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BIOLOGIA MENCIN BM-11
D I V I S I N C E L U L A R I
MITOSIS MEIOSIS
Clula progenitora
Profase
Metafase
Anafase
Telofase
Clulas
de la mitosis
2n 2n
Las cromtides
hermanas se separan
durante la anafase
Cromosomas
situados
en la placa
metafsica
Replicacin
cromosmica Cromosomas duplicados
(dos cromtides hermanas)
Replicacin
cromosmica
2n = 6
Ttrada formada por la
sinapsis de los
cromosomas homlogos
Ttradas
ubicadas
en la placa
metafsica
MEIOSIS I
MEIOSIS II
Anafase I
Telofase I
Metafase I
Clulas hijas
de la meiosis I
Clulas hijas de la meiosis II
n n n n
Los homlogos
se separan
durante la
anafase I;
las cromtides
hermanas
permanecen
juntas
(antes de la replicacin cromosmica)
Las cromtides hermanas se separan durante la anafase II
Quiasma (sitio del
entrecruzamiento
2
Sabas que...?
Las clulas diferenciadas de algunos tejidos, por ejemplo, las neuronas del sistema
nervioso, no pueden experimentar divisin celular in vivo (poblaciones celulares estticas
o terminalmente diferenciadas); en el otro extremo se sitan las poblaciones celulares
regenerantes, como las clulas del epitelio intestinal o de la epidermis, que sufren
continuos ciclos de divisin celular durante toda la vida del organismo. En medio, hay
otras clulas, por ejemplo, los hepatocitos (clulas del hgado), que no suelen
experimentar divisin celular, pero que mantienen la capacidad de llevarla a cabo cuando
surge la necesidad (poblaciones celulares estables o proliferantes facultativas).
INTRODUCCIN
"Omnis cellula e cellula": Todas las clulas provienen de otras clulas pre-existentes. As Rudolf
Virchow completaba, en 1858, la teora celular. Posteriormente, en 1860, Pasteur ampla el
aforismo sealando: Omne vivum e vivo" (todo lo vivo proviene de lo vivo) y refuta definitivamente la idea de la generacin espontnea. Al respecto, hoy sabemos que todos los
organismos vivos utilizan la divisin celular, como mecanismo de reproduccin, mecanismo de
desarrollo, formacin de rganos, reparacin de tejidos y crecimiento del individuo.
Los organismos unicelulares utilizan la divisin celular para la
reproduccin y perpetuacin de la especie, una clula se divide en dos
clulas hijas genticamente idnticas entre s e iguales a la original
(progenitora), manteniendo el nmero cromosmico y la identidad
gentica de la especie. En cambio, en los organismos pluricelulares la
divisin celular se convierte en un proceso cclico destinado a la
produccin de mltiples clulas, todas idnticas entre s, pero que
posteriormente pueden derivar en una especializacin y diferenciacin
dentro del individuo. Lo anterior permite la formacin de distintos
tejidos, rganos y sistemas. Es as como en los seres humanos podemos
encontrar unas 1014 clulas, todas originadas por divisiones sucesivas
de una clula progenitora, el cigoto, todas genticamente iguales, pero
diferentes en morfologa y funcin. Cmo podras explicar esta
aparente contradiccin, clulas idnticas genticamente y diferentes en
forma y funcin?
El axioma de Rudolf Virchow, lleva implcito el concepto de divisin celular. Esto significa que, una
vez terminado su desarrollo, toda clula tiene dos posibilidades: dividirse hasta alcanzar un cierto
tamao o, por el contrario, diferenciarse o morir si ha perdido la capacidad de divisin. En el primer
caso se habla de ciclo celular para describir el proceso que se inicia al trmino de una divisin
celular y acaba con el final de la siguiente divisin, en la que se habrn formado dos nuevas clulas.
Dicho de otro modo, el ciclo celular es la serie de eventos que transcurren desde que una
clula se forma por divisin de una preexistente hasta que se divide y da origen a dos
clulas hijas.
La caracterstica que mejor distingue a los
organismos vivos de
la materia no viva es:
la capacidad de
reproducirse
Esta nica capacidad de procrear, como
todas las funciones
biolgicas, tiene una
base celular
3
1. DIVISIONES CELULARES
En los procariontes el proceso de divisin es sencillo y recibe el nombre de fisin binaria o simple
biparticin. En cambio, en los eucariontes el proceso divisional es mucho ms complejo, debido a
que en los eucariontes el ADN est organizado en forma de cromatina, la que se compacta antes
de llevarse a efecto la divisin del material gentico propiamente tal, formando unidades
denominadas cromosomas. A pesar de las diferencias observadas entre procariontes y
eucariontes, existen numerosos puntos en comn entre la divisin celular de ambos tipos de
clulas. Todas las clulas deben pasar por cuatro etapas.
1. Crecimiento
2. Duplicacin del ADN.
3. Separacin del ADN.
4. Formacin de clulas "hijas" con lo que finaliza la divisin celular.
Divisin en procariontes
Los procariotas se reproducen tpicamente por fisin binaria o simple biparticin. Una clula "madre"
duplica su material gentico y celular, que se reparte equitativamente dando lugar a dos clulas "hijas"
genticamente idnticas a la original. Se trata de una reproduccin asexual. Luego de numerosas
multiplicaciones a partir de una clula, se obtiene un clon o colonia de clulas iguales. En este caso, los
genes se transfieren verticalmente, de generacin en generacin, de la clula madre a las clulas hijas.
Figura 1. El material gentico se reparte equitativamente entre las clulas hijas de las clulas procariontes, gracias a una estructura membranosa denominada mesosoma que forma parte de la membrana.
Reproduccin
asexual
Las bacterias se multiplican por biparticin o divisin binaria, tras la
replicacin del ADN, que est dirigida por la ADN polimerasa de los
mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal
que separa las dos nuevas bacterias (Simple divisin).
cromosoma
Replicacin
mesosoma
divisin
4
Divisin en eucariontes
La divisin celular en eucariontes es un proceso complejo, regulado por numerosos genes. En
general, cuando una clula eucarionte es estimulada para dividirse, sta debe iniciar una serie de
procesos secuenciales, que en definitiva culminan con la divisin celular. Dado que esta secuencia
de procesos siempre debe darse, se habla de un ciclo celular (Figura 2). As, toda vez que una
clula es estimulada para dividirse repite paso a paso lo experimentado por las clulas que a su
vez la originaron. Es importante recordar, que las clulas originadas en estas divisiones son
genticamente idnticas entre s e idnticas con las clulas precursoras (progenitoras). Por esto,
puede afirmarse que las clulas formadas constituyen clones de las clulas anteriores.
Figura 2. Ciclo Celular.
La duracin del ciclo celular es variable, dependiendo del tipo de clula, de los nutrientes y de la
temperatura. Por ejemplo, en condiciones ptimas de cultivo, una ameba tiene un ciclo celular de
unas 10 horas, un ciliado de 2-3 horas y clulas de mamfero, en promedio, unas 24 horas.
El ciclo vital de una clula se divide en dos fases muy definidas:
Interfase.
Divisin nuclear o fase M.
Citocinesis.
FASE M CITOCINESIS
INTERFASE
Mitosis Citocinesis
interfase profase metafase anafase telofase
Replicacin del ADN
5
INTERFASE
La interfase es de gran importancia para el adecuado desarrollo del ciclo celular. No es un
momento de reposo, pues en ella tiene lugar una gran actividad metablica, caracterizada por
la sntesis de importantes tipos de macromolculas e incluso la duplicacin de organelos celulares.
La interfase se puede subdividir para su estudio en tres periodos: G1, S y G2.
Figura 3. Interfase.
G1: este periodo sigue a la mitosis anterior y corresponde a la fase de crecimiento celular. No se aprecian los cromosomas, ya que el material gentico se encuentra disperso en el interior
del ncleo celular en forma de cromatina (ADN asociado a mltiples tipos de protenas de las
que sobresalen las Histonas). Los genes se transcriben de acuerdo con los requerimientos
metablicos que presenta la clula en cada momento. En el citoplasma se suceden los
diferentes procesos metablicos y los organelos celulares se multiplican, mientras la clula
crece.
Es en G1, una vez que la clula ha crecido, donde deber decidir si inicia un nuevo camino que la lleve a volver a dividirse o bien, se encamine hacia un estado no proliferativo (llamado
estado G0). Este ltimo estado se caracteriza por la adquisicin de funciones especficas de
cada tipo de tejido en el individuo pluricelular (diferenciacin celular). Si la clula es estimulada
para iniciar un nuevo proceso divisional, la clula inicia las sntesis de sustancias que se
requerirn en la siguiente fase.
No hay sntesis de ADN, s puede haber reparacin del DNA daado.
S: Es el perodo de sntesis de ADN. En l, la doble hlice se abre en diversos puntos (horquillas de replicacin) donde se inicia la sntesis del ADN (replicacin del ADN).
G2: periodo que antecede a la mitosis. En este periodo el ADN ya est duplicado, es decir, la clula contiene el doble de ADN que una clula en estado G1. Adems, al final de este perodo
se inicia un lento pero sostenido empaquetamiento que conducir, durante la mitosis, a la
formacin de los diferentes cromosomas.
Tambin existe reparacin del DNA daado y comienza la sntesis de protenas necesarias para
la conformacin de la cromatina que inicia lentamente su enrollamiento y compactacin.
Centriolos duplicados
ADN duplicado
membrana Envoltura nuclear
Nuclolo
6
Duplicacin cromosmica y distribucin durante la divisin celular.
La clula eucarionte se prepara para dividirse duplicando cada uno de sus cromosomas, esto ocurre en la interfase, periodo S.
Luego las copias de cada cromosoma se distribuyen entre las dos clulas hijas durante la divisin celular (M y citoquinesis o citodiresis)
0.5 m Una clula eucarionte
tiene mltiples
cromosomas, uno de
los cuales est
representado aqu.
Antes de la duplicacin,
cada cromosoma tiene
una nica molcula de
DNA.
Una vez duplicado un
cromosoma se compone
de dos cromtides
hermanas conectadas
en el centrmero. Cada
cromtide contiene una
copia de la molcula de
DNA.
Procesos mecnicos
separan las
cromtides hermanas
en dos cromosomas y
los distribuyen en dos
clulas hijas.
Centrmeros Cromtides hermanas
Cromtides hermanas
Separacin
de cromtides
hermanas
Centrmero
Duplicacin
cromosmica
(incluye sntesis
de DNA)
7
FASE M
Es la ltima etapa de ciclo celular y culmina produciendo a la vez dos sucesos; mitosis y
citocinesis, en la que los cromosomas y el contenido citoplasmtico (organelos) se distribuyen
equitativamente entre las clulas hijas. En esta fase no se aprecia actividad metablica, la
clula est comprometida con la divisin.
La Mitosis corresponde a la divisin del ncleo, por ello es importante recalcar que una clula
no se divide por mitosis, sino que en la divisin celular el material gentico primero se reparte
equitativamente y ese proceso recibe el nombre de mitosis. Recuerda que puede haber mitosis y
no citodiresis, en cuyo caso no ha existido divisin celular.
Aunque la mitosis es un proceso continuo se acostumbra a dividirlo para su estudio y
reconocimiento en cuatro fases distintas llamadas: profase, metafase, anafase y telofase (Figura 4).
Se puede destacar que aunque el estudio lo haremos en una clula animal, este proceso se
produce de una manera similar en las clulas de otros tipos de eucariontes, incluidos vegetales.
Figura 4. Fases de la mitosis.
Se inicia la
CITOCINESIS
PROFASE
huso aster
centrmero
Envoltura
Nuclear
desorganizada cinetocoro
microtbulos
del huso
huso
placa metafsica constriccin
cromtidas polo huso
envoltura
nuclear
en formacin
cromosoma (dos cromtidas)
METAFASE ANAFASE TELOFASE
Temprana Tarda
8
a) Profase
Es la fase ms larga y en ella suceden una serie de fenmenos tanto en el ncleo como en el
citoplasma. La envoltura nuclear empieza a fragmentarse y los nuclolos van desapareciendo
progresivamente (Figura 5).
Figura 5. Profase.
Durante la mayor parte de la vida de una clula eucarionte, el ADN se encuentra confinado en el
ncleo asociado a protenas y ARN, constituyendo cromatina. Sin embargo, cuando las clulas
estn en divisin, la cromatina se compacta formando estructuras discretas visibles al
microscopio, los cromosomas. La compactacin de la cromatina es tal que el cromosoma es
aproximadamente 10.000 veces ms corto que la macromolcula de ADN que contiene.
Puesto que el ADN se duplic en el periodo S de la interfase, cada cromosoma est formado por
dos cromtidas, las que se mantienen unidas por el centrmero. Cada cromtida est constituida
por una fibra de cromatina idntica a la de la otra cromtida. Cada fibra de cromatina porta una
macromolcula de ADN bicatenario.
En las clulas animales un par de centriolos (ubicados en el centrosoma) se han duplicado en
interfase (fase S y G2) y han dado lugar a dos pares de centriolos que constituirn los focos de los
steres (distribucin radial de microtbulos). Los dos steres que al principio estn juntos se
separan a polos opuestos de la clula y los haces de microtbulos se alargan y forman un huso
mittico o huso acromtico bipolar.
Las clulas vegetales no tienen centriolos y el huso acromtico se forma a partir del centrosoma
acentriolado. Estos husos sin centrolo se llaman husos anastrales y estn menos centrados en
los polos. En este punto, es importante hacer notar que en las clulas animales, en las que se han
destruido los centrolos, la mitosis se lleva a efecto normalmente.
centrmero con
cinetocoros unidos
envoltura nuclear intacta
citoplasma
cromosomas en condensacin con dos cromtidas unidas al centrmero
centrosomas separados
que formarn los polos
del huso
La envoltura nuclear se desorganiza
centrmero con cinetocoros unidos
nuclolo en dispersin
membrana plasmtica
envoltura nuclear intacta
9
centrosoma
(polo del huso)
cinetocoro
microtbulos astrales microtbulos cinetocricos microtbulos apolares
0,5
los microtbulos cinetocricos
se acortan a medida que la
cromtida (cromosoma) es
arrastrada hacia los polos
microtbulo polar
alargndose
microtbulo
cinetocrico
acortndose
microtbulo astral
Se organiza la
envoltura nuclear
Duplicacin
cromosmica
(Fase S)
Centrmero
Separacin de
cromtidas
hermanas
Cromtidas
hermanas
b) Metafase
El huso mittico ya est perfectamente desarrollado. Los cinetocoros de los cromosomas
interaccionan por medio de unos microtbulos con los filamentos del huso y los cromosomas son
alineados en la placa ecuatorial de la clula o placa metafsica. En esta fase los cromosomas
se encuentran todos en la zona ecuatorial, orientados perpendicularmente a los microtbulos que
forman el huso acromtico constituyendo la denominada placa ecuatorial (Figura 6).
Figura 6. Placa ecuatorial.
c) Anafase
Los cinetocoros se separan y cada cromtida es arrastrada hacia un polo de la clula. El
movimiento se produce por un desensamblaje de los microtbulos, fundamentalmente a nivel de
los cinetocoros. Al desplazarse cada cromtida, sus brazos se retrasan formando estructuras en V
con los vrtices dirigidos hacia los polos (Figura 7).
Figura 7. Anafase.
d) Telofase
Los cromosomas son revestidos por fragmentos del retculo endoplasmtico que terminarn
soldndose para constituir la envoltura nuclear. Poco a poco los cromosomas van desenrollndose y se desfiguran adquiriendo el ncleo un aspecto cada vez ms interfsico, los
nuclolos comienzan a reaparecer. Los microtbulos del huso se agrupan en haces por la aparicin
en la regin media de cilindros de una sustancia densa y pierden sus conexiones con los polos.
Finalmente los cilindros se fusionan en un solo haz y la clula se divide en dos.
10
CITOCINESIS
La divisin del citoplasma se inicia ya al final de anafase y contina a lo largo de la telofase. Se
produce de manera distinta en las clulas animales y en las vegetales. En las clulas animales
tiene lugar por simple estrangulacin de la clula a nivel del ecuador del huso. La estrangulacin
se lleva a cabo gracias a protenas ligadas a la membrana que formarn un anillo contrctil (Figura 8).
En las clulas vegetales aparece un sistema de fibras formado por microtbulos en forma de
barril: el fragmoplasto. En su plano ecuatorial se depositan pequeas vesculas que provienen de
los dictiosomas del aparato de Golgi. Estas vesculas contienen sustancias pcticas que formarn
la lmina media. Todo ello crece de dentro a fuera. La divisin no es completa entre ambas
clulas hijas, mantenindose algunos poros de comunicacin: los plasmodemos. Posteriormente
se depositan el resto de las capas que forman la pared celular. Es ms, cada clula hija depositar
a su alrededor una nueva pared celular. Las paredes celulares de las clulas vegetales se estiran y
se rompen permitiendo a las clulas hijas crecer (Figura 9).
2. CROMOSOMAS Y ADN DURANTE EL CICLO CELULAR
Cuando una clula se encuentra en mitosis, el ncleo se desorganiza y se visualizan los
cromosomas, en cambio, durante la interfase o en estado de reposo proliferativo (fuera del ciclo
celular: G0), las clulas presentan un ncleo bien definido y es imposible observar cromosomas.
Sin embargo, esta situacin puede modificarse en el laboratorio, obligando a una clula en interfase a condensar su ADN y formar cromosomas (Figura 10).
Figura 9. Citocinesis de clula vegetal.
G1
G2
Figura 8. Citocinesis de clula animal.
par de centriolos que
identifican la localizacin
del centrosoma
anillo contrctil que genera
el surco de segmentacin
envoltura nuclear completa
que rodea los cromosomas
en descondensacin
reparacin del nuclolo
cuerpo medio: regin de
soplamiento de microtbulos
restos comprimidos de los
microtbulos polares del huso
nueva formacin del
conjunto de microtbulos
interfsicos nucleados
por el centrosoma
11
Figura 10. Cromosomas inducidos en distintas etapas de la interfase.
Como se aprecia en el esquema anterior, si una clula en fase G1 es obligada experimentalmente a formar cromosomas (cromosomas inducidos), stos se aprecian alargados y
formados por una sola cromtida. Recuerda que los cromosomas formados en profase estn constituidos por dos cromtidas (cromosomas dobles). Podramos decir que la cantidad de cromosomas formados en G1 coincide con la cantidad de macromolculas de ADN (un
cromosoma una macromolcula de ADN). Esta situacin cambia en G2, en la cual los cromosomas inducidos se parecen a los formados naturalmente en mitosis (poseen dos
cromtidas) Figura 11. As, en G2 cada cromosoma inducido est constituido por dos
macromolculas de ADN (un cromosoma dos macromolculas de ADN).
Figura 11. Estructura de un cromosoma eucarionte.
Clula
mittica
Clula en
fase G1
Clula
mittica
Clula
en fase S
Clula
mittica
Clula
fase G2
Cromosomas
inducidos en G1 Cromosomas
inducidos en S
Cromosomas
inducidos en G2
12
Figura 13. Un organismo diploide posee dos alelos ubicados en un par de cromosomas homlogos.
El nmero de cromosomas por clula es igual al nmero de centrmeros y el nmero de
molculas de ADN equivale al nmero de cromtidas (Figura 12).
Figura 12. Comparacin del nmero de cromosomas y de molculas de ADN durante el curso del ciclo celular.
3. PLOIDA
Si se preguntara, cuntos cromosomas podemos
observar en una clula humana de mujer en
metafase?, la respuesta sera 46, lo cual no sera
sorpresa. Pero, si la pregunta fuera, en trminos
coloquiales, cuntos cromosomas diferentes
podemos encontrar en aquella clula?, la respuesta
sera otra, en este caso diramos 23. Por qu dos
respuestas distintas? Para entender esto, tendremos
que tener en cuenta que una clula humana lleva
duplicada su informacin gentica, diramos que sus
cromosomas estn literalmente repetidos. Portamos
para cada tipo de cromosomas dos unidades, una
materna y otra paterna (cromosomas homlogos).
En general los dos cromosomas de un par homlogo
se parecen en su estructura y tamao y cada uno
contiene informacin gentica para el mismo conjunto
de caractersticas hereditarias. Por ejemplo si un gen
de un cromosoma particular codifica una caracterstica
como el color del cabello otro gen denominado alelo
en la misma posicin (locus), en su cromosoma
homlogo tambin codifica el color del cabello, sin
embargo no es necesario que los alelos sean
idnticos: uno puede determinar el cabello negro y el
otro alelo el cabello rubio (Figura 13). Como se
observa si una clula posee doble informacin
gentica es diploide (2n) pero no todas las clulas eucariontes son diploides: las clulas
reproductoras como los vulos y los espermatozoides poseen un solo conjunto de cromosomas
clulas denominadas haploides (n). Las clulas haploides poseen una sola copia de cada gen.
13
4. VARIACIN DE LA CANTIDAD DE ADN (c) DURANTE UN CICLO CELULAR.
Anteriormente se hizo hincapi que una misma clula puede mantener la cantidad de cromosomas
(mantener la ploida) y sin embargo, ver modificado su contenido de ADN (Figura 14).
Figura 14. Cantidad de ADN durante el ciclo celular.
Cariotipos Para estudiar la constitucin cromosmica de un individuo, y, por extensin, la de
la especie a la cual pertenece, los cromosomas son fotografiados a partir de clulas
detenidas en metafase, la fase ms adecuada para la observacin de los
cromosomas. Para ello se rompe la clula, por ejemplo: mediante choque osmtico,
los cromosomas se tien, se aplastan para que se extiendan y a continuacin se
fotografan, se ordenan de mayor a menor tamao en parejas de homlogos. Luego
se usa un segundo criterio que corresponde a la ubicacin del centrmero y
finalmente los pares homlogos se enumeran, en este ejemplo, del 1 al 22 los
pares de cromosomas autosmicos y sin numerar el par sexual. Este ordenamiento
se denomina cariotipo.
14
En rigor, la cantidad de ADN de una clula se expresa en masa (picogramos, pg).
Las clulas que se encuentran en G1 o que se encuentran en reposo proliferativo (G0), formaran,
si fuesen inducidos, cromosomas simples. En consecuencia, por cada cromosoma habra una
macromolcula de ADN. En la especie humana, por ejemplo, 46 cromosomas y 46
macromolculas de ADN. Diramos que por cada n habra un nmero idntico de ADN, que llamaremos c. Luego como la clula humana es diploide es 2n y tendra, 2c en cantidad de ADN. Sin embargo, esto puede cambiar, dado que durante la fase S se duplica la cantidad de ADN
y no se altera la cantidad de cromosomas. As, en G2 se induciran cromosomas de aspecto similar
a los formados en Profase, cromosomas dobles; es decir, en G2 por cada n habr 2c, por consiguiente diramos que estamos en presencia de una clula 2n y 4c.
5. CONTROL DE LA DIVISIN CELULAR
Durante el proceso de divisin celular la clula pasa por al menos tres puntos de control
(checkpoints). Estos puntos son responsables de verificar la integridad del material gentico,
reparando daos producidos durante la sntesis de ADN o durante la mitosis (figura 15), ellos son:
Punto de control G1, en este punto el sistema de control de la clula pondr en marcha el
proceso que inicia la fase S. El sistema evaluar la integridad del ADN (que no est daado), la
presencia de nutrientes en el entorno y el tamao celular. Aqu es donde generalmente actan las
seales que detienen el ciclo (arresto celular).
Punto de control G2, en l se pone en marcha el proceso que inicia la fase M. En este punto, el
sistema de control verificar que la duplicacin del ADN se haya completado (que no est
daado), si es favorable el entorno y si la clula es lo suficientemente grande para dividirse.
Punto de control de la Metafase o del Huso, verifica si los cromosomas estn alineados
apropiadamente en el plano metafsico antes de entrar en anafase. Este punto protege contra
prdidas o ganancias de cromosomas.
Figura 15. Puntos de Control e Ingreso de la informacin reguladora al Sistema de Control del Ciclo Celular.
Entrada en M Salida de M
Punto de control G2
Est todo el ADN replicado? maquinaria de la replicacin del ADN
Es favorable el entorno? entorno
Es la clula bastante grande? crecimiento celular
Punto de control de la
Metafase
Estn todos los cromosomas
alineados en el huso?
maquinaria de la mitosis
Punto de control G1
Es la clula bastante grande?
crecimiento celular
Es favorable el entorno?
Inicio
15
6. CNCER
El cncer no es una enfermedad, sino ms bien muchas enfermedades, de hecho, hay 100 tipos
diferentes de cncer. Estos diferentes tipos de cncer se desarrollan a partir de clulas normales,
proceso que se denomina transformacin. El primer paso de ste es la iniciacin en donde un
cambio en el material gentico de la clula la prepara para ser transformada en cancerosa. Este
cambio es causado por un agente carcingeno el que puede ser un producto qumico, un virus,
radiacin o luz solar, etc., pero no todas las clulas son igualmente sensibles a los agentes
carcingenos. Una alteracin provocada por un agente a nivel gentico en la clula, conocido
como promotor, pueden aumentar la posibilidad de que las clulas se conviertan en cancerosas. El
siguiente paso es la promocin, donde una clula que ha iniciado su cambio se transforma en
cancerosa. La promocin no tiene efecto sobre las clulas que no han sido sometidas al proceso
de iniciacin. Por lo tanto, son necesarios varios factores, a veces la combinacin de una clula
sensible y un agente cancergeno para causar el cncer.
Las clulas tumorales presentan un set especfico de caractersticas que las distinguen de las
clulas normales. Estas caractersticas le permiten a cada clula individual formar una masa de
tumor y eventualmente invadir a otras partes del cuerpo.
Las clulas tumorales experimentan cambios morfolgicos y estructurales.
Generalmente son ms redondeadas que las normales, porque se han alterado las molculas
de adhesin celular que posibilitan las uniones intercelulares. La reducida adhesividad
intercelular y las alteraciones en el citoesqueleto contribuyen a sus cambios morfolgicos.
Las clulas cancerosas tienen un ndice mittico elevado, es decir se dividen con mayor
rapidez que las normales. Estas se multiplican en ausencia de factores estimulantes del
crecimiento, requeridos por las clulas normales para su proliferacin. Sin embargo, las clulas
cancerosas sintetizan sus propios factores de crecimiento que actan en forma autocrina y
paracrina, estimulando las clulas tumorales circundantes. Por lo tanto se ha producido en
ellas una alteracin del ciclo celular, con modificacin de los reguladores naturales de la
mitosis. Esto se evidencia en cultivos in vitro de clulas tumorales, las cules han perdido la
inhibicin por contacto.
Protena p53, el guardin del genoma
Como hemos mencionado en los prrafos precedentes, tanto en el punto de control G1 como G2
se verifica la integridad del ADN. Ante la presencia de ADN daado se genera una seal que
retrasa la entrada en fase M. El mecanismo depende de una protena llamada p53, que se
acumula en la clula en respuesta a las alteraciones de ADN, deteniendo el sistema de control
en G1 y por lo tanto impidiendo la posterior entrada en mitosis. El gen p53 es uno de los genes
supresores de tumores ms conocidos, que no solo detiene el ciclo (arresto celular), sino
tambin participa en la apoptosis (muerte celular programada) forzando a las clulas al
suicidio cuando el dao en el ADN es irreparable.
Las clulas que presentan los dos alelos del gen p53 mutados (recuerda que somos
diploides), tendrn protena p53 no activa y por lo tanto continuarn dividindose a pesar del
dao en su genoma, por lo tanto desarrollarn cncer. Las mutaciones del gen p53 presenta
una alta incidencia en la mayora de los cnceres humanos (aproximadamente un 50% de los
cnceres humanos muestran alteraciones en el gen p53).
16
Existe una relacin ncleo citoplasmtica elevada, con nuclolos prominentes.
Las clulas tumorales malignas pueden desprenderse del tumor primario, pasar a la circulacin
y formar tumores secundarios en otros rganos, fenmeno denominado metstasis.
Las clulas cancerosas son angiognicas, es decir que generan factores que inducen la
formacin de nuevos vasos sanguneos a fin de suministrarle los recursos materiales y
energticos para su desarrollo y metstasis secundarias.
No todos los tumores son cancerosos. Los tumores pueden ser benignos o malignos. Los tumores
benignos no son cancerosos. Generalmente se pueden extraer (extirpar). En la mayora de los
casos, estos tumores no vuelven a crecer. Las clulas de los tumores benignos no se diseminan o
riegan a otros tejidos o partes del cuerpo. En cambio los tumores malignos son cancerosos. Las
clulas en estos tumores pueden invadir el tejido a su alrededor y diseminarse (regarse) a otros
rganos del cuerpo (Metstasis) (Figura 16 y 17).
Figura 16. Cncer de mamas: desde la formacin del tumor hasta la propagacin (metstasis).
Bases Genticas del Cncer
El cncer puede aparecer al provocarse daos en el material gentico o mutaciones en un grupo
de genes que regulan la normal reproduccin celular. Cuando se producen mutaciones en los
protooncogenes, se transforman en oncogenes. Adems estn los genes supresores o
inhibidores de tumores llamados antioncogenes, los que se inactivan. Tambin se altera el
funcionamiento de una serie de genes que regulan la migracin celular y por lo tanto, se
promueven la invasin a los tejidos.
17
RESUMEN BASES GENTICAS DEL CNCER Protooncogenes
Promueve el crecimiento y divisin celular Mutaciones Oncogenes
Antioncogenes Inhiben la formacin de tumores
Mutaciones Se inactivan
Genes
Reguladores de la
migracin celular
Mutaciones
Promueven
Metstasis
Figura 17. Apoptosis, tumores cancerosos y metstasis.
Eliminacin espontnea de clulas anormales (apoptosis) represin del cncer
Clulas normales
Tumor local
Clulas que migran a otros rganos pudiendo provocar tumores secundarios
Clula cancerosa (mitosis aceleradas)
Agentes cancerigenos (virus, rayos X, hidrocarburos, tabaco, etc.
Metstasis
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Causas del Cncer
Estn los factores hereditarios y los ambientales. Menos del 20% de los cnceres son de causa
hereditaria y casi un 80% de esta patologa son de causa ambiental (virus, radiaciones,
alimentaria, etc.). A continuacin se presenta una tabla que resume los factores causantes del
cncer.
Factores Caractersticas
Hereditarios
En algunos, la fragilidad intrnseca cromosmica conlleva un riesgo
elevado de cncer. Algunas formas de cncer son de mayor frecuencia
familiar; como por ejemplo el cncer de mama. El cncer de colon es
ms frecuente en las familias con tendencia a presentar plipos de
colon.
Ambientales
Virales: Los virus oncognicos pueden insertar sus genes en
diferentes lugares del genoma animal. Un oncogen viral se inserta en
conexin con un oncogen celular, influye en su expresin e induce
cncer.
Los oncogenes tienen una localizacin dentro del cromosoma prximos
a los puntos frgiles o puntos de ruptura.
En el ser humano: el virus de Epstein-Barr se asocia con el linfoma
de Burkitt y los linfoepiteliomas; el virus de la hepatitis con el
hepatocarcinoma; y el virus herpes tipo II, virus del herpes
genital y virus papiloma humano con el carcinoma de crvix.
Todos estos virus asociados a tumores humanos son del tipo DNA.
Radiaciones: Las radiaciones ionizantes produce cambios en el
DNA, como roturas o trasposiciones cromosmicas Acta como
iniciador de la carcinognesis, induciendo alteraciones que progresan
hasta convertirse en cncer despus de un periodo de latencia de
varios aos.
Productos Qumicos: Algunos actan como iniciadores. Los
iniciadores producen cambios irreversibles en el DNA.
Otros son promotores, no producen alteraciones en el DNA, pero s
un incremento de su sntesis y una estimulacin de la expresin
de los genes. Su accin solo tiene efecto cuando ha actuado
previamente un iniciador, y cuando actan de forma repetida. El humo
del tabaco, por ejemplo, contiene muchos productos qumicos
iniciadores y promotores. El alcohol es tambin un importante
promotor. Los carcingenos qumicos producen tambin roturas
y translocaciones cromosmicas.
El humo de tabaco, inhalado de forma activa o pasiva; es responsable
de cerca del 30% de las muertes por cncer.
Inmunes: Algunas enfermedades o procesos que conducen a una
situacin de dficit del sistema inmunolgico son la causa del
desarrollo de algunos cnceres. Esto sucede en el SIDA, enfermedades
deficitarias del sistema inmunolgico congnitas, o debido a la
administracin de frmacos inmunodepresores.
Alimentarios: Dieta con un alto contenido en grasas saturadas y
pobre en fibra, es decir, en frutas y verduras puede ser responsable
del 40% de los casos de cncer.
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Qu son las clulas madre?
Podra decirse que las clulas madre son clulas que no tienen un papel asignado en el
organismo. De la misma forma que un actor espera la llamada de un casting que le asigne
un papel, las clulas madre esperan una seal que les diga en qu se tienen que convertir,
ya que son capaces de originar muchos tipos de clulas diferentes. Este proceso es lo que
se conoce como diferenciacin celular o transformacin. Mientras esa seal llega, las
clulas madre aguardan pacientemente y se dividen en forma lenta, constante e
indefinidamente para originar nuevas clulas madre.
Las clulas madre se han clasificado en clulas madre embrionarias o totipotenciales
y clulas madre rgano-especficas o pluripotenciales.
Las clulas madre embrionarias o totipotenciales derivan de la masa celular interna
del embrin de hasta 16 clulas y son capaces de generar TODOS los diferentes tipos
celulares del cuerpo.
Clulas del macizo
celular interno
Embrin temprano
(blastocisto)
Clulas madre
Embrionarias en cultivo
Clula adiposa
Neurona
Macrfago
Clula muscular lisa
Clulas gliales
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En cambio las clulas madre rgano-especficas o pluripotenciales derivan, tras muchas
divisiones celulares, de las clulas madre embrionarias y son capaces de originar las clulas de un
rgano concreto en el embrin, y tambin, en el adulto. El ejemplo ms claro de clulas madre
rgano-especficas, es el de las clulas madre hematopoyticas, que son capaces de generar
todos los tipos celulares de la sangre y del sistema inmune. Pero estas clulas madre existen en
muchos ms rganos del cuerpo humano, como la piel, tejido graso subcutneo, msculo
cardaco y esqueltico, cerebro, retina, pncreas, etc. Al da de hoy, se han conseguido cultivar
(multiplicar) estas clulas tanto in-vitro (en el laboratorio), como in-vivo (en un modelo animal)
utilizndolas para la reparacin de tejidos daados.
Es importante tener en cuenta que algunos trabajos recientes en clulas madres califican a estas
clulas segn grados de compromiso en un linaje celular determinado. Por ejemplo, el mielocito
basfilo posee un mayor grado de compromiso en la diferenciacin que el progenitor, debido a
que tan solo origina un tipo celular y el progenitor mieloide a lo menos tres tipos celulares como lo muestra la figura.
CLULA MADRE HEMATOPOYTICA
Proeritroblasto Mieloblasto Linfoblasto Monoblasto Megacarioblasto
Progranulocito
Eritroblasto basfilo
Desintegracin del megacariocito
Megacariocito
Plaquetas Monocito
Linfocito
Mielocito basfilo
Mielocito eosinfilo
Mielocito neutrfilo
Eritroblasto policromtico
Reticulocito
Clula en
banda basfila
Clula en
banda eosinfila
Clula en
banda neutrfila
Eritrocitos Basfilo Eosinfilo Neutrfilo
Granulocitos Agranulocitos
Leucocitos
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7. CLONACIN
La clonacin puede definirse como el proceso por el que se consiguen copias idnticas de un
organismo ya desarrollado, de forma asexual. Estas dos caractersticas son importantes:
Se parte de un animal ya desarrollado, porque la clonacin responde a un inters por
obtener copias de un determinado animal que nos importa, y solo cuando es adulto
conocemos sus caractersticas.
Por otro lado, se trata de hacerlo de forma asexual. La reproduccin sexual, como
estudiars ms adelante, no nos permite obtener copias idnticas, ya que este tipo de
reproduccin por su misma naturaleza genera diversidad.
Por qu es posible la clonacin?
La posibilidad de clonar se plante con el descubrimiento del ADN y el conocimiento de cmo se
transmite y expresa la informacin gentica en los seres vivos.
Para entender mejor esto hace falta recordar brevemente cmo est hecho un ser vivo. Un determinado animal est compuesto por millones de clulas, que vienen a ser como los ladrillos
que forman el edificio que es el ser vivo. Esas clulas tienen aspectos y funciones muy diferentes.
Sin embargo todas ellas tienen algo en comn: en sus ncleos presentan unas largas cadenas que
contienen la informacin precisa de cmo es y cmo se organiza el organismo: el ADN. Cada
clula contiene toda la informacin sobre cmo es y cmo se desarrolla todo el
organismo del que forma parte .Esto es as por una razn muy sencilla: todas las clulas de un
individuo derivan de una clula inicial, el cigoto. Todas las clulas de un individuo se han generado
por divisin (mitosis y citocinesis) de una nica clula. Entonces, podemos decir que un
organismo pluricelular es un clon del cigoto (Figura 18).
Figura 18. Todas las clulas de un adulto proceden de una clula inicial por divisin y diferenciacin.
clula muscular
clula glndula mamaria clula nerviosa
Clulas embrionarias
(poco diferenciadas)
Clulas reproductoras (vulos y espermatozoides)
zigoto
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Cultivo de clulas de ubre
de oveja de raza Finn Dorset
Clula
donadora en G0
vulo enucleado
vulo de oveja de raza carinegra
Descarga
elctrica
Fusin Citoplasma
ovular con el ncleo de la
clula donadora
Embrin
Transferencia a la madre husped
Oveja Finn Dorset
(Dolly)
Dolly con su madre husped carinegra
Cmo se clon a Dolly?
Dolly ha sido el primer animal superior clonado, es decir, generado a partir de una clula
diferenciada o somtica, sin que hubiese fecundacin. Esa clula proceda de un cultivo de clulas
obtenidas a partir de la ubre de la oveja que se quera clonar. Como hemos dicho antes, las
clulas de un determinado tejido cuando se mantienen vivas fuera del cuerpo -en cultivo-, no dan
espontneamente embriones, sino ms clulas diferenciadas como ellas: no recuerdan cmo se lleva a cabo el programa embrionario.
Para lograr que una de esas clulas recuperase la memoria y diera lugar a un nuevo ser, se recurri a una tcnica denominada transferencia nuclear: se tom el ncleo de esa clula, que
es la parte que contiene el ADN y por tanto la informacin, y se fusion con el citoplasma de un
vulo procedente de otra oveja, al que previamente se haba eliminado el ncleo. Se utiliz un
vulo porque es una clula equipada para el desarrollo embrionario, y su citoplasma (el contenido
que rodea al ncleo) vendra a ser de algn modo el entorno adecuado para que el ncleo de la
clula adulta se reprogramara. Y, en efecto, as fue: esa clula se transform en un embrin y
comenz el complejo programa embrionario, de manera idntica al que se obtiene por la fusin
de un vulo y un espermatozoide. Tras unos das de crecimiento in vitro el embrin se implant
en una madre de alquiler y 148 das despus naci Dolly, una oveja genticamente idntica de
aquella desde la cual se obtuvo las clulas de la ubre (Figura 19).
Figura 19. El proceso de obtencin de Dolly fue muy costoso, y en la actualidad no se ha mejorado mucho.
Dolly fue el nico resultado positivo de 277 intentos, a partir de los cuales se consiguieron 29 embriones, muchos de estos no llegaron a desarrollarse y otros murieron a poco tiempo de nacer.
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La clonacin humana con fines teraputicos.
En qu consiste la clonacin humana con fines teraputicos?
Consistira en combinar la tcnica de clonacin con la de obtencin de clulas madre embrionarias,
para curar a individuos que tuviesen una enfermedad que se pudiera resolver mediante trasplante
celular. Esto se hara de la siguiente manera:
1. Mediante la tcnica empleada en Dolly se generara un embrin a partir de clulas
diferenciadas de la persona que se quiere curar.
2. El embrin obtenido por clonacin se destruira a los 6 das para obtener a partir de l
clulas madre embrionarias.
3. Esas clulas se especializaran hacia el tipo celular necesario para curar a la persona en
cuestin.
4. Se implantaran esas clulas para curar a la persona.
Al proceder de un embrin idntico a la persona de partida, las clulas no provocaran rechazo al
ser implantadas y adems la posibilidad de mantener congelados los cultivos celulares
proporcionara una fuente casi ilimitada de tejidos. Hay que indicar que desde el punto de vista
tcnico este proceso es an una mera posibilidad y hara falta mucha investigacin para ponerlo
en marcha: no se han conseguido todava tipos celulares bien definidos a partir de clulas madre
embrionarias y hay pocas evidencias de que de hecho puedan curar enfermedades (Figura 20).
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Se cultiva el embrin temprano
en un medio nutritivo
La capa externa colapsa y la masa
interna se libera del embrin
Se agregan sustancias qumicas
para desagregar la masa interna de
clulas en cmulos ms pequeos
Entrega de clulas diferenciadas en
los tejidos daados
1
2
3
6
MESODERMO ENDODERMO ECTODERMO
Colonia de clulas del pncreas
Colonia de clulas de piel
Colonia de clulas musculares cardacas
Factor de diferenciacin
Colonias de clulas madre embrionarias
Cmulos ms pequeos
Masa interna de clulas
Cada cmulo forma una colonia 4
Blastocisto de 6 das
Masa interna de clulas
Ovocito
Clula somtica
Ncleo
Ovocito anucleado
Transferencia nuclear
Se agregan factores especiales de diferenciacin
a las colonias en recipientes separados 5
Figura 20. Propuesta de clonacin humana con fines teraputicos.
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Existen otras alternativas a la clonacin humana con fines teraputicos que no presentan
objeciones ticas tan serias, como la anterior. La ms interesante es la posibilidad de conseguir
clulas madre de origen no embrionario (Figura 21). En el cuerpo humano existen clulas
madre de adulto que son precursoras de otros tipos celulares: clulas menos especializadas que
podran dar lugar a varios tipos de clulas. En los ltimos aos se ha descubierto que estas clulas
son mucho ms verstiles de lo que se pensaba. Si se ponen en cultivo y se tratan con diversos
factores puede hacerse que se diferencien hacia tipos celulares muy diferentes de aquellos a los
que habitualmente dan lugar en el cuerpo. Por ejemplo, a partir de clulas de mdula sea se han
conseguido clulas de msculo, hueso, clulas nerviosas, hepatocitos, etc. Las clulas madre se
encuentran en el adulto en la mdula sea, el sistema nervioso y rganos diversos. Tambin
pueden obtenerse clulas madre pluripotenciales del cordn umbilical y de la placenta del
recin nacido.
Otras posibilidades seran la modificacin gentica de clulas madre procedentes de otras
personas para que no provocaran rechazo, o la existencia de bancos de clulas a los que se
pudiera acudir para buscar clulas compatibles con la persona que las va a recibir.En definitiva:
hay muchas vas teraputicas que van hacindose posibles por el desarrollo de la ciencia y que no
vulneran el respeto debido a la vida humana en todas las fases de su desarrollo.
Figura 21. Alternativa: obtencin de clulas madre de adulto.
2. Diferenciar las
clulas madre al tipo
celular que interese
(por ejemplo,
neuronas)
1. Obtener clulas madre del enfermo
Cultivo de clulas
madre adulto
ectodermo
3. Introducir las clulas
diferenciadas en el enfermo
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GLOSARIO
Alelos: Formas alternativas de un gen que codifican para un mismo tipo de carcter (ejemplo
color de ojos) y ocupan una misma ubicacin dentro de cromosomas homlogos.
Locus: Localizacin especfica en un cromosoma de un gen determinado (lugar).
Loci: Plural de locus (lugares).
Huso mittico: Ensamblaje de microtbulos y protenas asociadas que interviene en los
movimientos de los cromosomas durante la mitosis.
Mitosis: divisin nuclear que conduce a la formacin de dos ncleos hijos cada uno con un
complemento de cromosomas idnticos al del ncleo original.
Cromosomas homlogos: pares de cromosomas del mismo largo, posicin del centrmero, que
contiene genes para los mismos caracteres en los loci correspondientes. Un cromosoma homlogo
es heredado del padre y el otro de la madre.
Apoptosis: cambios que se producen en una clula cuando sufre la muerte celular programada, y
que son iniciados por seales que desencadenan la activacin de una cascada de protenas
suicidas en la clula destinada a morir.
Telomerasa: enzima que cataliza el alargamiento de los telmeros. La enzima contiene una
molcula de ARN cuya funcin es actuar como molde para los nuevos segmentos telomricos.
Telmero: corresponde al ADN repetitivo en tndem de los extremos de la molcula de ADN en
los cromosomas. (un cromosoma simple de una cromtida posee dos telmeros; un cromosoma
doble, de dos cromtidas, posee cuatro telmeros). Se le atribuye funcin protectora.
Oncogen: gen con funcionamiento anmalo implicado en el origen del cncer. Tambin han sido
encontrados en los virus como parte de su genoma normal.
Neoplasia: Significa literalmente nueva materia y se refiere a un crecimiento celular anormal, tambin llamados tumores. Las neoplasias suelen dividirse en benignas y malignas, estas ltimas
se denominan cnceres y son capaces de difundirse migrando a travs de vasos linfticos o
sanguneos, metstasis.
Carcinomas: tumores malignos que se desarrollan a partir de los tejidos epiteliales. Ejemplos son
el melanoma (cncer de las clulas pigmentadas de la piel), adenocarcinoma (cncer glandular).
Sarcomas: son tumores malignos desarrollados a partir de los tejidos conjuntivos. Ejemplos son
el linfoma (cncer linftico) osteosarcoma (cncer seo) y fibrosarcoma (cncer del tejido
conjuntivo fibroso)
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Preguntas Oficiales PSU con Referencia Curricular
1. La siguiente figura representa una estructura de empaquetamiento de material gentico:
De acuerdo a lo anterior, es correcto que los nmeros 1, 2 y 3 representan, respectivamente, a
A) cromtida centromero cromosoma. B) cromosoma cinetocoro cromtida. C) cinetocoro centrmero cromtida. D) cromtida telomere cromosoma. E) cromtida centrolo cromosoma.
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
rea / Eje Temtico: Organizacin, estructura y actividad celular.
Nivel: II Medio.
Contenido: Cromosomas como estructuras portadoras de los genes: su comportamiento en
la mitosis y meiosis.
Habilidad: Reconocimiento.
Clave: A.
Dificultad: Media.
2. Las clulas cancerosas se caracterizan por una disminucin en el proceso de
A) apoptosis.
B) necrosis.
C) mutacin.
D) metafsis.
E) poliferacin cellular.
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
rea / Eje Temtico: Organizacin, estructura y actividad celular.
Nivel: II Medio.
Contenido: Importancia de la mitosis y su regulacin en procesos de crecimiento, desarrollo
y cncer, y de la meiosis en la gametognesis y variabilidad del material gentico.
Habilidad: Comprensin.
Clave: A.
Dificultad: Alta.
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3. Con respecto a la cantidad de ADN que presentan las clulas somticas durante el ciclo
celular, es correcto afirmar que
I) en G1 y G2 la clula posee la misma cantidad de ADN.
II) En G2 la cantidad de ADN es 4c.
III) Existe la misma cantidad de ADN en la profase y anafase de la mitosis.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo II y III.
E) I, II y III.
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
rea / Eje Temtico: Organizacin, estructura y actividad celular.
Nivel: II Medio.
Contenido: Cromosomas como estructuras portadoras de los genes: su comportamiento en
la mitosis y meiosis.
Habilidad: Comprensin.
Clave: D.
Dificultad: Media.
4. Al final de la profase mittica, el material gentico de un cromosoma se visualiza como
A) dos cromtidas.
B) cuatro cromtidas.
C) hebras de cromatina.
D) dos molculas de ADN.
E) pares homlogos formando ttradas.
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
rea / Eje Temtico: Organizacin, estructura y actividad celular.
Nivel: II Medio.
Contenido: Cromosomas como estructuras portadoras de los genes: su comportamiento en
la mitosis y meiosis.
Habilidad: Reconocimiento.
Clave: A.
Dificultad: Media.
DMTR-BM11