La mayoría de las células eucarióticas se dividen de forma tal que la ploidia o el número de cromosomas permanecen conservados.
Eso ocurre excepto en el caso de las células germinales donde el número de cromosomas se reduce a la mitad.
La mitosis es la fase del ciclo celular donde el núcleo de una célula se divide en dos núcleos con una cantidad igual de material genético en ambos núcleos hijos.
Sucede a la fase G2 y es reemplazada por la división citoplásmica después de la separación del núcleo.
La mitosis es el proceso esencial para la vida ya que proporciona nuevas células para lograr el crecimiento y el substitución de las células desgastadas. Esencialmente, la mitosis es vida.
El tiempo en que se lleva a cabo la mitosis puede ser de minutos u horas, y va a depender del tipo de células y las especies de organismos.
Dentro de los factores que regulan la mitosis están: la temperatura, la hora del día y los productos químicos.
La división celular
La división celular es un proceso universal entre los organismos vivos, donde cada célula se origina en otra célula
El mecanismo principal por el cual los organismos generan nuevas células es a través de la división celular. Durante este proceso, una sola célula madre se dividirá y producirá células «hijas» idénticas.
De esta manera, la célula madre puede transmitir su material genético a cada una de sus células hijas. Primero, sin embargo, las células deben duplicar su ADN.
Esencialmente, los cromosomas se liberan del núcleo, unidos por microtúbulos del huso a los centriolos a través de los cromosomas cinetocoro, separados en lados opuestos de la célula.
Luego comienza a separarse en dos células hijas individuales a medida que los cromosomas vuelven a la cromatina, mientras que la envoltura nuclear se reforma alrededor de la cromatina.
El ADN se replica de forma semiconservativa (básicamente la hebra de ADN original se divide por helicasa, la ADN polimerasa entra y une nucleótidos complementarios a cada lado de la hebra de ADN).
Luego son unidos entre sí por la ligasa, formando dos nuevas hebras hijas de ADN, cada una de las cuales contiene una hebra del ADN original.
Ese es el propósito de la mitosis; crecer como un organismo y producir nuevas células para reemplazar las viejas células desgastadas.
Los mecanismos de división celular varían entre procariotas y eucariotas. Los procariotas son organismos unicelulares, como bacterias y arqueas.
Tienen una estructura interna simple con ADN que flota libremente.
Usan la división celular como un método de reproducción asexual, en el que la composición genética del progenitor y la descendencia resultante son las mismas.
Un mecanismo común de reproducción asexual en procariotas es la fisión binaria. Durante este proceso, la célula padre duplica su ADN y aumenta el volumen de sus contenidos celulares.
Eventualmente, una grieta emerge en el centro de la célula, lo que lleva a la formación de dos células hijas idénticas.
Las células de eucariotas, por otro lado, tienen un compartimento central organizado, llamado núcleo, y otras estructuras, como mitocondrias y cloroplastos.
La mayoría de las células eucarióticas se dividen y producen copias idénticas de sí mismas al aumentar su volumen celular y duplicar su ADN a través de una serie de fases definidas conocidas como ciclo celular.
Dado que su ADN está contenido dentro del núcleo, también se someten a una división nuclear.
La mitosis es la división de un núcleo eucariótico, aunque a veces se interpreta como un ciclo celular completo que se utiliza para la duplicación celular.
La división celular es necesaria para el crecimiento y la reparación de los tejidos dañados.
Las células eucariotas también pueden someterse a una forma especializada de división celular llamada meiosis, que es necesaria para producir células reproductivas como células de esperma, óvulos y esporas.
El ciclo celular es una serie de eventos definidos y sincronizados que permiten que una célula crezca y se divida.
- Fase G1 (primera fase de brecha): durante esta fase, las células que están destinadas a la mitosis, crecen y llevan a cabo diversas actividades metabólicas.
- Fase S (fase de síntesis): durante esta fase, la célula duplica su ADN. El ADN eucariótico se enrolla alrededor de las proteínas de histonas esféricas para crear una estructura en forma de bastón llamada cromosoma. Durante la fase S, cada cromosoma genera su copia, o cromátida hermana.
- Fase G2 (segunda fase de brecha): durante esta fase, la célula continúa creciendo y generando las proteínas necesarias para la mitosis. (Las fases G1, S y G2 se denominan colectivamente «interfase»).
- Fase M (mitosis): la mitosis implica la segregación de las cromátidas hermanas. Una estructura de filamentos proteicos llamada huso mitótico se engancha al centrómero y comienza a contraerse. Esto separa las cromátidas hermanas, moviéndolas lentamente a los polos opuestos de la célula.
Los cromosomas se compactan mucho durante la mitosis y pueden verse claramente como estructuras densas bajo el microscopio.
Las células hijas resultantes pueden volver a entrar en la fase G1 solo si están destinadas a dividirse.
No todas las células necesitan dividirse continuamente. Por ejemplo, las células nerviosas humanas dejan de dividirse en adultos.
Las células de órganos internos como el hígado y el riñón se dividen solo cuando es necesario: para reemplazar células muertas o heridas.
Dichos tipos de células entran en la fase G0 (fase de reposo).
Se mantienen metabólicamente activos y solo pasan a la fase G1 del ciclo celular cuando reciben las señales moleculares necesarias.
Etapas de la mitosis
La mitosis es el proceso por el cual una célula segrega su ADN duplicado, dividiendo finalmente su núcleo en dos.
La mitosis sigue a G2, y es el momento en que las células separan sus contenidos duplicados y se dividen.
La división de las células al final de la mitosis produce células diploides idénticas.
Aunque la división celular es la característica definitoria de la mitosis, deben ocurrir varios eventos durante la mitosis antes de que la célula esté lista para dividirse.
La mitosis implica un proceso de cinco pasos, y luego un sexto paso final, culminante, llamado citocinesis.
Los cinco pasos de la mitosis y la citocinesis a menudo se consideran dos subfases distintas dentro de la fase general del ciclo celular que se denomina mitosis, o fase M.
Los cinco pasos de la mitosis, llamados profase, prometafase, metafase, anafase y telofase, constituyen el período en el que la célula realiza los preparativos para la división celular.
Las cinco fases se diferencian por eventos específicos de preparación para la división celular.
La citocinesis se refiere al evento de escisión real, dividiendo la célula en dos.
Las células no pueden realizar perpetuamente sus funciones celulares sin mantener el desgaste normal.
Así, cuando la célula completa la interfase (es decir, funciones celulares y prepara la cromatina dentro del núcleo de la célula en cromosomas), la célula comenzará la mitosis, que se compone de las cuatro fases principales: profase, metafase, anafase y telofase.
Las diferentes fases de la mitosis que ocurren durante la división celular se dan de la siguiente manera:
Profase
Antes de iniciarse la mitosis, los cromosomas se replican y se sintetizan las proteínas que van a formar parte del huso mitótico.
La mitosis se inicia en la profase.
La profase inmediatamente sigue las fases S y G2 del ciclo y está marcada por la condensación del material genético para formar cromosomas mitóticos compactos compuestos por dos cromátidas unidas en el centrómero.
En esta fase se pueden visualizar fácilmente las cromátidas hermanas.
La finalización de la profase se caracteriza por el inicio del ensamblaje y organización de un grupo de fibras para formar el huso mitótico.
El huso mitótico es una red de filamentos proteicos, emerge de las estructuras llamadas centríolos, situadas en cada extremo de la célula.
El huso mitótico es flexible y está hecho de microtúbulos, que a su vez están formados por la subunidad proteica tubulina, componentes proteináceos del citoplasma que ayudan en el proceso.
La envoltura nuclear comienza a desintegrarse.
El nucléolo, que es una estructura de forma redondeada, desaparece.
Metafase
La envoltura nuclear se desintegra por completo al inicio de la metafase y los cromosomas condensados se extienden por todo el citoplasma.
Estos cromosomas están compuestos de una estructura doble que consiste en dos cromátidas hermanas.
El huso mitótico se adhiere a las cromátidas hermanas en el centrómero.
El huso mitótico ahora puede mover los cromosomas alrededor de la célula mantenidas en el centro por centrómeros.
Las fibras del huso se unen a una estructura en forma de disco en la superficie de los centrómeros, conocidos como cinetocoros.
Las fibras del huso de un centríolo se unen a una sola cromátida hermana.
Al final de la metafase, todos los cromosomas se alinean a lo largo de la línea media o ecuador del citoplasma de la célula, una disposición característica de la metafase conocida como placa metafásica.
Anafase
El inicio de la anafase está marcado por la división de las cromátidas hermanas.
Estas cromátidas hermanas se convierten dos cromosomas idénticos de los núcleos hijas.
Los cromosomas son arrastrados a los extremos opuestos o polos de la célula por las fibras del huso unidas a los cinetocoros de cada cromosoma.
El centrómero de cada cromosoma conduce al borde mientras los brazos lo siguen.
Telofase
Durante la telofase, los cromosomas que se agrupan en los dos polos comienzan a unirse formando una masa indiferenciada, el huso se rompe.
A medida que la envoltura nuclear comienza a formarse a su alrededor, el nucleolo, los cuerpos de Golgi y el complejo de retículos endoplasmatico, que habían desaparecido al finalizar la profase, comienzan a reaparecer.
La fase, que ocurre después de la telofase se denomina interfase y marca la finalización de la división celular o mitosis.
En ella ocurre la citocinesis, que denota la división del citoplasma de la célula madre para formar dos células hijas, cada una posee el mismo número y tipo de cromosomas que tenia la célula madre.
Al final de la mitosis, una célula produce dos células hijas genéticamente idénticas.
Un poderoso microscopio de luz captura estas escenas durante el proceso de la mitosis.
Mitosis y herencia
Cuando Gregor Mendel formuló sus leyes de la herencia, postuló que los factores determinantes de la herencia son de naturaleza particulada.
Hoy los científicos los denominan genes y comprenden no solo la ubicación física de las unidades hereditarias, sino también su composición molecular.
Cada individuo en una especie que se reproduce sexualmente hereda dos alelos para cada gen, uno de cada padre.
Además, cuando tal individuo forma células sexuales, cada uno de los gametos resultantes recibe un miembro de cada par alélico.
La formación de gametos se produce a través de un proceso de división celular llamado meiosis.
Cuando los gametos se unen en la fertilización, se restaura la doble dosis de material hereditario y se crea un nuevo individuo.
Este individuo, que consiste al principio de una sola célula, crece a través de mitosis, un proceso de divisiones celulares repetidas.
La mitosis difiere de la meiosis en que cada célula hija recibe una copia completa de todo el material hereditario que se encuentra en la célula principal.
La mitosis ocurre en las células somáticas en oposición a las células germinales, que se someten a la meiosis.
Aunque las cuatro etapas características también se observan en la segunda mitad de la meiosis.
Cada especie tiene un conjunto único de cromosomas que son portadores de información genética.
Una célula da lugar a dos células hijas genéticamente idénticas durante el proceso de mitosis.
Es evidente que los genes deben residir físicamente en estructuras celulares que cumplan dos criterios.
Primero, estas estructuras deben ser replicadas y transmitidas a cada generación de células hijas durante la mitosis.
En segundo lugar, deben organizarse en pares homólogos, uno de los cuales se reparte entre cada gameto formado durante la meiosis.
Ya en 1848, los biólogos habían observado que los núcleos celulares se resuelven en pequeños cuerpos de varilla durante la mitosis, más tarde, se descubrió que estas estructuras absorbían ciertos tintes y, por lo tanto, llegaron a llamarse cromosomas (cuerpos coloreados).
Durante los primeros años del siglo XX, los estudios celulares que utilizaban microscopios de luz ordinarios clarificaron el comportamiento de los cromosomas durante la mitosis y la meiosis, lo que llevó a la conclusión de que los cromosomas son los portadores de los genes.
Cuando los cromosomas se condensan durante la división celular, ya se han reproducido.
Cada cromosoma por lo tanto consiste en dos réplicas idénticas, llamadas cromátidas, unidas en un punto llamado centrómero.
Durante la mitosis, las cromátidas hermanas se separan, una yendo a cada célula hija.
Por lo tanto, los cromosomas cumplen el primer criterio para ser el depósito de genes: se replican y se pasa una copia completa a cada célula hija durante la mitosis.
Durante el desarrollo temprano de un embrión, el óvulo original, generalmente una célula muy grande, sufre repetidas series de divisiones celulares sin ningún período de crecimiento intermedio, como resultado, el óvulo original se divide en miles de células pequeñas.
El patrón habitual de crecimiento y mitosis, se lleva a cabo solo después de que el embrión es capaz de obtener alimentos de su entorno.
Crecimiento y mitosis
El aumento en el tamaño y los cambios en la forma de un organismo en el desarrollo dependen del aumento en el número y tamaño de las células que componen el individuo.
El incremento del número de células de un individuo se lleva a cabo a través de un mecanismo reproductivo celular muy preciso denominado mitosis.
Durante el proceso de mitosis, los cromosomas que poseen el material genético se duplican dentro el núcleo, y luego se distribuyen con exactitud en las dos células hijas, una de cada tipo cromosómico.
En cada extremo de la celula que va a dividirse por mitosis, existe un conjunto completo de cromosomas.
Luego se divide la célula mediante un pellizco de la membrana celular denominado citocinesis.
En el período de vida de la célula que precede a la duplicación de los cromosomas, la célula madre usualmente duplica su tamaño original.
Estableciéndose un ciclo que constituye en el crecimiento y la división de la célula.
Crecimiento celular: que es un aumento en masa citoplásmica, número de cromosomas y superficie celular, seguida de división celular, en la cual la masa citoplásmica y los cromosomas se distribuyen a las células hijas.
La mitosis es importante para:
- Aumentar la cantidad de células en un tejido en particular.
- La protección contra microorganismos nocivos en caso de corte o herida.
- El reemplazo de células muertas o ineficientes en un tejido.
- Para mantener el citoplasma a nucleoplasma, así como la relación área de superficie a volumen.
Regulación del ciclo celular y cáncer
Los diversos eventos del ciclo celular están estrechamente regulados. Si se producen errores en cualquier etapa, la célula puede evitar que progrese la división celular.
Dichos mecanismos reguladores se conocen como puntos de control del ciclo celular.
Hay tres puntos de control dentro de las fases G1, G2 y M. El ADN dañado detiene la progresión del ciclo celular en la fase G1, asegurando que una célula aberrante no se replicará.
El punto de control G2 responde a ADN incorrectamente duplicado o dañado.
Impide que las células se muevan a la fase M hasta que el ADN se replique correctamente o hasta que se repare el daño.
El punto de control de la fase M puede detener el ciclo celular en metafase.
Asegura que todas las cromátidas hermanas estén correctamente conectadas al huso mitótico y que las cromátidas hermanas se muevan hacia los extremos opuestos de la célula.
Algunas veces, las células anormales logran no solo sobrevivir, sino también proliferar. Muy a menudo, estas células están implicadas en el cáncer.
Se sabe que las células cancerosas atraviesan las divisiones celulares desenfrenadas y no reguladas.
La relación entre el ciclo celular y el cáncer ha llevado al desarrollo de una clase de medicamentos contra el cáncer que se dirigen específicamente a las células cancerosas durante la mitosis.
Sin embargo, los resultados han sido mixtos, con algunos fármacos que tienen más éxito en un entorno de laboratorio que en el mundo real.
El cáncer es esencialmente una enfermedad de la mitosis.
Los «puntos de control» normales que regulan la mitosis son ignorados o anulados por la célula cancerosa.
El cáncer comienza cuando una sola célula se transforma, o se convierte de una célula normal a una célula cancerosa.
A menudo esto se debe a un cambio en la función de uno de varios genes que normalmente funcionan para controlar el crecimiento.
Es decir, el gen p53 del ciclo celular, el «guardián del genoma» que está mutado en más del 50% de todos los cánceres humanos o suprime la formación de tumores.
Una vez que estos genes cruciales del Ciclo Celular comienzan a comportarse anormalmente, las células cancerosas comienzan a proliferar violentamente por la mitosis repetida e incontrolada.
A diferencia de las células normales, las células cancerosas ignoran la inhibición de crecimiento dependiente de la densidad habitual, multiplicándose después de que se produce el contacto con otras células, acumulándose hasta que se hayan agotado todos los nutrientes.
Crecimiento celular y tumores
Las células cancerosas proliferan para formar una masa de células cancerosas llamada tumor.
A medida que el tumor crece, comienza a liberar proteínas de la célula para atraer el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos (esto se llama «angiogénesis»).
Cuando el tumor es benigno, las células tumorales permanecen en el sitio original.
Y cuando el tumor es maligno, algunas células tumorales envían señales que le dicen al cuerpo que produzca un nuevo vaso sanguíneo en el sitio del tumor.
Estas células no solo tienen un suministro de alimentos y oxígeno, sino que también tienen una vía para diseminarse a una nueva parte del cuerpo, debido al nuevo vaso sanguíneo y a través del torrente sanguíneo.
Las células que se desprenden del tumor comienzan a diseminarse a los tejidos circundantes (a través del torrente sanguíneo o la linfa) y comienzan nuevos tumores, ocurriendo la metástasis.
Las células cancerosas son frecuentemente inmortales, mientras que las células normales se dividen unas 50 veces y mueren, las células cancerosas pueden seguir dividiéndose indefinidamente si se les suministran nutrientes.
Las células cancerosas a menudo tienen un número inusual de cromosomas o mutaciones en los cromosomas.
El envejecimiento (producción de «radicales libres» de oxígeno tóxico), la exposición a toxinas (como componentes del tabaco), mutágenos (como la luz ultravioleta) causan mutaciones en los genes, pero los errores normales en la replicación del ADN pueden conducir la transformación de la célula si ocurren en un gen crucial.
