División Celular

Teoría Ejercicios

Introducción a la División Celular

La división celular es un proceso fundamental para la vida que permite el crecimiento, la reparación de tejidos y la reproducción de los organismos. Existen diferentes tipos de división celular según el organismo y la función que cumplen.

## El Ciclo Celular

### Fases del Ciclo Celular

#### Interfase (90% del tiempo total)

##### Fase G₁ (Gap 1)

- Duración: Variable (horas a años)

- Actividades: Crecimiento celular

- Síntesis de enzimas y proteínas

- Acumulación de materiales

- Funciones metabólicas normales

- Punto de control G₁/S: Verifica condiciones para replicación

- Fase G₀: Estado quiescente (células diferenciadas)

##### Fase S (Síntesis)

- Duración: 6-8 horas en células humanas

- Proceso principal: Replicación del ADN

- Resultado: Cromosomas duplicados (cromátidas hermanas)

- Síntesis: Histonas y proteínas asociadas

- Duplicación: Centrosoma

##### Fase G₂ (Gap 2)

- Duración: 3-4 horas

- Actividades: Síntesis de proteínas para mitosis

- Crecimiento celular continuo

- Duplicación de organelos

- Verificación de replicación del ADN

- Punto de control G₂/M: Preparación para mitosis

#### Fase M (Mitosis)

- Duración: 1-2 horas

- Incluye: Mitosis propiamente dicha + citocinesis

- Resultado: Dos células hijas idénticas

### Regulación del Ciclo Celular

#### Ciclinas y CDKs

##### Ciclinas

- Función: Proteínas reguladoras

- Concentración: Varía cíclicamente

- Tipos principales: Ciclina D (transición G₁/S)

- Ciclina E (inicio fase S)

- Ciclina A (fase S y G₂)

- Ciclina B (entrada en mitosis)

##### CDKs (Quinasas Dependientes de Ciclinas)

- Función: Enzimas que fosforilan proteínas diana

- Activación: Solo cuando se unen a ciclinas

- Tipos: CDK1, CDK2, CDK4, CDK6

- Inactivación: Por degradación de ciclinas

#### Puntos de Control

##### Punto de Control G₁/S

- Función: "Punto de restricción"

- Verifica: Tamaño celular adecuado

- Disponibilidad de nutrientes

- Ausencia de daño en ADN

- Señales de crecimiento

- Proteína clave: p53 (guardián del genoma)

##### Punto de Control Intra-S

- Función: Monitorea replicación del ADN

- Detecta: Problemas durante síntesis

- Respuesta: Detiene progresión hasta reparación

##### Punto de Control G₂/M

- Función: Verifica completitud de replicación

- Evalúa: ADN completamente replicado

- Ausencia de daños

- Tamaño celular apropiado

##### Punto de Control del Huso

- Ubicación: Transición metafase/anafase

- Verifica: Correcta unión de cromosomas al huso

- Previene: Distribución anormal de cromosomas

## Mitosis

### Características Generales

- Objetivo: Producir células diploides idénticas

- Función: Crecimiento y reparación

- Células: Somáticas

- Resultado: 2 células con 2n cromosomas

### Fases de la Mitosis

#### Profase

- Condensación cromosómica: Cromatina se compacta

- Cromosomas visibles al microscopio

- Cada cromosoma tiene 2 cromátidas hermanas

- Formación del huso mitótico: Centrosomas migran a polos opuestos

- Comienza formación de microtúbulos

- Desorganización del citoesqueleto

- Cambios nucleares: Nucleolo comienza a desaparecer

- Envoltura nuclear se fragmenta

#### Metafase

- Alineación cromosómica: Cromosomas en el ecuador celular

- Formación de la placa metafásica

- Unión de cinetocoros al huso

- Huso mitótico completo: Microtúbulos cinetocóricos

- Microtúbulos polares

- Microtúbulos astrales

- Punto de control: Verificación de unión cromosoma-huso

- Activación del complejo APC/C

#### Anafase

##### Anafase A

- Separación cromátidas: Pérdida de cohesión

- Movimiento hacia polos: Acortamiento microtúbulos

- Velocidad: ~1 μm/minuto

##### Anafase B

- Elongación celular: Alargamiento microtúbulos polares

- Separación de polos: Mayor distancia

- Preparación: Para división citoplásmica

#### Telofase

- Descondensación cromosómica: Cromosomas vuelven a forma de cromatina

- Pérdida de visibilidad microscópica

- Reconstitución nuclear: Formación de envolturas nucleares

- Reaparición de nucleolos

- Restablecimiento de estructura nuclear

- Desmantelamiento del huso: Despolimerización de microtúbulos

- Reorganización del citoesqueleto

### Citocinesis

#### En Células Animales

- Anillo contráctil: Actina y miosina II

- Localización ecuatorial

- Constricción progresiva

- Surco de segmentación: Invaginación de membrana

- Progresión hacia el centro

- División citoplásmica completa

#### En Células Vegetales

- Fragmoplasto: Estructura de microtúbulos

- Guía la formación de pared

- Placa celular: Síntesis desde el centro

- Fusión de vesículas del Golgi

- Formación de nueva pared celular

## Meiosis

### Características Generales

- Objetivo: Producir gametos haploides

- Función: Reproducción sexual

- Células: Germinales

- Resultado: 4 células con n cromosomas

- Divisiones: Dos consecutivas (I y II)

### Meiosis I (División Reduccional)

#### Profase I (Fase más larga y compleja)

##### Leptoteno

- Condensación inicial: Cromosomas comienzan a condensarse

- Cromátidas hermanas: Muy juntas, parecen un solo filamento

##### Zigoteno

- Apareamiento: Cromosomas homólogos se emparejan (sinapsis)

- Complejo sinaptonémico: Estructura proteica de unión

- Bivalentes: Pares de cromosomas homólogos

##### Paquiteno

- Entrecruzamiento: Crossing over entre cromátidas no hermanas

- Quiasmas: Puntos de intercambio cromosómico

- Recombinación genética: Intercambio de material genético

##### Diploteno

- Separación parcial: Cromosomas homólogos se separan

- Quiasmas visibles: Mantienen unidos los homólogos

- Terminalización: Quiasmas se mueven hacia extremos

##### Diacinesis

- Condensación máxima: Cromosomas completamente condensados

- Desaparición nuclear: Nucleolo y envoltura se fragmentan

- Formación del huso: Microtúbulos se organizan

#### Metafase I

- Alineación de bivalentes: En el ecuador celular

- Orientación aleatoria: Distribución independiente

- Unión al huso: Cinetocoros hacia polos opuestos

#### Anafase I

- Separación de homólogos: No de cromátidas hermanas

- Reducción cromosómica: De 2n a n

- Cohesión mantenida: Entre cromátidas hermanas

#### Telofase I

- Células haploides: Cada una con n cromosomas

- Citocinesis: División del citoplasma

- Interfase breve: Sin replicación de ADN

### Meiosis II (División Ecuacional)

#### Características

- Similar a mitosis: Pero en células haploides

- Separación: De cromátidas hermanas

- Resultado: 4 células haploides

#### Fases

- Profase II: Condensación, formación del huso

- Metafase II: Alineación de cromosomas

- Anafase II: Separación de cromátidas hermanas

- Telofase II: Descondensación, citocinesis

## Importancia de la Variabilidad Genética

### Mecanismos en Meiosis

#### Entrecruzamiento (Crossing Over)

- Momento: Profase I (paquiteno)

- Mecanismo: Intercambio entre cromátidas no hermanas

- Frecuencia: 1-3 eventos por cromosoma

- Resultado: Nuevas combinaciones alélicas

- Regulación: Proteínas específicas (RecA, Rad51)

#### Distribución Independiente

- Momento: Metafase I

- Principio: Orientación aleatoria de bivalentes

- Cálculo: 2ⁿ combinaciones posibles

- Humanos: 2²³ = 8,388,608 combinaciones

### Significado Evolutivo

- Adaptación: Mayor capacidad de respuesta ambiental

- Selección natural: Material para actuar

- Especiación: Divergencia genética

- Supervivencia: Resistencia a enfermedades

## División en Procariotas

### Fisión Binaria

#### Características

- Simplicidad: Más simple que mitosis

- Velocidad: 20-30 minutos en condiciones óptimas

- Resultado: Células idénticas

- Control: Menos puntos de verificación

#### Proceso

- Replicación del ADN: Iniciación en origen único

- Bidireccional desde origen

- Cromosoma circular

- Segregación: Unión a membrana plasmática

- Separación por crecimiento celular

- Cada copia a un extremo

- División celular: Síntesis de nueva pared celular

- Constricción desde exterior

- Separación completa

#### Regulación

- Proteína FtsZ: Equivalente a tubulina

- Anillo Z: Estructura contráctil

- Sistema MinCD: Posicionamiento del anillo

- Checkpoints básicos: Replicación completa

## Ejemplos de Ejercicios Resueltos

> [Ejercicio 1: Cálculo de tiempo en ciclo celular] > Enunciado: Una célula tiene un ciclo celular de 24 horas. Si la fase S dura 8 horas, G₂ dura 4 horas, y la mitosis dura 1 hora, ¿cuánto dura la fase G₁?

Resolución:

Datos conocidos:

- Ciclo total: 24 horas

- Fase S: 8 horas

- Fase G₂: 4 horas

- Fase M: 1 hora

Cálculo:

Ciclo celular = G₁ + S + G₂ + M

24 = G₁ + 8 + 4 + 1

24 = G₁ + 13

G₁ = 24 - 13 = 11 horas

Verificación: 11 + 8 + 4 + 1 = 24 horas ✓

> [Ejercicio 2: Análisis de variabilidad genética en meiosis] > Enunciado: Un organismo tiene 6 cromosomas (n=3). Calcula el número de gametos genéticamente diferentes que puede producir considerando solo la distribución independiente.

Resolución:

Fórmula: Número de combinaciones = 2ⁿ

Donde n = número haploide de cromosomas

Aplicación:

- n = 3 cromosomas

- Combinaciones = 2³ = 8

Explicación:

Cada par de homólogos puede orientarse de 2 formas diferentes en metafase I:

- Par 1: Materno o paterno hacia cada polo

- Par 2: Materno o paterno hacia cada polo

- Par 3: Materno o paterno hacia cada polo

Resultado: 8 tipos diferentes de gametos

Nota: Esto sin considerar el entrecruzamiento, que aumentaría enormemente la variabilidad.

> [Ejercicio 3: Comparación de división celular] > Enunciado: Compara los resultados de mitosis y meiosis a partir de una célula madre con 2n=4 cromosomas.

Resolución:

Conclusión: La mitosis mantiene el estado diploide y produce células idénticas para funciones somáticas, mientras que la meiosis reduce a haploide y genera variabilidad para la reproducción.

## Alteraciones de la División Celular

### Cáncer

#### Mecanismos de Desarrollo

- Oncogenes: Genes que promueven división (mutados)

- Genes supresores: p53, Rb inactivados

- Pérdida de control: Puntos de verificación defectuosos

- Angiogénesis: Formación de nuevos vasos

- Metástasis: Invasión y migración

#### Características de Células Cancerosas

- División descontrolada

- Resistencia a apoptosis

- Inmortalización

- Independencia de señales

- Capacidad invasiva

### Errores en Meiosis

#### No Disyunción

- Meiosis I: Homólogos no se separan

- Meiosis II: Cromátidas hermanas no se separan

- Resultado: Gametos con número anormal

- Consecuencias: Aneuploidías en descendencia

#### Ejemplos en Humanos

- Síndrome de Down: Trisomía 21

- Síndrome de Turner: Monosomía X (45,X)

- Síndrome de Klinefelter: XXY

- Síndrome de Edwards: Trisomía 18

## Aplicaciones Biotecnológicas

### Investigación del Ciclo Celular

- Citometría de flujo: Análisis de fases

- Sincronización celular: Estudios coordinados

- Marcadores moleculares: Proteínas específicas

- Microscopía de tiempo real: División en vivo

### Medicina

- Quimioterapia: Dirigida al ciclo celular

- Diagnóstico: Análisis de proliferación

- Terapia génica: Corrección de defectos

- Medicina regenerativa: Control de división

### Agricultura

- Mejoramiento genético: Poliploidía inducida

- Cultivo de tejidos: Propagación clonal

- Híbridos: Cruzamientos controlados

## Conclusiones

La división celular es un proceso fundamental que permite la continuidad de la vida. La comprensión de sus mecanismos ha revolucionado la medicina, la biotecnología y nuestra comprensión de la biología básica.

Los diferentes tipos de división (mitosis, meiosis, fisión binaria) reflejan la diversidad de estrategias que han evolved los organismos para perpetuarse y adaptarse a su ambiente.

El control preciso del ciclo celular es crucial para la salud, y sus alteraciones están en la base de enfermedades importantes como el cáncer, lo que hace de este campo un área activa de investigación biomédica.

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