Departamento de Biología
Principios de genética.
ESTUDIO DE LA MITOSIS
Introducción:
Los seres diploides pluricelulares se desarrollan a partir de una célula original, “el cigoto” portadora de dos dotaciones cromosómicas homólogas una procedente del padre y otra de la madre.
El proceso de división nuclear se denomina mitosis. Mediante este proceso una célula da lugar a dos células hijas, cada una con una dotación cromosómica idéntica a la de la célula parental.
La división celular se completa mediante el proceso de citocinesis, en el que se reparten más o menos equitativamente (nunca con la precisión de la mitosis) los orgánulos y componentes citoplasmáticos a las células hijas, y las independiza por la formación de la membrana citoplasmática.
Estos dos procesos normalmente van sincronizados. El significado biológico de la mitosis es asegurar la conservación del patrimonio hereditario nuclear en el proceso dé formación del individuo adulto.
Es interesante el estudio de la mitosis, ya que ello nos permite observar de forma directa los cromosomas o base física de la herencia y la forma de su transmisión de una célula a otra. Asimismo es interesante por su aplicación en Citotaxonomía y Evolución a que por medio de dicho estudio podemos observar la morfología, tamaño y número de los cromosomas, permitiéndonos de este modo clasificar una especie, además de por rasgos morfológicos, por características cariológicas. Estos estudios permiten determinar los cambios cromosómicos (duplicaciones, inversiones, cambios Robertsonianos etc.) que han intervenido en la evolución y separación de especies próximas. Por último pueden tener importancia en Genética Clínica ya que hay diversas enfermedades asociadas a cambios cromosómicos (por ejemplo Mongolismo, Klinefelter etc.).
Una célula que no está en mitosis se dice que está en interfase. En este periodo se produce una gran actividad metabólica, ya que es cuando los genes entran en acción, aunque no todos, únicamente lo harán aquellos cuyos productos sean necesarios para cada célula en particular, de acuerdo con su función.
Asimismo, también tiene lugar el proceso de duplicación de los cromosomas, quedando cada uno de ellos compuesto por dos cromátidas idénticas. El periodo durante el cual ocurre este proceso de síntesis de ADN se llama S (periodo de síntesis). Este periodo está precedido por un periodo G1 y seguido de un periodo G2.
Si designamos a la mitosis como M, el ciclo celular es una secuencia que se puede representar como sigue:
G1→S→G2→M
Normalmente M es la etapa más corta. G1, S y G2 constituyen la interfase. Este ciclo se repite cuando las células están proliferando.
Aunque la Mitosis es un proceso continuo, ciertos sucesos sirven para identificar cuatro etapas para facilitar su estudio: profase, metafase, anafase y telofase,
La profase se caracteriza por la condensación gradual y enrollamiento progresivo de los cromosomas, que se hacen visibles al microscopio como estructuras filamentosas. Cada cromosoma consta de dos réplicas que permanecen juntas y unidas por el centrómero las cuales se denominan cromátidas hermanas. Otros sucesos característicos de la profase son la desaparición gradual del nucleolo, cuyos componentes se dispersan por el núcleo. En la mayoría de los organismos la membrana nuclear empieza a desintegrarse durante esta etapa.
En metafase la membrana nuclear desaparece, dejando los cromosomas libres en el citoplasma. Estos se unen por sus centrómeros a las fibras del huso mitótico, quedando dispuestos en la placa ecuatorial.
En las células animales el huso mitótico está formado por los centríolos, orgánulos citoplasmáticos que actúan como punto de atracci6n de los cromosomas en su migración a los polos, y una serie de fibras del huso que los unen con los centrómeros,
Hay evidencia de que es el propio centrómero el que forma las fibras del huso, aunque no se descarta la posibilidad de que se originen también fuera de él y luego se asocien a la región centromérica.
En algunas plantas inferiores existen centríolos que se unen a las fibras del huso. Sin embargo, en plantas superiores estos orgánulos no existen pero siempre se forma el huso mitótico.
En metafase es cuando mejor se pueden observar todas las características que permiten confeccionar el cariotipo de la especie:
• Centrómero o constricción primaria, que generalmente se localiza por ser una zona de estrechamiento, la cual puede observarse en todos los cromosomas, y que ocupa una posición constante para cada uno en particular. Todo cromosoma queda dividido en dos brazos por la posición de su centrómero.
• Constricción secundaria, que solo está presente en algunos cromosomas del complemento, y cuyo significado preciso no se conoce. La constricción del organizador nucleolar es la mas estudiada y existe al menos una por complemento haploide (véase esquema).
La anafase es, en general, la etapa más corta de la mitosis. Comienza con la separación de las dos cromátidas hermanas. Cada centrómero se separa en dos, y a partir de este momento denominaremos cromosomas a las cromátidas hermanas. Los centrómeros empiezan a moverse hacia polos opuestos del huso, llevando cada uno de los dos cromosomas.
Durante la telofase las dotaciones de cromosomas se agrupan en polos opuestos del huso, donde empiezan a desespiralizarse y a volver a la forma relajada de los cromosomas en interfase. Posteriormente se forma una membrana nuclear alrededor de cada dotación cromosómica y se reconstruyen los nucleolos.
La citocinesis se realiza al final de esta etapa.
Para el estudio de la mitosis se han de emplear tejidos que estén en división celular activa, En animales se usa tejido de médula ósea de huesos largos (fémur), tejido del bazo, ciegos gástricos y cultivo de tejidos con células en división (sanguíneo, células mesenquimatosas, etc.) en medios especiales. En plantas el material más comúnmente utilizado es el extremo apical de la raíz (ápice). Este se consigue mediante la germinación de semillas en dispositivos especiales (cápsulas de Petri, cultivo hidropónico, etc.). También se pueden utilizar ápices de hojas, así como los ovarios de las flores.
Para la observación microscópica: Se utilizan aumentos grandes y técnicas apropiadas de fijación, hidrólisis y tenido. La hidrólisis reblandece las membranas celulares y el carmín acético completa el proceso de tinción. Con la presión sobre el portaobjeto de la preparación se logra una extensión y difusión de las células del meristemo de la cebolla.
La preparación presenta el aspecto de una dispersión de células por todo el campo que abarca el microscopio. Se observan células en diversas fases o estados de división celular. Se ven los cromosomas teñidos de morado. El aspecto reticulado así como el mayor tamaño de algunos núcleos corresponde a las células que se encontraban en los procesos iniciales de la división mitótica.
El objetivo de esta práctica es, además de aprender la técnica de montaje, observar e interpretar distintas fases de la mitosis en células vegetales.
Microscopio
Porta y cubre-objetos
Vidrio de reloj o capsulas de petri
Pinzas finas
Varilla de vidrio
Mechero Hojilla de afeitar o tijera
Tiras de papel de filtro o servilletas
Solución de carnoy
Ácido clorhídrico 1 N.
Carmín acético
un bulbo de cebolla, cebollín o ajo porro con raicillas recientes, también se pueden utilizar caraotas o lentejas germinadas
Metodología.
Una semana antes de la sesión, escoja una cebolla fresca de 5 a 7 cm. de diámetro. Quite las raíces y fibras secas de la base del bulbo. Inserte 3 palillos de forma que la cebolla se pueda suspender en un vaso o recipiente con agua, de tal forma que las raíces toquen continuamente el agua. Si decide utilizar granos germinados: remójelos por 3 a 4 horas y luego colóquelos sobre una servilleta gruesa o algodón humedecido.
Procedimiento de fijación:
1. Elija una o varias raíces completas. Corte porciones de 1 cm. de la región apical (zona de crecimiento).
2. Póngalas en un vaso pequeño y cúbralas con carnoy
(3 cc. de etanol y 1 cc. de ácido acético glacial) y guárdelas en la nevera por no más de 48 horas.
3. Lave las raicillas con alcohol tres veces dejándolas en remojo por dos o tres minutos cada vez.
Procedimiento de hidrólisis:
Con la finalidad de romper el tejido coloque las raicillas en HCl 1N por 7 minutos en una baño de agua a 60 ° C,
Luego lave tres veces en agua destilada dejándolas 5 min. en remojo cada vez. Deje las raíces en el agua del último lavado.
Procedimiento de coloración y montaje:
Coloque a las raicitas 2 gotas de colorante carmín acético.
Aplaste con cuidado con ayuda de la varilla de vidrio, flamee brevemente con ayuda del mechero.
Coloque el cubreobjeto y quite el exceso de colorante con la punta de una servilleta.
Observación al microscopio:
Observe al microscopio. Localice en la preparación a las células que presenten estructuras filamentosas teñidas más intensamente. Identifique las diversas etapas de la mitosis.
2. Localice y esquematice una célula que se encuentre en:
a) Interfase.
b) Profase.
c) Metafase.
d) Anafase.
e) Telofase.
Preste especial atención en la forma y disposición de los cromosomas.
Se recomienda ser persistente en la búsqueda de los diferentes estadios de la mitosis. Ayúdese con fotografías o esquemas. Haga todas las anotaciones necesarias podrían ser útiles para preparar el informe.
Prepare un informe para reportar sus hallazgos:
La estructura del informe puede ser la siguiente:
Introducción: Breve reseña teórica, justificación y objetivos de la práctica (Esquemas de los estadios de la mitosis, e investigue los tiempos de duración relativa para cada fase. Describa los procesos que ocurren en cada una. Puntualice la importancia de la mitosis para los seres vivos y en especial para la herencia. Señale por qué se seleccionan raicillas para observar mitosis.)
Metodología: describir las técnicas empleadas. (Justifique cada una)
Resultados y discusión: describir las observaciones realizadas y la discusión de las mismas.
Conclusiones.
Elaborado por: Prof. Eva Cabrera.
Revisado por Prof. Virginia Rengifo
Departamento de Biología
Principios de genética.
ESTUDIO DE LA MEIOSIS
Introducción:
Se puede definir la meiosis como el proceso que lleva a la formación de gametos haploides en los seres con reproducción sexual. Consiste en dos divisiones celulares sucesivas con una sola replicación del material cromosómico. La primera división se denomina meiosis I y es de tipo reduccional; la segunda, meiosis II, es de tipo ecuacional. Como en la mitosis, en cada una de las divisiones meióticas se pueden distinguir cuatro etapas: profase, metafase, anafase y telofase. La interfase anterior a la meiosis I es bastante similar a la interfase rnitótica, ocurriendo la duplicación cromosómica durante el periodo S.
La significación genética de la meiosis se puede resumir en los tres aspectos siguientes;
• La meiosis hace posible la conservación del número de cromosomas de generación en generación en organismos con reproducción sexual. La reproducción sexual implica fertilización (la fusión de dos células o gametos). Si los gametos de un organismo tuvieran tantos cromosomas como las células somáticas, el número de cromosomas se doblaría en cada generación.
• En metafase I cada cromosoma paterno y materno tiene la misma probabilidad de ir a uno u otro lado de la placa metafísica. En consecuencia, los cromosomas paternos y maternos pueden combinarse en cada gameto. El número de combinaciones cromosómicas posibles es muy grande cuando el número de cromosomas es grande, y la probabilidad de que un gameto reciba todos los cromosomas de un sólo progenitor es muy pequeña. Consideremos el caso del hombre, por ejemplo.
Una persona normal tiene 23 pares de cromosomas. Supongamos que el cromosoma 1 paterno esté en un lado de la placa metafásica. Le probabilidad de que el cromosoma 2 paterno esté en el mismo lado es 1/2 y lo mismo ocurre para los cromosomas paternos 3, 4, etc. La probabilidad de que los otros 22 cromosomas paternos estén en el mismo lado que el cromosoma 1 paterno es (1/2)22 = 1/ 4.194.304, menos de uno en cuatro millones.
• El "crossing-over" entre cromátidas no hermanas contribuye además a la recombinación de los caracteres hereditarios paternos y maternos en los gametos. Debido a los intercambios entre cromátidas no hermanas, el número de gametos diferentes es virtualmente infinito. Recordemos que en el hombre hay de dos a tres quiasmas (y por tanto intercambios) por cromosoma, por término medio. Además, los puntos de intercambio varían de una meiosis a otra, de modo que incluso es improbable que ocurra alguna vez la misma dotación de intercambios.
La observación de la meiosis en las Prácticas de Genética tiene por objeto mostrar el modo de producirse los fenómenos genéticos siguientes;
- la producción de células con número haploide de cromosomas.
- el mecanismo que poseen los individuos diploides para asegurar la distribución al azar de los cromosomas paternos y maternos.
- la observación citológica del entrecruzamiento.
El estudio de la meiosis ha permitido la extracción de conclusiones de gran interés en Citogenética, Citotaxonomía y Mejora Genética, por citar algunos ejemplos.
Los tejidos reproductores en los animales superiores son los ovarios (hembras) y testículos (machos), siendo la ovogénesis y la espermatogénesis los procesos seguidos para la formación de los óvulos y espermatozoides, gametos femeninos y masculinos respectivamente.
En las plantas superiores el órgano reproductor es la flor, en la que pueden estar juntos los órganos reproductores femeninos y masculinos, o existir flores exclusivamente femeninas o exclusivamente masculinos, en pies diferentes, dioicas o en un mismo pie, monoicas.
La parte de la flor en la que se producen los gametofitos masculinos, granos de polen o microsporas, son las anteras, y los femeninos, óvulos o megasporas, el ovario.
Nosotros hemos elegido botones florales de lirio para el estudio de la meiosis por ser uno de los materiales más adecuados para ello, Concretamente, examinaremos la formación de los granos de polen en los estambres.
METODOLOGÍA.
Se deben colectar botones florales bien inmaduros entre las ocho de la mañana y las cinco de la tarde. Fíjelos en carnoy por no más de 48 horas en nevera. Lave con alcohol antes de utilizar (tres baños de 3 a 4 minutos de duración).
Mida los botones florales antes de proceder al montaje de cada uno. Esta medición le servirá para en próximas oportunidad recolectar el tamaño de botón idóneo.
Coloque el botón sobre un portaobjeto y con ayuda de una aguja de disección y una lupa separe las estructuras florales (pétalos, sépalos), extraiga con cuidado las ANTERAS.
Agregue 2 gotas de carmín acético y aplaste con varilla de vidrio, separe las partes gruesas, flamee ligeramente.
Cubra con el portaobjetos y OBSERVE AL MICROSCOPIO.
Con ayuda de láminas, dibujos y esquemas identifique las etapas del proceso que están presentes. Dibuje y describa lo que observa.
Prepare un informe de acuerdo al esquema ya suministrado en la práctica de mitosis y con las adaptaciones necesarias.
En la discusión incluya la importancia de la meiosis para la herencia y las diferencias fundamentales con el proceso mitótico.
3/7