Unidad 1: material genético y división celular
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Unidad 1: MATERIAL GENÉTICO Y DIVISIÓN CELULAR Los genes de los cromosomas homólogos no necesariamente poseen la misma información  Debes recordar que cada cromosoma posee un homólogo, es decir, un cromosoma de estructura similar. La similitud también incluye el tipo de genes que cada homólogo posee. Por ejemplo, en el cromosoma humano nº 9 se encuentran los genes que determinan si la persona es del grupo sanguíneo O, A, B o AB. Pero poseemos dos cromosomas nº 9: uno de nuestro padre y otro de nuestra madre. Como las características de nuestros padres no tienen por qué ser las mismas, es perfectamente posible que cada cromosoma del par 9 posea información distinta para el gen de grupo de sangre. Nuestro grupo sanguíneo depende de la combinación de los dos genes para grupo sanguíneo que nuestros padres nos aportaron en el par nº 9. Lo importante es recordar que todos los genes que posee un determinado cromosoma son los mismos que posee su homólogo, aunque pueden variar en el tipo de información que ese gen define. A  ctividad 1: ¿qué aprendí sobre cromosomas homólogos?Observa el esquema de la figura, que representa a un par de cromosomas homólogos. Ahora debes coloca una cruz bajo la frase que creas más pertinente, independientemente de si la situación es verdadera o falsa.
 Los genes se construyen en base a fibras de ADN Químicamente, los genes son trozos o segmentos de ADN. Es en él donde la información genética está codificada. El ADN es una molécula en forma de escalera que mide 2 nm de ancho. Los cromosomas están formados por una molécula de ADN y proteínas. El ADN humano de los 46 cromosomas puede llegar a medir más de 1,5 m de largo y está contenido en el núcleo celular que mide milésimas de milimetros (micrometros). Es decir, el ADN está enormemente empaquetado. Las proteínas cromosomales son las encargadas de empaquetar al ADN. Uno de estas proteínas se denominan histonas y son las que empaquetan enrrollando el ADN: 1° como cuentas de un collar, luego se apilan las cuentas (6 cuentas por vuelta) y esta fibra (denominada fibra básica de la cromatina y que mide 30 nm de espesor) vuelve a sobrenrrollarse, de modo que finalmente forman el grosor de cada cromátida que mide 700 nm de diámetro. El cromosoma posee un esqueleto en forma de H, sobre el que se disponen los enrollamientos del ADN, tal como se esquematiza en la figura 12. Actividad 2
¿Cómo calcularías la cantidad de veces que cabe un cromosoma a lo largo de la fibra de cromatina que se origina al descondensarse? Persiste una pregunta de fondo: ¿por qué motivo las fibras de ADN se condensan para formar cromosomas? y ¿por qué a veces tienen aspecto de cromatina? La respuesta a esta pregunta, requiere de una historia previa y tiene que ver con un proceso que es común para todos los tipos de organismos, tanto unicelulares como pluricelulares: la división celular. 2. Mitosis: función y regulación La división celular explica muchos procesos que realizan los organismosUn organismo unicelular, como por ejemplo un protozoo, bajo ciertas condiciones es capaz de reproducirse generando un número cada vez mayor de individuos de la misma especie. De igual forma, en un organismo pluricelular, los billones de células que lo constituyen provienen de una sola célula. En ambos casos, la célula original genera dos células fenotípicamente idénticas, las que, a su vez, se dividen generando cuatro células; y así sucesivamente, hasta conseguir muchos millones de células. Actividad 3. Reconociendo procesos de división celular De los siguientes procesos que ocurren normalmente en el ser humano, marca aquellos que deberían realizarse por división celular.
En cualquiera de los ejemplos anteriores, las células hijas son más pequeñas que las células madre. Por tanto, cualquiera de las dos células hijas carece de ciertos materiales que poseía la célula madre. Según lo que tú ya sabes, ¿qué estructuras deberían traspasarse necesariamente a cada una de las células hijas? A pesar que el proceso de división celular puede ocurrir en muchos tipos de células, con formas y funciones distintas, llama la atención que las células hijas tarde o temprano adquieran siempre el aspecto y la función de la célula madre. ¿Cómo podrías explicar esta situación?  Actividad 4. Análisis de experimento sobre división celular O Figura bserva la Figura, que señala un experimento realizado en ratas. Si se separan las dos primeras células del desarrollo embrionario (llamadas blastómeros) de una rata albina y cada una de ellas se transplantan al útero de dos ratas hospederas: una rata hospedera gris y otra rata hospedera manchada, de ambas ratas hospederas nacerán crías albinas.
Las células se pueden dividir. Es un hecho que lo hacen. ¿Te atreves a proponer un modelo que explique este proceso? Todo proceso de división celular requiere previamente la duplicación del material genético. Este proceso se realiza mediante un mecanismo llamado "replicación del ADN" En el caso de la especie humana, por poseer 23 pares de fibras de ADN, antes de la división celular tendremos 23 pares de fibras duplicadas. El esquema de la Figura representa este proceso con una sola fibra. Los distintos segmentos de la fibra representan zonas en que se encuentran genes específicos.
Resumiendo:
Poco antes que se produzca la división, al interior del núcleo de una célula humana se debería poder contar un total de 23 pares de fibras duplicadas. En la figura se esquematiza esta nueva situación. Se han pintado de color azul las fibras "originales" y de color rojo las "copias", representado solo 10 fibras de las 23. Si cada fibra posee entonces un "original" y una "copia", se espera que se distribuyan una cada una en las dos células hijas. En la realidad cada fibra de cromatina del ADN humano puede llegar a medir varios centímetros de largo. Si, al mismo tiempo, toda la cromatina al interior del núcleo ocupa un espacio cercano a los 5 x 10-7 mm3, resulta muy difícil de entender de qué manera pueden separarse originales y copias entre las dos células hijas, sin lugar a errores. Este proceso de división, que genera copias exactas a la célula madre en base a una replicación previa del ADN, se denomina MITOSIS Actividad 5. Investigando las etapas de la mitosis Las siguientes figuras muestran las etapas fundamentales de la mitosis. Sin embargo, están desordenadas cronológicamente. Basándose en los conocimientos recogidos en el transcurso de este capítulo, realiza las siguientes tareas:
Actividad 6: Revisa cuánto aprendiste acerca de los procesos fundamentales que suceden antes y durante la mitosis. Tras marcar tus opciones, compártelas con tu grupo. Utiliza la misma clave de la actividad de evaluación de la página 9, en la parte superior.
Las etapas de la vida de una célula se ordenan convencionalmente en el ciclo celular Observa el siguiente esquema que resume el ciclo celular:
Actividad 7 Justificando las etapas de la interfase.
Un ciclo proliferativo incluye todas estas etapas y eventualmente agrega una etapa Go, llamada de reposo proliferativo o de diferenciación. Es decir, la célula interrumpe su ciclo celular para desarrollar las características propias del tejido al que pertenece. En los organismos multicelulares, como los animales y plantas existen diferentes tipos de poblaciones celulares. Unas en proliferación, tales como los tejidos en renovación (piel, médula ósea), las células cancerosas o las células en cultivo. Otras poblaciones están habitualmente en reposo proliferativo (Go), sin embargo, después de estimularlas con algún estímulo específico pueden entrar nuevamente al ciclo proliferativo. Un tejido es un grupo de células de similar forma y función, con algún mecanismo de comunicación que favorece el trabajo conjunto y coordinado Actividad 8: Sacando cuentas. Si una célula posee 10 fibras de ADN durante el inicio de G1. Con esta información, completa el siguiente cuadro:
Todos los mecanismos que caracterizan a la mitosis ocurren de manera similar en todos los procesos que se basan en este tipo de división celular. Actividad 9: Mitosis en unicelulares y multicelulares. Observa atentamente el siguiente esquema que señala los procesos que se realizan a través de mitosis, distinguiendo aquellos que se realizan en organismos unicelulares o en multicelulares
Escoge cualquiera de los procesos señalados y construye un esquema completo de mitosis utilizando los elementos estructurales y contextuales novedosos de este proceso. Por ejemplo, si escoges fisión binaria, puedes representar la mitosis en un paramecio o una ameba, con todas las estructuras propias de estos microorganismos. La célula regula su propia mitosis Otro fenómeno común a toda célula que realiza mitosis es su regulación: la célula sabe cuándo "debe" realizar mitosis y cuando mantenerse en interfase. Una adecuada regulación de la mitosis en el crecimiento de un órgano permitirá una armonía entre el aumento de su tamaño y la optimización de su función. En cambio, un desequilibrio podría acarrear un mal funcionamiento para todo el órgano. Actividad 9: Mitosis anormales. La figura muestra de qué manera se producen las alteraciones en la mitosis celular. Analízala con atención y escoge una de las explicaciones posibles que aparecen más abajo, aportando una adecuada justificación
Compara tu respuesta con la de tus compañeros. Participa en la puesta en común. Actividad: Alteraciones y cáncer Lee el siguiente documento acerca de las causas y consecuencias de una mitosis mal regulada. Origen del cáncer1 La carcinogénesis o aparición de un cáncer es el resultado de dos procesos sucesivos: el aumento descontrolado de la proliferación de un grupo de células que da lugar a un tumor, y la posterior adquisición por estas células de capacidad invasiva, que les permite diseminarse desde su sitio natural en el organismo y colonizar y proliferar en otros tejidos u órganos, proceso conocido como metástasis.
La primera fase de un tumor es la alteración de la capacidad de proliferación de una célula como resultado de una mutación en uno de los genes que la controlan. Es la iniciación, y al agente que la causa se le llama iniciador. Esta célula "iniciada" crece con una velocidad ligeramente superior a las normales, y puede pasar inadvertida durante un período muy largo. Los carcinógenos actúan modificando los genes implicados en el control de la proliferación celular, de modo que su papel es colaborar con la mutación iniciadora, y sólo causan cáncer cuando actúan de modo repetido tras el carcinógeno iniciador. Es la segunda fase, promoción, durante la cual el agente promotor estimula el crecimiento de las escasas células iniciadas que con una sóla mutación tenían ligeramente alterado su crecimiento. Este aumento de células con una mutación favorece la posibilidad de que alguna de ellas acumule una nueva mutación que la haga crecer aún más deprisa, ya que la división celular aumenta el riesgo de adquirir mutaciones. Los estrógenos, que aumentan la proliferación de las células epiteliales de la mama, actúan como un agente promotor. La relación entre la estimulación del crecimiento celular y la promoción del cáncer es evidente en los efectos del alcohol, que al causar la muerte de células del epitelio del esófago induce su rápido reemplazo y aumenta así el riesgo de cáncer esofágico. El humo del tabaco contiene numerosas sustancias que son iniciadores o promotores tumorales: benzopirenos, nicotina, naftilaminas, fenoles,... La reducida probabilidad de mutaciones espontáneas hace que la duración de esta fase en que el tumor no es aún visible sea muy larga, puesto que se necesitan millones de células con una mutación para que alguna desarrolle un segundo cambio genético. Ello se deduce claramente del retraso en 5 a 20 años que existe entre la exposición al tabaco y el desarrollo de cáncer de pulmón, o del de la aparición de leucemia por efecto de radiaciones en supervivientes a las explosiones nucleares de Hiroshima y Nagasaki. La tercera fase es la progresión tumoral o adquisición de nuevas (tercera, cuarta...) alteraciones genéticas que provocan un aumento de la malignidad, con adquisición de capacidad invasiva y metastásica. El cáncer es la consecuencia de mutaciones que producen la expresión anormal de un número reducido de nuestros genes: los oncogenes, los genes supresores de tumores y los genes de reparación del ADN. Los genes son partes de la molécula del ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA) de los cromosomas que codifican la secuencia de aminoácidos de un polipéptido o proteína. Las aproximadamente 1013-1014 células (diez a cien billones) del cuerpo humano contienen el mismo número de cromosomas (46) y, por tanto, de genes (unos 30 mil).
Un segundo grupo lo constituyen los llamados genes supresores de tumores o antioncogenes, cuya función normal es controlar el ciclo de división celular, evitando el crecimiento excesivo, o el mantenimiento de las características que especifican la localización de las células en un lugar determinado. Estos genes inducen la aparición de cánceres cuando al mutar dejan de expresarse (por deleción) o producen una proteína no funcional. El antioncogen mejor estudiado se llama P53. En la figura se ejemplifica cómo interactúan cuatro genes en la formación de un cáncer metastático de colon. Según el documento y tus propias ideas:
1 Adaptación de extracto del libro "Cáncer. Genes y nuevas terapias", Editorial Hélice; Madrid, 1997 realizado por el Dr. Alberto Muñoz. Disponible en http://www.cnio.es/cancer/cancer.html | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
isión binaria
