Cuando una célula se divide, debe dar a cada una de sus células hijas, un mínimo de información de todos sus caracteres. Para eso, el ADN de la célula madre se replica antes de la división celular. Una vez replicado, el ADN debe ser repartido eficientemente a las células hijas, sin que nada se pierda “en el camino”.

En un procarionte, el ADN bacteriano es circular, desnudo y pequeño, lo que permite a la bacteria repartir con facilidad una copia de ese ADN a cada célula hija. La posibilidad de perder información en estas condiciones es prácticamente nula.

En los eucariontes, el contenido de ADN de estos organismos es muchísimo mayor que en los procariontes; además, se encuentra fraccionado, asociado a proteínas, enrrollado sobre ellas y totalmente “enmarañado” dentro del núcleo. Este estado se conoce como cromatina.

Para poder distribuir equitativamente el ADN a cada célula hija, hace falta organizarlo de alguna manera que facilite el reparto. Así, las células eucariontes han desarrollado una compleja estrategia de empaquetamiento del ADN, compactándolo sobre otras proteínas. De esta manera, se forman los cromosomas. Este es otro estado posible del ADN eucarionte.

El ADN eucarionte se encuentra en el núcleo, para la división del material genético hay que desorganizar el núcleo, repartir los cromosomas, y reorganizar el núcleo de cada célula hija. Además, también se reparten las organelas, muchas de las cuales son complejas estructuras membranosas. Está claro que la división celular en los eucariontes, es mucho más compleja que en los procariontes, por lo que requiere de mecanismos especiales para repartir el material genético.

Ciclo celular

Cuando una célula cualquiera se divide, tiene que repartir entre sus dos células hijas, todas sus organelas (si es una célula eucarionte) y el material genético. Entonces, las células, antes de llevar a cabo la división celular, sintetizan todas las materias primas necesarias para formar nuevas organelas, para hacer crecer la membrana plasmática y para replicar el ADN. Todo esto lo va llevando a cabo en una secuencia de fases conocidas como ciclo celular.

El ciclo celular puede dividirse en dos grandes fases: interfase y división celular.

CICLO CELULAR: INTERFASE + DIVISIÓN CELULAR

Es un ciclo porque después de cada división, las células hijas comienzan con una interfase, un nuevo ciclo.

Durante la interfase la célula se prepara sintetizando todo lo que le hará falta para la división celular, que tiene lugar durante esta fase.

En los eucariontes la interfase se divide a su vez, en tres “sub fases”: G1, S y G2. Veamos que ocurre en cada proceso:

G1: crecimiento celular y replicación de organelas

Esta etapa es de activo metabolismo y de crecimiento. Se puede observar al microscopio cómo la célula aumenta de tamaño. Para aumentar de tamaño se fabrican nuevos fosfolípidos (en el REL) que se incorporan a la membrana plasmática, crecen también el REL, el REG y el Aparato de Golgi. Se sintetizan enzimas y otras proteínas, como la tubulina, actina, proteínas receptoras de membrana, bombas, ribosomales, etc. También se elabora gran cantidad de nucleótidos y, a partir de ellos, ARNm, ARNr y ARNt.

Para posibilitar la transcripción, el ADN se encuentra en estado laxo, como cromatina. Con ARNr y proteínas ribosomales se ensamblan nuevas subunidades de ribosomas. Las mitocondrias y los cloroplastos se autorreplican. Son las únicas organelas con capacidad de dividirse por sí mismas ya que poseen ADN propio de tipo procarionte.

Durante esta etapa se sintetizan, también, todas las enzimas necesarias para la replicación del ADN, en la etapa siguiente.

Algunas células están arrestadas en la etapa G1, o sea, ya no replican su ADN y por lo tanto no se dividen. Se dice que están en G0.

S: replicación del ADN

Con los sustratos y las enzimas sintetizadas en la etapa anterior, se lleva a cabo la formación de dos copias idénticas de todo el ADN celular. El ADN debe estar como cromatina para permitir que las enzimas de la replicación puedan trabajar sobre todo el ADN.

Una vez que se dio la replicación del ADN, la célula está “obligada” a dividirse indefectiblemente, no puede volver atrás. Durante la división celular, las copias de ADN serán repartidas a las células hijas.

G2: ensamblado de estructuras para la división celular

Durante esta sub-fase se ensamblan todas las estructuras del citoesqueleto que intervendrán en la división celular.

La división celular, en lo eucariontes, consta de dos etapas: la cariocinesis y la citocinesis.

  • Cariocinesis: división del núcleo. Durante esta etapa se reparte el material genético a las células hijas, por lo que es necesario que la cromatina se condense formando cromosomas. Según el tipo de célula de que se trate, la división puede darse por mitosis o por meiosis. La mitosis da como resultado dos células hijas idénticas en información genética y en cantidad de ADN. Muy por el contrario, la meiosis resulta en cuatro células diferentes en cantidad de ADN e información.
  • Citocinesis: división del citoplasma. En esta etapa ocurre la distribución de todo el material citoplasmático: citosol, mitocondrias, cloroplastos (en vegetales), ribosomas, estructuras del sistema de endomembranas, etc. Suele darse simultáneamente a las últimas fases de la cariocinesis.

Conceptos imprescindibles

Se requiere conocer una serie de conceptos para poder comprender en detalle estos procesos. Son los siguientes:

Gametas: son las células sexuales, que intervienen en la fecundación y forman la cigota, al unirse una gameta femenina y una masculina.

Células germinales: son aquellas que originan gametas.

Células somáticas: son todas las células del cuerpo que no son ni gametas ni germinales.

Gen: segmento de ADN con información para un determinado carácter. Por ejemplo, el gen para el color de la flor, el gen para el tipo de pelo, etc.

Locus (plural: loci): lugar que ocupa un determinado gen en un cromosoma.

Alelos: variantes de un gen. Por ejemplo, para el gen del color de la flor, el alelo para color rojo, el alelo para color blanco, rosa, etc.

Cromatina: es la asociación que, durante la Interfase, el ADN establece con proteínas nucleares llamadas histonas. El ADN se enrolla sobre octámeros de histonas (grupo de ocho histonas) dando lugar a la formación de una estructura poco condensada, laxa, “floja”.

Cromosomas: cuerpos compactos formados por ADN superenrrollado; tienen un grado de condensación muchísimo mayor que el de la cromatina. El proceso de superenrrollamiento de la cromatina para formar cromosomas ocurre al inicio de la división celular, y en él intervienen, además de las histonas, otras proteínas no histónicas. Los cromosomas están formados por una o dos cromátides según la fase de la división en la que se encuentre la célula. Al inicio de la división celular, los cromosomas cuentan con dos cromátides hermanas. Al finalizar poseen sólo una.

Cromátides hermanas: son las dos mitades de un cromosoma. Para comprender esta definición, volvamos a la Interfase y ubiquémonos en G1. Existen muchas moléculas de ADN en estado de cromatina, las cuales se replicarán en la subfase S. Entonces en G2 la célula cuenta con dos moléculas de ADN idénticas entre sí, hechas a partir de cada una de las que había en G1.

En la etapa G2 hay el doble de moléculas de ADN que en G1. Posteriormente, en la división celular, cada par de moléculas idénticas se condensa formando cromosomas con dos cromátides. Esas dos cromátides son iguales, porque provienen de la condensación de las dos moléculas idénticas, resultantes de la replicación del ADN. A las dos cromátides de un mismo cromosoma se las llama cromátides hermanas.

Cromosomas homólogos: son aquellos cromosomas que, sin ser idénticos, portan el mismo tipo de información. Dos cromosomas homólogos portan los mismos genes, el mismo tipo de información, pero cada uno de ellos puede contener un alelo distinto al de su homólogo. Por ejemplo, en un cromosoma, en el locus del gen del tipo de pelo, esta el alelo “rizado”, mientras que en el mismo locus del cromosoma homólogo, está el alelo “lacio”.

En otro individuo, puede que ambos homólogos lleven el mismo alelo, la información entonces será lacio-lacio, por ejemplo. En la población, puede haber muchos alelos, muchas variantes de un gen, sin embargo en cada individuo y para cada carácter, habrá sólo dos alelos, iguales o distintos. Por otra parte, cada par de homólogos porta genes para muchos caracteres diferentes. En algunos loci, pueden coincidir los alelos, en otros, no. O sea, los cromosomas homólogos no son idénticos.

Nivel de ploidía: es la cantidad de cromosomas de cada tipo. Un tipo de cromosomas hace referencia a todos aquellos cromosomas que llevan información para los mismos caracteres (el mismo tipo de información). Normalmente, los cromosomas del mismo tipo suelen tener el mismo tamaño y la misma forma.

De acuerdo a la cantidad de cromosomas de cada tipo se definen los siguientes niveles de ploidía:

  • Haploide: célula u organismo que posee un único cromosoma de cada tipo. Entonces, sólo porta un alelo para cada carácter. Ningún cromosoma es homólogo de otro.
  • Diploide: célula u organismo que posee dos cromosomas de cada tipo, o sea, pares de cromosomas homólogos. Por lo tanto porta dos alelos para cada carácter iguales o distintos.

Cantidad de cromosomas: se definen dos números importantes: n y 2n

  • n: número haploide de cromosomas. Indica la mínima cantidad de cromosomas con información para todos los caracteres. También indica la cantidad de tipos de cromosomas. Corresponde al número de cromosomas de las gametas.
  • 2n: número diploide de cromosomas. Indica la cantidad de cromosomas de una célula diploide. Para el caso humano, cualquier célula del cuerpo (células somáticas) cuenta con 46 cromosomas. La mínima cantidad de cromosomas con información para todos los caracteres es 23. Los otros 23 son homólogos de los primeros 23. Por lo tanto, las células somáticas humanas son diploides, existen dos alelos para cada carácter. En el ser humano, entonces n:23 y 2n:46. Existen dos pares de homólogos.

Morfología de los cromosomas

Los cromosomas tienen, al inicio de la división, dos cromátides, las cuales se encuentran unidas a través de un centrómero. El centrómero se ubica en una región muy condensada llamada constricción primaria. En esa región se hallan adheridas unas proteínas fibrosas que constituyen el cinetocoro.

Según la ubicación del centrómero a lo largo de las cromátides, los cromosomas presentan las siguientes morfologías:

  • Metacéntricos: el centrómero se encuentra en la mitad del largo de las cromátides.
  • Submetacéntricos: el centrómero se ubica ligeramente desplazado hacia un extremo.
  • Acrocéntricos: el centrómero está casi en un extremo de las cromátides.
  • Telocéntricos: el centrómero se encuentra totalmente en un extremo.

En todos los casos se trata de cromosomas de dos cromáticos.

Más allá de determinar la morfología de los cromosomas, el centrómero es el lugar del cromosoma al que se unen las fibras del huso acromático.

División celular

Todas las células de un individuo deben tener la misma información genética, o sea, la misma cantidad de cromosomas. Existe entonces un proceso que garantiza la correcta distribución de las copias de ADN entre las células hijas, cada vez que ocurre una división. Este proceso es la mitosis. La mitosis se da en las células de los organismos eucariontes, y siempre genera dos células con idéntica información genética (e idénticas a la original) y la misma cantidad de cromosomas.

Existe otro proceso capaz de dar lugar a la formación de células sexuales con la mitad del número de cromosomas, de manera tal que al unirse estas gametas, se genere un individuo con la cantidad normal de cromosomas de su especie. Este proceso es la meiosis. La meiosis, garantiza no sólo que las gametas porten la mitad de cromosomas, sino que, además, sean diferentes entre sí y a la célula original en cuanto a la información genética.