2.7 Célula - la unidad genética de los vivos. Los cromosomas, su estructura (forma y tamaño) y funciones
Vídeo lección 1: División celular. Mitosis
Vídeo lección 2: Mitosis. Fases de la meiosis
Conferencia: Una célula es la unidad genética de un ser vivo. Los cromosomas, su estructura (forma y tamaño) y funciones
La célula es la unidad genética de la vida.
La célula individual es reconocida como la unidad básica de la vida. Es a nivel celular donde ocurren los procesos que distinguen la materia viva de la materia no viva. Cada una de las células almacena y utiliza de forma intensiva información hereditaria sobre la estructura química de las proteínas que deben sintetizarse en ella, por lo que se denomina unidad genética de los vivos. Incluso los eritrocitos libres de energía nuclear en las etapas iniciales de su existencia tienen mitocondrias y un núcleo. Solo en su estado maduro carecen de estructuras para la síntesis de proteínas.
Hasta la fecha, la ciencia no conoce células que no contengan ADN o ARN como portadores de información genómica. En ausencia de material genético, la célula no es capaz de sintetizar proteínas y, por lo tanto, vida.
El ADN está presente no solo en los núcleos, sus moléculas están contenidas en los cloroplastos y las mitocondrias, estos orgánulos pueden multiplicarse dentro de la célula.
El ADN en una célula está en forma de cromosomas, complejos complejos de proteína y ácido nucleico. Los cromosomas eucarióticos se encuentran en el núcleo. Cada uno de ellos es una estructura compleja de:
La única molécula larga de ADN, 2 metros de los cuales se empaquetan en una estructura compacta (en humanos) de hasta 8 micras de tamaño;
Proteínas especiales de histonas, cuyo papel es empaquetar la cromatina (la sustancia del cromosoma) en una forma familiar en forma de bastón;
Los cromosomas, su estructura (forma y tamaño) y funciones
Este denso empaquetamiento de material genético es producido por la célula antes de la división. Es en este momento que los cromosomas formados densamente empaquetados pueden ser examinados bajo un microscopio. Cuando el ADN se pliega en cromosomas compactos llamados heterocromatina, la síntesis del ARN mensajero no es posible. Durante el período de reclutamiento de la masa celular y su desarrollo de la interfase, los cromosomas se encuentran en un estado menos empaquetado, lo que se denomina intercromatina y en él se sintetiza el ARNm, se produce la replicación del ADN.
Los elementos principales de la estructura de los cromosomas son:
centrómero. Esta es una parte del cromosoma con una secuencia especial de nucleótidos. Conecta dos cromátidas juntas, participa en la conjugación. Es a él a lo que se unen los filamentos de proteína de los tubos del huso de la división celular.
Telómeros. Estas son las secciones terminales de los cromosomas que no son capaces de conectarse con otros cromosomas, juegan un papel protector. Consisten en secciones repetidas de ADN especializado que forman complejos con proteínas.
Puntos de iniciación de la replicación del ADN.
Los cromosomas de los procariotas son muy diferentes de los eucariotas y representan estructuras que contienen ADN ubicadas en el citoplasma. Geométricamente, representan una molécula de anillo.
El conjunto de cromosomas de una célula tiene su propio nombre: un cariotipo. Cada una de las especies de organismos vivos tiene su propia composición, número y forma de cromosomas, característicos solo para ella.
Las células somáticas contienen un conjunto de cromosomas diploides (doble), la mitad de cada padre recibido.
Los cromosomas encargados de codificar las mismas proteínas funcionales se denominan homólogos. La ploidía de las células puede ser diferente; por regla general, en los animales, los gametos son haploides. En las plantas, la poliploidía es ahora un fenómeno bastante común, que se aprovecha para crear nuevas variedades como resultado de la hibridación. La interrupción de la cantidad de ploidía en animales de sangre caliente y humanos causa enfermedades congénitas graves como el síndrome de Down (la presencia de tres copias del cromosoma 21). Muy a menudo, las anomalías cromosómicas conducen a la no viabilidad del organismo.
En los seres humanos, el conjunto completo de cromosomas consta de 23 pares. El mayor número conocido de cromosomas, 1600, se encontró en los organismos planctónicos más simples, los radiolarios. El conjunto más pequeño de cromosomas en las hormigas bulldog negras australianas es solo 1.
El ciclo de vida de una célula. Fases de la mitosis y la meiosis
interfase, en otras palabras, el tiempo entre dos divisiones es definido por la ciencia como el ciclo de vida de una célula.
Durante la interfase tienen lugar procesos químicos vitales en la célula, crece, se desarrolla y acumula sustancias de reserva. La preparación para la reproducción implica duplicar el contenido: orgánulos, vacuolas con contenido nutricional, el volumen del citoplasma. Es gracias a la división, como forma de aumentar rápidamente el número de células, que es posible la longevidad, la reproducción, el aumento del tamaño del cuerpo, su supervivencia en caso de lesiones y la regeneración de los tejidos. En el ciclo celular se distinguen las siguientes etapas:
Interfase. Tiempo entre divisiones. Primero, la célula crece, luego aumenta el número de orgánulos, aumenta el volumen de la sustancia de reserva, se sintetizan proteínas. En la última parte de la interfase, los cromosomas están listos para la subsiguiente división: consisten en un par de cromátidas hermanas.
Mitosis. Este es el nombre de uno de los métodos de división nuclear, característico de las células corporales (somáticas), en su curso se obtienen 2 células de una, con un conjunto idéntico de material genético.
La meiosis es característica de la gametogénesis. Las células procariotas han conservado el antiguo método de reproducción: la división directa.
La mitosis consta de 5 fases principales:
- Anafase. Los esfuerzos de los microtúbulos rompen las conexiones de los cromosomas en la región del centrómero y los estiran con fuerza hacia los polos de la célula. En este caso, los cromosomas a veces toman forma de V debido a la resistencia del citoplasma. Aparece un anillo de fibras proteicas en la región de la placa metafásica.
- Telofase. Su inicio se considera el momento en que los cromosomas alcanzan los polos de división. Comienza el proceso de restauración de las estructuras de la membrana interna de la célula: EPS, el aparato de Golgi, el núcleo. Los cromosomas se desempaquetan. Los nucléolos se ensamblan y comienza la síntesis de los ribosomas. El huso de la división se desintegra.
- citocinesis. La última fase, en la que el anillo proteico que apareció en la región central de la célula comienza a contraerse, empujando el citoplasma hacia los polos. Hay una división de la célula en dos y la formación del anillo proteico de la membrana celular en su lugar.
Profase. Su comienzo se considera el momento en que los cromosomas se empaquetan tan densamente que son visibles al microscopio. Además, en este momento, los nucléolos se destruyen, se forma un huso de división. Los microtúbulos se activan, la duración de su existencia disminuye a 15 segundos, pero la tasa de formación también aumenta significativamente. Los centriolos divergen hacia lados opuestos de la célula, formando una gran cantidad de microtúbulos de proteínas en constante síntesis y descomposición que se extienden desde ellos hasta los centrómeros de los cromosomas. Así es como se forma el huso. Las estructuras de membrana como el RE y el aparato de Golgi se desintegran en vesículas y túbulos separados ubicados aleatoriamente en el citoplasma. Los ribosomas se separan de las membranas del RE.
metafase. Se forma una placa de metafase, que consta de cromosomas equilibrados en el medio de la célula por los esfuerzos de los microtúbulos centríolos opuestos, cada uno tirando de ellos en su propia dirección. Al mismo tiempo continúa la síntesis y desintegración de los microtúbulos, su especie de "tabique". Esta fase es la más larga.
Los reguladores del proceso de mitosis son complejos proteicos específicos. El resultado de la división mitótica es un par de células con información genética idéntica. En las células heterótrofas, la mitosis avanza más rápido que en las células vegetales. En los heterótrofos, este proceso puede tomar de 30 minutos, en las plantas, de 2 a 3 horas.
Para generar células con la mitad del número normal de cromosomas, el cuerpo utiliza un mecanismo de división diferente: mitosis.
Está asociado a la necesidad de producir células germinales, en los organismos pluricelulares evita una constante duplicación del número de cromosomas en la siguiente generación y permite obtener nuevas combinaciones de genes alélicos. Se diferencia en el número de fases, siendo más largas. La disminución resultante en el número de cromosomas conduce a la formación de 4 células haploides. La meiosis son dos divisiones que se suceden sin interrupción.
Se definen las siguientes fases de la meiosis:
Profase I. Los cromosomas homólogos se acercan entre sí y se unen longitudinalmente. Tal asociación se llama conjugación. Luego hay un entrecruzamiento: los cromosomas dobles cruzan sus hombros e intercambian secciones.
Metafase I Los cromosomas se separan y toman posiciones en el ecuador del huso celular, adquiriendo forma de V debido a la tensión de los microtúbulos.
Anafase I Los cromosomas homólogos son estirados por microtúbulos a los polos de la célula. Pero a diferencia de la división mitótica, divergen como un todo, no como cromátidas individuales.
El resultado de la primera división de la meiosis es la formación de dos células con la mitad del número de cromosomas completos. Entre las divisiones de la meiosis, la interfase está prácticamente ausente, la duplicación de los cromosomas no ocurre, ya son bicromátidas.
Inmediatamente después de la primera división meiótica repetida es completamente similar a la mitosis: en ella, los cromosomas se dividen en cromátidas separadas, distribuidas por igual entre las nuevas células.
oogonia pasa por la etapa de reproducción mitótica en la etapa embrionaria de desarrollo, por lo que el cuerpo femenino ya nace con un número sin cambios de ellos;
las espermatogonias son capaces de reproducirse en cualquier momento durante el período reproductivo del cuerpo masculino. Se generan muchos más que gametos femeninos.
La gametogénesis de los organismos animales ocurre en las glándulas sexuales: las gónadas.
El proceso de transformación de espermatogonias en espermatozoides ocurre en varias etapas:
La división mitótica transforma las espermatogonias en espermatocitos de primer orden.
Como resultado de una sola meiosis, se convierten en espermatocitos de segundo orden.
La segunda división meiótica produce 4 espermátides haploides.
Hay un período de formación. En la célula, el núcleo se compacta, la cantidad de citoplasma disminuye y se forma el flagelo. Además, se almacenan proteínas y aumenta el número de mitocondrias.
La formación de huevos en un cuerpo femenino adulto ocurre de la siguiente manera:
A partir del ovocito de primer orden, del cual hay una cierta cantidad en el cuerpo, como resultado de la meiosis, con una disminución del número de cromosomas a la mitad, se forman los ovocitos de segundo orden.
Como resultado de la segunda división meiótica se forman un óvulo maduro y tres pequeños cuerpos reductores.
Esta distribución no equilibrada de nutrientes entre 4 células está diseñada para proporcionar una gran fuente de nutrientes para un nuevo organismo vivo.
Los huevos de helechos y musgos se producen en archegoniums. En plantas más altamente organizadas, en óvulos especiales ubicados en el ovario.
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