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Divisin celular:
cromosomas, mitosis,y meiosis
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA PUERTO RICOCOLEGIO DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGA
Prof. Virginia Bez Beln
Biologa General
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Temas
Cromosomas de eucariticos
Ciclo celular
Mitosis
Regulacin de la divisin celular
Sexo, ploida y meiosis
Ciclos de vida
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Divisin celular enprocariotas
Las clulas procariticas se dividenporfisin binariapara formar clulasidnticas (reproduccinasexual).
No se forma huso mittico.
Una sola molcula de ADN circularse separa cuando la pared celularse divide en dos.
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shers,adivisionofThomsonLearning Divisin celular en procariotas
La mayora de los organismosprocariticos no se reproducensexualmente.
Los eucariticos que tienenreproduccin sexual llevan a cabomeiosispara producir una mezcla de
genes durante la reproduccinsexual.
La meiosis es similar a mitosis,pero difiere en muchos aspectos.
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shers,adivisionofThomsonLearning Fisin binaria en bacterias
Las clulasprocaritidas sedividen por fisinbinaria.
Una clula sedivide en dosclulas iguales.
Antes de la divisincelular duplican suADN.
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Fisin binariaEn fisin binaria:
El cromosoma bacteriano se replica.Los dos cromosomas hijos de separan.
Origen dereplicacin
Clula deE. coliCromosomabacteriano
Pared celular
Membranacelular
Origen endos copias
OrigenOrigen
Comienza la duplicacin delcromosoma. Luego, una copia
del origen se mueverpidamente al extremoopuesto de la clula.
1
Continua la replicacin. Una copiadel origen se encuentra en cadaextremo.
2
Termina la duplicacin: Lamembrana celular se invagina yla pared de la Clula nueva sedeposita.
3
Resulta en la formacin de dos
clulas hijas.4
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shers,adivisionofThomsonLearning Fisin binaria en bacterias
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byHarcourtCollegePublishers,adivisionofThomsonLearning Divisin en eucaritidos unicelulares
Algunosorganismoseucartidos queson unicelularesse reproducendividindose porfisin binaria.
Cada clulanueva es unindividuo.
100 m
(a) Reproduction. An amoeba,
a single-celled eukaryote, isdividing into two cells. Eachnew cell will be an individualorganism (LM).
Reproduccin: una amiba es un
organismo eucaritido unicelular que sedivide en dos clulas por fisin binaria.Cada clula da origen a un nuevoindividuo.
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byHarcourtCollegePublishers,adivisionofThomsonLearning Funciones de la divisin celular
Los organismosmulticelularesdependen de la
divisin celularpara:Desarrollo devulos
fecundadosCrecimiento
Reparacin detejidos
20 m200 m
(b) Growth and development.This micrograph shows asand dollar embryo shortlyafter the fertilized egg divided,forming two cells (LM).
(c) Tissue renewal. These dividing
bone marrow cells (arrow) willgive rise to new blood cells (LM).
Crecimiento ydesarrollo: embrin dedlar de arena despusde la divisin del cigoto
Reparacin de tejidos:
clulas de la mdulasea se dividen paraformar nuevas clulassanguneas
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Divisin celular en eucariotasLos organismos eucariticos se dividenpormitosispara producirclulasidnticas.
Es un proceso complejo que incluye 2sistemas citosquelticos.
Las bandas de ADN linear se separanpor sistemas motores complejos (husomittico).
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byHarcourtCollegePublishers,adivisionofThomsonLearning Cromosomas
El contenido genticode una clula seconoce como
genoma.
Las molculas deADN de una clulaestn empacadas ensus cromosomas.
50 m
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byHarcourtCollegePublishers,adivisionofThomsonLearning Cromosomas en eucaritidas
Los cromosomas de eucaritidosConsisten de cromatina, un complejo de
ADN y protena que se condensacuando cesa la divisin celular.
En animales y plantas que sereproducen sexualmente:
Las clulas somticas tienen dos juegosde cromosomas (diploides).Los gametos slo tienen un juego decromosomas (haploides).
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Cromosomaseucariticos
El material gentico se mantiene en loscromosomas.
Durante la divisin celular, los
cromosomas se duplican precisamente.
Los eucariticos tienen uno o mscromosomas.
El arreglo de los genes del ncleo eslinear; slo hay ADN circular en los
mitocondrios y los cloroplastos.
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byHarcourtCollegePublishers,adivisionofThomsonLearning Cromosomas eucariticos
El ADN del ncleo est protegidopor la membrana nuclear y losnucleosomas.
Los genes se arreglan en loscromosomas como cuentas.
Estudios recientes en el Proyectodel Genoma Humano indican quehay ~30,000 genes.
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sonLearning Cromosomas eucariticos
Teidos con Ab contra los centrmeros (amarillo)
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sonLearning
23 Cromosomas de Homo sapiensEn los humanos existen 23
pares de cromosomas, untotal de 46.Existen 2 cromosomas delsexo: X y YLos dems22 pares se llamanautososmas .
Se pueden teir con Giemsapara observar diferencias enla asociacin entre ADN y
protenas.
Las bandas son diferentesen cada cromosoma.
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sonLearning Ciclo celular
El proceso de divisin celular mittica esparte integral del ciclo celular.
La divisin celular resulta en dos clulashijas genticamente idnticas.
Las clulas duplican su material gentico
antes de dividirse.Esto asegura que cada clula hija reciba unacopia exacta de su material gentico, ADN.
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sonLearning Ciclo celular en eucaritidos
Es una secuencia de eventosnecesarios para la divisin celular y elcrecimiento.
Incluye dos fases principales:Interfase es el tiempo despus dela divisin celular; entre 2 divisiones.
Fase mittica incluye la divisin delncleo (mitosis) y la divisin delcitoplasma (citoquinesis).
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sonLearning Ciclo celular
INTERFASE
G1
S
(sntesis de DNA)
G2
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sonLearning Ciclo celular en eucariticos
Interfase:
G1: Gap 1Mantenimiento normalFunciones celularesbsicasEs el punto donde sedetienen la divisincelular.
S: Sintesis de ADNSe dividen los centriolos.Se duplica el ADN.
G2: Gap 2Preparacin paradividirse
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Fase M (Mitosis)
MitosisProfase
Los cromosomas secondensan
Metafase
Los cromosomas sealinean en el ecuador.
AnafaseLos cromtidas hermanasse separan.
TelofaseSe reorganiza el ncleo.
Citocinesis
Las clulas hijas se separan.
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sonLearning Cromosoma duplicado
Cada cromosoma duplicado consiste de:
Dos cromtidas hermanas, que se separan durante ladivisin celular.
Un centrmero que une las cromtidas.0.5 m
Duplicacin de
cromosoma
(incluyendo sntesis de
DNA)Centrmero
Separacinde cromtidashermanas
Cromtidas
hermanas
CentrmerosCromtidas
hermanas
Una clula eucaritida tiene muchos
cromosomas, se representa uno. Antes
de la duplicacin cada uno tiene una sola molcula de ADN.
Luego de duplicado, un cromosomaconsiste de dos cromtidas hermanas
unidas por el centrmero. Cadacromtida contiene una copia de una
molcula de ADN.
Un proceso mecnico separalas cromtidas hermanas en dos
cromosomas y las distribuyeen dos clulas hijas (huso).
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Organizacin de cromosomas :Interfase y fase M
En G1, los cromosomas son sencillos porqueconsisten de complejos de ADN sencillos / histonas.
En S, los cromosomas se duplican y son dobles.Los cromosomas dobles se mantienen unidos por elcentrmero.
En G2, los cromosomas siguen siendo dobles.
En M, la cromatina se condensa para tomar formade cromosomas y las cromtidas hermanasindividuales se hacenevidentes.
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sonLearning Mitosis en tejido vegetal)
El tejido donde ocurre la mitosis en plantas seconoce como meristemtico.Se encuentra en los pices de los tallos y racesy en las yemas de las hojas.
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Etapas del ciclo celularInterfase
Funciones normales
Se duplican los cromosomas y los centrolos.
ProfaseTemprana: la membrana nuclear se degrada, los cromosomascomienzan a condensarse.
Tarda: los cromosomas se engrosan, se forma el huso mitticoentre los centrolos.
MetafaseLos cromosomas se alnean en el ecuador de la clula.
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ContinuacinAnafase
Se separan las cromtidas al dividirse el centrmero.
TelofaseDesaparece el huso.
Reaparece la membrana nuclear y el nucleolo.
Se encuentran dos juegos de cromosomas en los polosopuestos.
CitoquinesisSe divide el citoplasma en dos clulas iguales.
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sonLearning Profase
Desaparece la membrananuclear.
Desaparece el nucleolo.
Se condensa la cromatina ytoma forma de cromosomas.
Cromosomas duplicados seengrosan.
Los centrolos se dividen y
emigran a los polos opuestos.
Se forma el huso mitticoentre los centrolos.
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sonLearning Metafase
Las fibras del husose unen a loscinetocoros de lascromtidas decada cromosoma.
Los cromosomas
se alnean en elplano ecuatorial dela clula.
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sonLearning Metafase
Algunos microtbulos del huso mittico:Se unen a los cinetocoros de los cromosomas y losmueven hacia la placa de metafase.
Centrosomaster
Cromtidas hermanasPlaca de Metafase
cinetocoros
Microtbulos sobrelapados
no-cinetocoro
cinetocoros(microtbulos)
Centrosoma
CromosomasMicrotbulos
0.5 m
1 m
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sonLearning Metafase en clula vegetal
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sonLearning Anafase
Las cromtidashermanas se separanhacia los polosopuestos cuando sedivide el centrmero.
Los microtbulos delhuso mittico las halanunidos al cinetocoro de
cada una.Segn se encogen seretraen.
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sonLearning Anafase
Se separan las cromtidas hermanas.Se mueven a lo largo de los microtbulosdel cinetocoro hacia los polos opuestos.
EXPERIMENTO
1 Los microtbulos de una clula en anafase temprana se marcaron con tinte fluorescenteque brilla en el microscopio (amarillo).
Polo del huso
Kinetochore
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sonLearning Anafase en clula vegetal
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sonLearning Telofase
Las cromtidas individualesque se encuentran en polosopuestos se considerancromosomas sencillos.
Los cromosomas se alargan,se estiran y forman la red decromatina.
Reaparece la membrana
nuclear y el nucleolo.
Desaparece el huso mittico.
Ci i i
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sonLearning
CitoquinesisLa citoquinesis incluye la divisin del citoplasma en
dos clulas iguales. Ocurre al final de la telofase.
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sonLearning Interfase
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sonLearningCromosomas y microtbulos (MTs)
Los microtbulos(MTs)se unen al centrmeroen el cinetocoro.
Cada cromtida
hermana tiene uncinetocoro.
Las cromtidas seseparan durante mitosis.
Los MTs halan loscromosomas aparteaplicando presin en loscinetocoros.
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sonLearning Los microtbulos del huso y
estructuras asociadas a MTPolosCentrolosMaterialpericentriolarsteresMicrotbulosastralesHuso mittico
MTs Polo- poloCromosomasCinetocorosMTs del cinetocoro
Cit i i l l i l
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sonLearning
Citoquinesis en clulas animalesLa citoquinesis:
Depende de las fibras deactina y miosina que halanlas clulas en la separacin.
La separacin decromosomas es dependiente
de MT.
En clulas animales seforma un surco deinvaginacin en la
membrana celular que partela clula en dos.Se deposita un anillo demicrofilamentos contrctilesque halan la membrana
hacia adentro.
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sonLearning
Formacin del surco de invaginacinen la Citoquinesis animal
Surco de invaginacin
Anillo contrctil de microfilamentos Clulas hijas
100 m
(a) Invaginacin y divisin de una clula animal (SEM)
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sonLearning Citoquinesis en clulas vegetales
Se forma el huso mittico, pero
no hay centrolos en los polos.Tienen cuerpos polares delhuso.
Se forman vesculas del Cuerpode Golgi sobre la placa
ecuatorial.
Forman una vescula grandellamada fragmoplasto con loscomponentes de la pared.
Se forma una placa celular que
da origen a paredes nuevas.
La clula se divide con laformacin de una nueva paredcelular.
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sonLearning Fases de mitosis animal
G2 OF INTERPHASE PROPHASE PROMETAPHASE
rosomescentriole pairs) Chromatin
(duplicated)
Early mitoticspindle
Aster
CentromereFragmentsof nuclearenvelope
Kinetochore
ucleolus Nuclearenvelope
Plasmamembrane
Chromosome, consistingof two sister chromatids
Kinetochoremicrotubule
Nonkinetochoremicrotubules
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sonLearning Fases de mitosis animal
Centrosome atone spindle pole
Daughterchromosomes
METAPHASE ANAPHASE TELOPHASE AND CYTOKINESIS
Spindle
Metaphaseplate
Nucleolusforming
Cleavagefurrow
Nuclearenvelopeforming
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sonLearning Mitosis en una clula vegetal
1 Profase.La cromatinase condensa.El nucleolocomienza adesaparecer.El huso mitticocomienza aformarse,aunque no esvisible en la foto.
Profase tarda.
Los cromosomas sehacen visibles;consisten de doscromtidas hermanasidnticas. Desaparecela membrana nuclear.
Metafase. Secompleta el huso,
y los cromosomas,unidos a microtbulosen sus cinetocoros,se alinean en elecuador.
Anafase. Lascromtidas de cada
cromosoma seseparan, y loscromosomas hijosse mueven hacia lospolos de la clulasegn se acortan losmicrotblos del
cinetocoro.
Telofase. Los ncleos
hijos se estnformando.A la vez, la citocinesiscomienza: se forma laplaca celular, la cualdivide el citoplasmaen dos.
2 3 4 5
Ncleo
NucleoloCromosomaCromatina
condensndose
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sonLearning Cncer y mitosis
Los tumores malignos invaden los tejidos
cercanos y pueden metastizarse.Exportando clulas cancerosas a otras partes delcuerpo donde forman tumores secundarios.
Clulas cancerosasinvadentejido cercano.
2
Un porciento pequeo de
clulas cancerosaspuedesobrevivir y establecer un
nuevo tumor en otra partedel cuerpo.
4
Clulas cancerosassedispersan a travs de losvasos linfticos ysanguneos a otras partes
del cuerpo..
3Un tumor cece de unasola clula cancerosa.
1
Tumor
Tejido glandular
Clulas cancerosas
Vaso sanguneo
vaso linfticol
Metastasisdel tumor
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sonLearning Regulacin del ciclo celular
Existen dos tipos de protenasreguladoras relacionadas con elcontrol del ciclo celular:
Ciclinas
Quinasas dependientes de ciclinas
(Cdks)
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sonLearning Ciclinas
La actividad de las ciclinas y las Cdksflucta durante el ciclo celular.
During G1, conditions inthe cell favor degradationof cyclin, and the Cdkcomponent of MPF isrecycled.
5
During anaphase, the cyclin componentof MPF is degraded, terminating the Mphase. The cell enters the G
1phase.
4
Accumulated cyclin moleculescombine with recycled Cdk mol-ecules, producing enough molecules ofMPF to pass the G2 checkpoint and initiatethe events of mitosis.
2
Synthesis of cyclin begins in late Sphase and continues through G2.Because cyclin is protected fromdegradation during this stage, itaccumulates.
1
Cdk
CdkG2checkpoint
CyclinMPF
Cyclin isdegraded
DegradedCyclin
G1G1 S G2 G2SM MMPF activity
Cyclin
Time
(a) Fluctuation of MPF activity andcyclin concentration duringthe cell cycle
(b) Molecular mechanisms thathelp regulate the cell cycle
MPF promotes mitosis by phosphorylatingvarious proteins. MPFs activity peaks during
metaphase.
3
M
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Meiosis
Divisin reduccional
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sonLearning Sexo y divisin
En organismos eucaritidos que sereproducen sexualmente se combinasu ADN para producir progenie.
Tienen que preparar su ADN para quepueda combinarse con el DNA de otroindividuo.
El proceso que prepara el ADN se conocecomo meiosis.
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sonLearning Sexo y diploida (2N)
Los organismos que se reproducen sexualmentecombinan sus caractersticas genticas por laseparacin y la recombinacin de genes.
Las clulas sexuales (gametos o meisporas) seforman por meiosis y son haploides (N) porquetienen 1 juego de cromosomas.
Al recombinarse en la clula resultante de lafecundacin, llamada cigoto tienen los dos juegosde cromosomas (uno de la madre y otro del padre).
Es 2n o diploide.
Tienen 2 cromosomas homlogos de cada tipo.
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La reproduccin sexual proveemayor variabilidad en el genotipo
Mejora la habilidad para adaptarse al medioambiente.
Los organismos 2N separan sus pares dehomlogos durante la formacin de las clulassexuales.
Los cromosomas homlogos se aparean: ocurresinapsis.
Forman un complejo sinaptonemal, donde ocurre elentrecruzamiento (crossing over) del materialgentico entre lascromtidas hermanas.
L d i l
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La reproduccin sexual proveemayor variabilidad en el genotipo
Los homlogos que resultan delentrecruzamiento no son iguales a losparentales.
Tienen una mezcla de genes, que produce una
clula sexual algo diferente al complementogentico de cada padre.
Cuando se une a otra clula sexual
compatible durante la fecundacin, elcigoto resultante tiene un complementogentico diferente de cada padre.
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sonLearning Complejo sinaptonemal
El ADN se parte yrecombinaexactamente.
El complejosinaptonemalmantiene lascromtidas de loshomlogos cercanashasta que secomplete elentrecruzamiento.
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sonLearning Entrecruzamiento y quiasmas
La regin delcrossover
forma unaestructura en
forma de X.
Esta estructura
se conocecomo quiasma.
P i di i i iti
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Interfase premeitica: duplicacin de ADN y de loscentrolos.
Profase I: Condensacin de los cromosomas;sinapsis y crossover.
Metafase I: Movimiento de cromosomas homlogoshacia el ecuador.
Anafase I: Separacin de los cromosomas de cadapar de homlogos.
Telofase I: Reformacin de la membrana nuclear;citoquinesis.
Intercinesis: no ocurre sntesis de ADN.
Primera divisin meitica
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sonLearning Meiosis I
S d di i i iti
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Segunda divisin meiticaEsta divisin (Meiosis II) ocurre exactamente igual que
la mitosis:Profase II
Los cromosomas se condensan otra vez.
Metafase IILos cromosomas se mueven al ecuador, con suscentrmeros alineados hacia arriba.
Anafase IILas cromtidas hermanas se separan. Se divideel centrmero.
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sonLearning Continuacin
Telofase II
Se reforma la membrana nuclear.
Citoquinesis
Forma dos clulas hijas haploides(1n) llamadas gametos por cada unade las clulas que comenz la
divisin.Para un total de cuatro clulas N.
Estn listas para ser fecundadas.
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sonLearning Meiosis II
Comparacin entre la 1ra y 2da
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Comparacin entre la 1 y 2 Divisin Meitica
Los Homlogos se separan en MI Las cromtidas hermanas se separanen MII
M
MII:
MI
Entrecruzamiento
+
+
Segunda divisin meitica
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Segunda divisin meiticay formacin de cuerpos polares
Las clulas marcadas con una cruz roja en elsiguiente diagrama se refiere a la prdida deuna lnea de clulas en la mujer:
En la formacin de vulos slo una de las
clulas hijas es frtil y permanece viva.
Se debe a que la divisin es bien asimtrica y unade las clulas llamada cuerpo polar sale demasiado
pequea.
Este parece ser un mecanismo para conservar yconcentrar recursos en la clula que ser fecundaday luego se desarrollar en el embrin.
Meiosis II en femeninas es diferente
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Meiosis II en femeninas es diferente
Se convierte en el 1er cuerpo polar
Forma el 2do cuerpo polarPor lo tanto:
UN SLOVULO
cuerpospolares
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lishers,adivisionofThomsonLearning Comparacin de mitosis y meiosis
Mitosis es ms parecida a la
Meiosis II.Las cromtidas hermanasse separan.Se forman cromosomassencillos.En meiosis se aparean los
cromosomas homlogos.
Profase
No sinapsis dehomlogos,
no crossover.
Anafase
Se separan lascromtidashermanas
Telofase
Se forman doscluas hijasiguales con
cromosomassimples
Profase I
Sinapsis de loscromosomas
homlogos formattradas y ocurre
crossover.
Anafase I
Se separan loscromosomas
homlogos de cada
par.
Telofase I
Se forman dosclulas N concromosomasduplicados
Anafase II
Se separanlas
cromtidashermanas .
Clulas N
Se forman4 clulas N
con cromosomassimples.
Ci l d id
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lishers,adivisionofThomsonLearning Ciclos de vida
Los organismos difieren en el proceso deformar sus clulas sexuales.
En las hembras ocurre ovognesis y en
los machos seproducen espermatozoidesporespermatognesis, pero ambosforman gametos haploides.
Fecundacin es la unin de dos gametosN que resulta en la formacin de un cigotodiploide que se desarrolla en un embrin.
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lishers,adivisionofThomsonLearning Ovognesis
Oovogonias son clulas 2N en el ovario
especialidades para dividirse por meiosis.
Cada una se diferencia y se convierte a un ovocitoprimario (2N) que es la clula que lleva a cabo lasetapas de MI.
Al terminar MI, se ha convertido en un ovocitosecundario y en un cuerpo polar primario (N).
En MII, el ovocito secundario (N) se divide y forma
y un otido y un cuerpo polar secundario y elcuerpo polar primario se divide para formar 2cuerpos polares secundarios.
El otido se madura y se transforma en un vulofuncional.
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2byHarcourtCollegePublishers,adivisionofThomsonLearning Espermatognesis
En los tbulos seminferos en los testculos se
encuentran las clulas 2N especializadas paradividirse por meiosis llamadas espermatogonios.
Se diferencian en espermatocitos primarios (2N).
Comienzan la meiosis I y forman dosespermatocitos secundarios N con cromosomasduplicados.
En MII, los espermatocitos secundarios se dividen yforman 4 espermtidas N con cromosomassencillos.
Las espermtidas se diferencian en 4espermatozoides N funcionales.
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2byHarcourtCollegePublishers,adivisionofThomsonLearningEspermatognesis o espermiognesis
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2byHarcourtCollegePublishers,adivisionofThomsonLearning Ciclos de vida
Los ciclos de vida se clasifican en:Haplobinticos es un ciclo dondepredominan estructuras haploides o diploides.
Haplobinticohaploide predominan estructurashaploides. Lo nico diploide es el cigoto; la meiosis
es cigtica.Haplobinticodiploide predominan lasestructuras diploides. Los gametos son las nicasestructuras N; la meiosis es gametangial oesporangial.
Diplobinticos son ciclos donde se alternauna generacin haploide con una diploide.Predomina en plantas superiores, algunoshongos y algas.
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El tiempo de formacin del cigoto vara
entre organismos.La duracin de la fase 2N vara; en plantaspuede ser ms complejo.
Haplobintico-2N Haplobintico- N
Diplobintico
Alternacin degeneraciones
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2byHarcourtCollegePublishers,adivisionofThomsonLearning REFERENCIAS
Campbell, N. I. y J. B. Reece. 2005.Biology. Sptima edicin. Pearson:Benjamin Cummings. New York. (Texto)
Raven,P. H. 2002. Biology. McGraw Hill:Boston.
Solomon, E. P., L. R. Berg y D. W. Martin.2004. Biology. Sptima edicin.Thomson Learning: Estados Unidos.
Los diagramas y dibujos fueron tomados de estos
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