Reproducción Celular y Ciclo Celular

La reproducción celular es fundamental para la vida, permitiendo el crecimiento, la reparación de tejidos y la reproducción de los organismos. Este proceso está altamente regulado y sigue patrones específicos según la función celular.

### 8.1. El Ciclo Celular

El ciclo celular es la secuencia ordenada de eventos que llevan a la división de una célula madre en dos células hijas. Incluye períodos de crecimiento, síntesis de ADN y división celular.

#### Fases principales del ciclo celular:

- Interfase: Período de crecimiento y preparación (90% del ciclo)

- Fase M: División celular propiamente dicha (10% del ciclo)

#### 8.1.1. Interfase

La interfase es el período más largo del ciclo celular donde la célula crece, duplica su ADN y se prepara para la división.

##### Subfases de la interfase:

Fase G1 (Gap 1): - Duración: Variable (horas a años)

- Características: Crecimiento celular activo

- Actividades: Síntesis de enzimas y proteínas

- Organelas: Duplicación de mitocondrias y ribosomas

- Punto de control G1/S: Verificación de condiciones para síntesis

Fase S (Síntesis): - Duración: 6-8 horas en células humanas

- Característica principal: Replicación del ADN

- Resultado: Cromosomas de dos cromátidas hermanas

- Síntesis: Histonas y proteínas asociadas al ADN

- Control: Puntos de verificación de replicación

Fase G2 (Gap 2): - Duración: 3-4 horas

- Características: Crecimiento celular continuo

- Actividades: Síntesis de proteínas para la mitosis

- Organelas: Duplicación de centrosomas

- Punto de control G2/M: Verificación de integridad del ADN

Fase G0 (Quiescencia): - Naturaleza: Salida temporal del ciclo celular

- Tipos celulares: Neuronas, células musculares diferenciadas

- Características: Actividad metabólica reducida

- Reversibilidad: Algunas células pueden volver al ciclo

- Diferenciación: Especialización funcional

##### Puntos de control del ciclo celular:

- Punto R (restricción): Final de G1, compromiso con división

- Checkpoint G1/S: Verificación de ADN y condiciones

- Checkpoint intra-S: Control durante replicación

- Checkpoint G2/M: Integridad del ADN replicado

- Checkpoint mitótico: Correcta unión de cromosomas al huso

##### Regulación molecular:

- Ciclinas: Proteínas reguladoras específicas de fase

- CDKs: Quinasas dependientes de ciclinas

- CKIs: Inhibidores de quinasas

- p53: "Guardián del genoma"

- Rb: Proteína del retinoblastoma

#### 8.1.2. División Celular

La división celular comprende la cariocinesis (división nuclear) y la citocinesis (división del citoplasma).

##### Tipos de división celular:

- Mitosis: División ecuacional para crecimiento y reparación

- Meiosis: División reduccional para formar gametos

### 8.2. División Celular

#### 8.2.1. Mitosis

La mitosis es un proceso de división celular que produce dos células hijas diploides, genéticamente idénticas a la célula madre.

##### Características generales de la mitosis:

- Función: Crecimiento, reparación, reproducción asexual

- Duración: 1-2 horas

- Resultado: 2 células diploides (2n)

- Variabilidad: Células genéticamente idénticas

- Frecuencia: Variable según tipo celular

##### 8.2.1.1. Profase

Primera fase visible de la mitosis donde se inicia la condensación cromosómica y la formación del aparato mitótico.

Eventos de la profase: - Condensación cromosómica: Cromatina se espiraliza

- Cromosomas visibles: Cada uno con dos cromátidas hermanas

- Duplicación del centrosoma: Formación de dos polos

- Formación del huso: Microtúbulos entre centrosomas

- Nucleolo: Desorganización y desaparición

- Membrana nuclear: Inicio de fragmentación

Profase tardía (prometafase): - Ruptura completa de la membrana nuclear

- Formación de cinetocoros en centrómeros

- Captura de cromosomas por microtúbulos

- Movimientos cromosómicos aleatorios

##### 8.2.1.2. Metafase

Fase donde los cromosomas se alinean en el ecuador celular, preparándose para la separación.

Características de la metafase: - Placa metafásica: Cromosomas alineados en el ecuador

- Unión bipolar: Cada cromosoma unido a ambos polos

- Tensión: Fuerzas equilibradas en cinetocoros

- Checkpoint mitótico: Verificación de uniones correctas

- Condensación máxima: Cromosomas más compactos

Complejo promotor de anafase (APC): - Activación cuando todos los cromosomas están unidos

- Degrada inhibidores de separación

- Permite activación de separasas

- Inicia transición metafase-anafase

##### 8.2.1.3. Anafase

Fase de separación cromosómica que se divide en dos subfases con diferentes mecanismos de movimiento.

Anafase A: - Evento principal: Separación de cromátidas hermanas

- Mecanismo: Acortamiento de microtúbulos cinetocóricos

- Dirección: Cromátidas hacia los polos

- Velocidad: 1 μm/minuto

- Control: Separasas cortan cohesinas

Anafase B: - Evento principal: Alargamiento del huso

- Mecanismo: Extensión de microtúbulos polares

- Dirección: Separación de los polos

- Resultado: Mayor distancia entre grupos cromosómicos

- Solapamiento: Ocurre simultáneamente con anafase A

##### 8.2.1.4. Telofase

Fase final de la mitosis donde se reconstituyen los núcleos hijos y se revierte la condensación cromosómica.

Eventos de la telofase: - Descondensación: Cromosomas se desenrollan

- Reforma nuclear: Reconstrucción de membranas nucleares

- Nucleolo: Reaparición en cada núcleo hijo

- Desarme del huso: Despolimerización de microtúbulos

- Centrosomas: Reorganización en cada polo

##### 8.2.1.5. Citocinesis

Proceso de división del citoplasma que separa físicamente las dos células hijas.

Citocinesis en células animales: - Anillo contráctil: Filamentos de actina y miosina

- Localización: Plano ecuatorial

- Mecanismo: Constricción centrípeta

- Resultado: Surco de división

- Separación final: Abscisión

Citocinesis en células vegetales: - Fragmoplasto: Estructura de microtúbulos

- Placa celular: Formación centrífuga

- Vesículas del Golgi: Aporte de materiales

- Pared celular: Deposición de celulosa

- Plasmodesmos: Conexiones citoplasmáticas

##### 8.2.1.6. Más sobre Mitosis

Aparato mitótico: - Centrosomas: Centros organizadores de microtúbulos

- Centríolos: Estructuras cilíndricas (9+0)

- Huso mitótico: Red de microtúbulos

- Cinetocoros: Complejos proteicos en centrómeros

Tipos de microtúbulos del huso: - Astrales: Irradian desde centrosomas

- Polares: Conectan los dos polos

- Cinetocóricos: Unen cinetocoros a polos

Control de calidad: - Verificación de uniones bipolares

- Detección de errores de segregación

- Activación de checkpoints

- Corrección de errores

- Inducción de apoptosis si es necesario

#### 8.2.2. Meiosis

La meiosis es un proceso especializado de división celular que produce gametos haploides a partir de células diploides, introduciendo variabilidad genética.

##### Características generales de la meiosis:

- Función: Formación de gametos

- Divisiones: Dos divisiones consecutivas

- Resultado: 4 células haploides (n)

- Variabilidad: Células genéticamente diferentes

- Reducción: Número cromosómico a la mitad

##### 8.2.2.1. Meiosis I (División Reduccional)

Primera división meiótica donde se separan los cromosomas homólogos, reduciendo el número cromosómico.

Profase I: Fase más larga y compleja de la meiosis, subdividida en estadios:

Leptóteno: - Condensación inicial de cromosomas

- Cromosomas aparecen como filamentos delgados

- Inicio de apareamiento homólogo

Cigóteno: - Sinapsis: Apareamiento de cromosomas homólogos

- Complejo sinaptonémico: Estructura proteica de unión

- Bivalentes: Pares de cromosomas homólogos unidos

Paquíteno: - Entrecruzamiento: Intercambio de segmentos cromosómicos

- Quiasmas: Puntos de cruzamiento visibles

- Recombinación: Generación de variabilidad genética

- Reparación: Corrección de roturas de ADN

Diplotene: - Separación de cromosomas homólogos

- Quiasmas mantienen homólogos unidos

- Cromosomas muy condensados

Diacinesis: - Condensación máxima de cromosomas

- Terminalización de quiasmas

- Fragmentación de membrana nuclear

- Formación del huso meiótico

Metafase I: - Alineación: Bivalentes en placa metafásica

- Orientación: Aleatoria de homólogos

- Segregación independiente: Base de variabilidad

- Checkpoint: Verificación de uniones bipolares

Anafase I: - Separación: Cromosomas homólogos a polos opuestos

- Reducción: Número cromosómico se reduce a n

- Cromátidas: Permanecen unidas por centrómero

- Distribución: Aleatoria de cromosomas maternos/paternos

Telofase I: - Llegada de cromosomas a los polos

- Formación de núcleos haploides

- Citocinesis

- Células hijas con n cromosomas de dos cromátidas

##### Intercinesis:

- Período breve entre meiosis I y II

- No hay replicación de ADN

- Posible descondensación parcial

- Preparación para segunda división

##### 8.2.2.2. Meiosis II (División Ecuacional)

Segunda división meiótica, similar a la mitosis, donde se separan las cromátidas hermanas.

Profase II: - Condensación de cromosomas

- Fragmentación de membrana nuclear

- Formación de nuevo huso

- Cada célula procede independientemente

Metafase II: - Cromosomas alineados en ecuador

- Unión a fibras del huso

- Verificación de uniones correctas

- Similar a metafase mitótica

Anafase II: - Separación de cromátidas hermanas

- Migración hacia polos opuestos

- Cada cromátida es ahora un cromosoma independiente

Telofase II: - Formación de cuatro núcleos haploides

- Descondensación cromosómica

- Reforma de membranas nucleares

- Citocinesis final

#### 8.2.3. Meiosis y Reproducción Sexual

La meiosis es esencial para la reproducción sexual, proporcionando gametos haploides que se fusionan durante la fecundación.

##### Ventajas de la reproducción sexual:

- Variabilidad genética: Adaptación evolutiva

- Recombinación: Nuevas combinaciones génicas

- Reparación: Corrección de mutaciones deletéreas

- Resistencia: A patógenos y cambios ambientales

##### Gametogénesis:

- Espermatogénesis: Formación de espermatozoides

- Ovogénesis: Formación de óvulos

- Microsporogénesis: Polen en plantas

- Megasporogénesis: Saco embrionario en plantas

#### 8.2.4. Meiosis y Ciclo Vital

La meiosis se integra en diferentes tipos de ciclos vitales según el momento en que ocurre la reducción cromosómica.

##### Tipos de ciclos vitales:

Ciclo haplonte: - Organismo adulto haploide

- Meiosis cigótica (tras fecundación)

- Ejemplos: muchos hongos, algunas algas

Ciclo diplonte: - Organismo adulto diploide

- Meiosis gamética (formación de gametos)

- Ejemplos: animales superiores

Ciclo diplohaplonte: - Alternancia de generaciones

- Fases haploides y diploides

- Meiosis esporogónica

- Ejemplos: plantas con alternancia

#### 8.2.5. Importancia Biológica de la Meiosis

##### Funciones esenciales:

- Reducción cromosómica: Mantiene número constante

- Variabilidad genética: Motor de evolución

- Reproducción sexual: Permite fecundación

- Adaptación: Respuesta a cambios ambientales

##### Mecanismos de variabilidad:

- Segregación independiente: 2ⁿ combinaciones posibles

- Entrecruzamiento: Recombinación génica

- Mutación: Cambios en secuencias de ADN

- Fertilización aleatoria: Encuentro de gametos

Variabilidad = 2ⁿ × R × M × F

Donde n = número de pares cromosómicos, R = recombinación, M = mutación, F = fertilización

### 8.3. Diferencias y Semejanzas entre Mitosis y Meiosis

#### Semejanzas:

- Replicación previa del ADN en fase S

- Condensación cromosómica

- Formación de huso mitótico/meiótico

- Fases similares básicas

- Citocinesis al final

- Regulación por checkpoints

#### Diferencias fundamentales:

#### Errores en la división celular:

##### No disyunción:

- Falta de separación cromosómica

- Aneuploidías resultantes

- Síndrome de Down (trisomía 21)

- Síndrome de Turner (45,X)

##### Consecuencias de errores:

- Aberraciones cromosómicas

- Esterilidad

- Malformaciones congénitas

- Muerte embrionaria

- Cáncer (en mitosis)

## Importancia de la Reproducción Celular

La reproducción celular es fundamental para:

- Crecimiento y desarrollo de organismos multicelulares

- Reparación y renovación de tejidos

- Reproducción asexual en organismos unicelulares

- Formación de gametos para reproducción sexual

- Mantenimiento de la diversidad genética

- Adaptación evolutiva de las especies

- Homeostasis poblacional celular

- Comprensión de enfermedades como el cáncer

El control preciso de estos procesos es esencial para la vida, y su desregulación puede llevar a enfermedades graves, destacando la importancia de comprender sus mecanismos moleculares.