Después de la meiosis I comienza la meiosis II.
No se produce una nueva duplicación del ADN antes de esta segunda división.
La finalidad de la meiosis II es separar las cromátidas hermanas.
Las etapas de la meiosis II son semejantes a las de la mitosis: profase II, metafase II, anafase II y telofase II.
Profase II
Los cromosomas vuelven a condensarse, se organiza el huso y la célula se prepara para una nueva división.
A diferencia de la profase I, aquí no se produce el apareamiento de cromosomas homólogos ni el crossing-over.
Metafase II
Los cromosomas se ubican en la región central de cada célula.
Las cromátidas hermanas quedan orientadas hacia polos opuestos.
Anafase II
Durante la anafase II, las cromátidas hermanas finalmente se separan.
Cada una se desplaza hacia uno de los polos de la célula y pasa a constituir un cromosoma independiente.
Telofase II
Durante la telofase II, los cromosomas llegan a los polos y se forman nuevas envolturas nucleares.
Finalmente ocurre la citocinesis.
Como resultado de todo el proceso meiótico, una célula inicial puede originar cuatro células con un solo juego de cromosomas, que además presentan combinaciones genéticas diferentes.
Mitosis y meiosis: dos procesos diferentes
Aunque ambos procesos permiten distribuir material genético entre nuevas células, la mitosis y la meiosis cumplen funciones diferentes.
La mitosis participa principalmente en el crecimiento, el desarrollo, la renovación celular y la reparación de tejidos. A partir de una célula se originan generalmente dos células hijas con la misma cantidad de cromosomas.
La meiosis, en cambio, está relacionada con la reproducción sexual. A partir de una célula con dos juegos de cromosomas se originan células con un solo juego. Además, las células resultantes presentan combinaciones genéticas diferentes.
Otra diferencia importante es el número de divisiones.
La mitosis comprende una división celular.
La meiosis comprende dos divisiones consecutivas, meiosis I y meiosis II.
En la mitosis se separan las cromátidas hermanas durante la anafase.
En la meiosis I se separan primero los cromosomas homólogos y recién durante la meiosis II se separan las cromátidas hermanas.
¿Por qué son importantes estos procesos?
La división celular permite que los organismos puedan crecer, desarrollarse y mantener sus tejidos.
Cada vez que una célula se divide mediante mitosis, el organismo puede aumentar su cantidad de células o reemplazar aquellas que ya no funcionan correctamente.
La meiosis cumple una función diferente. Permite producir células con un solo juego de cromosomas y genera nuevas combinaciones de información genética.
Esto tiene una enorme importancia para las especies que se reproducen sexualmente, ya que contribuye a que los descendientes no sean genéticamente idénticos a sus progenitores.
La combinación de la meiosis y la fecundación permite mantener estable el número de cromosomas de una especie a lo largo de las generaciones y, al mismo tiempo, generar diversidad genética.
Una mirada general al ciclo celular
El ciclo celular puede entenderse como una secuencia ordenada de acontecimientos.
Primero, la célula crece y realiza sus funciones durante la fase G1.
Luego, durante la fase S, duplica su ADN.
Después continúa creciendo y se prepara para dividirse durante la fase G2.
Finalmente, según el tipo de célula y la función que deba cumplir, puede producirse una división celular.
En la mitosis, el material genético duplicado se distribuye de manera que se formen dos células hijas con la misma información genética.
En la meiosis, se producen dos divisiones consecutivas que reducen a la mitad el número de cromosomas y generan células genéticamente diferentes.