EJERCICIOS TEMA 8

8.4. En un cultivo de células humanas que se encuentran en período de división celular, se analiza la cantidad de ADN en las muestras de esas células tomadas a distintos tiempos. El resultado se expresa en la gráfica.

¿Cuál es la razón de la variación observada en la cantidad de ADN por célula? Razona la respuesta refiriéndote a cada una de las fases del ciclo.

La gráfica representa los cambios ocurridos en el ADN a lo largo del tiempo que dura el ciclo celular, que se divide en dos etapas distintas: la interfase y la fase M (mitosis y citocinesis). La interfase es una etapa de gran actividad metabólica en la que la célula se prepara para la división celular y está dividida en las siguientes fases: fase G1, fase S y fase G₂.

Las fases en las que se divide el ciclo celular están representadas en la gráfica de la siguiente manera:

• La etapa n.° 1 representa la fase Gi, durante la cual se sintetizan los compuestos necesarios (proteínas, lípidos, glúcidos, etc.) para que la célula aumente de tamaño y, al mismo tiempo, incrementa el número de sus orgánulos citoplasmáticos, como ribosomas, mitocondrias, etc.

• La etapa n.° 2 representa la fase S, durante la que se produce la replicación del ADN y se sintetizan las nuevas histonas. Es por esta razón por la que la etapa comienza con un contenido 2x de ADN y termina con uno de 4x, es decir, el doble.

• La etapa n.° 3 representa la fase G2, que con una duración más corta que las anteriores se caracteriza porque la célula aumenta ligeramente de tamaño, se transcriben y traducen genes que codifican las proteínas necesarias para que la célula se divida y se duplican los centríolos.

• La etapa n.° 4, durante la que se reduce a la mitad la cantidad de ADN, representa la mitosis, etapa del ciclo celular caracterizada por una reducción a la mitad en la cantidad de ADN, consecuencia de la formación de las dos células hijas. La cantidad de ADN pasa de 4x a 2x.

8.5. Haz un esquema del ciclo celular y define sus fases.

a) Explica la diferencia entre la mitosis y la primera división meiótica.

b) Concepto de citocinesis. Diferencias en este proceso en células animales y vegetales.

En las células eucarióticas, el ciclo celular se divide en dos fases: la interfase, y la fase M.

La interfase es el período de tiempo que transcurre entre dos mitosis sucesivas, y ocupa la mayor parte del ciclo celular.

Hay una gran actividad metabólica; la célula aumenta de tamaño, y duplica su material genético preparándose para la división celular. Se distinguen tres períodos:

• Fase g1. Su nombre viene del inglés gap, intervalo. En ella se sintetizan los compuestos necesarios (proteínas, lípidos, glúcidos, etc.) para que la célula aumente de tamaño y, al mismo tiempo, incrementa el número de sus orgánulos citoplasmáticos, como ribosomas, mitocondrias, etc. Comienza cuando termina la fase M, y se prolonga hasta que se inicia la replicación del ADN. Su duración es muy variable, dependiendo del tipo celular. En las células que no entran nunca en mitosis, esta fase es permanente y recibe el nombre de Go. Se dice, entonces, que la célula se encuentra en estado de reposo o quiescencia. Se da en células que han sufrido un proceso importante de diferenciación, como las neuronas o las fibras musculares estriadas.

• Fase S (S de síntesis). Se produce la replicación del ADN y se sintetizan las nuevas historias. En los mamíferos, esta fase se prolonga durante unas siete horas. Como resultado de la replicación, cada cromo­soma está formado por dos cromátidas unidas por el centrómero.

• Fase G₂. Tiene una duración muy corta (alrededor de tres horas en los mamíferos), y en ella, la célula puede aumentar ligeramente de tamaño. Se transcriben y traducen genes que codifican las proteínas como, por ejemplo, la tubulina- necesarias para que la célula se divida, y se duplican los centríolos. Esta fase finaliza en el momento en que se inicia la condensación de los cromosomas para comenzar la mitosis.

• Fase M. Tras la replicación del ADN se produce la división celular o fase M. La división celular, tanto en las células animales como en las vegetales, consta de dos procesos: la mitosis, en la que se produce la división del núcleo; y la citocinesis, que consiste en la división del citoplasma. El objeto de la división celular es producir dos células hijas con idéntico material genético.

a) Durante la mitosis, se reparte de manera equitativa el material hereditario entre las dos células hijas; este material, previamente, se ha duplicado durante la fase S de la interfase. Consta de cuatro etapas: profase, metafase, anafase y telofase. Al inicio de la profase, cada uno de los cromosomas está formado por dos cromátidas, que durante la anafase se separan y cada una de ellas emigra hacia un polo opuesto.

Al igual que ocurre en la mitosis, la primera división meiótica consta de cuatro etapas: profase I, metafase I, anafase I y telofase I. Los cromosomas, en virtud de su duplicación durante la fase S de la interfase premeiótica, están formados por dos cromátidas que durante la profase I intercambian fragmentos cromosómicos, hecho que no ocurre durante la mitosis. El otro hecho diferencial con la mitosis es que durante la anafase no se separan cromátidas, sino que lo hacen cromosomas homólogos. (VER TABLA DADA EN CLASE CON RESTO DIFERENCIAS)

b) La división celular no termina con la mitosis; con ella se ha repartido la dotación genética de la célula, pero aún es necesario que el citoplasma se reparta entre las dos células hijas y que los orgánulos citoplasmáticos lo hagan también de manera lo más equitativa posible. Este proceso se denomina cito­cinesis, y ocurre de modo diferente en las células animales y vegetales.

En las células animales se produce un estrangulamiento que divide en dos a la célula madre. A la altura de la placa ecuatorial aparece un anillo contráctil formado por filamentos de actina y miosina. Este anillo se va estrechando, y origina un surco de segmentación que cada vez se hace más estrecho, hasta que se produce el estrangulamiento total y la separación de las dos células hijas.

En las células vegetales no existe estrangulamiento del citoplasma. A la altura de la placa ecuatorial se forma un tabique de separación entre las dos células hijas, denominado fragmoplasto. Se forma por fusión de las vesículas del aparato de Golgi -que contienen los componentes que originan la pared celular- y los restos de los microtúbulos que formaban el huso acromático. El fragmoplasto no se cierra completamente, sino que se halla perforado por finos puentes citoplasmáticos o plasmodesmos que aseguran la comunicación entre las dos células hijas.

8.6. Con referencia al ciclo celular en células somáticas.

a) Explica qué es la interfase y qué sucede en cada una de las etapas en las que se subdivide.

b) Define los siguientes términos: (1) centrómero, (2) cromátidas hermanas, (3) bivalente y (4) teló-meros.

a) Interfase. Es el período de tiempo que transcurre entre dos mitosis sucesivas, y ocupa la mayor parte del ciclo celular. Durante la interfase hay una gran actividad metabólica, la célula aumenta de tamaño y duplica su material genético preparándose para la división celular. Se distinguen tres períodos:

• Fase gi. Su nombre viene del inglés gap, intervalo. En ella se sintetizan los compuestos necesarios (proteínas, lípidos, glúcidos, etc.) para que la célula aumente de tamaño, y, al mismo tiempo, incrementa el número de sus orgánulos citoplasmáticos, como ribosomas, mitocondrias, etc. Comienza cuando termina la fase M, y se prolonga hasta que se inicia la replicación del ADN. Su duración es muy variable, dependiendo del tipo celular, En las células que no entran nunca en mitosis, esta fase es permanente y recibe el nombre de Go. Se dice, entonces, que la célula se encuentra en estado de reposo o quiescencia. Se da en células que han sufrido un proceso importante de dife­renciación, como las neuronas o las fibras musculares estriadas.

• Fase S (S de síntesis). Se produce la replicación del ADN y se sintetizan las nuevas histonas. En los mamíferos, esta fase se prolonga unas siete horas. Como resultado de la replicación, cada cromo­soma está formado por dos cromátidas unidas por el centrómero.

• Fase G2. Tiene una duración muy corta (alrededor de tres horas en los mamíferos), y en ella, la célula puede aumentar ligeramente de tamaño. Se transcriben y traducen genes que codifican las proteínas -como, por ejemplo, la tubulina- necesarias para que la célula se divida, y se duplican los centríolos. Esta fase finaliza en el momento en que se inicia la condensación de los cromosomas para comenzar la mitosis.

b) Centrómero. Se denomina también constricción primaria. Divide al cromosoma en dos brazos, que pueden ser del mismo o de distinto tamaño. En el caso de tratarse de un cromosoma metafásico, el centrómero es el punto de unión entre las dos cromátidas de las que está formado el cromosoma.

Cromátidas hermanas. Un cromosoma metafásico está formado por dos cromátidas paralelas entre sí, resultado de la duplicación del material genético. A estas dos cromátidas se las denomina hermanas, y están unidas por medio del centrómero.

Bivalente. Se conoce con el nombre de tetrada o cromosoma bivalente a una estructura cromosómica constituida por cuatro cromátidas, que se forma durante la profase I de la primera división meiótica, resultado del apareamiento gen a gen entre dos cromosomas homólogos.

Telómeros. Son zonas diferenciales que forman una caperuza en cada uno de los extremos del cromo­soma, y que impiden que los cromosomas se agreguen entre sí. Llevan heterocromatina.

8.7. Con referencia al ciclo de división celular.

A) Supon que el valor C es la cantidad de ADN por genoma haploide. Utilizando dicho valor, expresa la variación que sufre el contenido de ADN en todas y en cada una de las fases del ciclo celular de una célula somática de un organismo diploide.

En las células eucarióticas, el ciclo celular se divide en dos fases: la interfase, en la que la célula crece y sintetiza diversas sustancias; y la fase M, en la que ocurren la mitosis y la citocinesis. La interfase está dividida en las siguientes fases: G1, S y G2. En la G1, la cantidad de ADN es 2C; en la S, esta cantidad se duplica, ya que es la fase en la que se produce la replicación del ADN; por tanto, la cantidad de ADN pasa de C a 4 x C, y en la fase G₂ es de 4 x C. Durante la mitosis, la cantidad de ADN se reduce a la mitad y tiene un valor de 2C.

B) Copia y completa la siguiente tabla, indicando en la columna de la derecha a qué corresponden los conceptos de la columna de la izquierda

d) El mecanismo de elongación es, básicamente, el mismo para las dos hebras de ADN. 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; luego, la nueva hebra que se va formando crece en la dirección 5' -> 3'. Sin embargo, como las dos cadenas del ADN son antiparalelas (se orientan en direcciones opuestas una de otra), el desarrollo de la elongación presenta ligeras variaciones según la ^~ hebra de que se trate. En una de las dos hebras, la síntesis se produce de manera continua, mientras que en la otra lo hace de manera discontinua.

Cuando se forma la burbuja de replicación, la ADN polimerasa III solo puede unir nucleótidos en uno de los dos sentidos (dado que las dos hebras son antiparalelas). La síntesis de una de las nuevas hebras se realiza sin interrupciones, es decir, de manera continua en sentido 5' -> 3', y se requiere un solo cebador. Esta hebra sintetizada de manera continua es la conductora o líder.

El mecanismo de síntesis de la otra hebra, llamada hebra retardada porque su síntesis se retrasa ligeramente en relación con la de la conductora, fue descubierto en 1973 por R. Okazaki. Consiste en una síntesis discontinua de pequeños fragmentos de ADN de unos 1000 a 2000 nucleótidos (frag­mentos de Okazaki). Cada uno de los fragmentos requiere, cada ciertos intervalos, un cebador de ARN sintetizado por la primasa. La ADN polimerasa I va eliminando el cebador y rellenando los huecos con nucleótidos de ADN. Finalmente, la ADN ligasa suelda todos los fragmentos obtenidos.

8.12. La figura es un esquema muy simplificado del ciclo biológico de una planta con flores. Estas plan­tas tienen dos tipos de gametofito, masculino y femenino. Supon que la planta es la judía, en la que las células del esporofito tienen 22 cromosomas.

a) ¿Cuántos cromosomas hay en las otras fases del ciclo indicadas en el esquema?

b) ¿Con qué fase del ciclo se corresponde el polen? ¿Y la semilla? ¿Qué número del esquema señala la meiosis? ¿Con qué número se corresponde la fecundación?

c) Indica, mediante un esquema, qué se entiende por replicación semiconservativa del ADN.

a) El esporofito tiene una dotación cromosómica 2n, que, en el caso de la planta del enunciado, será de 2x11. Las esporas se producen tras una meiosis en la que se reduce a la mitad el número de cro­mosomas, por tanto, su dotación cromosómica será de n (11 cromosomas). A partir de la espora se desarrolla el gametofito que es haploide y, por tanto, con una dotación cromosómica n (11 cromo­somas). Los gametos formados por el gametofito son haploides (11 cromosomas), y tras la fecundación se forma el cigoto con 2n cromosomas, es decir, 22 cromosomas.

b) Los granos de polen se corresponden con la fase haploide, mientras que la semilla lo hace con la fase diploide. La meiosis se corresponde con el número 1: el esporofito tiene una dotación cromosómica 2n, y tras una meiosis esporogénica da origen a las esporas con dotación cromosómica n. La fecundación se corresponde con el número 4. Los gametos formados por el gametofito se unen para originar el cigo­to, con una dotación cromosómica 2n.

c) La replicación semiconservativa es el modelo de replicación propuesto por Watson y Crick. Cada doble hélice conserva una hélice de las dos originales, y sintetiza una nueva.

8.13. La figura representa una célula cuyo número de cromosomas es 2n = 4. Las letras A, a, B, b representan aleles de los genes situados en dichos cromosomas.

a) ¿A qué tipo de división celular pertenece la figura? ¿Qué etapa representa?

b) Nombra los componentes celulares señalados con números. Comenta los sucesos que acontecen en esta etapa.

c) Dibuja la etapa siguiente de este proceso. Indica el resultado final de esta división en cuanto al número de células resultantes y su contenido genético para los alelos de los dos genes.

a) La figura en cuestión pertenece a una meiosis, ya que en la placa ecuatorial se observan las tetradas o cromosomas bivalentes. Representa la metafase I.

b) 1. Cromosomas. Concretamente, una tetrada formada por cuatro cromátidas unidas por los quiasmas; 2. Centríolo; 3. Huso acromático.

c) La etapa siguiente sería la anafase I. El número de células resultantes de esta división meiótica es de cuatro, y su contenido genético será de 2 cromosomas (uno de cada una de las parejas de homólogos).

8.14. ¿Qué relación existe entre la replicación del ADN, la herencia biológica y la meiosis? Razona la respuesta.

En los organismos que se reproducen sexualmente, la meiosis, o división reduccional, es un proceso esencial. A partir de un meiocito (con un contenido cromosómico 2n) se obtienen cuatro células repro­ductoras que son haploides, es decir, con la mitad de los cromosomas que tenía el meiocito. Para que esto ocurra, antes de la meiosis se produce la replicación del ADN, hecho que ocurre durante la interíase premeiótica. El destino de las células haploides -que son los gametos- es fecundarse y dar origen a una célula huevo o cigoto con 2n cromosomas. La división por mitosis del cigoto garantiza que todas las células del individuo pluricelular lleven la misma herencia biológica, y sean genéticamente idénticas.

8.15. En relación con el proceso meiótico de un organismo 2n = 6.

a) ¿Cuándo se produce la formación de bivalentes? Explica brevemente en qué consiste.

b) Haz un esquema de la anafase II.

c) Explica el significado biológico de la meiosis.

a) La formación de bivalentes se produce durante la profase I; concretamente, durante la fase de cigoteno. Durante la profase I, los cromosomas se condensan hasta hacerse visibles, y cada uno de ellos está formado por dos cromátidas estrechamente unidas. Los cromosomas homólogos se aparean hasta quedar completamente alineados, formados por una estructura denominada tetrada o cromosoma bivalente. Se produce el sobrecruzamiento o intercambio de material cromatídico entre las cromátidas de los cromosomas homólogos, que tiene como consecuencia el intercambio de genes o recombinación génica. Al final de la profase I desaparecen el nucléolo y la membrana nuclear, se forma el huso acromático y comienzan a formarse las fibras cinetocóricas

c) El significado biológico de la meiosis es doble; por una parte, se reduce a la mitad el número de cromosomas -proceso esencial en los organismos que se reproducen sexualmente-, ya que de lo contrario, en cada fecundación se duplicaría el número de cromosomas. Por otra parte, gracias a la recombinación génica ocurrida durante la profase I, se crea variabilidad genética, con lo que los descendientes son distintos entre sí y distintos a los progenitores. Esta variabilidad genética es el motor de la evolución.

"A partir de la Vinca majar (hierba doncella) se obtienen una serie de medicamentos conocidos en su conjunto como alcaloides de la vinca. Entre ellos está la vinblastina, medicamento perteneciente al grupo de los llamados antineoplásicos, y utilizado para tratar algunos tipos de cáncer. La vinblastina interfiere el ensamblaje de los microtúbulos que forman parte del huso mitótico."

a) Justifica por qué la vinblastina se utiliza para tratar distintos tipos de cáncer.

b) ¿La vinblastina afectaría también a las células que no son tumorales? Razona tu respuesta.

a) La vinblastina interfiere el ensamblaje de los microtúbulos que forman el huso mitótico. Si no se puede formar el huso mitótico, no se puede completar la mitosis y, por tanto, la célula cancerosa no se divide y no prolifera.

b) La respuesta es sí. La vinblastína interfiere la formación del huso mitótico en cualquier célula y, por tan­to, afectaría a las no tumorales.

8.18. Durante el curso escolar es frecuente que se den casos de contagio de parásitos capilares, los piojos (Pediculus humanus). Actualmente, se ha constatado que cuesta más eliminar los piojos con productos pediculicidas (antipiojos) que hace años.

a) Explica a qué puede ser debida la resistencia que muestran los piojos a los productos antipiojos.

El piojo es un insecto parásito que tiene un ciclo biológico que dura entre 3 y 4 semanas. Los adultos pueden ser machos o hembras que producen espermatozoides u óvulos, respectivamente, y los huevos tardan aproximadamente una semana en originar larvas, que pasarán por diferentes estadios hasta llegar a ser adultos.

b) Realiza un esquema del ciclo biológico del Pediculus humanus en el que consten los términos subrayados, e indica cuándo ocurren la meiosis, la fecundación y las diferentes fases ha-ploides y diploides del ciclo.

a) Algunos piojos presentan una resistencia natural a los productos pediculicidas. El uso frecuente de estos productos provoca que la mayoría de los piojos mueran, pero sobreviven aquellos que muestran una resistencia natural, que lenta y paulatinamente van siendo mayoritarios en la población. La selección natural favorece a los que son resistentes a los productos pediculicidas.

b) El esquema del ciclo biológico del piojo es el siguiente: La meiosis ocurre en el momento de la formación de las células reproductoras, los gametos. La fase haploide se limita únicamente a las células reproductoras, mientras que la fase diploide va desde la formación de la célula huevo hasta que se llega a la etapa de adulto.