El cicle cel·lular, cromosomes i cariotip

Una de les característiques que fan de les cèl·lules la forma més bàsica de vida, és que són capaces de fer les tres funcions vitals:

Nutrició, Relació i Reproducció

Respecte a la nutrició ja sabem que la realitzen mitjançant l'adquisició de matèria del medi que els envolta transformant-la gràcies a una sèrie de reaccions químiques (respiració cel·lular i/o fotosíntesis) en tot allò que la cèl·lula necessita per sobreviure.

La relació, les cèl·lules les realitzen tot captant informació de l'exterior que processen elaborant la resposta adequada en cada ocasió.

La finalitat de la reproducció és l'obtenció de noves unitats cel·lulars a partir d'una d'inicial, és a dir, les cèl·lules es reprodueixen tot fabricant una còpia de si mateixes:

Però, perquè necessita la cèl·lula reproduir-se? En els organismes pluricel·lulars la reproducció cel·lular és imprescindible en processos tals com:

• Regeneració de teixits: els teixits dels éssers vius es regeneren contínuament. Cada tipus de teixit es regenera a un ritme diferent, per exemple la pell triga 21 dies; mentre que l'epiteli de l'intestí prim són tan sols 3 o 4 dies. El fetge triga entre sis mesos i un any i les cèl·lules musculars triguen uns 15 anys en renovar-se.
• Reparació de teixits: quan succeeix un traumatisme que produeix danys al teixit, com per exemple un tall a la pell, es fa necessari una regeneració del teixit que repari els danys ocasionats.
• Creixement: Durant un temps determinat, les cèl·lules es divideixen a un ritme més elevat per tal de modificar el cos de l'individu i que adquireixi els trets característics dels individus adults de l'espècie.
• Reproducció de l'individu: La finalitat d'aquest procés és la formació de nous individus.

Podem dir doncs, que en la vida de tota cèl·lula hi ha dos fases ben diferenciades:

• Una fase intermèdia en la que la cèl·lula fa les funcions de nutrició i relació que anomenem interfase. És la fase de vida més llarga en la que el DNA està descondensat parcialment en forma de cromatina i s'està transcrivint per poder fabricar les proteïnes necessàries. Abans de finalitzar aquesta fase, el DNA es replica.
• Una fase de reproducció (fase M) en la que la cèl·lula es dividirà. En aquesta fase el DNA està completament condensat en forma de cromosomes.

Cromosomes:

Els cromosomes són estructures tridimensionals fruits de la condensació extrema del DNA. Per poder fer la divisió cel·lular es fa necessari tenir el DNA organitzat en forma de cromosomes, ja que així és més fàcil repartir el mateix número de cromosomes a cada cèl·lula filla. Hem de tenir en compte que és imprescindible replicar el DNA, per aconseguir cèl·lules filles amb la mateixa dotació de cromosomes que la cèl·lula original.

Quan observem un cromosoma hem de tenir en compte que el que estem veient és el DNA duplicat, és a dir, cada barra vertical o cromàtide, es correspon a un joc complet de DNA. Si les dos cromàtides tenen el DNA corresponent al mateix cromosoma es diu que són cromàtides germanes.

A la imatge podem veure les diferents parts d'un cromosoma:

• Telòmer: la part terminal d'un cromosoma
• Braç curt: El braç més curt del cromosoma.
• Centròmer: el punt central on s'uneixen les cromàtides germanes.
• Braç llarg: el braç més llarg del cromosoma.

Els cromosomes es classifiquen segons la mida relativa dels dos braços:

A més els cromosomes també els podem classificar en funció de si determinen el sexe biològic de l'individu o no:

• Heterocromosomes: Cromosomes que determinen el sexe biològic de l'individu. En els humans serien el cromosoma X i el cromosoma Y.
• Autosomes: La resta de cromosomes d'una espècie i que determinen característiques d'aquesta espècie.

Cada espècie doncs tindrà un o dos heterocromosomes i la resta seran autosomes. El número i les característiques dels cromosomes són determinatives per a cada espècie i a aquest mapa se li anomena cariotip:

• Cariotip: És el patró cromosòmic d'una espècie, ordenat d'una forma determinada, que expressa les característiques dels cromosomes i que és únic per a cada espècie.

En el cariotip següent podem identificar els 22 parells d'autosomes dels humans i al final, veiem els dos heterocromosomes, en aquest cas serien 2 cromosomes X que determinarien que es tracta d'una femella. 

Un altre exemple de cariotip ben conegut és el de la Drosophila Melanogaster, la mosca de la fruita amb només 4 cromosomes:

A nivell cel·lular, la relació entre el número de cromosomes de la cèl·lula original i les cèl·lules filles també permet fer una sèrie de classificacions:

La gran majoria de les cèl·lules humanes són cèl·lules que tenen la meitat de cromosomes originaris d'un progenitor i l'altre meitat originaris d'un altre progenitor. És a dir, cada cèl·lula del nostre cos té la meitat de cromosomes de la nostra mare i l'altre meitat del nostre pare. En el cas dels humans 23 cromosomes del pare i 23 cromosomes de la mare, en total 46 o 23 parells. A aquestes cèl·lules que tenen dos jocs complets de cromosomes s'anomenen cèl·lules diploides.

• Cèl·lules diploides: Són aquelles cèl·lules que tenen la mateixa dotació cromosòmica que l'individu (2n cromosomes)

Però com és possible? Si quan una cèl·lula es divideix replica el seu DNA per tenir cèl·lules filles iguals a les cèl·lules originals com podem tenir la meitat de cromosomes del nostre pare i l'altre meitat de la nostre mare? No hauríem de tenir el doble de cromosomes? Però si tenim el doble seguim sent humans?

La clau està en una forma de divisió cel·lular que permet reduir a la meitat el número de cromosomes i generar el que s'anomenen cèl·lules haploides:

• Cèl·lules haploides: són aquelles cèl·lules que tenen la meitat de dotació cromosòmica que l'individu (n cromosomes)

Aquestes cèl·lules són produïdes per un òrgans on es situen les anomenades cèl·lules germinals, és a dir, cèl·lules diploides que s'encarreguen de fabricar els gàmetes (òvuls i espermatozous) que serviran per a la reproducció sexual dels individus de l'espècie. Així doncs, els gàmetes o cèl·lules sexuals són cèl·lules haploides, amb la meitat de cromosomes, produïdes amb la finalitat de la reproducció sexual. Ja que sols si tenen la meitat de cromosomes podem mantenir la dotació cromosòmica característica de cada espècie.

La resta de cèl·lules del cos dels organismes pluricel·lulars, és a dir, totes aquelles cèl·lules que no són productores de gàmetes, són cèl·lules diploides que en reproduir-se produeixen també cèl·lules diploides. S'anomenen cèl·lules somàtiques.