El ciclo celular: mitosis y meiosis

Introducción

Los seres vivos crecen, reparan sus tejidos y se reproducen porque sus células se dividen. Pero una célula no puede dividirse sin más: antes tiene que duplicar su ADN, repartirlo con exactitud y dividir el citoplasma. Ese conjunto ordenado de sucesos es el ciclo celular.

En este artículo aprenderás las fases del ciclo celular, cómo es la mitosis (que produce células idénticas) y la meiosis (que produce gametos), y cómo se resuelven los problemas de recuento de cromosomas y del índice mitótico, con cinco ejemplos. Para conocer los componentes de la célula que se divide, consulta La célula: estructura y tipos; para entender qué se copia, ADN, ARN y flujo de la información genética.

1. Fases del ciclo celular

El ciclo celular de una célula humana típica dura unas 24 horas, y la mayor parte del tiempo es interfase.

• Interfase (G1, S y G2): la célula crece y duplica su ADN. Es la fase más larga: la célula no «descansa», está muy activa.
• Fase M: la división del núcleo (mitosis) y del citoplasma (citocinesis).
• G0: algunas células (como las neuronas) salen del ciclo y no se dividen.

Hay puntos de control, sobre todo al final de G1 y de G2, donde la célula comprueba que todo va bien. Si falla el control, la división descontrolada puede originar un tumor.

2. Mitosis: una célula, dos células iguales

La mitosis reparte el material genético ya duplicado en dos núcleos idénticos. Sus fases son:

Resultado: dos células hijas con el mismo número de cromosomas que la madre ($2n \to 2n$). Se produce en el crecimiento, la reparación de tejidos y la reproducción asexual.

3. Meiosis: la formación de gametos

La meiosis consta de dos divisiones seguidas con una sola duplicación del ADN, por lo que a partir de una célula diploide ($2n$) se obtienen cuatro células haploides ($n$), genéticamente distintas entre sí. Es la que produce los gametos.

• Meiosis I (reduccional): los cromosomas homólogos se emparejan y se intercambian fragmentos (entrecruzamiento o crossing-over); después se separan los homólogos. Se pasa de $2n$ a $n$.
• Meiosis II (ecuacional): se separan las cromátidas, como en una mitosis.

La variabilidad genética tiene dos fuentes: el entrecruzamiento y la distribución al azar de los cromosomas homólogos.

4. Problemas resueltos

Problema 1: una población de células

Un cultivo tiene 500 células y su ciclo dura 24 horas. ¿Cuántas habrá a las 48 horas, suponiendo que todas se dividen? ¿Y cuántas células salen de una sola célula en 72 horas?

$N = N_0 \cdot 2^n \quad\Rightarrow\quad n = \frac{48}{24} = 2 \quad\Rightarrow\quad N = 500 \cdot 2^2 = 2000\ \text{células}$

$1 \cdot 2^{72/24} = 2^3 = 8\ \text{células}$

Problema 2: cromosomas y cromátidas en la mitosis

En la especie humana, $2n = 46$. ¿Cuántos cromosomas, cuántas cromátidas y cuánto ADN (en unidades «c») hay en cada fase?

Fíjate en que en la fase S se duplica el ADN, pero el número de cromosomas no cambia: cada cromosoma pasa a tener dos cromátidas hermanas. Solo en la anafase, al separarse las cromátidas, el número de cromosomas se duplica de forma transitoria (92).

Problema 3: variabilidad en la meiosis

Una especie tiene $2n = 4$. ¿Cuántos tipos de gametos distintos puede formar por la distribución al azar de los cromosomas (sin entrecruzamiento)? ¿Y la especie humana ($n = 23$)?

$2^n = 2^2 = 4 \ \text{tipos de gametos} \qquad 2^{23} = 8\,388\,608\ \text{tipos de gametos}$

Dos gametos humanos pueden combinarse de $8\,388\,608^2 \approx 7{,}0 \cdot 10^{13}$ maneras al fecundarse, sin contar el entrecruzamiento. Esa es la razón por la que dos hermanos no son genéticamente idénticos.

Problema 4: el índice mitótico

En una preparación de la raíz de una cebolla se cuentan 200 células y 24 están en mitosis. Calcula el índice mitótico y la duración de la fase M si el ciclo dura 24 horas.

$IM = \frac{\text{células en mitosis}}{\text{células totales}} = \frac{24}{200} = 0{,}12 = 12\,\%$

$t_M = IM \cdot t_{\text{ciclo}} = 0{,}12 \cdot 24\ \text{h} = 2{,}88\ \text{h}$

El porcentaje de células que se observan en una fase es proporcional al tiempo que dura esa fase.

Problema 5: ¿mitosis o meiosis?

Indica en cada caso si se trata de mitosis o de meiosis:

• Cicatrización de una herida: mitosis (reparación de tejidos).
• Formación de espermatozoides: meiosis (gametos haploides).
• Una célula $2n = 46$ produce 4 células con 23 cromosomas: meiosis.
• Una célula $2n = 46$ produce 2 células con 46 cromosomas: mitosis.

5. Errores frecuentes

• ⚠️ Pensar que la interfase es una fase de reposo. Es la más activa: la célula crece y duplica su ADN
• ⚠️ Confundir cromosomas y cromátidas. Un cromosoma duplicado tiene dos cromátidas hermanas; al separarlas cada una pasa a ser un cromosoma
• ⚠️ Decir que en la anafase hay 46 cromosomas en una célula humana. Hay 92 por célula, porque se han separado las cromátidas
• ⚠️ Creer que la meiosis solo tiene una división. Tiene dos divisiones y una única duplicación del ADN
• ⚠️ Pensar que la mitosis genera variabilidad. Origina células hijas genéticamente idénticas a la madre

6. 📌 En 30 segundos

1. Ciclo celular: interfase (G1, S, G2) y fase M (mitosis + citocinesis).
2. En la fase S se duplica el ADN; los cromosomas pasan a tener dos cromátidas.
3. Mitosis: profase, metafase, anafase y telofase; 1 célula $2n$ → 2 células $2n$ idénticas.
4. Meiosis: dos divisiones; 1 célula $2n$ → 4 células $n$ distintas (gametos).
5. Índice mitótico = células en mitosis / células totales.

Para seguir estudiando

• ADN, ARN y flujo de la información genética
• Genética mendeliana: leyes de Mendel y problemas resueltos
• La célula: estructura y tipos