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División celular – Mitosis y meiosis: Laboratorio de biología

Publicado el 17 septiembre, 2020

Importancia y medios de división celular

Una parte importante del ciclo de vida de cualquier organismo es la reproducción y el crecimiento. La reproducción no solo nos permite tomar fotografías de animales lindos para publicar en línea, sino que también, por supuesto, asegura la supervivencia de la especie.

La reproducción y el crecimiento son posibles tanto en animales como en plantas debido a la división celular , el proceso mediante el cual se crean nuevas células. Los eucariotas, es decir, los organismos que tienen células nucleadas, utilizan dos tipos de división celular durante sus ciclos de vida: la mitosis , el proceso por el cual una célula nucleada se divide en dos células iguales (a veces llamadas ‘hijas’), y la meiosis , el proceso de división celular que crea células reproductivas llamadas gametos. Recuerde, el material de esta lección no se aplicará a los procariotas, como las bacterias, porque su método de división celular no involucra un núcleo.

Análisis de mitosis y chi-cuadrado

Comencemos revisando la mitosis. Primero, es importante reconocer que la mitosis es solo una parte de un proceso más amplio llamado ciclo celular. El noventa por ciento del tiempo de una célula se pasa en una fase llamada interfase. La interfase se subdivide en tres partes: G1, en la que la célula se prepara para replicar su material genético; S, en el que el ADN se ‘sintetiza’ o se duplica; y G2, en el que la célula se prepara para dividirse. La mitosis, que tiene lugar en una serie de pasos que se describen a continuación, sigue a la interfase.

En la profase, la envoltura nuclear se rompe y el material genético duplicado de la célula, presente en el núcleo en una estructura difusa llamada cromatina, se condensa en cuerpos visibles llamados cromosomas. Estas son las estructuras X familiares que ve en los dibujos; cada mitad de un cromosoma duplicado se llama cromátida hermana. A continuación, los cromosomas se alinean a través del ‘ecuador’ de la célula en un paso llamado metafase, con una cromátida hermana a cada lado del ecuador. En anafase, las cromátidas hermanas se dividen y comienzan a moverse hacia los polos opuestos de la célula. Finalmente, en la telofase, los cromosomas llegan a los extremos opuestos de la célula y la envoltura nuclear se reforma. La citocinesis, la distribución equitativa del citoplasma en dos nuevas células, completa el ciclo y se forman dos células hijas idénticas.

El ciclo celular está bajo el control de proteínas llamadas ciclinas y quinasas dependientes de ciclina, o CDK. Cuando una CDK interactúa con su ciclina complementaria, el ciclo celular prosigue o se detiene. De esta manera, el ciclo celular pasa por una serie de ‘puntos de control’, cada uno de los cuales asegura que todo esté en su lugar para la división celular. Si, por ejemplo, una parte de la maquinaria mitótica no está correctamente ensamblada, el ciclo celular se detendrá para que no se produzca una célula defectuosa. Las mutaciones, cambios en el ADN que codifican estas proteínas reguladoras, pueden resultar en la división celular descontrolada que llamamos cáncer .

Se puede realizar un experimento introduciendo un compuesto llamado lectina en las raíces de las plantas de soja. Las lectinas estimulan la división celular y, por lo tanto, el crecimiento de las raíces. Pensando en la cantidad de células en mitosis e interfase, ¿qué esperaría ver al comparar la punta de una raíz tratada con lectina con una no tratada con lectina? Probablemente estés pensando ‘¡Simple! Más células se dividirán en la que tiene lectina. Probablemente tengas razón, pero la ciencia pide un poco más.

En ciencia, usamos la estadística como una forma acordada de determinar la importancia, es decir, si realmente está sucediendo algo en un experimento. En este caso, podemos usar una prueba estadística simple llamada análisis de chi-cuadrado ( X ^ 2) . Hay cursos completos sobre estadística, por lo que no podremos cubrir todos los aspectos de esta prueba. Pero brevemente, el análisis de chi-cuadrado compara los resultados observados de un experimento con los esperados. Con base en el resultado de esta prueba, deberíamos poder determinar si esa diferencia es pequeña y probablemente se deba al azar o grande y probablemente se deba a algo diferente al azar. En general, la hipótesis utilizada para el análisis de chi-cuadrado es ‘no habrá diferencia entre lo observado y lo esperado; cualquier diferencia que exista se debe al azar ”.

El proceso para completar chi-cuadrado se muestra en la tabla. Los números representan 100 células en la punta de una raíz sin tratar. Los valores esperados se calcularon basándose en el hecho de que una célula pasa el 90% de su ciclo en interfase.

Etapa del ciclo celular Observado ( O ) Esperado ( E ) ( OE ) ( OE ) ^ 2 ( OE ) ^ 2 / E
Interfase 92 90 2 4 0,04
Mitosis 8 10 -2 4 0,9
Valor de Chi cuadrado: 0,94

Nuestro valor, 0,94, lo comparamos con una tabla estadística estándar:

Grados de libertad Rechace la hipótesis si el valor de X ^ 2 es mayor que:
1 3.841
2 5.991
3 7.815

Los grados de libertad en este tipo de análisis están determinados por el número de categorías menos 1. Aquí, nuestras opciones fueron interfase o mitosis (2 categorías). Nuestros grados de libertad son iguales a 1. Dado que 0,94 es mucho menor que 3,841, aceptamos nuestra hipótesis nula: estadísticamente no hay diferencia entre los valores observados y esperados. En este ejemplo, ese resultado tiene sentido; dado que no hubo tratamiento para estas células, no esperaríamos ver una gran diferencia entre nuestros valores observados y esperados.

Comparemos eso con algunos datos de la punta de una raíz tratada con lectina:

Etapa del ciclo celular Observado ( O ) Esperado ( E ) ( OE ) ( OE ) ^ 2 ( OE ) ^ 2 / E
Interfase 60 90 – 30 900 10
Mitosis 40 10 30 900 90
Valor de Chi cuadrado: 100

Claramente, 100 es mucho mayor que 3.841; en este caso, debe rechazarse la hipótesis nula. Los resultados se deben a algo más allá del azar. Esto también tiene sentido dado que la lectina estimula la división mitótica.

Hagamos una más: comparemos las condiciones tratadas y no tratadas. En este caso, lo esperado son los valores de control (sin tratar).

Tratamiento Observado ( O ) Esperado ( E ) ( OE ) ( OE ) ^ 2 ( OE ) ^ 2 / E
Interfase 60 92 – 32 1024 11,1
Mitosis 40 8 32 1024 128
Valor de Chi cuadrado: 139,1

Nuevamente, como en el ejemplo tratado, el valor de chi cuadrado es mucho mayor que 3.841, lo que indica que los resultados se deben a algo más allá del azar y que la hipótesis nula debe rechazarse.

Meiosis y cruce

Como proceso de división celular, la meiosis tiene un resultado: gametos: espermatozoides y óvulos en animales y esporas en organismos como protistas y musgos. Como tal, para prevenir múltiples cromosomas en un nuevo organismo, las cuatro (en lugar de dos) células hijas que resultan de la meiosis tienen la mitad del número de cromosomas que la célula inicial. Además, a diferencia de la mitosis, que da como resultado células hijas idénticas, la meiosis da como resultado células genéticamente diferentes. Estas diferencias resultan de tres procesos: cruce, segregación y surtido independiente. Los veremos en el contexto de la división meiótica.

Primero, es importante aclarar el término cromosomas homólogos . Estos son cromosomas que son similares en tamaño y contenido genético. Puede pensar en ellos como un par de calcetines que son idénticos en todos los aspectos excepto en el color. Los pares de cromosomas homólogos están formados por un cromosoma de cada padre. Por ejemplo, un par homólogo podría estar formado por el cromosoma 12 del organismo madre y el cromosoma 12 del organismo padre.

El proceso de meiosis comienza de manera muy similar a la mitosis. En la profase I, el material genético se replica y se condensa a partir de la cromatina en la forma familiar de X que se usa para representar dos cromátidas hermanas idénticas unidas en sus centros. La profase I también incluye el cruzamiento, el proceso en el que los cromosomas homólogos se alinean entre sí y se tocan físicamente, intercambiando material genético. En la metafase I, los cromosomas duplicados se alinean frente a su homólogo en el ecuador. Los cromosomas se alinean al azar, aumentando la variabilidad genética a través de lo que se llama “surtido independiente”.

Los cromosomas se separan unos de otros en anafase I en segregación, la separación de genes idénticos. Telofase I encuentra los cromosomas duplicados en los extremos opuestos de la célula; la citocinesis completa este proceso. Cada una de las dos células formadas por la meiosis I se somete a un proceso que se parece mucho a la mitosis en una serie de pasos llamados meiosis II. Al final de la meiosis II, se forman cuatro células hijas genéticamente distintas, cada una de las cuales contiene la mitad de la cantidad de material genético del organismo original.

Puede ver concretamente los resultados del cruce en un género de hongo llamado Sordaria . El resultado de la meiosis en este organismo son ocho gametos llamados ‘esporas’. Si un organismo que tiene esporas negras se cruza genéticamente con uno que tiene esporas tostadas, se espera que produzca cuatro esporas negras y cuatro esporas tostadas. Si este patrón no ocurre, se debe al intercambio de material genético al cruzar.

Resumen de la lección

Repasemos lo que hemos cubierto en esta lección. La reproducción y el crecimiento son posibles tanto en animales como en plantas debido a la división celular , el proceso mediante el cual se crean nuevas células. Los eucariotas, organismos que tienen células nucleadas, utilizan dos tipos de división celular durante sus ciclos de vida: la mitosis , el proceso por el cual una célula nucleada se divide en dos células hijas idénticas, y la meiosis , el proceso de división celular que crea células reproductoras genéticamente diferentes llamadas gametos: óvulos y espermatozoides en animales y esporas en organismos como protistas y hongos.

La mitosis ocupa solo alrededor del diez por ciento del ciclo celular. Durante los pasos de profase, metafase, anafase y telofase, los cromosomas replicados se distribuyen por igual en dos nuevas células. Las mutaciones en los genes que crean proteínas esenciales para el control del ciclo celular pueden provocar cáncer .

El análisis de chi-cuadrado es un método estadístico utilizado por los científicos para determinar si los datos recopilados durante un experimento son significativos. La fórmula es (la suma de lo observado – esperado al cuadrado / por lo esperado). Al comparar el valor de chi-cuadrado con un número de referencia, podemos saber si hay una diferencia significativa entre los datos observados y esperados. Si la hay, la hipótesis nula, que establece que “no hay significado”, puede rechazarse.

La meiosis da como resultado células genéticamente diferentes gracias al cruzamiento, el surtido independiente y la segregación. En este proceso, los cromosomas replicados se alinean con su homólogo , o cromosomas similares en tamaño y contenido genético. La meiosis consta de dos series de pasos de profase, metafase, anafase y telofase y da como resultado cuatro células hijas genéticamente diferentes que contienen la mitad del número de cromosomas de la célula inicial.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya completado esta lección, podrá:

  • Definir la división celular e identificar los dos tipos de división celular en eucariotas
  • Describir los procesos de mitosis y meiosis.
  • Explicar qué es el análisis de chi-cuadrado y cómo se realiza.
  • Recuerde cómo las mutaciones pueden provocar cáncer

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