1. Les cèl·lules es reprodueixen.
2. El cicle cel·lular.
3. La mitosi i la citocinesi.
4. La meiosi.
5. Reproducció sexual – asexual.
6. La gametogènesi

1. Les cèl·lules es reprodueixen.

• Es reprodueixen totes les cèl·lules?
  • Totes les cèl·lules després d’un temps més o menys llarg, es reprodueixen o moren.
  • En els organismes pluricel·lulars adults, no totes les cèl·lules diferenciades tenen al capacitat de dividir-se.
    • Així per exemple no es divideixen les cèl·lules musculars estriades o les neurones.
    • Altres cèl·lules anomenades cèl·lules mare s’encarreguen de formar contínuament nous exemplars d’aquest tipus, que ja no tenen capacitat de dividir-se.
      • Així passa per exemple amb les cèl·lules mare dels eritròcits, limfòcits, etc
  • En les plantes les cèl·lules embrionàries formen diversos tipus de cèl·lules adultes, que, sense capacitat de reproduir-se, moren després d’un cert temps.
  • En moltes cèl·lules dels organismes pluricel·lulars i en els unicel·lulars, al final del procés de desenvolupament es produeix la divisió cel·lular.
• El ritme de reproducció
  • Depèn fonamentalment del tipus de cèl·lula i d'alguns factors:
    • Relació entre el volum del nucli i del citoplasma, anomenada relació nucleoplasmàtica (RNP).
    • Mida total de la cèl·lula. Un volum gros determina una superfície de la membrana plasmàtica insuficient per a nodrir el citoplasma cel·lular.
    • Dependència de l’ancoratge. Les cèl·lules veïnes poden estimular la divisió.
    • Disponibilitat d’espai.
    • Presència de determinades substàncies químiques, com les hormones que afavoreixen la divisió cel·lular.
  • Els tumors apareixen per un descontrol del ritme de reproducció.
• Tipus de reproducció cel·lular
  • En les espècies eucariotes pluricel·lulars es poden distingir dos tipus de cèl·lules:
    • Les cèl·lules diploides, que són les que tenen dos exemplars de cada tipus de cromosoma (2n).
    • Les cèl·lules haploides, que són les que tenen un sol exemplar de cada tipus de cromosoma (n).
  • Dos tipus de reproducció cel·lular:
    • La divisió generadora de cèl·lules amb el mateix nombre de cromosomes → mitosi.
    • La divisió generadora de cèl·lules amb la meitat de cromosomes → meiosi.

2. El cicle cel·lular.

• Es diferencien dues etapes:
  • Interfase:
    • Etapa inicial de llarga durada, en què la cèl·lula presenta nucli
    • És quan es fa la duplicació de l’ADN.
  • Divisió:
    • Etapa final curta, en que la cèl·lula presenta cromosomes i es formen les dues cèl·lules filles.
• Les cèl·lules de cada teixit tenen una durada de cicle propi.
  • Algunes cèl·lules, com neurones, fibres musculars estriades, glòbuls vermells i la majoria de cèl·lules de les plantes superiors, són incapaces de dividir-se o és molt difícil que ho facin un cop han assolit el seu estat de diferenciació definitiu.
  • Les alteracions en la regulació del cicle són causa de nombroses malalties.
• Períodes del cicle cel·lular:
  • Període G1 (G de l’anglès gap que significa «interval»)
    • Bioquímicament és un període molt actiu: és una fase de síntesi de biomolècules i de creixement cel·lular.
    • En algunes cèl·lules s'especialitzen → és la diferenciació cel·lular → es diu que les cèl·lules han entrat en la fase G0.
      • Posteriorment poden tornar a la fase G1, o, com les neurones o les cèl·lules musculars esquelètiques queden detingudes en el període G0.
  • Període S (S de l’anglès synthesis).
    • Es produeix la duplicació de l’ADN.
  • Període G2.
    • En aquesta fase, la cèl·lula conté el doble d’ADN que en la fase G1.
    • Se sintetitzen algunes proteïnes necessàries en la formació del fus mitòtic i histones.
  • Període M → mitosi i citocinesi (divisió cèl·lular).
  • G1+ S + G2= interfase o intermitosi (l’espai comprès entre dues divisions).
• El cicle cel·lular est controlat genèticament.
  • També la mort cel·lular: Les cèl·lules inicien un procés de mort cel·lular programada genèticament o apoptosi, que permet:
    • L' eliminació de cèl·lules que pateixen dany genètic greu.
    • Eliminar cèl·lules massa envellides que ja no fan correctament la seva funció.
    • La cèl·lula es divideix en fragments cel·lulars envoltats d’una part de la membrana plasmàtica (cossos apòptics) que són fagocitats per macròfags.

3. La mitosi i la citocinesi.

• Les dues cèl·lules filles tenen idèntica dotació cromosòmica que la progenitora.
• La divisió cel·lular inclou:
  • La divisió del nucli o mitosi (=cariocinesi)
  • La divisió del citoplasma o citocinesi.

LA MITOSI O CARIOCINESI

• La mitosi genera cèl·lules amb el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula mare.
• La paraula mitosi deriva de “mitos”, que significa «filament».
• A causa de la mitosi, en els éssers pluricel·lulars, totes les cèl·lules somàtiques tenen la mateixa dotació cromosòmica que el zigot, és a dir, que la primera cèl·lula de l’organisme.
• Per facilitar-ne l‘estudi tradicionalment s’ha dividit en quatre fases
  • Profase
    • S’inicia quan es comencen a visualitzar els cromosomes,
    • Les dues cromàtides queden unides a l’altura del centròmer.
    • Desapareix el nuclèol
    • A partir del material centriolar, que es situa als pols de la cèl·lula, es formen microtúbuls i formen el fus mitòtic.
    • A les cèl·lules vegetals, que no tenen centríols, el fus mitòtic es forma a partir del centre organitzador de microtúbuls (COM).
    • Es fragmenta l’embolcall nuclear.
    • En els cromosomes, a l’altura del centròmer, es forma el cinetocor o placa cinetocòrica, que dirigirà la posterior emigració de les cromàtides.
  • Metafase
    • Els cromosomes queden equidistants als dos complexos centriolars, a la meitat del fus mitòtic i constitueixen l’anomenada placa equatorial.
    • Molts cromosomes metafàsics, els que tenen el centròmer a la meitat o prop de la placa, presenten forma de X.
  • Anafase
    • S’inicia amb la separació de les dues cromàtides germanes dels cromosomes metafàsics.
    • A partir d’aquest moment el cromosoma anafàsic està format per una sola cromàtide.
    • Al final de l’anafase cada joc de cromosomes anafàsics arriba a un pol del fus mitòtic.
    • Els cromosomes es descondensen.
  • Telofase
    • La telofase comença quan els cromosomes es situen als pols del fus mitòtic
    • Acaba quan es forma un nou embolcall nuclear, és a dir, quan es formen els dos nuclis fills.
    • Els cromosomes s'acaben de desespiralitzar i es formen nous nuclèols.

• VARIANTS EN EL PROCÉS DE LA MITOSI
  • Després de la duplicació de l’ADN, no sempre se produeix una mitosi típica, sinó que es poden produir altres processos com:
    • Pleuromitosi.
      • És una mitosi sense ruptura de l’envoltura nuclear.
      • Els cromosomes se separen en dos grups i se produeix la divisió del nucli per constricció.
      • En alguns protozous flagel·lats.
    • Endomitosi.
      • És una duplicació de l’ADN nuclear sense repartiment posterior del material cromosòmic en dos nuclis fills, per tant no és pròpiament una divisió nuclear.
      • Generadora poliploïdia:
        • Si es separen les cromàtides formen nuclis tetraploides (4n), després octaploides (8n) i així successivament.
        • S’ha vist per exemple en protozous ciliats, fetge de mamífers, etc.
      • Generadora de politènia.
        • Si no hi ha separació de cromàtides germanes, aquestes queden juntes formant cromosomes gegants o politènics.
        • Per exemple a glàndules salivals de larves de dípters.
    • Amitosi.
      • És una divisió del nucli per estrangulació, i no hi ha repartiment equitatiu dels cromosomes.
      • El repartiment de cromosomes no és excessivament desigual perquè abans es produeix una endomitosi i cada tipus de cromosoma presenta diversos jocs.
      • Es dona per exemple a macronuclis de protozous ciliats.

LA CITOCINESI

• És la divisió del citoplasma, per a formar dues noves cèl·lules, cada una de les quals acull un dels nuclis formats recentment.
• Té lloc al final de la telofase, tot i que ja s’inicia al final de l’anafase.
• En la citocinesi es reparteixen també, entre les dues cèl·lules filles, les estructures del citoplasma com ara ribosomes, aparell de Golgi, mitocondris, etc.
• La citocinesi presenta diferències en cèl·lules animals i vegetals.
• Citocinesi en cèl·lules animals
  • Es fa per estrangulació.
  • Comença amb una invaginació de la membrana plasmàtica a l’altura del pla equatorial del fus que acaba estrangulant la cèl·lula.
• Citocinesi en cèl·lules vegetals
  • La cítocinesi es forma per un envà (es forma un tabic de separació).
  • S’inicia amb l’agrupació en el pla equatorial de la cèl·lula binucleada telofàsica, de moltes vesícules procedents de l’aparell de Golgi.
  • L’estructura formada per aquestes vesícules i els microtúbuls s’anomena fragmoplast.
  • El fragmoplast acaba dividint la cèl·lula. Posteriorment, per addició de cel·lulosa, es constitueix la paret cel·lular cel·lulòsica.

4. La meiosi.

• És el procés generador de cèl·lules amb la meitat de cromosomes.
• Compren dues divisions successives:
  • Primera divisió meiòtica (meiosi I).
    • És una divisió reduccional ja que les cèl·lules filles tenen la meitat dels cromosomes que la cèl·lula mare.
  • Segona divisió meiòtica (meiosi II).
    • És una divisió equacional ja que les cèl·lules filles tenen el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula mare.
    • Es semblant a una divisió mitòtica, però en la interfase prèvia a la segona divisió meiòtica no hi ha duplicació de l’ADN.
  • En el cas d’una cèl·lula diploide (2n):
    • En la primera divisió → dues cèl·lules haploides (n)
    • En la segona divisió → quatre cèl·lules haploides.
    • Hi ha una sola duplicació de l’ADN (només a la primera interfase) i dues divisions.
• LA PRIMERA DIVISIÓ MEIÒTICA
  • PROFASE I
    • Es constitueixen el cromosomes i els dos cromosomes homòlegs s’ajunten i formen els bivalents.
      • Es produeix un intercanvi de fragments d’ADN.
    • Es distingeixen diferents fases:
      • Leptotè
        • Els filaments d’ADN es condensen i formen els cromosomes.
        • Els filaments ja estan duplicats però no separats i els cromosomes presenten dues cromàtides.
        • Als cromosomes metacèntrics, d’un únic centròmer sorgeixen quatre braços.
      • Zigotè (fase d'aparellament dels homòlegs)
        • Cada cromosoma reconeix el seu homòleg i s’ajunten íntimament → és la sinapsi.
      • Paquitè (fase d'entrecreuament)
        • Els dos cromosomes homòlegs estan junts, formant un bivalent.
        • Dues de les quatre cromàtides, les que estan juntes, s’encreuen almenys en un punt, i generalment dos o tres.
        • L'encreuament consisteix en la ruptura de les dues dobles hèlixs i la seva posterior unió alternada → es produeix la recombinació genètica.
      • Diplotè (fase d'inici de la separació)
        • Els dos cromosomes homòlegs tendeixen a separar-se i s’evidencien els punts d’unió, anomenats quiasmes
      • Diacinesi
        • Els cromosomes augmenten la seva condensació i es distingeixen a cada homòleg les dues cromàtides germanes, a més dels quiasmes
  • METAFASE I
    • Els bivalents es col·loquen en el pla equatorial de la cèl·lula.
  • ANAFASE I
    • Els dos cromosomes homòlegs que formen els bivalents se separen i migren, cadascun constituït per dues cromàtides, cap als pols oposats.
  • TELOFASE I
    • De vegades cromosomes desespiralitzen un poc i i es forma un embolcall nuclear, que dura molt poc
    • Altres vegades els cromosomes inicien directament la meiosi II.
  • Posteriorment es produeix una citocinesi o divisió del citoplasma.
• SEGONA DIVISIÓ MEIÒTICA
  • Precedida d’una breu interfase, anomenada intercinesi, en la qual no hi ha mai duplicació d’ADN.
  • Semblant a una divisió mitòtica, però només hi ha un cromosoma homòleg cada tipus en lloc de dos.
  • Fases:
    • Profase II. Es trenca l’embolcall nuclear (si existeix) i es dupliquen els diplosomes.
    • 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, s’envolten d’un embolcall nuclear, i sorgeixen nuclis;
  • Posteriorment es produeix altra citocinesi o divisió del citoplasma.

Comparativa mitosi/meiosi

5. Reproducció sexual – asexual.

• Reproducció asexual:
  • Els descendents són genèticament iguals al progenitor.
  • Les cèl·lules del nou individu s’originen per mitosi.
• Reproducció sexual:
  • Els descendents són genèticament diferents dels seus progenitors.
  • En alguna etapa de la reproducció sexual es produeix la meiosi.

Avantatges i desavantatges de la reproducció sexual

• Avantatges:
• La variabilitat dels descendents:
  • Permet que, davant d’un canvi imprevisible de les condicions ambientals, existeixin alguns individus amb més probabilitats de sobreviure.
  • La variabilitat és deguda a diverses causes:
    • Durant la meiosi es produeix una recombinació a l’atzar dels gens
    • Durant la formació dels gàmetes o de les espores, es produeixen combinacions a l’atzar de cromosomes. Per aquest motiu els gàmetes també són diferents.
    • La fecundació també suposa una combinació a l'atzar dels gàmetes disponibles. (per exemple, dels milions d’espermatozoides emesos, tan sols un fecunda l’òvul).
• Els éssers diploides tenen dos al·lels per a cada gen, per a cada caràcter. Això és un avantatge, ja que permet contrarestar la presència d'un gen defectuós.
  • Si els al·lels defectuosos coincideixen, poden desaparèixer de la població.
• Desavantatges
  • Si l’ambient és invariable, és més "econòmic" generar individus idèntics als progenitors, ja que hi estan perfectament adaptats.
  • La reproducció sexual és més costosa i dificultosa que l'asexual.
    • La reproducció per gàmetes comporta dificultats de la trobada, d’aparellament, de fecundació, de desenvolupament embrionari...
• Segons els moments en que es produeixen la meiosis i la fecundació, es distingeixen diferents tipus de cicles biològics:
  • Haplont (a alguns protists i fongs).
  • Haplodiplont (típicament a algues i vegetals).
  • Diplont (típicament a protozous i animals).

6. La gametogènesi.

• La gametogènesi és el procés pel qual es formen els gàmetes per a la reproducció sexual.
  • L'espermatogènesi es duu a terme als testicles i dona lloc als espermatozoides.
  • L'oogènesi es produeix als ovaris i origina els òvuls.