biologia del desarrollo,diferenciacion y crecimiento celular

biología del desarrollo,diferenciación y crecimiento celular
Introducción:

Entre la fecundación y el nacimiento, el organismo en desarrollo se 

lo conoce como embrión. El concepto de un embrión es 

asombrosamente único, y la formación de un embrión es el 

acontecimiento más difícil que alguna vez podrías llevar a cabo.

La biología del desarrollo estudia el comienzo 

glaconstrucción de un organismo más que su  

mantenimiento.

Es una ciencia de llegar a ser, una ciencia de procesos.

Actualmente, ésta se centra en estudiar el control genético

del crecimiento celular, diferenciación y morfogénesis, que

es el proceso que permite la aparición de tejidos, órganos y

anatomía. 

La biología del desarrollo es uno de los campos más 

extensos o interesantes y de mayor crecimiento de la 

biología, lo que aquí integra son la biología molecular, 

fisiología, biología celular, genética, anatomía, investigación 

en cáncer, neurobiología, inmunología, etc.

Las preguntas que a menudo se hacen los biólogos del 

desarrollo, son acerca de llegar a ser más que sobre ser. 

Para un biólogo del desarrollo decir que los mamíferos que 

tienen dos cromosomas sexuales de la misma clase XX son 

generalmente femeninos y que los mamíferos XY  son 

generalmente masculinos no explica la determinación del 

sexo.

Ellos quieren llegar a saber como el genotipo XX produce 

una hembra y el genotipo XY produce un macho

Durante el desarrollo, un humano u otro organismo pluricelular, llevan a cabo una sorprendente transformación, una tan impresionante como la metamorfósis de una oruga que se convierte en una mariposa. En el transcurso de horas, días o meses, el organismo pasa de ser una sola célula llamada cigoto(el producto del encuentro del óvulo y el espermatozoide), a una inmensa y bien organizada colección de células, tejidos y órganos.

A medida que el embrión se desarrolla, sus células se dividen, crecen y migran en patrones específicos para producir un cuerpo cada vez más elaborado. Para funcionar correctamente, ese cuerpo necesita ejes bien definidos (como cabeza-cola). También necesita una colección específica de órganos multicelulares y otras estructuras ubicados en los lugares correctos a lo largo de los ejes y conectados entre sí de la forma adecuada.

Las células del cuerpo de un organismo deben también especializarse en muchos tipos funcionalmente diferentes a medida que el desarrollo continúa. Tu cuerpo (o inclusive el de un recién nacido) contiene una amplia variedad de tipos celulares diferentes, desde neuronas, a células hepáticas, hasta células sanguíneas. Cada uno de estos tipos celulares se encuentra solo en ciertas partes del cuerpo—en ciertos tejidos de ciertos órganos—donde su función es necesaria.

¿Y cómo se va dando esta intricada danza celular? El desarrollo está en su mayor parte bajo el control de genes. Los tipos de células maduras del cuerpo, como las neuronas y células hepáticas, expresan diferentes conjuntos de genes, que les dan sus propiedades y funciones únicas. De la misma manera, las células durante su desarrollo también expresan conjuntos específicos de genes. Estos patrones de expresión genética guían el comportamiento de las células y les permiten comunicarse con sus vecinas, lo que coordina el desarrollo.

Todos los organismos vivos poseen como unidad fundamental de función y estructura a la célula, esta se desarrolla únicamente a partir de una célula preexistente y posteriormente la célula generada tiene vida propia. Mediante varias investigaciones y con la evolución de los instrumentos tecnológicos, se logró descubrir la parte esencial de la vida en el siglo XVII y tras la invención del microscopio se lograron determinar las células en los tejidos animales y vegetales, por último, se encontró similitud en la organización estructural de los organismos

Las células se desarrollan según el tejido al que pertenezcan , por ejemplo en tejidos epiteliales y hepáticos las células se encuentran en constante división, sin embargo, en tejidos musculares y nerviosos la división de la célula termina poco después de su nacimiento. El crecimiento de organismos microbianos en unicelulares consiste en el aumento de tamaño, mientras que en pluricelulares se da el aumento del número de células y consecuentemente el aumento de tamaño del individuo, a partir de esto las células se dividen en dos grandes grupos: eucariotas y procariotas​

Cada tipo de células tiene una forma de crecimiento diferente, no obstante, en ambas el crecimiento consiste en el aumento masa celular y modificación de los orgánulos para lograr cumplir el ciclo de vida de la célula.​ El periodo de proliferación en bacterias (procariotas) varía de acuerdo el tiempo, un estudio realizado por el Departamento de Microbiología del Instituto "Cornell University, College of Agriculture and Life Sciences" explica como las bacterias que nacen de una sola célula madre llegan a ser un grupo aproximado de 2 097 152 microorganismos en tan solo 5 horas

El ciclo celular inicia con la formación de una célula y termina con la división para formar dos células hijas, el crecimiento procarionte está conformado por tres ciclos y a diferentes tiempos. El primero de ellos es conocido como la fase C y es donde se produce la replicación del ADN, posteriormente la célula inicia el proceso de división cromosómica por fisión binaria y finalmente en la fase D se produce el proceso de separación y creación de dos nuevas células.​

El crecimiento en organismos unicelulares es estudiado a escala individual y a escala poblacional, sin embargo, las investigaciones se centran en el crecimiento de poblaciones debido a que se emplean los microorganismos para trabajar con medios de cultivos.

• Fase I o fase de latencia: En esta fase no se aumenta la concentración de células, debido a que se están ajustando a su nuevo entorno por lo que tendrán que reajustar una nueva forma metabólica para poder consumir los nutrientes.
• Fase II o crecimiento exponencial: La velocidad de crecimiento de la célula es proporcional a la concentración de las células debido a que estas se dividen con rapidez porque las rutas enzimáticas para metabolizar están en ejecución gracias a todos los nutrientes que esta le brinda.
• Fase III o estacionaria: Las células logran ocupar un espacio biológico donde la falta de nutrientes, acumulación de ácidos orgánicos, materiales tóxicos y metabolitos van a limitar su crecimiento hasta que lleguen a cero.
• Fase IV o fase de muerte celular: En esta fase ocurre una disminución en la concentración de células vivas, esto es provocado por el agotamiento de nutrientes y subproductos tóxicos.

Diferenciación de morfogénesis

La morfogénesis y la diferenciación . Proceso donde un grupo de embriones determinan las características, funciones y desarrollo de los órganos, tejidos o células de los seres vivos. - Puede tener lugar en un organismo maduro, en un cultivo de células o dentro de un tumor celular.

Es uno de los procesos principales del desarrollo en paralelo a la adquisición de la identidad, el control de la división celular, la diferenciación así como el control de la distribución espacial durante el desarrollo embrionario. En la formación de un órgano partimos de células iguales que en el tiempo se diferencian. Todo esto requiere una organización de dichos tejidos y órganos. Las propiedades que deben presentar las células que intervienen en cambios de la forma son:

• Adhesividad de la célula
• Motilidad celular (capacidad de moverse espontaneamente)
• Cotractilidad  (capacidad de contracción)

La morfogénesis también puede tener lugar en un organismo maduro, en un cultivo de células o dentro de un tumor celular. La morfogénesis asimismo, describe el desarrollo de formas de vida unicelular que no atraviesan por una etapa embrionaria en sus ciclos de vida, o describe la evolución de una estructura corporal dentro de un grupo taxonómico.

Cabe destacar que en la morfogénesis se tiene que tener en cuenta las propiedades biomecánicas de las células así como a nivel molecular, la existencia de proteínas u hormonas que regulan la adhesividad, la orientación de las divisiones celulares o la regulación de la presión osmótica y también el citoesqueleto, ya que pueden producir cambios de forma o variar su motilidad.

Los primeros estudios sobre morfogénesis fueron realizados por D’arcy Wentworth Thompson y Alan Turing, quienes se basaron en cómo las funciones relacionadas con la matemática y la física, influyen en el crecimiento y desarrollo de los embriones, en definitiva, a la activación de los mecanismos celulares y biológicos. El estudio llevado a cabo por estos investigadores, disparó otro trabajo de investigación que culminó con el descubrimiento,en 1953 a partir de datos de difracción de rayos X recogidos por Rosalind Franklin , James D. Watson y Francis Crick , de la estructura del  ADN, la biología molecular y la aparición de la bioquímica.

Estos componentes fueron de gran utilidad para el estudio de la morfogénesis. Aunque la investigación primigenia sobre morfogénesis se llevó a cabo hace casi un siglo, cuando todavía no estaba comprobado, ni siquiera se había iniciado con la etapa de hipótesis, que el núcleo de las células contenía información genética hereditaria. En 1930, el control nuclear de la morfogénesis y la interacción del núcleo con el citoplasma fue descubierta por J.Hammerling. En  los primeros estudios morfogenéticos que realizó usó diferentes especies de arbustos de la familia de las  Acetabularia . J. Hammerling utilizó dos especies distintas de Acetabularia, la A. mediterranea y la A. crenulata.

La acetabularia es un organismo unicelular muy grande , de hasta 10 cm de largo, que consta de tres partes:

• la cabeza
• el tallo
• el rizoide.

El crecimiento

El infante, en el ser humano, es el proceso biológico por el cual un niño aumenta de masa y tamaño a la vez que experimenta una serie de cambios morfológicos y funcionales que afecta a todo el organismo hasta adquirir las características del estado adulto¹​

Este aumento comienza por las propias células, pasando por tejidos, hasta llegar a órganos y sistemas. Estas estructuras, más desarrolladas, se hacen cargo de realizar el trabajo biológico más importante.

El crecimiento también se define como el aumento en el número de células de un organismo, lo que conlleva el aumento de tamaño. Es medible y cuantificable. El crecimiento se consigue por una doble acción: un aumento en el tamaño de las células del cuerpo, y un aumento en su número real.

Tanto el crecimiento como la división celular dependen de la capacidad de las mismas para asimilar los nutrientes que encuentran en el ambiente en que se desarrollan. Así, los alimentos son degradados y a partir de la energía que ellos brindan el cuerpo la utiliza para construir nuevas estructuras celulares.

la reproducción

es el primer proceso de la reproducción humana. Para que se produzca la fecundación, un espermatozoide tiene que entrar en contacto con un óvulo. Durante el acto sexual o coito, el hombre introduce el pene en la vagina de la mujer y deposita el semen. Los espermatozoides que contiene el semen avanzan de la vagina y del útero hasta llegar a las trompas de Falopio.

La fecundación se produce en las trompas de Falopio, cuando uno de los espermatozoides penetra dentro de un óvulo que se ha desprendido de un ovario. Cuando un óvulo ha sido fecundado, se forma el zigoto, que se va dividiendo en muchas células. El zigoto, o cigoto, tiene su primera división celular aproximadamente a las 30 horas después de la fecundación, en este momento se denomina estado bicelular. Luego, a las 40 h se divide en cuatro células, y a las 72 h en 8 células. Posteriormente, se forma la mórula, llamada así por su parecido celular con una mora, que está formada por 16 células denominadas blastómeros. Finalmente se origina un embrión. El embriónse fija en las paredes del útero y se inicia la gestación.

Se puede dar el caso de que, a la vez, dos espermatozoides fecunden a dos óvulos diferentes, o bien que de un mismo óvulo fecundado se formen dos embriones. En ambos casos, se producirá un embarazo de gemelos.

La integración ambiental

La Integración Ambiental (IA) se refiere principalmente a la necesidad de abordar el desarrollo de nuestra sociedad colocando la dimensión ambiental en el mismo plano de “valor” que las cuestiones económicas y sociales. Reflejando, por tanto, los temas ambientales en el diseño y puesta en marcha de las políticas públicas y, en particular, de las políticas sectoriales.

Debe ser entendida como un proceso de adaptación a los requisitos impuestos por el desarrollo sostenible. No se trata pues de un fin en sí mismo, sino de un instrumento para la consecución del desarrollo sostenible que, por su propia naturaleza, está sometido a adaptaciones progresivas a los nuevos retos que plantean los entornos político, programático, institucional, económico, social y cultural.

Además, implica un procedimiento que debe permitir la consideración de las cuestiones ambientales en la elaboración de cualquier política. Por tanto, la Integración Ambiental abarca al conjunto de las Administraciones, en un sentido integral afectando por igual a sus dimensiones vertical y horizontal y que supone trasladar las cuestiones ambientales desde la periferia al centro en la toma de decisiones. Implica, desde este punto de vista, un “nuevo saber hacer” y unos nuevos mecanismos de decisión.

Una de las principales claves del concepto de Integración Ambiental se encuentra en pensar en términos de oportunidades y no de restricciones ambientales a los objetivos de las políticas sectoriales. Esto obliga a la utilización de políticas ambientales proactivas que propicien un cambio voluntario en los patrones de producción y consumo.

Crecimiento Celular

El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que conducen al crecimiento de la célula y la división en dos células hijas. Las etapas, son G₁-S-G₂ y M. El estado G₁ quiere decir «GAP 1» (Intervalo 1). El estado S representa la «síntesis», en el que ocurre la replicación del ADN. El estado G₂ representa «GAP 2» (Intervalo 2). El estado M representa «la fase M», y agrupa a la mitosis o meiosis (reparto de material genético nuclear) y la citocinesis (división del citoplasma). Las células que se encuentran en el ciclo celular se denominan «proliferantes» y las que se encuentran en fase G₀ se llaman células «quiescentes».¹​ Todas las células se originan únicamente de otra existente con anterioridad.²​ El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula, descendiente de otra que se divide, y termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas.

Fases del ciclo celular[editar]

La célula puede encontrarse en dos estados muy diferenciados:³​

• El estado de no división o interfase. La célula realiza sus funciones específicas y, si está destinada a avanzar a la división celular, comienza por realizar la duplicación de su ADN.
• El estado de división, llamado fase M.

Interfase

Es el período comprendido entre mitosis. Es la fase más larga del ciclo celular, ocupando casi el 90 % del ciclo, transcurre entre dos mitosis y comprende tres etapas:⁴​

• Fase G₁ (del inglés Growth o Gap 1): Es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas, y durante este tiempo la célula duplica su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes, como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular. En cuanto a carga genética, en humanos (diploides) son 2n 2c.

• Fase S (del inglés Synthesis): Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unas 10-12 horas y ocupa alrededor de la mitad del tiempo que dura el ciclo celular en una célula de mamífero típica.

• Fase G₂ (del inglés Growth o Gap 2): Es la tercera fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando la cromatina empieza a condensarse al inicio de la mitosis. La carga genética de humanos es 2n 4c, ya que se han duplicado el material genético, teniendo ahora dos cromátidas cada uno.

Fase M (mitosis y citocinesis)

Es la división celular en la que una célula progenitora (células eucariotas, células somáticas -células comunes del cuerpo-) se divide en dos células hijas idénticas. Esta fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, anafase, telofase; y la citocinesis, que se inicia ya en la telofase mitótica. Si el ciclo completo durara 24 horas, la fase M duraría alrededor de 30 minutos.