ADN

Ácido desoxirribonucleico (ADN)

El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN, es un tipo de ácido nucleico, una macromolécula que forma parte de todas las células. Contiene la información genética usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos conocidos y de algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. El ADN es un polímero de nucleótidos. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre sí. En el ADN, cada nucleótido, está formado por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser adenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G) y un grupo fosfato que actúa como enganche con el siguiente. Lo que distingue a un nucleótido de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases.

Cromosoma

Cromosoma

Se denomina cromosoma a cada uno de los pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se organiza la cromatina del núcleo celular durante las divisiones celulares (mitosis y meiosis). En las células eucariotas el ADN siempre se encontrara en forma de cromatina. Cuando el núcleo celular comienza el proceso de división (cariocinesis), esa maraña de hilos inicia un fenómeno de condensación progresivo que finaliza en la formación de entidades discretas e independientes: los cromosomas. Por lo tanto, cromatina y cromosoma son dos aspectos morfológicamente distintos de una misma entidad celular. Cada cromosoma tiene una región condensada, llamada centrómero, que confiere la apariencia general de cada cromosoma y que permite clasificarlos según la posición del centrómero a lo largo del cromosoma. Los cromosomas están ordenados por parejas según su longitud y se le denomina cariotipo. En el cariotipo hay 46 cromosomas. Cada cromosoma tiene una estructura doble, con dos cromátidas hermanas que yacen paralelas entre sí y unidas por un único centrómero. Durante la mitosis las cromátidas hermanas, que son idénticas, se separan una de otra hacia dos nuevas células.

• Cromosomas sexuales

Unos de los pares de cromosomas es distinto al resto realizando la determinación del sexo del individuo.

• Sistema de determinación XY: Es propio del ser humano y muchos otros animales.  Las hembras, siendo XX, darán gametos iguales con cromosoma X, sexo homogamético y los machos, siendo XY, darán dos tipos de gametos, uno con el cromosoma X y otro con el cromosoma Y. La probabilidad de que en la fecundación, al unirse los gametos, resulte una combinación XX (hembra) o XY (macho) es aproximadamente del 50%.
• Sistema de determinación ZW: En otras especies ocurre lo contrario, el sexo masculino es homogamético (ZZ) y el femenino heterogamético (ZW).
• Sistema de determinación XO: Otras especies que no tienen el cromosoma Y, determinándose el sexo por el número de cromosomas X, macho XO y hembra XX.

Mitosis

Es un proceso que ocurre en el núcleo de las células eucarióticas y que precede inmediatamente a la división celular, consistente en el reparto equitativo del material hereditario (ADN) característico. La mitosis completa, que produce células genéticamente idénticas, es el fundamento del crecimiento, de la reparación tisular y de la reproducción asexual.

• Fases del ciclo celular

• Interfase: La célula está ocupada en la actividad metabólica preparándose para la mitosis Los cromosomas no se distinguen claramente en el núcleo, aunque una mancha oscura llamada nucleolo, puede ser visible.
• Profase: Es la fase más larga de la mitosis. Se produce en ella la condensación del material genético, para formar unas estructuras altamente organizadas, los cromosomas.
• Prometafase: La membrana nuclear se separa y los microtúbulos invaden el espacio nuclear. Esto se denomina mitosis abierta. Cada cromosoma ensambla dos cinetocoros hermanos sobre el centrómero, uno en cada cromátida. Un cinetocoro es una estructura proteica compleja a la que se anclan los microtúbulos. Cuando un microtúbulo se ancla a un cinetocoro, los motores se activan, utilizando energía de la hidrólisis del ATP para "ascender" por el microtúbulo hacia el centrosoma de origen.
• Metafase: A medida que los microtúbulos encuentran y se anclan a los cinetocoros durante la prometafase, los centrómeros de los cromosomas se congregan en una línea imaginaria que es equidistante de los dos centrosomas que se encuentran en los dos polos del huso.
• Anafase: Es la fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la distribución de las dos copias de la información genética original. Entonces tienen lugar dos sucesos. Primero, las proteínas que mantenían unidas ambas cromátidas hermanas, son cortadas, lo que permite la separación de las cromátidas.
• Telofase: Es la reversión de los procesos que tuvieron lugar durante la profase y prometafase. Durante la telofase, los microtúbulos no unidos a cinetocoros continúan alargándose, estirando aún más la célula. Los cromosomas hermanos se encuentran cada uno asociado a uno de los polos. La membrana nuclear se reforma alrededor de ambos grupos cromosómicos, utilizando fragmentos de la membrana nuclear de la célula original.

Meiosis

Meiosis

Es una de las formas de la reproducción celular. Este proceso se realiza en las glándulas sexuales para la producción de gametos. Es un proceso de división celular en el cual una célula diploide experimenta dos divisiones sucesivas, con la capacidad de generar cuatro células haploides. En los organismos con reproducción sexual tiene importancia ya que es el mecanismo por el que se producen los óvulos y los espermatozoides. Este proceso se lleva a cabo en dos divisiones nucleares y citoplasmáticas, llamada primera y segunda división meiótica o simplemente “meiosis I” y “meiosis II”. Ambas comprenden profase, metafase, anafase y telofase.

• Meiosis I

• Meiosis I: Los cromosomas en una célula diploide se dividen. Este es el paso de la meiosis que genera diversidad genética.
• Profase I: La membrana nuclear desaparece. Los cromosomas adosados a fibras del huso comienzan a moverse. Las cromátidas hermanas continúan estrechamente alineadas en toda su longitud.
• Metafase I: El huso cromático aparece totalmente desarrollado, los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial y unen sus centrómeros a los filamentos del huso.
• Anafase I: Se separan de forma uniforme.  Los microtúbulos del huso se acortan con lo que se consigue remolcar los cromosomas homólogos a lados opuestos de la célula. En la repartición de cromosomas homólogos, para cada par, el cromosoma materno se dirige a un polo y el paterno al contrario.
• Telofase I: Cada célula hija ahora tiene la mitad del número de cromosomas pero cada cromosoma consiste en un par de cromátidas y una membrana nuclear nueva rodea cada sistema haploide. Los cromosomas se desenrollan nuevamente dentro de la membrana nuclear.

• Meiosis II

• Meiosis II: Es similar a la mitosis. Las cromátidas de cada cromosoma ya no son idénticas en razón de la recombinación. La meiosis II separa las cromátidas produciendo dos células hijas, cada una con 23 cromosomas y cada cromosoma tiene solamente una cromátida.
• Profase II: Comienza a desaparecer la envoltura nuclear. Se hacen largos filamentosos de cromatina, y comienzan a condensarse como cromosomas visibles. Después los cromosomas continúan acortándose y engrosándose. Se forma el huso entre los centríolos, que se han desplazado a los polos de la célula.
• Metafase II: Se alinean a lo largo del plano ecuatorial de la célula. La primera y segunda metafase pueden distinguirse con facilidad, en la metafase I las cromátidas se disponen en haces de cuatro y en la metafase II lo hacen en grupos de dos.
• Anafase II: Las cromátidas se separan en sus centrómeros, y un juego de cromosomas se desplaza hacia cada polo. Durante la Anafase II las cromátidas, se separan y se desplazan a polos opuestos.
• Telofase II: Hay un miembro de cada par homologo en cada polo. Cada uno es un cromosoma no duplicado. Se reensamblan las envolturas nucleares, desaparece el huso acromático, los cromosomas se alargan en forma gradual para formar hilos de cromatina, y ocurre la citocinesis. 

Ciclo celular

Es un conjunto ordenado de sucesos que conducen al crecimiento de la célula y la división en dos células hijas. Las células que no están en división no se considera que estén en el ciclo celular. Las etapas, mostradas a la derecha, son G₁-S-G₂ y M.

• Fases del ciclo circular

• Interfase

• Fase G1: Es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas, y durante este tiempo la célula duplica su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes.
• Fase S: Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unos 6-8 horas.
• Fase G2: Es la tercera fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando la cromatina empieza a condensarse al inicio de la mitosis.

• Fase M

Es la división celular en la que una célula progenitora se divide en dos células hijas idénticas. Esta fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, anafase, telofase; y la citocinesis, que se inicia ya en la telofase mitótica. Si el ciclo completo durara 24 h, la fase M duraría alrededor de media hora (30 minutos).

Cariocinesis: División del núcleo con reparto del material nuclear durante la mitosis y meiosis. Comprende las cuatro etapas Profase, Metafase, Anafase y Telofase.

Citocinesis: es la separación física del citoplasma en dos células hijas durante la división celular. Se produce después de la cariocinesis.

Cilio, Centriolo y Flagelo

         Los cilios son unos orgánulos exclusivos de las células eucariotas, que se caracterizan por presentarse como apéndices con aspecto de pelo que contienen una estructura central altamente ordenada, envuelta por la membrana plasmática. Su tamaño es de unos 10-15 μm, número por célula (suelen ser muchos) y en su caso, por el patrón de movimiento (los cilios baten como un remo, son inmóviles o crean un vórtice).

         Los cilios se sitúan normalmente en células estacionarias, y gracias a su impulso mueven líquidos o elementos contenidos en él. Se mueven rítmicamente y de forma coordinada, cada uno con un movimiento semejante al del brazo de un nadador, retrocediendo en posición extendida, y en conjunto al de un trigal azotado por el viento. Mientras reciban la energía necesaria en forma de ATP los cilios siguen batiendo automáticamente. El efecto es un empuje, que da lugar a que la célula se desplace en su medio o que el líquido extracelular circundante sea impulsado, que es la función que cumplen los cilios en el epitelio de las vías respiratorias humanas.

         Los centriolos son una pareja de estructuras que forman parte del citoesqueleto, semejantes a cilindros huecos. Los centriolos son orgánulos que intervienen en la división celular, siendo una pareja de centriolos un diplosoma sólo presente en células animales. Los centriolos son dos estructuras cilíndricas que, rodeadas de un material proteico denso, forman el centrosoma o que permiten la polimerización de microtúbulos que forman parte del citoesqueleto. Los centriolos se posicionan perpendicularmente entre sí.

         Un flagelo es un apéndice movible con forma de látigo presente en muchos organismos unicelulares y en algunas células de organismos pluricelulares. Un ejemplo es el flagelo que tienen los espermatozoides. Usualmente los flagelos son usados para el movimiento, aunque algunos organismos pueden utilizarlos para otras funciones.

         Existen tres tipos de flagelos: eucarióticos, bacterianos y arqueanos. De hecho, en cada uno de estos tres, los flagelos son completamente diferentes tanto en estructura como en origen evolutivo.

• Eucarióticos: los flagelos son estructuras poco numerosas, uno o dos por célula. 

     Estructura del flagelo eucariota. 1-axonema, 2-membrana plasmática, 3-IFT (Transporte Intra Flagelar), 4-cuerpo basal, 5-sección del flagelo, 6-tripletes de microtúbulos del cuerpo basal.

•      Bacteriano: El flagelo es una estructura única, completamente diferente de los demás sistemas orgánicos utilizados por los seres vivos para el movimiento. Realmente presenta una similitud notable con los sistemas mecánicos artificiales, pues es una compleja estructura compuesta de varios elementos y que rota como una hélice.

      El flagelo bacteriano es un apéndice movido por un motor rotatorio. El rotor puede girar a 6.000-17.000 rpm, pero el apéndice usualmente sólo alcanza 200-1000 rpm. 1-filamento, 2-espacio periplásmico, 3-codo, 4-juntura, 5-anillo L, 6-eje, 7-anillo P, 8-pared celular, 9-estátor, 10-anillo MS, 11-anillo C, 12-sistema de secreción de tipo III, 13-membrana externa, 14-membrana citoplasmática, 15-punta.

• Arqueano: El flagelo es superficialmente similar al bacteriano pero no es homólogo. Ambos flagelos consisten en filamentos que se extienden fuera de la célula y rotan para impulsar al microorganismo.
  Las diferencias implican que los flagelos bacterianos y arqueanos son un caso clásico de evolución convergente.