El Cicle Cel·lular: Fases, Mitosi i Meiosi Pas a Pas

Tipus de cèl·lules i divisió cel·lular

Segons el nombre de cromosomes, les cèl·lules es classifiquen en:

• Cèl·lules diploides: contenen 46 cromosomes.
• Cèl·lules haploides: contenen 23 cromosomes.
• Cèl·lules somàtiques: són les cèl·lules del cos i tenen 46 cromosomes.
• Cèl·lules reproductores (germinals o sexuals): són els gàmetes i tenen 23 cromosomes.

Hi ha dos tipus principals de divisió cel·lular:

• La divisió que genera cèl·lules amb el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula mare, que inclou un procés de divisió nuclear anomenat mitosi.
• La divisió que genera cèl·lules amb la meitat de cromosomes que la cèl·lula mare, procés que rep el nom de meiosi.

La vida de la cèl·lula

La vida d'una cèl·lula té quatre etapes: naixement, creixement, diferenciació i reproducció o mort.

La durada de la vida cel·lular és molt variable. Per exemple, en el cos humà hi ha cèl·lules que es reprodueixen ràpidament, com les de l'epiteli intestinal, les de l'epiteli pulmonar i les de la pell. Algunes d'aquestes només tarden vuit hores a dividir-se. A l'altre extrem hi ha les cèl·lules que han perdut la capacitat de reproducció i el final de les quals és sempre la mort cel·lular (apoptosi), per exemple, els eritròcits (glòbuls vermells), les cèl·lules musculars estriades i les neurones.

El cicle cel·lular

El cicle cel·lular es divideix en dues grans etapes:

• La interfase, o etapa de no-divisió, que consta de tres fases (G1, S i G2). Durant aquest temps, el nucli cel·lular no canvia de forma i s'anomena nucli interfàsic.
• L'etapa de divisió, anomenada fase M (de mitosi), en la qual el nucli es desintegra i, al seu lloc, apareixen els cromosomes. Comprèn la divisió del nucli o mitosi (també anomenada cariocinesi) i la divisió del citoplasma o citocinesi.

Les fases G1, S i G2 són períodes bioquímicament molt actius, ja que s'hi produeix la síntesi de totes les substàncies pròpies de la cèl·lula, incloent-hi l'ADN, però no hi ha repartiment del material genètic. Al contrari, en la fase M, la síntesi bioquímica és mínima, i l'activitat cel·lular està gairebé exclusivament centrada en el repartiment de l'ADN entre les dues cèl·lules filles. La fase M només dura una desena part, o fins i tot menys, del total del cicle cel·lular. Si aquest, per exemple, fos de 24 hores, la fase M duraria tan sols una o dues hores.

La interfase: preparació per a la divisió

La interfase és el període en què es produeix la duplicació de l'ADN, la qual cosa és imprescindible perquè després es pugui fer la mitosi. Es divideix en les fases G1, S i G2.

Fase G1

En aquesta fase es produeix la síntesi d'ARNm i, consegüentment, de proteïnes. La cèl·lula presenta un sol diplosoma (dos centríols perpendiculars). Al final d'aquesta fase es distingeix el punt de control G1, que en les cèl·lules dels mamífers s'anomena punt de restricció o punt R, a partir del qual ja és impossible impedir que se succeeixin les fases S, G2 i M. Algunes cèl·lules, abans d'arribar al punt R, inicien la diferenciació cel·lular, transformant-se en cèl·lules especialitzades. Llavors diem que la cèl·lula ha entrat en la fase G0.

Fase S

És la fase en la qual es produeix la duplicació de l'ADN. Per això, quan posteriorment el DNA es condensi per formar els cromosomes, aquests constaran de dues cromàtides unides pel centròmer. Continua la síntesi d'ARNm i de proteïnes, sobretot d'histones. En un cicle cel·lular de 24 hores, aquesta fase sol durar unes vuit hores.

Fase G2

S'inicia quan acaba la síntesi d'ADN i finalitza quan es comencen a distingir els cromosomes. En aquesta fase, la cèl·lula conté el doble d'ADN que en la fase G1. Continua la síntesi d'ARNm i de proteïnes, sobretot de la histona H1 i de les proteïnes que formaran els microtúbuls del fus mitòtic. En un cicle cel·lular de 24 hores, aquesta fase duraria unes quatre hores.

La divisió cel·lular o fase M

És el procés mitjançant el qual, a partir d'una cèl·lula mare, neixen dues cèl·lules filles amb idèntica dotació cromosòmica que la progenitora. Comprèn la divisió del nucli (mitosi o cariocinesi) i la divisió del citoplasma (citocinesi). En un cicle de 24 hores, duraria d'una a dues hores.

La mitosi: divisió del nucli

A causa de la mitosi, en els éssers pluricel·lulars, totes les cèl·lules somàtiques tenen la mateixa dotació cromosòmica que el zigot. La diferenciació cel·lular es deu a l'expressió de gens diferents, no a diferències en l'ADN.

Profase

S'inicia quan les fibres de cromatina s'enrotllen per constituir els cromosomes, formats per dues cromàtides unides pel centròmer. En les cèl·lules animals, els dos àsters formen les fibres polars, que constitueixen el fus mitòtic. L'embolcall nuclear es fragmenta i, a cada cromosoma, es forma el cinetocor, que organitza els microtúbuls cinetocòrics. Aquesta fase dura uns quinze minuts.

Metafase

Els cromosomes, a causa de l'allargament dels microtúbuls cinetocòrics, es col·loquen a la meitat del fus mitòtic i constitueixen l'anomenada placa equatorial. Molts cromosomes metafàsics presenten forma de X.

Anafase

S'inicia amb la separació de les dues cromàtides germanes. A partir d'aquest moment, cada cromàtide forma un cromosoma anafàsic. Aquests cromosomes són arrossegats cap als pols oposats a causa de l'escurçament dels microtúbuls cinetocòrics. Aquesta fase dura uns quants minuts.

Telofase

Comença quan les dues dotacions cromosòmiques arriben als pols del fus mitòtic. Es reconstrueix l'embolcall nuclear al voltant de cada grup de cromosomes, formant-se dos nuclis fills. Els cromosomes es desespiralitzen i reapareixen els nuclèols. En les cèl·lules vegetals, que no tenen centríols, la mitosi és anastral i el fus es forma a partir dels casquets polars.

La citocinesi: divisió del citoplasma

És la divisió del citoplasma i pot produir-se de dues maneres:

• Per estrangulació: es dona en les cèl·lules animals. Un anell contràctil d'actina i miosina es forma a l'equador de la cèl·lula i estreny el citoplasma fins a dividir-lo en dues cèl·lules filles.
• Per septe: es dona en les cèl·lules vegetals. Vesícules de l'aparell de Golgi s'agrupen en el pla equatorial formant una estructura anomenada fragmoplast. La fusió d'aquestes vesícules crea la placa cel·lular, que creix fins a dividir la cèl·lula i formar la nova paret cel·lular.

La meiosi: formació de cèl·lules haploides

El procés generador de cèl·lules amb la meitat de cromosomes s'anomena meiosi. Comprèn dues divisions successives: meiosi I i meiosi II. La primera és una divisió reduccional (redueix el nombre de cromosomes a la meitat), mentre que la segona és una divisió equacional (manté el nombre de cromosomes).

Primera divisió meiòtica (Meiosi I)

Comprèn quatre fases: profase I, metafase I, anafase I i telofase I.

Profase I

És la fase més llarga i complexa. Els cromosomes homòlegs s'aparellen (sinapsi) formant un bivalent i intercanvien fragments d'ADN (recombinació genètica). Se subdivideix en:

• Leptotè: els filaments d'ADN es condensen i formen els cromosomes.
• Zigotè: cada cromosoma reconeix el seu homòleg i s'hi ajunta (sinapsi).
• Paquitè: els cromosomes homòlegs estan junts (bivalent) i les cromàtides no germanes s'entrecreuen.
• Diplotè: els cromosomes homòlegs tendeixen a separar-se, evidenciant els punts d'unió, anomenats quiasmes.
• Diacinesi: els cromosomes augmenten la seva condensació i es distingeixen clarament les quatre cromàtides del bivalent.

Metafase I

L'embolcall nuclear ha desaparegut i els bivalents es col·loquen en el pla equatorial de la cèl·lula.

Anafase I

Els dos cromosomes homòlegs de cada bivalent se separen i migren cap a pols oposats. Cada cromosoma encara està format per dues cromàtides.

Telofase I

Els cromosomes arriben als pols i, en algunes espècies, es forma un embolcall nuclear transitori abans d'iniciar la segona divisió.

Segona divisió meiòtica (Meiosi II)

Està precedida d'una breu interfase (intercinesi) sense duplicació d'ADN. És similar a una mitosi.

• Profase II: es trenca l'embolcall nuclear i es forma el fus.
• Metafase II: els cromosomes es disposen a la regió equatorial.
• Anafase II: les dues cromàtides de cada cromosoma se separen i els nous cromosomes fills migren cap als pols oposats.
• Telofase II: els cromosomes es desespiralitzen, es forma l'embolcall nuclear i es produeix la citocinesi, donant lloc a quatre cèl·lules haploides.

Comparació entre la mitosi i la meiosi

Mitosi

• Dóna lloc a dues cèl·lules amb el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula mare.
• A la profase no hi ha sinapsi ni entrecreuament.
• A l'anafase se separen les cromàtides germanes.
• Els cromosomes de les cèl·lules filles són idèntics als de la cèl·lula mare.
• Es dona generalment en cèl·lules somàtiques.

Meiosi

• Dóna lloc a quatre cèl·lules amb la meitat de cromosomes que la cèl·lula mare.
• A la profase I hi ha sinapsi i entrecreuament, produint recombinació genètica.
• A l'anafase I se separen els cromosomes homòlegs; a l'anafase II se separen les cromàtides germanes.
• Els cromosomes de les cèl·lules filles són genèticament diferents entre si i respecte a la cèl·lula mare.
• Només es dona en les cèl·lules que originen gàmetes o meiòspores.

Cicles biològics

Segons el moment en què es produeix la meiosi, es diferencien tres tipus de cicles biològics:

• Cicle haploide: propi d'espècies amb individus haploides. La meiosi es produeix just després de la formació del zigot (única fase diploide). Es dona en algunes algues i fongs.
• Cicle diploide: característic d'espècies amb individus diploides. La meiosi es produeix per generar els gàmetes (única fase haploide). Es dona en gairebé tots els animals.
• Cicle diplohaploide: típic d'espècies amb alternança de generacions (una generació haploide i una de diploide). La meiosi produeix espores (esporogènesi). Es dona en les plantes i moltes algues.