Con la división celular, a partir de una célula, la célula madre, se obtienen dos células hijas idénticas a su progenitor. La célula madre duplica su material hereditario, que luego se reparte entre las hijas, y divide su citoplasma. El ciclo celular es el conjunto de cambios que sufre una célula desde que se forma hasta que se divide. En las células eucariotas, este ciclo tiene dos fases: interfase, donde la célula crece y duplica el ADN, y fase M, donde ocurre la mitosis, meiosis y citocinesis.

Interfase

La interfase es el periodo entre dos mitosis que ocupa la mayor parte del ciclo celular. Durante esta fase, hay mucha actividad metabólica, la célula aumenta de tamaño y duplica su material genético. Se distinguen tres fases:

• G1: Se sintetizan proteínas para aumentar de tamaño. Las células que nunca entran en mitosis permanecen en una fase especial denominada G0, que es permanente, y la célula se encuentra en estado de quiescencia.
• S: Se sintetizan histonas y se replica el ADN.
• G2: Se duplican los centriolos y se codifican proteínas.

Replicación del ADN

La replicación del ADN ocurre en la fase S. Se propuso que la doble hélice de ADN se abre y las cadenas de nucleótidos se separan. Ahí se forma una nueva cadena complementaria a la que ha servido de patrón. Hay tres modelos:

• Conservativo: Una doble hélice conserva las dos cadenas originales y la otra está formada por las dos de nueva síntesis.
• Dispersivo: Las cadenas hijas contienen fragmentos de la cadena original y de la nueva.
• Semiconservativo: Cada doble hélice tiene una cadena original y una nueva.

Modelo Semiconservativo

Meselson y Stahl comprobaron que el ADN de bacterias cultivadas en un medio con ¹⁵N era más pesado que el ADN de las cultivadas en un medio con ¹⁴N. Se podía separar por ultracentrifugación.

Fases de la Replicación en Procariontes

• Iniciación: Desenrollamiento y apertura de la doble hélice. En el cromosoma bacteriano, la replicación tiene origen en la secuencia oriC o punto de iniciación. En esta fase se producen unas proteínas específicas. Las enzimas helicasas rompen los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas y la doble hélice se abre. Se forma una burbuja de replicación en la que hay una zona en forma de Y llamada horquilla de replicación, donde se sintetizan las hebras de ADN. El proceso es bidireccional.
• Elongación: Se sintetiza la nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original. Intervienen las ADN polimerasas, cuya función es unir entre sí los nucleótidos que formarán el ADN y eliminar nucleótidos cuyas bases nitrogenadas están mal apareadas.

Elongación en Procariontes

La ADN polimerasa III recorre las hebras molde en sentido 3′ → 5′ y va uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3′ hasta que se forman las hebras replicadas. La nueva hebra que se va formando crece en sentido 5′ → 3′. Como las dos cadenas son antiparalelas, la elongación varía. Cuando se forma la burbuja de replicación, la ADN polimerasa solo puede unir nucleótidos en sentido 3′. La síntesis de las nuevas hebras se hace en sentido 5′ → 3′ y se necesita un cebador. Esta nueva hebra sintetizada continua es la líder. La síntesis de la nueva cadena de ADN no se puede empezar de cero, necesita un fragmento de 10 nucleótidos de ARN (cebador). Este es sintetizado por una ARN polimerasa (primasa). El mecanismo de síntesis de la otra hebra (hebra retardada) lo descubrió Okazaki y es una síntesis discontinua de fragmentos de ADN (fragmentos de Okazaki). Cada uno de ellos necesita un cebador de ARN. La ADN polimerasa I elimina el cebador y rellena el hueco con ADN. La ADN ligasa suelda los fragmentos obtenidos. La síntesis de las dos hebras es simultánea y cada una lo hace en parte de manera continua y en parte discontinua.

Corrección de Errores

La ADN polimerasa actúa como exonucleasa, elimina los nucleótidos mal apareados y rellena el hueco con nuevos nucleótidos.

Replicación en Eucariontes

Diferencias:

• Los cromosomas tienen moléculas de ADN muy largas y la replicación se inicia en múltiples puntos, denominados replicones.
• Hay cinco tipos de ADN polimerasa.
• El ADN de los cromosomas está asociado a histonas y el proceso se completa hasta llegar al telómero, que se va acortando, lo que provoca la muerte celular.

Muerte Celular

• Necrosis: Muerte accidental. La célula se hincha y se alteran sus orgánulos.
• Apoptosis: Muerte natural por autodestrucción. Las proteínas Bcl-2 protegen a las células y las Bax aceleran el proceso. Se produce una retracción y rotura celular. Es importante en los procesos de renovación tisular.

Mitosis

Su objetivo es repartir por igual el material genético duplicado en la fase S.

• Profase: Condensación de la cromatina. Los cromosomas se hacen visibles, formados por dos cromátidas hermanas. En las células animales, se separan los centriolos y, por los microtúbulos polares, se forma el huso acromático. La membrana nuclear y el nucléolo desaparecen. En los centrómeros se forman cinetocoros.
• Metafase: Los cromosomas se condensan. El huso acromático está completamente formado. Los cromosomas se sitúan en el centro, formando la placa ecuatorial. Los centrómeros se disponen perpendicularmente al eje de los centriolos. Las cromátidas se unen por el cinetocoro al huso.
• Anafase: Las dos cromátidas se separan por el centrómero hacia los polos.
• Telofase: Los nucléolos reaparecen y los cromosomas se descondensan. La membrana nuclear reaparece en cada grupo de cromosomas.

Citocinesis

Es el reparto de orgánulos entre las dos células hijas.

• Células animales: Se produce un estrangulamiento que divide a la célula en dos. Aparece un anillo contráctil de miosina y actina que lo provoca.
• Células vegetales: Se crea el fragmoplasto, perforado por plasmodesmos que comunican las dos células.

Gemación

Reparto asimétrico del citoplasma, en el que se forma una yema.

Esporulación

Varias mitosis sucesivas que dan lugar a células con varios núcleos.

Meiosis

La finalidad de la meiosis es producir células haploides con la mitad de ADN que una célula diploide. A partir de una célula diploide, se obtienen cuatro células haploides.

Meiosis I

• Profase I:
  • Leptoteno: Los cromosomas se hacen visibles, formados por dos cromátidas unidas por placas de unión.
  • Cigoteno: Los cromosomas homólogos se aparean y se alinean. Se forma el complejo sinaptonémico.
  • Paquiteno: Se produce el sobrecruzamiento entre las cromátidas de los cromosomas homólogos, lo que se conoce como recombinación génica.
  • Diploteno: Los cromosomas homólogos comienzan a separarse, permaneciendo unidos por los quiasmas.
  • Diacinesis: Los cromosomas se condensan y se hacen visibles. Las cromátidas hermanas están unidas por el centrómero. Desaparecen el nucléolo y la membrana nuclear, y se forma el huso y las fibras cinetocóricas.
• Metafase I: En la placa ecuatorial se disponen las tétradas. Los centrómeros se sitúan en lados opuestos.
• Anafase I: Los pares de cromosomas homólogos se separan hacia los polos. No se separan cromátidas.
• Telofase I: Reaparecen la membrana nuclear y el nucléolo. Los cromosomas se descondensan. Se obtienen dos células hijas, cada una con dos cromosomas, y cada cromosoma con dos cromátidas.

Meiosis II

No hay síntesis de ADN.

• Profase II: Desaparece la membrana nuclear. Los cromosomas se condensan y se forma el huso.
• Metafase II: Los cromosomas se disponen en la placa ecuatorial, formados por dos cromátidas unidas por el centrómero.
• Anafase II: Se separan los centrómeros y cada cromátida migra hacia un polo.
• Telofase II: Se forma la membrana nuclear y se produce la citocinesis. Se obtienen cuatro células hijas haploides y distintas entre sí.

La mitosis es el mecanismo de reproducción asexual, mientras que la meiosis es el mecanismo de reproducción sexual.

Reproducción Asexual

Un organismo da lugar a copias idénticas. No se genera variabilidad genética.

Reproducción Sexual

Dos gametos distintos dan lugar a un individuo que es una mezcla de ambos. Cada progenitor aporta un gameto (n) que, en la fecundación, se fusiona para formar un cigoto (2n). Hay variabilidad genética por la recombinación génica, la distribución al azar de los cromosomas y la combinación de diferentes genes.

Ciclo Haplonte

La meiosis cigótica genera individuos haploides. Se forma un adulto multicelular haploide. Tras la fecundación, se forma un cigoto diploide.

Ciclo Diplonte

Los gametos no son diploides. En la meiosis gamética, por fecundación, se forma un individuo diploide.

Ciclo Diplohaplonte

Hay alternancia de generaciones, con una fase esporofítica y otra gametofítica.