Mitosis y meiosis
Una célula se convierte en dos, o en cuatro.
Cada una de las decenas de billones de células de tu cuerpo procede de un mismo óvulo fecundado, tras divisiones sucesivas. En la página de célula animal, las instrucciones de toda la célula están en el núcleo, en el ADN de sus cromosomas. Antes de dividirse surge un problema: cada célula nueva necesita las instrucciones completas y ahora solo hay un conjunto. ¿Cómo copia la célula sus cromosomas y los reparte sin pérdidas ni duplicaciones? ¿Por qué las células que producen espermatozoides y óvulos los distribuyen de otra manera y terminan con solo la mitad?
El modelo usa únicamente cuatro cromosomas para poder reconocer siempre los mismos. Hay un punto que puede confundirse: haber copiado el ADN no significa necesariamente que el número de cromosomas se duplique de inmediato. Primero hay que precisar cómo se cuentan las dos copias mientras siguen unidas; abajo relacionaremos el criterio de recuento con las estructuras visibles. Puedes pausar en cada etapa y registrar por separado el número de células, los cromosomas por célula y las moléculas de ADN. Sigue las mismas estructuras durante todo el proceso y compara después los registros de mitosis y meiosis: sus formas de reparto tendrán diferencias comprobables paso a paso.
Antes de observar: ¿qué se reparte?
Un cromosoma consta de ADN y proteínas asociadas. La replicación copia cada molécula de ADN según la secuencia original. Antes de replicarse contiene una molécula larga de ADN. Después tiene dos cromátidas hermanas unidas, cada una con una molécula de ADN. Mientras el centrómero las mantiene juntas son un solo objeto, así que contamos un cromosoma; al separarse, cada una es un cromosoma. Contaremos cromosomas y moléculas de ADN por separado para ver cuándo difieren. Los cromosomas homólogos forman un par con los mismos genes en el mismo orden, uno de cada progenitor. Los dibujos distinguen cromosomas, cromátidas hermanas y pares homólogos.
Mitosis · 01
Interfase G1: crecimiento celular
Qué ha cambiado
- La célula crece y produce más proteínas, estructuras de membrana y orgánulos.
- Cada cromosoma es una molécula de ADN muy larga, extendida por el núcleo como un fino filamento de cromatina.
- Solo hay un centrosoma fuera del núcleo.
La célula pasa la mayor parte de su vida en interfase, no dividiéndose. La primera parte se llama fase G1; durante ella, la célula crece y realiza sus funciones habituales. Mira dentro del núcleo. Todavía no se distinguen cromosomas separados. Cada cromosoma es una molécula de ADN muy larga y poco compactada: esta es la cromatina. Nuestra célula modelo tiene 4 cromosomas, dos largos y dos cortos. Cada cromosoma largo tiene un «compañero» de igual longitud, con los mismos tipos de genes y en el mismo orden, llamado cromosoma homólogo. En cada pareja, uno procede de la madre y se dibuja rojo; el otro procede del padre y se dibuja azul. Lo mismo ocurre con la pareja corta. Las lecturas humanas corresponden a una célula somática diploide típica con núcleo: 46 cromosomas en 23 parejas. Diploide significa que tiene dos juegos de cromosomas, uno de cada progenitor; una célula con un solo juego es haploide. Los glóbulos rojos maduros no tienen núcleo y las células sexuales solo contienen un juego; además, los cromosomas sexuales X e Y difieren en la mayor parte de su longitud. Las parejas larga y corta del modelo representan parejas de cromosomas homólogos ordinarias.
Haz clic en una estructura del modelo o elige su nombre aquí para leer qué hace durante la división celular.
¿Por qué unas células realizan mitosis y otras meiosis?
Veamos primero para qué sirve cada división. El crecimiento y la reparación requieren que las células nuevas reciban un conjunto completo de instrucciones genéticas. En un modelo sin errores de replicación, la mitosis reparte los cromosomas ya copiados para que cada célula hija reciba el mismo conjunto que la progenitora. Eso no significa que todas deban usar los mismos genes o realizar las mismas tareas: después pueden especializarse. Casi todas las células del cuerpo que se dividen lo hacen por mitosis. Las células sexuales plantean otro problema. Si el óvulo y el espermatozoide conservaran los 46 cromosomas, el cigoto tendría y las células de la siguiente generación tendrían 184. El número se duplicaría en cada generación. Para mantenerlo en 46, cada célula sexual debe llevar exactamente 23, uno de cada pareja. Reducir el número a la mitad es la primera tarea de la meiosis y ocurre en la anafase , cuando los dos cromosomas de cada pareja van a células distintas. El segundo resultado es la diversidad. En la metafase , cada pareja adopta una de 2 orientaciones, independientemente de las demás. Con dos parejas multiplicamos las posibilidades, , porque cada orientación de la primera puede combinarse con cualquiera de la segunda. Siguiendo así, 23 parejas dan combinaciones de cromosomas completos entre los espermatozoides u óvulos de una persona. Es el mismo razonamiento de «elegir un término de cada paréntesis» de la página desarrollo del binomio. El entrecruzamiento intercambia además segmentos dentro de los cromosomas y aumenta mucho las combinaciones, aunque no garantiza que dos gametos cualesquiera sean distintos. Estos mecanismos ayudan a explicar por qué los hermanos suelen heredar combinaciones diferentes. Los gemelos monocigóticos parten del mismo cigoto, cuyos descendientes celulares tempranos se separan en dos embriones; aun así, después pueden surgir diferencias genéticas y de desarrollo.
Mitosis y meiosis, lado a lado
| Aspecto | Mitosis | Meiosis |
|---|---|---|
| Función | Crecimiento, reparación y renovación celular | Producir células sexuales (gametos) |
| Dónde ocurre en el cuerpo humano | En casi todas las células somáticas que se dividen | Solo en células de los testículos y ovarios |
| Número de divisiones | Una | Dos, sin replicación del ADN entre ellas |
| Células producidas | 2 | En el modelo, 4 productos iguales; en la formación de óvulos, el reparto es desigual |
| Cromosomas de cada célula nueva | Igual que la progenitora: 46 → 46 | La mitad: 46 → 23 |
| Apareamiento de cromosomas homólogos | No | Sí, en la profase I |
| Entrecruzamiento | No | Sí, normalmente al menos uno por pareja |
| Qué se separa en la anafase | Cromátidas hermanas | Anafase I: cromosomas homólogos; anafase II: cromátidas hermanas |
| Resultado genético | Secuencias de ADN iguales si no hay errores de replicación; los demás componentes celulares no tienen por qué ser idénticos | Productos haploides con combinaciones diversas, sin garantía de que todos sean distintos entre sí |
¿Cuánto tarda y con qué frecuencia ocurre?
En células humanas cultivadas, un ciclo completo de una división a la siguiente dura unas 24 horas. La interfase ocupa aproximadamente 23: unas 11 en G1, 8 en S y 4 en G2. El proceso de mitosis, desde la profase hasta terminar la citocinesis, dura alrededor de una hora; la anafase, solo unos minutos. Son valores típicos, no fijos: en el cuerpo las células suelen dividirse más despacio y algunas salen desde G1 del ciclo activo para entrar en G0, donde siguen realizando sus funciones; algunas pueden regresar después al ciclo. Pasar años sin dividirse no equivale a pasar años en G1. Tu cuerpo fabrica aproximadamente 330.000 millones de células nuevas al día, unos 3,8 millones por segundo, casi todas mediante mitosis. La mayoría son células sanguíneas producidas por células madre de la médula ósea que se dividen continuamente; los glóbulos rojos no pueden dividirse y viven unos cuatro meses. El revestimiento del intestino delgado se renueva cada pocos días y la capa superficial de la piel, cada pocas semanas. Otras células apenas se dividen en el adulto, como la mayoría de las neuronas y las células del músculo cardíaco: en adultos jóvenes se renueva alrededor del uno por ciento de estas últimas cada año. La meiosis es mucho menos frecuente y tarda más. Desde la pubertad, los testículos producen espermatozoides continuamente, del orden de cien millones al día. La meiosis de una célula tarda unas tres semanas y media, principalmente en profase I; el proceso completo desde una célula madre hasta un espermatozoide dura unos dos meses y medio. En los ovarios, la meiosis empieza antes del nacimiento. Cada futuro óvulo entra en profase I y queda detenido allí. Solo continúa poco antes de ser liberado; desde la pubertad hasta la menopausia suele liberarse uno al mes. Así, un óvulo puede permanecer detenido en profase I aproximadamente entre doce y cincuenta años. La meiosis II solo termina cuando un espermatozoide fecunda el óvulo.
Comprueba tu comprensión ·Una célula humana de la piel en G2 tiene 46 cromosomas. ¿Cuántas moléculas de ADN contiene? ¿Cuántos cromosomas tendrá cada célula hija?
Contiene 92 moléculas de ADN, porque S copió las 46 y cada cromosoma tiene ahora dos cromátidas hermanas. Cada célula hija tendrá 46 cromosomas: las cromátidas se separan en anafase y cada hija recibe una copia de cada cromosoma.
Comprueba tu comprensión ·¿Por qué la meiosis no puede consistir simplemente en dos mitosis?
La mitosis conserva el número de cromosomas porque, después de replicar el ADN, separa cromátidas hermanas. Dos mitosis seguirían produciendo células de 46 cromosomas. La meiosis reduce el número a la mitad porque en la primera división los homólogos se aparean y van a células distintas, y el ADN no vuelve a copiarse antes de la segunda.
Comprueba tu comprensión ·Con el entrecruzamiento desactivado, ¿cuántas combinaciones distintas de cromosomas completos pueden recibir las células producidas por meiosis en el modelo?
4. Cada una de las 2 parejas tiene 2 orientaciones en metafase I y cualquiera de una pareja puede combinarse con cualquiera de la otra: 2 × 2 = 4. Son largo rojo con corto rojo, largo rojo con corto azul, largo azul con corto rojo y largo azul con corto azul. Una meiosis produce dos de estas combinaciones; invertir la pareja corta en metafase I produce las otras dos.
