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¿Por qué se debe empaquetar el ADN en los cromosomas durante la fase mitótica?

¿Por qué se debe empaquetar el ADN en los cromosomas durante la fase mitótica?


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¿Por qué el ADN tiene que empaquetarse en cromosomas? ¿Por qué el ADN no puede simplemente dividirse a sí mismo de manera uniforme?


Un cromosoma es simplemente una longitud o segmento de ADN. Las bacterias tienen pocas proteínas estructurales en su ADN y tienen uno cromosoma circular. En los seres humanos, antes de la replicación del ADN, el núcleo contiene 46 hebras de ADN, es decir, cromosomas (22 cromosomas en dos copias y generalmente dos X o una X y una Y para hombres y mujeres, respectivamente). Todos los cromosomas son ADN que están unidos por proteínas histonas que están organizadas en nucleosomas, aproximadamente cada 147 pares de bases.

A lo que te refieres es a un cromosoma condensado en metafase, que de manera confusa en los humanos es en realidad una forma de X que consta de 2 cromátidas idénticas, estructuralmente condensadas y unidas en el centrómero para formar un cromosoma duplicado.

Los cromosomas duplicados deben condensarse y unirse antes de que la célula pueda dividirse porque una maraña de 96 cromosomas como cromatina sería casi imposible de organizar y separar correctamente. La unión de cromosomas idénticos y el proceso de compactación permite que los 46 cromosomas compactados y duplicados (es decir, 96 cromátidas) simplemente se alineen a lo largo del aparato del huso que se forma en el centro de la célula durante la mitosis, y tengan separación de las cromátidas durante la anafase de modo que cada uno de los las nuevas células tienen un juego completo de 46 cromosomas.


Si quiere decir por qué el ADN está en forma de cromosomas, entonces obviamente la respuesta es simple: para compresión y empaquetamiento: se debe comprimir alrededor de 2 metros de ADN (en una proporción increíblemente alta) para que quepa en el núcleo diminuto (orden de micrómetros)


¿Por qué el ADN está empaquetado de manera apretada en un cromosoma?

Doble cadena ADN gira alrededor de 8 histonas dos veces, formando el nucleosoma, que es el componente básico de la cromatina embalaje. ADN puede ser mas empaquetado formando espirales de nucleosomas, llamadas fibras de cromatina. Estas fibras se condensan en cromosomas durante la mitosis, o el proceso de división celular.

Además, ¿por qué el ADN está firmemente encerrado en el núcleo de nuestras células? los Núcleo. los núcleo es una membranaadjunto orgánulo que se encuentra en la mayoría de eucariotas células. ADN en el núcleo está organizado en largas hebras lineales que se unen a diferentes proteínas. Estas proteínas ayudan al ADN enrollar para un mejor almacenamiento en el núcleo.

Precisamente, ¿cuál es la ventaja del estado altamente condensado del ADN de los cromosomas mitóticos?

Esta estado permite la expresión génica necesaria durante mitosis. los estado altamente condensado favorece la entrega de un paquete intacto de ADN a cada célula hija. los estado condensado favores ADN reparación antes de mitosis.

¿En qué está empaquetado el ADN?

Doble cadena ADN bucles alrededor de 8 histonas dos veces, formando el nucleosoma, que es el componente básico de la cromatina embalaje. ADN puede ser más empaquetado formando espirales de nucleosomas, llamadas fibras de cromatina. Estas fibras se condensan dentro cromosomas durante la mitosis o el proceso de división celular.


¿Por qué se debe empaquetar el ADN en los cromosomas durante la fase mitótica? - biología

Antes de hablar de la mitosis, revisemos la estructura del ADN. Los cromosomas están empaquetados por proteínas histonas en una estructura condensada llamada cromatina. El primer nivel de empaque se representa como la estructura & ldquobeads-on-a-string & rdquo. La cromatina condensada está doblada y enrollada firmemente, como un cable telefónico enrollado, lo que permite que el ADN celular y rsquos se empaquete en el núcleo.

Antes de que una célula pueda dividirse, primero debe replicar su ADN para que cada una de las dos células hijas reciba una copia completa del ADN. Los dos cromosomas idénticos que resultan de la replicación del ADN se conocen como cromátidas hermanas. Las cromátidas hermanas se mantienen unidas por proteínas en una región del cromosoma llamada centrómero.

Los cromosomas experimentan una compactación adicional al comienzo de la mitosis. Cuando están completamente condensados, los cromosomas replicados aparecen como estructuras gruesas en forma de X que se observan fácilmente con el microscopio (consulte la figura siguiente). Los cromosomas pueden tener 1 o 2 cromátidas, dependiendo de si se han replicado.

ESTRUCTURA CROMOSOMAL

Una cromátida es una subunidad de ADN condensada de un cromosoma. Las dos cromátidas de un cromosoma duplicado se mantienen juntas en una región del ADN llamada centrómero (ver figura a continuación). Los centrómeros son los puntos de unión de los microtúbulos, que son responsables de guiar el movimiento de los cromosomas durante la mitosis y la meiosis.

La mayoría de las células eucariotas contienen dos juegos de cromosomas, uno que se origina en el padre y el otro en la madre. Por ejemplo, cada célula humana tiene 23 pares de cromosomas: un cromosoma de cada par se hereda del padre (a través del esperma) y el otro se hereda de la madre (a través del óvulo).

La siguiente figura muestra una célula que contiene cuatro cromosomas (que se encuentran como dos pares), los cromosomas rosados ​​se heredaron de la madre y los cromosomas azules se heredaron del padre. Cada cromosoma aportado por el padre tiene un cromosoma correspondiente aportado por la madre. Estos cromosomas correspondientes, que son similares en estructura y tamaño, constituyen un par homólogo (también conocido como bivalentes). Las secuencias de ADN de los cromosomas homólogos no suelen ser exactamente idénticas.

Los núcleos de la mayoría de las células humanas contienen 46 cromosomas. Estos 46 cromosomas constan de 23 pares de cromosomas homólogos u homólogos, lo que significa que cada uno de estos pares es similar, pero no necesariamente idéntico. El par 23 de cromosomas en humanos determina el sexo. Estos dos cromosomas pueden ser muy diferentes entre sí, dependiendo del género (XX produce mujeres, XY produce hombres). La convención es describir el número de cromosomas en humanos como 2norte = 46 porque las células son diploides, lo que significa que tienen dos juegos completos de cromosomas.


Fisión binaria

Los procariotas, incluidas las bacterias y las arqueas, tienen un cromosoma circular único ubicado en una región central llamada nucleoide.

El proceso de fisión binaria es el mecanismo más comúnmente observado para la división celular en bacterias y arqueas (al menos las cultivables estudiadas en el laboratorio).
Una característica estructural de relevancia para la replicación y segregación del ADN en las bacterias y arqueas es que su material genético no está encerrado en un núcleo unido a la membrana, sino que ocupa una ubicación, el nucleoide, dentro de la célula. Además, el ADN del nucleoide está asociado con numerosas proteínas que ayudan a compactar el ADN en una estructura organizada más pequeña. Otra característica organizativa a tener en cuenta es que el cromosoma bacteriano es típicamente unido a la membrana plasmática en aproximadamente el punto medio de la célula (de nuevo, siempre hay excepciones). El punto de partida de la replicación, el origen, está cerca de este sitio de archivos adjuntos. La replicación del ADN es bidireccional, con horquillas de replicación alejándose del origen en ambas hebras del bucle simultáneamente. A medida que se forman las nuevas dobles hebras, cada punto de origen se aleja de la unión de la pared celular hacia los extremos opuestos de la celda. No está claro cómo ocurre esto: ¿los orígenes se empujan o se separan? ¿Cuáles son los motores y filamentos que logran esto? ¿Se requieren siquiera motores?

Es importante señalar aquí que la separación activa de los orígenes recientemente replicados resuelve el problema clave de la división celular: cómo obtener una copia del genoma en cada célula hija. El genoma bacteriano tiene solo un cromosoma (circular), que tiene solo un origen de replicación. Por lo tanto, separar los orígenes recién duplicados separa los genomas perfectamente: cada célula hija obtiene un conjunto completo de genes. Por el contrario, el genoma eucariota tiene miles de orígenes de replicación, ubicados en varios cromosomas, cada uno de los cuales porta diferentes partes del genoma. ¿Puedes ver por qué esta misma estrategia no funcionaría en eucariotas?

La formación de un anillo compuesto por unidades repetidas de una proteína llamada FtsZ (una proteína citoesquelética) dirige la formación de una partición entre los dos nuevos nucleoides. La formación del anillo FtsZ desencadena la acumulación de otras proteínas que trabajan juntas para reclutar nuevos materiales de membrana y pared celular en el sitio. Poco a poco, un pulpa se forma entre los nucleoides, extendiéndose desde la periferia hacia el centro de la célula. Cuando las nuevas paredes celulares están en su lugar, las células hijas se separan.

Estas imágenes muestran los pasos de la fisión binaria en procariotas. (crédito: modificación del trabajo de & ldquoMcstrother & rdquo / Wikimedia Commons)

¿Cómo ayuda la unión del cromosoma en replicación a la membrana celular a dividir los dos cromosomas después de que se completa la replicación?

Control de estos procesos

No es sorprendente que el proceso de fisión binaria esté estrictamente controlado en la mayoría de las bacterias y arqueas. Sin embargo, sorprendentemente, aunque se conocen algunos actores moleculares clave, queda mucho por descubrir y comprender sobre cómo se toman las decisiones para coordinar las actividades.


¿Por qué se enrolla el ADN?

Envase ADN alrededor de las proteínas histonas es una forma de compactar y organizar la ADN en el núcleo para que no se enrede irremediablemente. Por lo tanto ADN está envuelto alrededor de las proteínas histonas por al menos dos razones: compactación y almacenamiento, y regulación de la expresión génica.

Posteriormente, la pregunta es, ¿qué es el ADN enrollado? En el núcleo de cada célula, el ADN La molécula está empaquetada en estructuras similares a hilos llamadas cromosomas. Cada cromosoma está hecho hasta de ADN estrechamente enroscado muchas veces alrededor de proteínas llamadas histonas que sostienen su estructura.

También sepa, ¿por qué el ADN debe enrollarse antes de dividirse?

Por qué El ADN debe enrollarse en estructuras cromosómicas antes de que se divida? Es mas dificil dividir hebras largas y delgadas de ADN que el cromosoma compactado y más pequeño. El cromosoma de una célula procariota es circular. ADN doble hélice, mientras que los cromosomas de las células eucariotas son lineales ADN hélices dobles.

¿Por qué es tan importante el empaquetado de ADN?

Embalaje de ADN es un importante proceso en células vivas. Sin eso, una celda no puede acomodar una gran cantidad de ADN que se almacena en el interior. Por lo tanto, Embalaje de ADN es crucial porque eso se asegura ese esos excesivos ADN son capaces de caber muy bien en una celda ese es muchas veces más pequeño.


Las once etapas del ciclo celular, con énfasis en los cambios en los cromosomas y nucléolos durante la interfase y la mitosis.

Dado que habíamos subdividido el ciclo celular en 11 etapas, cuatro para la mitosis y siete para la interfase, y desde que teníamos experiencia en la detección de ADN en el microscopio electrónico (EN) mediante el procedimiento de osmio-amina de Cogliati y Gauthier (Compt. Rend. Acad. Sci., 1973276: 3041-3044), combinamos los dos enfoques para el análisis de estructuras que contienen ADN en todas las etapas del ciclo celular. Se tiñeron secciones delgadas de Epon de duodeno de ratón fijado con formaldehído con amina de osmio para el examen microscópico electrónico de las etapas en el ciclo celular de 12,3 horas de duración de las células columnares de la cripta duodenal de ratón. Además, se tiñeron secciones semi-delgadas de Lowicryl de criptas duodenales de ratón y células de riñón de rata cultivadas con el colorante Hoechst 33258 específico de ADN y se examinaron en el microscopio de fluorescencia. El ADN detectado por el osmio-amina está en forma de nucleofilamentos, que se ven a gran aumento como largas filas de anillos de 11 nm de ancho (que consisten en ADN teñido que rodea histonas no teñidas). En todas las etapas del ciclo, así como en las células que no se dividen, los nucleofilamentos son de tres tipos: "libres", "adheridos" a las acumulaciones de cromatina y "compactados" en todas las acumulaciones de cromatina, la forma de espirales densas en su interior. En la etapa I del ciclo, además de los nucleofilamentos libres y unidos, se observan los compactados en las tres formas de heterocromatina (periférica, asociada a nucleolo, agrupada). Poco después de que comience la fase S, aparecen "agregados" de cromatina, que son pequeños en la etapa II, medianos en la etapa III y grandes en la etapa IV. Los "bultos" de cromatina también aparecen en el estadio III y aumentan de tamaño en el estadio IV, mientras que las heterocromatinas desaparecen. En la etapa V, los agregados y protuberancias se acumulan en 'cromómeros', un proceso responsable de la aparente condensación cromosómica observada en la profase. Los cromómeros se alinean gradualmente en filas y, en la etapa VIa (prometafase), se acercan entre sí dentro de cada fila y se fusionan para construir los cromosomas en metafase que están completamente formados en la etapa VIb (metafase). Los cromosomas hijos que surgen en la etapa VII (anafase) finalmente se empaquetan en una masa cromosómica en cada polo de la célula. Durante la etapa VIII (telofase), la masa cromosómica se divide en grandes trozos. En el transcurso de la fase G1, los trozos se adelgazan para dar lugar a 'bandas' irregulares en la etapa IX, las bandas luego se escinden en fragmentos centrales y periféricos en la etapa X, y finalmente los fragmentos centrales se reemplazan por nucleofilamentos y grupos libres. en el estadio XI, mientras que los fragmentos periféricos son reemplazados por heterocromatina periférica. Los "nucléolos" en las etapas I-III se asocian con heterocromatina teñida, pero por lo demás aparecen como áreas lúcidas sin teñir, excepto por parches débilmente teñidos compuestos de filamentos de ADN libres de histonas. Durante el estadio IV, los nucléolos pierden parches y la heterocromatina asociada, mientras que aparecen vesículas pálidas y débilmente lúcidas dentro de los nucléolos y en el nucleoplasma. Al final de la etapa VIa, los nucléolos generalmente desaparecen, mientras que las vesículas pálidas persisten alrededor de los cromosomas que aparecen en la etapa VIb. En los estadios VIII y IX, las vesículas parecen volverse fuertemente lúcidas y, en los estadios IX y X, se asocian y fusionan para producir áreas lúcidas homogéneas, los 'cuerpos prenucleolares', que incluyen parches de ADN sin histonas. Durante el estadio XI, grupos de estos cuerpos se asocian para dar lugar a nucléolos. En conclusión, los cambios en el ADN del ciclo celular se pueden clasificar en 4 períodos amplios (Fig.6): 1) La etapa I es una "pausa" de interfase de 2 horas de duración, durante la cual el ADN teñido no muestra signos de condensación o descondensación cromosómica. , mientras que el patrón nuclear general es similar al de los núcleos celulares que no se dividen. Los nucleolos están completamente desarrollados. 2) Desde la etapa II a la VIa, el período de "condensación cromosómica" se extiende durante aproximadamente 7 horas, durante las cuales los eventos se interpretan de la siguiente manera. A lo largo de la fase S (etapas II-IV), los segmentos de nucleofilamentos recién sintetizados se acercan entre sí, se adhieren y, por lo tanto, forman agregados y protuberancias posteriores en los sitios de la matriz nuclear. (RESUMEN TRUNCADO)


10.2 El ciclo celular

En esta sección, explorará las siguientes preguntas:

  • ¿Qué procesos ocurren durante las tres etapas de la interfase?
  • ¿Cómo se comportan los cromosomas durante la fase mitótica?

Conexión para cursos AP ®

El ciclo celular describe una secuencia ordenada de eventos que están altamente regulados. En eucariotas, el ciclo celular consta de un largo período preparatorio (interfase) seguido de mitosis y citocinesis. La interfase se divide en tres fases: Brecha 1 (G1), Síntesis de ADN (S) y Gap 2 (G2). La interfase representa la parte del ciclo celular entre las divisiones nucleares. Durante esta fase, se realizan preparaciones para la división que incluyen el crecimiento, la duplicación de la mayoría de los contenidos celulares y la replicación del ADN. El ADN de la célula se replica durante la etapa S. (Estudiaremos los detalles de la replicación del ADN en el capítulo sobre la estructura y función del ADN).2 En la etapa de interfase, la célula comienza la mitosis, el proceso de división activa mediante el cual los cromosomas duplicados (cromátidas) se adhieren a las fibras del huso, se alinean a lo largo del ecuador de la célula y luego se separan entre sí.

Después de la mitosis, la célula sufre una citocinesis, la división de la célula madre en dos células hijas, completa con un complemento completo de material genético. En las células animales, las células hijas están separadas por un anillo de actina, mientras que las células vegetales están separadas por la placa celular, que se convertirá en una nueva pared celular. A veces, las celdas entran en un espacio cero (G0) fase, durante la cual no se preparan activamente para dividir el G0 La fase puede ser temporal hasta que sea activada por una señal externa para ingresar a G1, o permanente, como las células del músculo cardíaco y las células nerviosas maduras.

La información presentada y los ejemplos resaltados en la sección apoyan los conceptos y los Objetivos de aprendizaje descritos en la Gran Idea 3 del Marco del Currículo de Biología AP ®, como se muestra en las tablas. Los objetivos de aprendizaje enumerados en el marco curricular proporcionan una base transparente para el curso de biología AP®, una experiencia de laboratorio basada en la investigación, actividades de instrucción y preguntas del examen AP®. Un objetivo de aprendizaje combina el contenido requerido con una o más de las siete prácticas científicas.

Gran idea 3 Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a información esencial para los procesos de la vida.
Comprensión duradera 3.A La información heredable asegura la continuidad de la vida.
Conocimiento esencial 3.A.2 En eucariotas, la información hereditaria se transmite a la siguiente generación a través de procesos que incluyen el ciclo celular y la mitosis o meiosis más fertilización.
Práctica de la ciencia 6.4 El estudiante puede hacer afirmaciones y predicciones sobre fenómenos naturales basados ​​en teorías y modelos científicos.
Objetivo de aprendizaje 3.7 El estudiante puede hacer predicciones sobre los fenómenos naturales que ocurren durante el ciclo celular.
Conocimiento esencial 3.A.2 En eucariotas, la información hereditaria se transmite a la siguiente generación a través de procesos que incluyen el ciclo celular y la mitosis o meiosis más fertilización.
Práctica de la ciencia 1.2 El estudiante puede describir representaciones y modelos de fenómenos y sistemas naturales o creados por el hombre en el dominio.
Objetivo de aprendizaje 3.8 El estudiante puede describir los eventos que ocurren en el ciclo celular.
Conocimiento esencial 3.A.2 En eucariotas, la información hereditaria se transmite a la siguiente generación a través de procesos que incluyen el ciclo celular y la mitosis o meiosis más fertilización.
Práctica de la ciencia 5.3 El estudiante puede evaluar la evidencia proporcionada por conjuntos de datos en relación con una cuestión científica en particular.
Objetivo de aprendizaje 3.11 El estudiante es capaz de evaluar la evidencia proporcionada por conjuntos de datos para respaldar la afirmación de que la información hereditaria se transmite de una generación a otra a través de la mitosis.

Apoyo a los profesores

Analice con los estudiantes la diferencia entre células diploides y haploides. Muestre a los estudiantes un gráfico de la diferencia.

Discuta con los estudiantes cómo en la mitosis, la ploidía de la célula permanece constante. En un cultivo celular de células somáticas humanas, todas las células serán diploides. En contraste, el contenido de ADN, la cantidad de ADN en un cultivo celular cambiará a medida que las células se replican (pasan por la fase S y replican su ADN). En cantidades relativas, se considera que la cantidad inicial de ADN es 1x, después de la fase S será 2x, y así sucesivamente. Puede encontrar más información sobre los métodos utilizados por los científicos para rastrear la ploidía aquí.

Presente la mitosis utilizando elementos visuales como este video.

Los estudiantes pueden pensar que la interfase es una fase de reposo, donde no ocurren eventos. Recuerde a los estudiantes que las células son metabólicamente activas en esta fase. Celdas en G0 fase no se están preparando activamente para dividirse. La célula se encuentra en una etapa de reposo (inactiva) que ocurre cuando las células salen del ciclo celular. Algunas células entran en G0 temporalmente hasta que una señal externa desencadena la aparición de G1. Otras células que nunca o rara vez se dividen, como el músculo cardíaco maduro y las células nerviosas, permanecen en G0 permanentemente.

Además, es posible que los estudiantes no se den cuenta de que los eventos de mitosis son continuos y que la organización en etapas discretas es por conveniencia. Muestre a los estudiantes un video de lapso de tiempo para ilustrar esto, como el que se encuentra aquí.

Las etapas del ciclo celular se pueden enseñar usando las imágenes disponibles aquí.

Las preguntas del desafío de práctica científica contienen preguntas de prueba adicionales para esta sección que lo ayudarán a prepararse para el examen AP. Estas preguntas abordan los siguientes estándares:
[APLO 2.35] [APLO 2.15] [APLO 2.19] [APLO 3.11] [APLO 2.33] [APLO 2.36] [APLO 2.37] [APLO 2.31]

El ciclo celular es una serie ordenada de eventos que involucran el crecimiento celular y la división celular que produce dos nuevas células hijas. Las células en el camino hacia la división celular pasan por una serie de etapas de crecimiento, replicación y división del ADN programadas con precisión y cuidadosamente reguladas que producen dos células idénticas (clonadas). El ciclo celular tiene dos fases principales: la interfase y la fase mitótica (Figura 10.5). Durante la interfase, la célula crece y el ADN se replica. Durante la fase mitótica, el ADN replicado y el contenido citoplásmico se separan y la célula se divide.

El ciclo celular consta de la interfase y la fase mitótica. Durante la interfase, la célula crece y el ADN nuclear se duplica. La interfase es seguida por la fase mitótica. Durante la fase mitótica, los cromosomas duplicados se segregan y distribuyen en núcleos hijos. El citoplasma generalmente también se divide, lo que resulta en dos células hijas.

Interfase

Durante la interfase, la célula experimenta procesos de crecimiento normales mientras se prepara para la división celular. Para que una célula pase de la interfase a la fase mitótica, se deben cumplir muchas condiciones internas y externas. Las tres etapas de la interfase se denominan G1, S y G2.

GRAMO1 Fase (primer espacio)

La primera etapa de la interfase se llama G1 fase (primer espacio) porque, desde un aspecto microscópico, se aprecian pocos cambios. Sin embargo, durante el G1 etapa, la célula es bastante activa a nivel bioquímico. La célula está acumulando los componentes básicos del ADN cromosómico y las proteínas asociadas, así como acumulando suficientes reservas de energía para completar la tarea de replicar cada cromosoma en el núcleo.

Fase S (síntesis de ADN)

A lo largo de la interfase, el ADN nuclear permanece en una configuración de cromatina semi-condensada. En la fase S, la replicación del ADN puede proceder a través de los mecanismos que dan como resultado la formación de pares idénticos de moléculas de ADN (cromátidas hermanas) que están firmemente unidas a la región centromérica. El centrosoma se duplica durante la fase S. Los dos centrosomas darán lugar al huso mitótico, el aparato que orquesta el movimiento de los cromosomas durante la mitosis. En el centro de cada célula animal, los centrosomas de las células animales están asociados con un par de objetos parecidos a varillas, los centriolos, que forman ángulos rectos entre sí. Los centríolos ayudan a organizar la división celular. Los centríolos no están presentes en los centrosomas de otras especies eucariotas, como las plantas y la mayoría de los hongos.

GRAMO2 Fase (segundo espacio)

En el G2 fase, la célula repone sus reservas de energía y sintetiza las proteínas necesarias para la manipulación cromosómica. Algunos orgánulos celulares se duplican y el citoesqueleto se desmantela para proporcionar recursos para la fase mitótica. Puede haber crecimiento celular adicional durante G2. Los preparativos finales para la fase mitótica deben completarse antes de que la célula pueda entrar en la primera etapa de la mitosis.

La fase mitótica

La fase mitótica es un proceso de varios pasos durante el cual los cromosomas duplicados se alinean, separan y se mueven hacia dos nuevas células hijas idénticas. La primera parte de la fase mitótica se llama cariocinesis o división nuclear. La segunda parte de la fase mitótica, llamada citocinesis, es la separación física de los componentes citoplásmicos en las dos células hijas.

Enlace al aprendizaje

Revise las etapas de la mitosis en este sitio.

  1. La colchicina aumenta la inflamación al inhibir la mitosis. La inhibición de la mitosis da como resultado una disminución del recuento de glóbulos blancos.
  2. La colchicina disminuye la inflamación al inhibir la mitosis. La inhibición de la mitosis da como resultado una disminución del recuento de glóbulos blancos.
  3. La colchicina aumenta la inflamación al inhibir la mitosis. La inhibición de la mitosis da como resultado un aumento del recuento de glóbulos blancos.
  4. La colchicina disminuye la inflamación al inhibir la mitosis. La inhibición de la mitosis da como resultado un aumento del recuento de glóbulos blancos.

Carioquinesis (mitosis)

La cariocinesis, también conocida como mitosis, se divide en una serie de fases (profase, prometafase, metafase, anafase y telofase) que dan como resultado la división del núcleo celular (figura 10.7).

Conexión diaria para cursos AP®

Estas plantas en ciernes demuestran una reproducción asexual, uno de los principales propósitos de la mitosis. Los otros dos propósitos son el crecimiento y la reparación.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe mejor la relación entre la mitosis y la reproducción asexual?

  1. La mitosis es un proceso que puede resultar en reproducción asexual.
  2. La mitosis es un proceso que siempre resulta en reproducción asexual.
  3. La reproducción asexual es un proceso que siempre resulta en mitosis.
  4. La reproducción asexual es un proceso que puede resultar en mitosis.

Conexión visual

  1. Las cromátidas hermanas se alinean en la placa de metafase. El cinetocoro se adhiere al huso mitótico. El núcleo se reforma y la célula se divide. Las proteínas de cohesina se descomponen y las cromátidas hermanas se separan.
  2. El cinetocoro se adhiere al huso mitótico. Las proteínas de cohesina se descomponen y las cromátidas hermanas se separan. Las cromátidas hermanas se alinean en la placa de metafase. El núcleo se reforma y la célula se divide.
  3. El cinetocoro se une a las proteínas cohesinas. Las cromátidas hermanas se alinean en la placa de metafase. El cinetocoro se rompe y las cromátidas hermanas se separan. El núcleo se reforma y la célula se divide.
  4. El cinetocoro se adhiere al huso mitótico. Las cromátidas hermanas se alinean en la placa de metafase. Las proteínas de cohesina se descomponen y las cromátidas hermanas se separan. El núcleo se reforma y la célula se divide.

Durante la profase, la "primera fase", la envoltura nuclear comienza a disociarse en pequeñas vesículas y los orgánulos membranosos (como el complejo de Golgi o el aparato de Golgi y el retículo endoplásmico) se fragmentan y se dispersan hacia la periferia de la célula. El nucleolo desaparece (se dispersa). Los centrosomas comienzan a moverse hacia los polos opuestos de la célula. Los microtúbulos que formarán el huso mitótico se extienden entre los centrosomas y los separan más a medida que se alargan las fibras de los microtúbulos. Las cromátidas hermanas comienzan a enrollarse con más fuerza con la ayuda de proteínas de condensación y se vuelven visibles bajo un microscopio óptico.

Durante la prometafase, la "primera fase de cambio", muchos procesos que se iniciaron en la profase continúan avanzando. Los restos del fragmento de la envoltura nuclear. El huso mitótico continúa desarrollándose a medida que más microtúbulos se ensamblan y se estiran a lo largo de la antigua área nuclear. Los cromosomas se vuelven más condensados ​​y discretos. Cada cromátida hermana desarrolla una estructura de proteína llamada cinetocoro en la región centromérica (Figura 10.8). Las proteínas del cinetocoro atraen y se unen a los microtúbulos del huso mitótico. A medida que los microtúbulos del huso se extienden desde los centrosomas, algunos de estos microtúbulos entran en contacto y se unen firmemente a los cinetocoros. Una vez que una fibra mitótica se adhiere a un cromosoma, el cromosoma se orientará hasta que los cinetocoros de las cromátidas hermanas se enfrenten a los polos opuestos. Eventualmente, todas las cromátidas hermanas se unirán a través de sus cinetocoros a los microtúbulos de los polos opuestos. Los microtúbulos del huso que no se acoplan a los cromosomas se denominan microtúbulos polares. Estos microtúbulos se superponen entre sí a mitad de camino entre los dos polos y contribuyen al alargamiento celular. Los microtúbulos astrales se encuentran cerca de los polos, ayudan en la orientación del huso y son necesarios para la regulación de la mitosis.

Durante la metafase, la "fase de cambio", todos los cromosomas se alinean en un plano llamado placa de metafase, o plano ecuatorial, a medio camino entre los dos polos de la célula. Las cromátidas hermanas todavía están fuertemente unidas entre sí por las proteínas cohesinas. En este momento, los cromosomas están condensados ​​al máximo.

Durante la anafase, la "fase ascendente", las proteínas cohesinas se degradan y las cromátidas hermanas se separan en el centrómero. Cada cromátida, ahora llamada cromosoma, es empujada rápidamente hacia el centrosoma al que está unido su microtúbulo. La célula se alarga visiblemente (forma ovalada) a medida que los microtúbulos polares se deslizan entre sí en la placa de metafase donde se superponen.

Durante la telofase, la "fase de distancia", los cromosomas alcanzan los polos opuestos y comienzan a descondensarse (desenredarse), relajándose en una configuración de cromatina. Los husos mitóticos se despolimerizan en monómeros de tubulina que se utilizarán para ensamblar componentes citoesqueléticos para cada célula hija. Se forman envolturas nucleares alrededor de los cromosomas y aparecen nucleosomas dentro del área nuclear.

Citocinesis

La citocinesis, o "movimiento celular", es la segunda etapa principal de la fase mitótica, durante la cual se completa la división celular mediante la separación física de los componentes citoplasmáticos en dos células hijas. La división no se completa hasta que los componentes de la célula se hayan distribuido y separado completamente en las dos células hijas. Aunque las etapas de la mitosis son similares para la mayoría de los eucariotas, el proceso de citocinesis es bastante diferente para los eucariotas que tienen paredes celulares, como las células vegetales.

En células como las células animales que carecen de paredes celulares, la citocinesis comienza durante la anafase tardía. Un anillo contráctil compuesto de filamentos de actina se forma justo dentro de la membrana plasmática en la placa de metafase anterior. Los filamentos de actina tiran del ecuador de la célula hacia adentro, formando una fisura. Esta fisura, o "grieta", se llama surco de hendidura. El surco se profundiza a medida que el anillo de actina se contrae y, finalmente, la membrana se divide en dos (Figura 10.9).

En las células vegetales, se debe formar una nueva pared celular entre las células hijas. Durante la interfase, el aparato de Golgi acumula enzimas, proteínas estructurales y moléculas de glucosa antes de romperse en vesículas y dispersarse por toda la célula en división. Durante la telofase, estas vesículas de Golgi se transportan en microtúbulos para formar un phragmoplast (una estructura vesicular) en la placa de metafase. Allí, las vesículas se fusionan y se fusionan desde el centro hacia las paredes celulares, esta estructura se llama placa celular. A medida que se fusionan más vesículas, la placa celular se agranda hasta que se fusiona con las paredes celulares en la periferia de la célula. Las enzimas utilizan la glucosa que se ha acumulado entre las capas de la membrana para construir una nueva pared celular. Las membranas de Golgi se convierten en partes de la membrana plasmática a ambos lados de la nueva pared celular (Figura 10.9).

Conexión de práctica científica para cursos AP®

Actividad

  • Use un juego de limpiapipas (u otros materiales según las indicaciones de su maestro) que pueda usar para modelar los cromosomas durante la mitosis y la meiosis:
    1. Cada uno de los limpiapipas representa un cromosoma único no replicado. Cada cromosoma debe diferir en tamaño, como ocurre en la mayoría de los organismos. Suponga que su célula en división contiene 3 cromosomas: cromosomas numerados 1, 2 y 3.
    2. Usando ambos miembros de cada par homólogo para los cromosomas 1-3, modele cómo aparecerían los cromosomas en una célula que acababa de terminar la fase S del ciclo celular. Una vez que tu maestro haya aprobado tu modelo, haz que un miembro de tu grupo documente el modelo fotografiándolo o dibujándolo.
    3. Ahora, repita el paso 2 pero muestre la célula en metafase durante la mitosis.
    4. Finalmente, modele las dos células hijas que resultarán de la mitosis. Nuevamente, pida a un miembro de su grupo que documente el modelo.
    5. Repita los pasos 2 a 5 para la meiosis I y la meiosis II. Recuerde que debe tener cuatro células hijas al final de la meiosis II. También recuerde pedirle aprobación a su maestro y documentar su modelo antes de pasar a la siguiente fase de la meiosis.
    6. Exchange/ copy all of the drawings or photographs that your group took of your models. As a group or individually (as directed by your teacher) create a report to turn in that labels and explain each picture of your model.
  • An organism’s ploidy count is the total number of chromosome sets contained in each body cell. Most organisms have a ploidy level of 2, meaning that they have two sets of chromosomes due to presence of homologous pairs. However, some plants are multiploid, meaning they can have ploidy levels greater than 2. The table shows possible multiploid levels of some common crop plants.
Common name Multiploid chromosome count Normal chromosome count
Bananas3311
Potatoes4812
Wheat427
Sugar cane8010

Analyze the data with a partner of in a group as directed by your teacher. On a separate sheet of paper, answer the following questions.

  1. How does the multiploid count of the crop plants relate to their normal chromosome count?
  2. Explain the basis for the relationship you described in part a, in terms of what occurs to chromosomes during replication and meiosis.
  3. Give one additional example of a possible multiploid chromosome count for each species in the table above.

A. A comparison of the relative time intervals of mitotic stages can be made by completing the task described. In evaluating each time interval, the problem suggests that you assume that the length of time to complete one cell cycle is 24 hours. How can that assumption be tested?

Suppose that you have a growth chamber in which roots of a newly germinated plant can be examined visually with a lens that provides a magnification from which lengths can be determined with a precision of ± 0.05 mm. The field of view can be rotated so that measurements can be made of both the length and diameter of the growing tip. A large number of growing roots can be studied. Tips can be sampled, sectioned, and examined microscopically with a 25× magnification so that estimates of the diameter and length of cells can be made.

Cells in the growing tip of the root rapidly undergo mitosis, just as the whitefish blastula described in Figure 10.10. With increasing distance from the growing tip, the rate at which mitosis occurs slows until tissue is reached in which the initiation of the cell cycle is delayed.

A. Describe a sequence of measurements that could be used to test the assumption that the cell cycle, once started, has a total time interval of 24 hours. Hint: Rather than counting cells, it might be useful to measure the length of the root tip and the average length of a cell.

B. Using the data obtained from your measurements described in part A, how can the rate of cell division be calculated?

An experiment that is perhaps similar to one you have proposed was conducted previously (Beemster and Baxter, 1998), and the results are shown in the table.

Distance (mm) Per hour
0 0.035 ± 0.01
0.1 0.047 ± 0.005
0.2 0.044 ± 0.01
0.3 0.039 ± 0.01
0.4 0.042 ± 0.01
0.5 0.031 ± 0.005

C. Using these data, estimate the length of time of the cell cycle, including an estimate of precision by calculating the standard deviation.

Growth factors are signals that initiate cell division in eukaryotes. (The data in the table above show that cells in the plant root less than a mm from the root tip are showing a reduction of growth rate.) The interaction of two plant hormones, auxin and brassinosteroids, have been shown [Chaiwanon and Wang, Celda, 164(6), 1257, 2016] to regulate cell division in root tips. Auxin concentrations are higher near the root tip and decrease with distance from the tip. Brassinosteroids decrease in concentration near the root tip. Auxin is actively transported between cells, whereas brassinosteroids have limited transport between cells.

D. Based on these data and the observed distribution of brassinosteroids and auxin in the growing root, predict a mechanism for their interaction and justify the claim that brassinosteroid synthesis is negatively regulated by auxin transported to the cell, and that auxin is positively regulated and amplified.

Think About It

Chemotherapy drugs such as vincristine and colchicines disrupt mitosis by binding to tubulin (the subunit of microtubules) and interfering with microtubule assembly and disassembly. What mitotic structure is targeted by these drugs, and what effect would this have on cell division?

Teacher Support

The first activity is an application of Learning Objective 3.8 and Science Practice 1.2 because students are modelling steps of the cell cycle, including mitosis and meiosis. A variety of materials can be used to represent chromosomes in the model as long as the students can easily distinguish between the three chromosomes (such as by having different-sized pipe cleaners) as well as distinguish between homologs (such as by using two colors of pipe cleaner). Be sure to provide enough chromosomes to represent sister chromatids in both the mitosis and meiosis models. The critical point to stress is that, in modelling mitosis, students should place homologous chromosomes (each with a sister chromatid) above and below each other during metaphase, ensuring a sister chromosome from each homolog enters each daughter cell. Conversely, in metaphase I of meiosis, the homologous chromosomes (each with a sister chromatid) will pair together side-by-side so that each cell only receives one of the two homologs.

The second activity is an application of Learning Objective 3.11 and Science Practice 5.3 because students are using their knowledge of meiosis to explain and predict possible ploidy levels in crop plants. Students should work in pairs or as a group.

An expanded lab investigation for mitosis and meiosis, involving studying onion cells undergoing mitosis (part 2), and karyotype analysis (part 3) is available from the College Board’s ® AP Biology Investigative Labs: An Inquiry-Based Approach in Investigation 7.

Possible Answer

  1. The multiploid count is always a whole-number multiple of the normal chromosome count.
  2. Before meiosis (and mitosis) all of an organism’s chromosomes are replicated before any segregation takes place. Therefore, ploidy levels will always involve whole-number multiples of the original chromosome levels.
  3. Answers will vary but all answers should be whole-number multiples of the normal chromosome numbers.

The Think About It question is an application of Learning Objective 3.7 and Science Practice 6.4 because the student must be able to describe the events that occur in the cell cycle before you can make a prediction about the effects of a disruption in mitosis.

Possible Answer

The mitotic spindle is formed of microtubules. Microtubules are polymers of the protein tubulin therefore, it is the mitotic spindle that is disrupted by these drugs. Without a functional mitotic spindle, the chromosomes will not be sorted or separated during mitosis. The cell will arrest in mitosis and die.

GRAMO0 Phase

Not all cells adhere to the classic cell cycle pattern in which a newly formed daughter cell immediately enters the preparatory phases of interphase, closely followed by the mitotic phase. Cells in G0 phase are not actively preparing to divide. The cell is in a quiescent (inactive) stage that occurs when cells exit the cell cycle. Some cells enter G0 temporarily until an external signal triggers the onset of G1. Other cells that never or rarely divide, such as mature cardiac muscle and nerve cells, remain in G0 permanently.

Scientific Method Connection

Determine the Time Spent in Cell Cycle Stages

Problem: How long does a cell spend in interphase compared to each stage of mitosis?

Fondo: A prepared microscope slide of blastula cross-sections will show cells arrested in various stages of the cell cycle. It is not visually possible to separate the stages of interphase from each other, but the mitotic stages are readily identifiable. If 100 cells are examined, the number of cells in each identifiable cell cycle stage will give an estimate of the time it takes for the cell to complete that stage.

Problem Statement: Given the events included in all of interphase and those that take place in each stage of mitosis, estimate the length of each stage based on a 24-hour cell cycle. Before proceeding, state your hypothesis.

Test your hypothesis: Test your hypothesis by doing the following:

  1. Place a fixed and stained microscope slide of whitefish blastula cross-sections under the scanning objective of a light microscope.
  2. Locate and focus on one of the sections using the scanning objective of your microscope. Notice that the section is a circle composed of dozens of closely packed individual cells.
  3. Switch to the low-power objective and refocus. With this objective, individual cells are visible.

Switch to the high-power objective and slowly move the slide left to right, and up and down to view all the cells in the section (Figure 10.10). As you scan, you will notice that most of the cells are not undergoing mitosis but are in the interphase period of the cell cycle.

Record your observations: Make a table similar to Table 10.2 in which you record your observations.

Phase or StageIndividual TotalsGroup TotalsPercent
Interphase
Prophase
Metaphase
Anaphase
Telophase
Cytokinesis
Totals100100100 percent

Analyze your data/report your results: To find the length of time whitefish blastula cells spend in each stage, multiply the percent (recorded as a decimal) by 24 hours. Make a table similar to Table 10.3 to illustrate your data.


Metaphase Chromosome

Sharron Vass , Margarete M.S. Heck , in Encyclopedia of Biological Chemistry , 2004

Reversing the Process: Postsegregation Decondensation

After chromosome segregation and nuclear envelope reformation, the extreme condensation reached during metaphase must be reversed to facilitate transcription and DNA replication in actively cycling cells. As a corollary, terminally differentiated cells that are not transcriptionally active or cycling (e.g., erythrocytes in certain species) have highly condensed nuclei. How the chromatin is decondensed, and how active this process is, remains unclear. DNA topoisomerase II is proteolytically degraded at the end of mitosis, and the mitosis-specific phosphorylation of histone H3 is removed. Indeed, certain proteins essential for DNA replication, though dispersed during metaphase, are assembled back onto chromosomes during anaphase. While correlated, these events are not necessarily causal to the process of chromosome decondensation. Probably other structural proteins (e.g., subunits of the condensin complex) are also degraded or regulated through differential localization or post-translational modification.


Telophase I

Meiosis contains two divisions, both of which contain a telophase stage. During telophase I, the homologous chromosomes get segregated into separate nuclei. Although another division must take place for meiosis to be complete, the cells must still reform the nuclear envelopes, disassemble the spindle fiber microtubules, and go through cytokinesis. The cells then enter a short resting stage, known as interkinesis.

Telophase II

During the subsequent cell division, the sister chromatids of each chromosome are separated. During telophase II, the sister chromosomes are surrounded by new nuclear membranes. Although the two cells created during telophase II come from the same chromosome that has been duplicated, variation can be introduced in the process of recombination, in which parts of homologous chromosomes were exchanged in prophase I. Between the four cells produced at the end of meiosis, the two alleles for each gene can be segregated in many different ways, in combination with alleles for many other genes.


Major Events of Mitosis: Anaphase

Each chromatid has a centromere therefore, in metaphase, the back-and-forth jostling results in chromosomes that are not only lined up in a single plane, but each sister chromatid is aligned opposite one another. This arrangement is well suited for accurate partitioning of the chromatid.

Once the cell senses proper alignment along the metaphase plate, the replicated chromatids separate rapidly, signifying anaphase. Two notable things happen during anaphase: first, the centromeres that hold the chromatids together dissolve, separating the chromatids from each other and second, the newly freed chromatids (now properly called chromosomes) move rapidly toward the poles. Figure 5 shows a cell in anaphase. The separated chromatids (now chromosomes) are stained blue and the fibers that pull the chromosomes to each pole of the cell are stained green.


Figure 5. A cell during anaphase (Click to enlarge). From Wikipedia Commons.


Examiners report

Practically everybody knew the role of helicase in DNA replication. Extremely few could clearly explain the need for mitosis.

The question was often confused with other details of DNA replication, transcription and even translation. Though DNA replication was correctly described as semiconservative, further expansion of that term became muddled. Most knew A-T and G-C base pairing but the idea of complementarity was not always included. Diagrams were drawn but lacked labels and annotations most of the time. Occasionally, candidates mentioned that DNA polymerase was used

Of all the parts in Section B, this one (describe the events of mitosis) was answered best. Many candidates earned close to the maximum number of marks. A few candidates thought that interphase is a part of mitosis.