Divisió cel·lular

Objectius del tema

  • Explicar per què les cèl·lules necessiten dividir-se.
  • Fer un llistat de les fases del cicle cel·lular i explicar què passa a cada fase.
  • Fer un llistat de les fases de la mitosi i explicar què passa a cada fas.

Comprova el que saps

  • Què diu la teoria cel·lular?
  • A quina part de les teves cèl·lules es troba ubicada la informació genètica?

Vocabulari

  • Anafase: tercera fase de la mitosi i la meiosi (anafase I i anafase II) en la qual les cromàtides germanes se separen i es mouen cap a bandes oposades de la cèl·lula.
  • Càncer: malaltia en la qual cèl·lules anormals es divideixen sense control.
  • Cèl·lula filla: cèl·lules que resulten de la divisió d'una cèl·lula parental després de la mitosi o la meiosi.
  • Cèl·lula parental: cèl·lula que es divideix en dues cèl·lules filles després de la mitosi o la meiosi.
  • Cicle cel·lular: fases en la "vida" de les cèl·lules eucariotes que duen a la divisió cel·lular.
  • Citocinesi: divisió del citoplasma després de la mitosi o la meiosi.
  • Cromàtides germanes: dues molècules d'ADN idèntiques que formen un mateix cromosoma, després que l'ADN s'hagi replicat.
  • Cromosoma: ADN unit a proteïnes; durant la profase de la mitosi i la meiosi es condensen en estructures compactes.
  • Fus mitòtic: fibres que mouen els cromosomes durant la mitosi i la meiosi.
  • Interfase: fase del cicle cel·lular en la qual se sintetitza ADN i la cèl·lula creix. Comprèn les tres primeres fases del cicle cel·lular.
  • Metafase: segona fase de la mitosi i la meiosi (metafase I i metafase II) en la qual els cromosomes s'alineen al centre de la cèl·lula.
  • Mitosi: seqüència de passos en la qual el nucli d'una cèl·lula es divideix en dos nuclis fills, cadascun amb un joc idèntic de cromosomes.
  • Profase: fase inicial de la mitosi i la meiosi (profase I i profase II) en la qual els cromosomes es condensen, l'embolcall nuclear desapareix i es comença a formar el fus mitòtic.
  • Telofase: fase final de la mitosi i la meiosi (telofase I i telofase II) durant la qual l'embolcall nuclear es torna a formar al voltant dels dos jocs de cromosomes que s'han separat.

Per què es divideixen les cèl·lules

Imagina les primeres fases de la vida. Als éssers humans, quan un espermatozoide fecunda un òvul es forma la primera cèl·lula d'un nou individu. Però els éssers humans estan fets per milers de milions de cèl·lules... d'on han vingut? Recorda que, d'acord amb la teoria cel·lular, tota cèl·lula prové d'una cèl·lula anterior. Per tant, el nou ésser humà es forma a partir d'aquesta cèl·lula inicial.

Com es forma una nova vida, amb milers de milions de cèl·lules, a partir d'una sola cèl·lula? La cèl·lula es divideix per la meitat i genera dues noves cèl·lules; aquestes dues cèl·lules es tornen a dividir i en generen quatre. Les noves cèl·lules es van dividint i dividint de manera que d'una en tenim dues, quatre, vuit... i més.

Divisió cel·lular a un embrió inicial
Les cèl·lules es divideixen de manera repetida per produir un embrió. La cèl·lula inicial o zigot (la primera cèl·lula d'un nou organisme) es divideix per originar dues cèl·lules (a). Cadascuna d'aquestes cèl·lules es divideix i se n'originen així quatre (b), que després donen lloc a vuit cèl·lules (c), després setze i així successivament. Mitjançant la divisió cel·lular es forma un embrió complet a partir d'una única cèl·lula inicial.

A més del desenvolupament d'un nou ésser, hi ha altres raons per les quals la divisió cel·lular és necessària per a la vida.

  1. Per crèixer cal formar noves cèl·lules: crèixer requereix moltes i moltes divisions cel·lulars.
  2. La divisió cel·lular també és necessària per a la reparació de cèl·lules danyades. Imagina que et talles al dit: la ferida es curarà, es formarà un costra que posteriorment desapareixerà quan les noves cèl·lules hagin reparat la ferida. D'on han sortit aquestes cèl·lules noves? Apareixen perquè algunes de les cèl·lules de la teva pell s'han dividit.
  3. Les teves cèl·lules es poden morir i amb el temps han de ser substituïdes per cèl·lules noves.

El cicle cel·lular

El procès de la divisió cel·lular a les cèl·lules eucariotes està sotmès a un control molt estricte. El cicle cel·lular és el cicle vital d'una cèl·lula, que acaba quan aquesta es divideix. De la mateixa manera que una vida humana té diferents fases, infantesa, adolescència o vida adulta, també les cèl·lules passen per tot un seguit de fases que acaben amb la divisió cel·lular.

Podem considerar dos grans intervals, la interfase i la mitosi:

  1. Interfase: és l'estat en què la cèl·lula fa les seves funcions bàsiques. Per exemple, si és una cèl·lula del ronyó, fa allò que ha de fer perquè el ronyó funcioni i filtri la sang.
  2. Mitosi: és l'estat en què la cèl·lula es divideix en dues cèl·lules.

La major part del temps les cèl·lules estan a la interfase, el temps que hi ha entre dues divisions. Es pot dividir en tres fases:

  1. La primera fase de creixement (G1) durant la qual la cèl·lula creix i duplica la seva mida i el nombre d'orgànuls.
  2. La fase de síntesi (S) durant la qual la cèl·lula fa una còpia del seu ADN. D'aquesta manera assegura que cada nova cèl·lula tindrà una còpia idèntica del material genètic.
  3. La segona fase de creixement (G2) durant la qual se sintetitzen les proteïnes que ajudaran la cèl·lula a dividir-se. Al final de la interfase la cèl·lula està a punt per entrar en mitosi.
Cicle cel·lular
El cicle cel·lular és el procés repetit de creixement i divisió d'una cèl·lula. La major part del temps la cèl·lula es troba en la interfase (I, amb les fases G1, D i G2), mentre que la mitosi (M) o divisió ocupa una part petita del temps. G0 és una etapa de repòs del cicle cel·lular en què poden entrar algunes cèl·lules.

A la mitosi el nucli es divideix i posteriorment ve la citocinesi, en què es divideix el citoplasma. Al final del procés s'han originat dues cèl·lules filles genèticament idèntiques entre elles i idèntiques a la cèl·lula parental de què procedeixen. El terme "genèticament idèntic" significa que el joc d'ADN d'aquestes cèl·lules és igual.

Si el cicle cel·lular es descontrola pot aparèixer una malaltia anomenada càncer, en la qual les cèl·lules es divideixen de manera molt ràpida. Un tumor és la conseqüència d'aquest tipus de creixement descontrolat de les cèl·lules d'un organisme.

A aquesta pàgina pots veure una animació del cicle cel·lular: http://www.cellsalive.com/cell_cycle.htm

Mitosi i cromosomes

La informació genètica de la cèl·lula que duu l'ADN està emmagatzemada al nucli. Durant la mitosi s'han de formar dos nuclis, de manera que cada cèl·lula filla en pugui tenir un. L'ADN del nucli, per tant, s'ha de copiar, de manera que les dues cèl·lules que en resulten de la divisió tinguin un joc correcte i complet d'instruccions genètiques.

L'ADN de cada organisme està dividit en un nombre característic de cromosomes. Les cèl·lules humanes en tenen 23 parells. En començar la mitosi l'ADN del nucli s'associa a proteïnes i es compacta i els cromosomes, normalment desplegats, formen unes estructures visibles.

Nucli en divisió
L'ADN del nucli d'aquestes cèl·lules s'ha tenyit de color blau. Les dues cèl·lules de la dreta estan en interfase i els cromosomes no s'han compactat, ocupen tot el nucli. La cèl·lula de la dreta ha entrat en mitosi i els cromosomes compactats són ben visibles i fins i tot s'intueix que es comencen a separar per originar els dos nuclis de les dues cèl·lules que es formaran al final del procés.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:HeLa_cells_stained_with_Hoechst_33258.jpg

Després que l'ADN s'hagi replicat durant la fase S o la interfase, cada cromosoma té dues molècules idèntiques d'ADN anomenades cromàtides germanes, i el cromosoma adopta una forma característica en "X".

Compactació dels cromosomes abans de la mitosi
L'ADN de doble hèlix, associat amb proteïnes, es compacta mitjançant arrollaments de diferent nivell per formar un cromosoma visible. Com que prèviament l'ADN de cada cromosoma s'ha duplicat, abans de la mitosi o la meiosi cada cromosoma té una aparença típica en "X", amb dues cromàtides germanes unides per una part anomenada centròmer.
A partir de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chromosome_en.svg

Les quatre fases de la mitosi

Al llarg de la mitosi les dues cromàtides germanes s'han de separar i cada cromosoma resultant està format per una meitat de cada "X". Mitjançant aquest procés cada cèl·lula filla rep una única còpia de cada cromosoma.

La mitosi es divideix en quatre fases:

  1. Profase: els cromosomes es condensen i apareixen tan compactats que es poden veure amb el microscopi. L'embolcall nuclear desapareix i es comença a formar el fus mitòtic, que s'uneix a cada cromosoma i l'ajuda a moure's.
  2. Metafase: els cromosomes s'alineen al centre de la cèl·lula.
  3. Anafase: les dues cromàtides germanes se separen i en resulten dos jocs de cromosomes idèntics.
  4. Telofase: el fus mitòtic es dissol i l'embolcall nuclear es forma de nou al voltant dels dos jocs de cromosomes, un per a cada cèl·lula filla.
Cada nou nucli conté exactament el mateix nombre i el mateix tipus de cromosomes que la cèl·lula original. Al final de l'anafase la cèl·lula està preparada per a la citocinesi, que literalment vol dir "moviment de la cèl·lula": les cèl·lules se separen i es formen dues cèl·lules filles idèntiques, cadascuna amb el seu nucli.

Fases de la mitosi
Esquema general de la mitosi: durant la profase els cromosomes es condensen, durant la metafase s'alineen a la part central de la cèl·lula; a l'anafase les cromàtides germanes se separen cap a pols oposats de la cèl·lula i durant la telofase s'acaben de separar i es comença a formar l'embolcall nuclear. Finalment, esdevé la citocinesi, la separació de la membrana plasmàtica per originar dues cèl·lules independents.
A partir de http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phase_of_mitosis_(ru).svg.

En aquest vídeo pots veure la mitosi en temps real:


Altres vídeos i animacions de la mitosi:

Resum del tema

  • Les cèl·lules es divideixen per al creixement, desenvolupalent i reproducció d'un organisme i també per a substituir cèl·lules danyades o que es moren.
  • El cicle cel·lular és una sèrie de passos controlats pels quals la cèl·lula es divideix.
  • Durant la mitosi cadascuna de les còpies dels cromosomes que s'acaben de duplicar es dirigeix cap a una de les cèl·lules filles que es formen.
  • Aquest esquema mostra de manera simplificada què passa amb els cromosomes quan una cèl·lula es divideix. Recorda que de cada cromosoma hi ha dues còpies, una procedent de la mare i l'altra del pare: una cèl·lula diploide té dos còpies de cada cromosoma.

Preguntes de revisió

Recorda

1. A quina fase de la mitosi els cromosomes es mouen cap a bandes oposades de la cèl·lula?

2. A quina fase de la mitosi es condensen els cromosomes duplicats?

3. Quina fase del cicle cel·lular és la més llarga?

4. Com es diu la divisió del citoplasma que ve després de la divisió del nucli?

5. Què passa durant la fase S del cicle cel·lular, també anomenada interfase?

6. A quina fase del cicle cel·lular es duplica la mida de la cèl·lula?

Aplica conceptes

7. La interfase es considera sovint una etapa de "repòs" durant el cicle cel·lular. Per què no és correcta aquesta interpretació?

8. Per què es divideixen les cèl·lules?

8. Per què la divisió cel·lular ha d'estar molt ben regulada?

9. La imatge següent és una representació de cèl·lules vegetals en divisió. La divisió és una mica diferent a la de les cèl·lules animals perquè implica la formació de paret cel·lular. Observa que a la imatge la major part de les cèl·lules estan en interfase. Pots trobar exemples de les diferents fases de la mitosi? Quines?

Cèl·lules vegetals en divisió

Pensa de manera crítica

10. Què passaria si les cèl·lules del teu fetge es deixessin de dividir?

11. Què penses que passaria si les cèl·lules del teu cervell no poguessin parar de dividir-se?

Enllaços complementarisFurther Reading / Supplemental Links

Punts a tenir en compte

  • Podria dividir-se una cèl·lula sense nucli?
  • De quina manera les cèl·lules d'un nou organisme incorporen l'ADN del pare i de la mare?