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¿Con qué tipo de célula empiezas en la meiosis?

¿Con qué tipo de célula empiezas en la meiosis?


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Bien, estaba aprendiendo sobre la mitosis y la meiosis en la escuela y tenía una pregunta. Sé que en la mitosis primero comienzas con unDiploide (2N)celda y luego terminan con dos células hijas que también sonDiploide. Sin embargo, en la meiosis, sé que terminas con cuatroCélulas haploides (N), pero ¿con qué empiezas exactamente? ¿Es como si un solo huevo hiciera cuatro huevos más o algo así? ¿O empieza con unCélula diploidey luego terminar con elHaploides? Si es así, ¿cómo se llama exactamente la celda inicial?


La meiosis comienza con una célula diploide y produce cuatro células haploides. En los animales, la célula diploide inicial generalmente se llama Célula germinal y las células haploides supervivientes se convierten en gametos (espermatozoides y óvulos). (En los animales, la secuencia mitótica femenina produce solo un óvulo; las otras tres células haploides se convierten en "cuerpos polares").

En otros organismos, como las plantas, la célula diploide inicial no suele denominarse "célula germinal", ya que no se distingue al principio de la vida del organismo. En cambio, la célula inicial puede ser cualquier célula diploide indiferenciada que se encuentre en la ubicación adecuada (por ejemplo, en una flor) en el momento adecuado.


Durante la mitosis, una célula diploide (2n = dos copias de cada cromosoma, una de cada padre) replica su ADN de modo que ahora tiene cuatro copias de cada cromosoma. Luego se divide, cada célula hija recibe dos copias de cada cromosoma y vuelve a ser 2n.

En la meiosis, una célula diploide (2n) replica su ADN de modo que ahora tiene cuatro copias de cada cromosoma. Luego se divide, cada célula hija recibe dos copias de cada cromosoma y vuelve a ser 2n. Entonces cada uno de estos se divide una vez más sin replicar el ADN de modo que ahora hay cuatro células cada una con una copia de cada cromosoma (1n).

Puede tener la tentación de pensar en una célula diploide que ha replicado su ADN como tetraploide, pero esta palabra no se usa normalmente en este contexto, ya que se trata de un estado 4n transitorio.

Esta es una descripción general muy amplia. Eche un vistazo a la entrada de Wikipedia sobre meiosis para obtener una vista más detallada y una terminología ampliada.

@mgkrebbs (en comentarios):

Si estamos considerando las divisiones meióticas que crean los gametos, entonces en la espermatogénesis la célula que sufre la meiosis es un espermatocito primario y en la ovogénesis es un ovocito primario. Los espermatocitos primarios y los ovocitos primarios son células diploides que experimentan la replicación del ADN antes de entrar en la meiosis I.


La meiosis comienza con una célula somática (diploide). Para hacer una larga historia muy, muy corta, esta célula se somete a citocinesis dos veces. Terminas con cuatro células haploides, llamadas gametos o células sexuales.


¿Con qué tipo de célula empiezas en la meiosis? - biología

La meiosis es la división nuclear de células diploides en células haploides, que es un paso necesario en la reproducción sexual.

Objetivos de aprendizaje

Describir la importancia de la meiosis en la reproducción sexual.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • La reproducción sexual es la producción de células haploides y la fusión de dos de esas células para formar una célula diploide.
  • Antes de que pueda ocurrir la reproducción sexual, la cantidad de cromosomas en una célula diploide debe disminuir a la mitad.
  • La meiosis produce células con la mitad de cromosomas que la célula original.
  • Las células haploides utilizadas en la reproducción sexual, los gametos, se forman durante la meiosis, que consiste en una ronda de replicación cromosómica y dos rondas de división nuclear.
  • La meiosis I es la primera ronda de la división meiótica, mientras que la meiosis II es la segunda ronda.

Términos clave

  • haploide: de una célula que tiene un solo conjunto de cromosomas no apareados
  • gameto: una célula reproductora, masculina (esperma) o femenina (óvulo), que tiene solo la mitad del número habitual de cromosomas
  • diploide: de una célula, que tiene un par de cada tipo de cromosoma, uno del par deriva del óvulo y el otro del espermatozoide

Introducción: meiosis y reproducción sexual

La capacidad de reproducirse en especie es una característica básica de todos los seres vivos. En especie significa que la descendencia de cualquier organismo se parece mucho a sus padres. La reproducción sexual requiere fertilización: la unión de dos células de dos organismos individuales. Las células haploides contienen un conjunto de cromosomas. Las células que contienen dos juegos de cromosomas se denominan diploides. El número de conjuntos de cromosomas en una célula se denomina nivel de ploidía. Si el ciclo reproductivo va a continuar, entonces la célula diploide debe reducir de alguna manera su número de juegos de cromosomas antes de que la fertilización pueda ocurrir nuevamente o habrá una duplicación continua en el número de juegos de cromosomas en cada generación. Por lo tanto, la reproducción sexual incluye una división nuclear que reduce el número de conjuntos de cromosomas.

La descendencia se parece mucho a sus padres: En especie significa que la descendencia de cualquier organismo se parece mucho a sus padres. El hipopótamo da a luz a terneros de hipopótamo (a). Los árboles de Josué producen semillas de las cuales emergen las plántulas de árboles de Josué (b). Los flamencos adultos ponen huevos que se convierten en polluelos de flamencos (c).

La reproducción sexual es la producción de células haploides (gametos) y la fusión (fertilización) de dos gametos para formar una única célula diploide llamada cigoto. Todos los animales y la mayoría de las plantas producen estos gametos, óvulos y espermatozoides. En la mayoría de las plantas y animales, a través de decenas de rondas de división celular mitótica, esta célula diploide se convertirá en un organismo adulto.

Las células haploides que forman parte del ciclo reproductivo sexual son producidas por un tipo de división celular llamada meiosis. La meiosis emplea muchos de los mismos mecanismos que la mitosis. Sin embargo, el núcleo inicial es siempre diploide y los núcleos que resultan al final de una división celular meiótica son haploides, por lo que las células resultantes tienen la mitad de los cromosomas que las originales. Para lograr esta reducción en los cromosomas, la meiosis consiste en una ronda de duplicación de cromosomas y dos rondas de división nuclear. Debido a que los eventos que ocurren durante cada una de las etapas de la división son análogos a los eventos de la mitosis, se asignan los mismos nombres de las etapas. Sin embargo, debido a que hay dos rondas de división, el proceso principal y las etapas se designan con un & # 8220I & # 8221 o un & # 8220II. & # 8221 Por lo tanto, la meiosis I es la primera ronda de la división meiótica y consiste en la profase I , prometaphase I, etc. La meiosis II, la segunda ronda de la división meiótica, incluye la profase II, la prometafase II, etc.


¿Qué les sucede a los cromosomas durante la reproducción?

La reproducción depende de células sexuales especializadas, llamadas gametos. Estas células solo contienen 23 cromosomas, o la mitad del material genético de otras células. Los gametos se conocen comúnmente como espermatozoides en los machos y óvulos en las hembras.
Durante la reproducción, los 23 cromosomas del óvulo y los del espermatozoide se combinan para formar un conjunto completo de 46 cromosomas. Esto se llama cigoto. Este cigoto puede convertirse en un niño.


Anafase I

En la anafase I de la meiosis, ocurren los siguientes eventos:

  • Los cromosomas se mueven a los polos celulares opuestos. De manera similar a la mitosis, los microtúbulos, como las fibras del cinetocoro, interactúan para tirar de los cromosomas hacia los polos celulares.
  • A diferencia de la mitosis, las cromátidas hermanas permanecen juntas después de que los cromosomas homólogos se mueven a polos opuestos.

Al final de la anafase I de la meiosis, la célula entra en la telofase I.


En la división celular, la célula que se divide se llama célula "madre". La célula madre se divide en dos células "hijas". Luego, el proceso se repite en lo que se llama ciclo celular.

División celular de células pulmonares cancerosas (Imagen de NIH)

Las células regulan su división comunicándose entre sí mediante señales químicas de proteínas especiales llamadas ciclinas. Estas señales actúan como interruptores para decirle a las células cuándo comenzar a dividirse y luego cuándo dejar de dividirse. Es importante que las células se dividan para que usted pueda crecer y sus cortes se curen. También es importante que las células dejen de dividirse en el momento adecuado. Si una célula no puede dejar de dividirse cuando se supone que debe hacerlo, esto puede provocar una enfermedad llamada cáncer.

Algunas células, como las de la piel, se dividen constantemente. Necesitamos producir continuamente nuevas células de la piel para reemplazar las células de la piel que perdemos. ¿Sabías que perdemos de 30.000 a 40.000 células muertas de la piel por minuto? Eso significa que perdemos alrededor de 50 millones de células todos los días. Estas son muchas células de la piel para reemplazar, por lo que la división celular en las células de la piel es muy importante. Otras células, como las neuronas y las cerebrales, se dividen con mucha menos frecuencia.


Parte 1: Simulación de perlas de meiosis

Materiales

Procedimiento

  1. Configure la mitad de las cuentas exactamente como se indica a continuación, que representan genes en el cromosoma de una criatura hipotética. Asumiremos que la criatura es diploide (2N) y tiene tres cromosomas diferentes. Debido a que la criatura tiene dos copias de cada uno de los tres cromosomas, el número diploide es 6 (2 × 3 = 6).

Así es como se ven los cromosomas de su bicho en la forma no replicada. Tenga en cuenta que aquí hay seis cromosomas que constan de tres pares homólogos. Cada par de cromosomas consta de una versión materna y paterna del cromosoma. Las versiones materna y paterna están representadas por el color de la cuenta respectiva.

¡NO continúe hasta que se sienta cómodo con esto! No olvides cruzar.


Mitosis

El proceso que produce los gametos haploides es la meiosis. Mitosis es un tipo de división celular en la que el número de cromosomas se reduce a la mitad. Ocurre solo en ciertas células especiales de los organismos. Durante la meiosis, los cromosomas homólogos se separan y haploide Se forman células que tienen solo un cromosoma de cada par. Se producen dos divisiones celulares durante la meiosis y se producen un total de cuatro células haploides. Las dos divisiones celulares se denominan meiosis I y meiosis II. El proceso general de la meiosis se resume en Figura debajo.

Descripción general de la meiosis. Durante la meiosis, los cromosomas homólogos se separan y van a diferentes células hijas. Este diagrama muestra solo los núcleos de las células. Observe el intercambio de material genético que ocurre antes de la primera división celular.

Fases de la meiosis

La meiosis I comienza después de que el ADN se replica durante la interfase del ciclo celular. Tanto en la meiosis I como en la meiosis II, las células pasan por las mismas cuatro fases que la mitosis: profase, metafase, anafase y telofase. Sin embargo, existen diferencias importantes entre la meiosis I y la mitosis. El diagrama de flujo en Figura a continuación se muestra lo que sucede tanto en la meiosis I como en la II.

Fases de la meiosis. Este diagrama de flujo de la meiosis muestra la meiosis I con más detalle que la meiosis II. La meiosis I y mdash, pero no la meiosis II, difiere un poco de la mitosis. ¿En qué se diferencia la meiosis I de la mitosis?

¿En qué se diferencia la meiosis I de la mitosis? Observe que al comienzo de la meiosis (profase I), los cromosomas homólogos intercambian segmentos de ADN. Esto se conoce como cruce, y es exclusivo de esta fase de la meiosis.


Meiosis SE (2)

Vocabulario: Anafase, cromosoma, cruce, citocinesis, diploide, ADN, dominante, gameto, genotipo, célula germinal, haploide, cromosomas homólogos, interfase, meiosis, metafase, mitosis, óvulo, fenotipo, profase, recesivo, cromátida hermana, espermatozoide, telofase , cigoto

Preguntas de conocimientos previos (Haga esto ANTES de usar el Gizmo).

  1. Durante mitosis , Una sola célula se divide para producir dos células hijas. ¿Qué debe suceder en la celda original para que cada una de las células hijas tenga un conjunto completo de cromosomas ​?

Es importante que las células hijas tengan una copia de cada cromosoma, por lo que el proceso implica copiar los cromosomas primero y luego separar cuidadosamente las copias para dar a cada nueva célula un conjunto completo.

  1. Durante la reproducción sexual, dos células sexuales se fusionan para crear una célula fertilizada con un conjunto completo de cromosomas. ¿Qué debe ser cierto sobre la cantidad de cromosomas en cada célula sexual?

El ADN debe copiarse para que haya un conjunto completo de ADN para transmitir a cada célula hija.

Meiosis de calentamiento de Gizmo Es un tipo de división celular que da como resultado cuatro células hijas con la mitad de cromosomas que la célula madre. Estas células hijas maduran en gametos O células sexuales. En el Mitosis Gizmo, aprenderá los pasos de la meiosis y experimentará para producir células sexuales y descendencia personalizadas.

En la pestaña PASOS, haga clic en Masculino. Está viendo un germen

celda , O una célula que se someterá a la meiosis para convertirse en gametos.

  1. Lea la descripción de interfase En la parte inferior del Gizmo. ¿Qué le sucede a la celda en

el comienzo de la interfase? las células crecen sintetizan el ARNm y las proteínas necesarias para

Síntesis de ADN

  1. Haga clic en el ADN En el núcleo de la célula. Describe lo que sucede. Se copia el ADN y elDell crece un poco más
  1. ¿Por qué es necesario que la célula crezca y duplique su ADN antes del inicio de la meiosis? 2Conjuntos de ADN

Introducción: A diferencia de la mitosis, que produce dos células hijas idénticas a partir de una célula madre, la meiosis crea cuatro células hijas únicas con la mitad de la cantidad de ADN que la célula madre.

Pregunta: ¿Cómo crea la meiosis cuatro células hijas a partir de una célula madre?

  1. Observe: ( Profase I) Haga clic en el núcleo para descomponerlo y luego haga clic en el ADN para condensarlo en cromosomas. Arrastre los centrosomas a la parte superior e inferior de la celda.

A. ¿Cuántos cromosomas tiene esta célula? 4 pares

Cada cromosoma consta de un par de cromátidas hermanas , Dos hebras idénticas de ADN que se formaron cuando el ADN se replicaba durante la interfase.

B. En la imagen de la derecha, dibuje dos líneas que conecten los pares de cromosomas homólogos (cromosomas de tamaño similar con un conjunto de genes coincidente).

En el Gizmo, junte los cromosomas homólogos. Haga clic en Continuar.

  1. Observe: ( Metafase Yo y Anafase I) - Arrastre los grupos de cromosomas homólogos a la placa de metafase, luego arrastre las fibras del huso de cada uno de los centrosomas a los cromosomas. Haga clic en el centrosoma para separar los cromosomas.

¿Cómo se separan los cromosomas en la anafase I? cromátidas hermanas que se tiraron a cada extremo de la celda

A. ¿En qué se diferencia la anafase I en la meiosis de la anafase

en la mitosis? la mitosis rompe las cromátidas

en 4. la meiosis separa 2 cromátidas.

Pasos en la meiosis

Prepare el Gizmo: ● Asegúrese de que la pestaña PASOS esté seleccionada. ● Si es necesario, elija el Masculino Celular. Haga clic en el ADN para copiarlo y proceder a la profase I.

Actividad A (continúa de la página anterior)

  1. Observar: Telofase Yo y citocinesis Son los pasos finales de la primera mitad de la meiosis.

A. Describe lo que sucede cuando haces clic en los cromosomas durante la telofase I.

los cromosomas se deshacen y la envoltura nuclear se reforma a su alrededor

B. Haga clic y arrastre sobre el anillo contráctil. Describe lo que sucedió durante la citocinesis.

Estructura hecha de filamentos de actina y miosina que forma un cinturón alrededor de una célula en división, pellizcándola en dos.

  1. Observe: siga los pasos de la segunda mitad de la meiosis hasta llegar al final de la telofase II, siguiendo las instrucciones en la esquina superior derecha. A medida que avanza, responda las siguientes preguntas. Utilice el atrás Botón si necesita ver un paso de nuevo.

A. Antes de que comience la profase II, ¿se duplica el ADN de la célula? No

B. Durante la metafase II, ¿los cromosomas homólogos se emparejan como en la metafase I? No

C. ¿En qué se diferencia la anafase II de la anafase I? anafase tengo cromosomas, anafase II tiene cromátidas hermanas

D. Al final de la anafase II, ¿cuántas cromátidas hay en cada lado de la célula? 2

E. Después de la citocinesis, ¿cuántas células se han formado a partir de la célula madre? 4

F. ¿Todas las celdas tienen el mismo tamaño?

La celda padre original se llama diploide Porque contiene un conjunto completo de pares de cromosomas homólogos. Cada una de las cuatro células hijas es haploide , Lo que significa que cada uno contiene la mitad de los cromosomas de la célula madre original. Cada célula hija contiene una cromátida de cada par homólogo.

  1. Observar: Haga clic en las espermátidas. Las espermátidas que se formaron a partir de la meiosis se convertirán en gametos masculinos maduros llamados células de esperma . Dibuja un espermatozoide maduro en el espacio de la derecha.

Los espermatozoides maduros tienen solo una pequeña cantidad de citoplasma y usan sus flagelos o "colas" para impulsarse hacia adelante. Los espermatozoides están diseñados para un propósito, entregar material genético al óvulo durante la fertilización.

Introducción: aunque tanto los gametos masculinos como femeninos contienen material genético del progenitor

organismo, realizan diferentes funciones. Un gameto masculino entrega material genético a un gameto femenino. El gameto femenino fertilizado, llamado cigoto , Luego se convierte en la descendencia.

Pregunta: ¿Cuáles son las diferencias en la meiosis entre las células masculinas y femeninas?La meiosis masculina ocurre en los testículos, mientras que la meiosis femenina ocurre en los ovarios.

  1. Comparar: haga clic en el Mujer Botón. Para la célula femenina, proceda a través de la meiosis hasta llegar al final de la anafase I.

Hasta este punto, ¿notó alguna diferencia entre el desarrollo de los hombres y

gametos femeninos? En especies con dos sexos separados, el sexo que produce la

La célula sexual o gameto más pequeña y móvil se llama masculino. Explique: Mamíferos machos

producen gametos llamados espermatozoides, mientras que las hembras de mamíferos producen gametos llamados huevos.

A. ¿Qué notas sobre el tamaño de las dos celdas resultantes? 3 pequeños, 1 grande

B. ¿Cómo se compara esto con las dos células al final de la telofase I y la citocinesis I en

células masculinas? Muchas células que experimentan una meiosis rápida no descondensan el

cromosomas al final de la telofase I. Otras células exhiben cromosomas

descondensación en este momento los cromosomas se vuelven a condensar en la profase II.

A. ¿Qué notas ahora sobre las cuatro celdas? Las 3 celdas son del mismo tamaño y su es uno más grande

B. ¿Cómo se llama la celda más grande? ÓVULO

El óvulo es la célula más grande del cuerpo humano. Por el contrario, el espermatozoide es la célula más pequeña del cuerpo humano.

Comparación de gametos femeninos y masculinos

Prepare el Gizmo: ● Asegúrese de que la pestaña PASOS esté seleccionada.

● Haga clic en Restablecer.

Introducción: Las actividades anteriores muestran que los organismos pueden producir al menos cuatro

gametos. En realidad, los organismos pueden producir millones de gametos genéticamente únicos.

Pregunta: ¿Cómo puede la meiosis crear un número ilimitado de gametos únicos?

  1. Experimento: use las siguientes abreviaturas para los cromosomas. Verde oscuro - DG Verde claro - LG Morado oscuro - DP, Morado claro - LP. Elige un Masculino O Mujer Celular.

UNA.Proceda a través de la meiosis a la anafase I. ¿Qué cromosomas subieron y cuáles?

bajó? Hasta: cromosomas Abajo: anafase

B. Haga clic en atrás Y ejecutar anafase I de nuevo unas cuantas veces. ¿Alguna vez cambiaron los resultados?

Explicar. Los cromosomas se distribuyen aleatoriamente durante la anafase I.

C. Los cromosomas se distribuyen aleatoriamente durante la anafase I. ¿Cuáles son las posibles combinaciones de cromosomas en las dos células hijas? (Utilice DG, LG, DP y LP).

Hay (223) posibles combinaciones de cromosomas maternos y paternos.

  1. Experimento: haga clic en Reiniciar . Elige un Masculino O Mujer Celular. Continúe con la meiosis hasta que los cromosomas se condensen en la profase I.

Arrastre el cromosoma LG (verde claro) al Mapa de alelos A la izquierda. Esto muestra los alelos (o variaciones de un gen) que están presentes en el cromosoma. Una genotipo Es una lista de alelos. El genotipo del cromosoma LG, por ejemplo, es EEFFGGHHJJ.

A. ¿Cuáles son los genotipos de los cromosomas restantes? DG: Verde claro

LP: Verde oscuro DP: Morado claro

B. Después de mover los centrosomas, junte los pares de cromosomas homólogos.

Haga clic en un cromosoma. ¿Lo que sucede? Crea un cruce

Diversidad genetica

Prepare el Gizmo: ● Asegúrese de que la pestaña PASOS esté seleccionada. ● Haga clic en Reiniciar ​.

Cuando los cromosomas homólogos se emparejan, pueden intercambiar secciones. Este intercambio de genes se llama Transversal ​.

C.Haga clic en varios segmentos para crear cruces y luego haga clic en Continuar . Proceda a la anafase I. Arrastre cada cromosoma al mapa de alelos y escriba su genotipo.

LG: DG DG: LP LP: DP DP: LP

(La actividad C continúa en la página siguiente)

Introducción: Anteriormente, aprendiste cómo los cruces pueden resultar en gametos genéticamente diversos. En esta actividad, realizarás cruces en células parentales que experimentan meiosis y combinarás los gametos resultantes para producir descendencia con genotipos específicos.

Pregunta: ¿Cómo se pueden crear descendientes que tengan un fenotipo y genotipo específicos?

  1. Explorar: la pestaña EXPERIMENTACIÓN muestra un genoma simplificado de la mosca de la fruta, con un solo par de cromosomas homólogos. Cada cromosoma tiene genes que controlan la forma de las alas, el color del cuerpo, el tipo de antena y el color de los ojos. Los alelos en mayúsculas son dominante Y los alelos en minúsculas son recesivo . La clave del alelo se encuentra en la parte inferior izquierda. (Tenga en cuenta que las moscas de la fruta reales tienen ocho cromosomas y muchos más genes).

A. Haga clic en Reiniciar . Sin crear ningún cruce, haga clic en Dividir en gametos . Cuáles son

los posibles genotipos de los gametos? CBLR o cbrl

B. Arrastre un gameto de cada padre al cuadro de abajo para crear un cigoto. Cuales son los

diferentes combinaciones de posibles genotipos descendientes? Bb Aa Ab

C. Haga clic en Mostrar fenotipo Para cada combinación. ¿Cuáles son los fenotipos resultantes?

  1. Experimento: haga clic en Reiniciar . Puede crear cruces haciendo clic en las cromátidas del medio en cada una de las celdas principales.

A. Cree un gameto con el genotipo C b l r. Primero, haga clic en el gen c en una de las células madre para crear el cruce. Luego, haga clic en Dividir en gametos ​.

¿Creaste un gameto con el genotipo C b l r? Si

B. Haga clic en Reiniciar . Crea un gameto con el genotipo: c b L R. ¿Cuántos cruces fueron

necesario para crear este gameto? Solo uno

Cuando ocurre un cruce, la porción completa del material genético se intercambia entre los dos cromosomas homólogos, por lo que el gen C se intercambia junto con el gen B y el gen R se intercambia junto con el gen L.

C. Haga clic en Reiniciar . Crea un gameto c B L r. ¿Cuántos cruces se necesitaron? dos

(La actividad D continúa en la página siguiente)

Actividad D (continúa de la página anterior)

  1. Desafío: seleccione el Desafío Botón de radio. Asegúrese de que Descendencia objetivo 1 Se selecciona en el menú desplegable.

La descendencia objetivo 1 es una mosca de la fruta con alas normales (cc), cuerpo negro (bb), antena normal (ll) y ojos rojos (Rr). Debido a que la descendencia recibe una cromátida de cada padre, cada cromátida debe provenir de un padre diferente.

R. Usando el Gizmo, cree una mosca de la fruta con el genotipo correcto. Explica cómo lo hiciste.

Crucé con una r mayúscula y una mayúscula.

B. ¿Existe otra forma de obtener el fenotipo correcto, pero no el genotipo correcto?

Explicar. Dado que algunos genes son recesivos, los dominantes aparecerán en la parte superior.

  1. Desafío: use el menú desplegable para cambiar a la siguiente descendencia objetivo. Mientras crea la descendencia objetivo 2-5, complete la tabla a continuación.

Para producir la descendencia objetivo 5, ¿por qué se necesitaban dos cruces en un brazo de cromátida?

Se necesitaron dos cruces porque los cromosomas cambiaron las partes internas.

5. Piense y discuta: suponga que hay dos cromosomas homólogos. Cada cromosoma

contiene un solo alelo mutante en diferentes partes del cromosoma. ¿Cómo pueden ser beneficiosos los cruces en esta situación? (Pista: ¿Cómo se puede crear un cromosoma único sin mutaciones?)

Si el cruce da como resultado el par de cromosomas, en el que uno no contiene ningún alelo mutante mientras que otros contienen dos alelos mutantes.


Biología 171


La capacidad de reproducirse es una característica básica de todos los organismos: los hipopótamos dan a luz a crías de hipopótamos. Los árboles de Joshua producen semillas de las cuales emergen las plántulas del árbol de Joshua y los flamencos adultos ponen huevos que se convierten en polluelos de flamencos. Sin embargo, a diferencia de los organismos que se muestran arriba, la descendencia puede parecerse o no a sus padres. Por ejemplo, en el caso de la mayoría de insectos como las mariposas (con una metamorfosis completa), las formas larvarias rara vez se parecen a las formas adultas.

Aunque muchos organismos unicelulares y algunos organismos multicelulares pueden producir clones genéticamente idénticos de sí mismos a través de reproducción asexual, muchos organismos unicelulares y la mayoría de los organismos multicelulares se reproducen regularmente utilizando otro método:reproducción sexual. Este método altamente evolucionado implica la producción por parte de los padres de dos células haploides y la fusión de dos células haploides para formar una sola célula diploide recombinada genéticamente, un organismo genéticamente único. Las células haploides que forman parte del ciclo reproductivo sexual son producidas por un tipo de división celular llamada meiosis. La reproducción sexual, que involucra tanto la meiosis como la fertilización, introduce variaciones en la descendencia que pueden explicar el éxito evolutivo de la reproducción sexual. La gran mayoría de los organismos eucariotas, tanto multicelulares como unicelulares, pueden o deben emplear alguna forma de meiosis y fertilización para reproducirse.

En la mayoría de las plantas y animales, a través de miles de rondas de división celular mitótica, las células diploides (ya sean producidas por reproducción asexual o sexual) se convertirán en un organismo adulto.

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describir el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis y las diferencias entre la primera y la segunda división meiótica.
  • Describir los eventos celulares que tienen lugar durante la meiosis.
  • Explica las diferencias entre meiosis y mitosis.
  • Explicar los mecanismos dentro del proceso meiótico que producen variación genética entre los gametos haploides.

La reproducción sexual requiere la unión de dos células especializadas, llamadas gametos, cada una de las cuales contiene un conjunto de cromosomas. Cuando los gametos se unen, forman una cigoto, o huevo fertilizado que contiene dos juegos de cromosomas. (Nota: las células que contienen un conjunto de cromosomas se denominan células haploides que contienen dos conjuntos de cromosomas se denominan diploides). Si el ciclo reproductivo va a continuar para cualquier especie que se reproduce sexualmente, entonces la célula diploide debe reducir de alguna manera su número de conjuntos de cromosomas a producir gametos haploides de lo contrario, el número de conjuntos de cromosomas se duplicará con cada ronda futura de fertilización. Por lo tanto, la reproducción sexual requiere una división nuclear que reduzca a la mitad el número de juegos de cromosomas.

La mayoría de los animales y plantas y muchos organismos unicelulares son diploides y, por lo tanto, tienen dos juegos de cromosomas. En cada célula somática del organismo (todas las células de un organismo multicelular excepto los gametos o células reproductoras), el núcleo contiene dos copias de cada cromosoma, llamado cromosomas homólogos. Los cromosomas homólogos son pares emparejados que contienen los mismos genes en ubicaciones idénticas a lo largo de su longitud. Los organismos diploides heredan una copia de cada cromosoma homólogo de cada padre.

La meiosis es la división nuclear que forma células haploides a partir de células diploides y emplea muchos de los mismos mecanismos celulares que la mitosis. Sin embargo, como ha aprendido, mitosis produce células hijas cuyos núcleos son genéticamente idénticos al núcleo parental original. En la mitosis, tanto el núcleo padre como el hijo están en el mismo "nivel de ploidía", diploide en el caso de la mayoría de los animales multicelulares. Las plantas usan la mitosis para crecer como esporofitos y para crecer y producir óvulos y espermatozoides como gametofitos, por lo que usan la mitosis para las células haploides y diploides (así como para todas las demás ploidías). En la meiosis, el núcleo inicial es siempre diploide y los núcleos hijos que resultan son haploides. Para lograr esta reducción en el número de cromosomas, la meiosis consiste en una ronda de replicación cromosómica seguida de dos rondas de división nuclear. Debido a que los eventos que ocurren durante cada una de las etapas de la división son análogos a los eventos de la mitosis, se asignan los mismos nombres de las etapas. Sin embargo, debido a que hay dos rondas de división, el proceso principal y las etapas se designan con una "I" o una "II". Por tanto, la meiosis I es la primera ronda de la división meiótica y consta de profase I, prometafase I, etc. Asimismo, la meiosis II (durante la cual tiene lugar la segunda ronda de división meiótica) incluye la profase II, la prometafase II, etc.

Meiosis I

La meiosis está precedida por una interfase que consta de G1, S y G2 fases, que son casi idénticas a las fases que preceden a la mitosis. El g1 La fase (la "primera fase de brecha") se centra en el crecimiento celular. Durante la fase S, la segunda fase de la interfase, la célula copia o replica el ADN de los cromosomas. Finalmente, en el G2 fase (la "segunda fase de brecha") la célula se somete a los preparativos finales para la meiosis.

Durante la duplicación del ADN en la fase S, cada cromosoma se replica para producir dos copias idénticas:cromátidas hermanas que se mantienen unidas en el centrómero por las proteínas cohesinas, que mantienen unidas las cromátidas hasta la anafase II.

Profase I

Al principio de la profase I, antes de que los cromosomas puedan verse claramente con un microscopio, los cromosomas homólogos se unen en sus puntas a la envoltura nuclear mediante proteínas. A medida que la envoltura nuclear comienza a descomponerse, las proteínas asociadas con los cromosomas homólogos acercan al par. Recuerde que en la mitosis, los cromosomas homólogos no se emparejan. El complejo sinaptonémico, una red de proteínas entre los cromosomas homólogos, se forma primero en ubicaciones específicas y luego se extiende hacia afuera para cubrir toda la longitud de los cromosomas. El emparejamiento estrecho de los cromosomas homólogos se llama sinapsis. En la sinapsis, los genes de las cromátidas de los cromosomas homólogos se alinean con precisión entre sí. El complejo sinaptonemal apoya el intercambio de segmentos cromosómicos entre cromátidas homólogas no hermanas, un proceso llamado cruzamiento. El cruce se puede observar visualmente después del intercambio como quiasmata (singular = quiasma) ((Figura)).

En los seres humanos, aunque los cromosomas sexuales X e Y no son completamente homólogos (es decir, la mayoría de sus genes difieren), existe una pequeña región de homología que permite que los cromosomas X e Y se emparejen durante la profase I.Un sinaptonemal parcial El complejo se desarrolla solo entre las regiones de homología.


A intervalos a lo largo del complejo sinaptonemal se encuentran grandes conjuntos de proteínas llamados nódulos de recombinación. Estos ensamblajes marcan los puntos de los quiasmas posteriores y median el proceso de múltiples pasos de cruce —o recombinación genética— entre las cromátidas no hermanas. Cerca del nódulo de recombinación, se escinde el ADN bicatenario de cada cromátida, se modifican los extremos cortados y se establece una nueva conexión entre las cromátidas no hermanas. A medida que avanza la profase I, el complejo sinaptonémico comienza a descomponerse y los cromosomas comienzan a condensarse. Cuando el complejo sinaptonémico desaparece, los cromosomas homólogos permanecen unidos entre sí en el centrómero y en el quiasma. Los quiasmas permanecen hasta la anafase I. El número de quiasmas varía según la especie y la longitud del cromosoma. Debe haber al menos un quiasma por cromosoma para la separación adecuada de cromosomas homólogos durante la meiosis I, pero puede haber hasta 25. Después del cruce, el complejo sinaptonemal se rompe y se elimina la conexión de cohesina entre pares homólogos. Al final de la profase I, las parejas se mantienen juntas solo en el quiasma ((Figura)). Estos pares se denominan tétradas porque ahora son visibles las cuatro cromátidas hermanas de cada par de cromosomas homólogos.

Los eventos cruzados son la primera fuente de variación genética en los núcleos producida por la meiosis. Un solo evento de cruce entre cromátidas homólogas no hermanas conduce a un intercambio recíproco de ADN equivalente entre un cromosoma materno y un cromosoma paterno. Cuando una cromátida hermana recombinante se mueve a una célula de gameto, llevará algo de ADN de uno de los padres y algo de ADN del otro padre. La cromátida recombinante tiene una combinación de genes maternos y paternos que no existían antes del cruce. Los eventos cruzados pueden ocurrir casi en cualquier lugar a lo largo de la longitud de los cromosomas sinápticos. Por lo tanto, diferentes células que experimentan meiosis producirán diferentes cromátidas recombinantes, con diferentes combinaciones de genes maternos y parentales. Múltiples cruces en un brazo del cromosoma tienen el mismo efecto, intercambiando segmentos de ADN para producir cromosomas recombinados genéticamente.


Prometafase I

El evento clave en la prometafase I es la unión de los microtúbulos de las fibras del huso a las proteínas del cinetocoro en los centrómeros. Las proteínas cinetocoros son complejos multiproteicos que unen los centrómeros de un cromosoma a los microtúbulos del huso mitótico. Los microtúbulos crecen a partir de los centros de organización de microtúbulos (MTOC). En las células animales, los MTOC son centrosomas ubicados en polos opuestos de la célula. Los microtúbulos de cada polo se mueven hacia el centro de la célula y se unen a uno de los cinetocoros de los dos cromosomas homólogos fusionados. Cada miembro del par homólogo se une a un microtúbulo que se extiende desde los polos opuestos de la célula de modo que en la siguiente fase, los microtúbulos pueden separar el par homólogo. Una fibra del huso que se ha adherido a un cinetocoro se llama microtúbulo cinetocoro. Al final de la prometafase I, cada tétrada se une a los microtúbulos de ambos polos, con un cromosoma homólogo frente a cada polo. Los cromosomas homólogos todavía se mantienen juntos en el quiasma. Además, la membrana nuclear se ha roto por completo.

Metafase I

Durante la metafase I, los cromosomas homólogos están dispuestos en la placa de metafase—En la línea media de la celda, con los cinetocoros enfrentados a polos opuestos. Los pares homólogos se orientan al azar en el ecuador. Por ejemplo, si los dos miembros homólogos del cromosoma 1 están etiquetados a y B, entonces los cromosomas podrían alinearse a-b o b-a. Esto es importante para determinar los genes transportados por un gameto, ya que cada uno solo recibirá uno de los dos cromosomas homólogos. (Recuerde que después de que se produce el cruce, los cromosomas homólogos no son idénticos. Contienen ligeras diferencias en su información genética, lo que hace que cada gameto tenga una composición genética única).

La aleatoriedad en la alineación de los cromosomas recombinados en la placa de metafase, junto con los eventos de cruzamiento entre cromátidas no hermanas, son responsables de gran parte de la variación genética en la descendencia. Para aclarar esto aún más, recuerde que los cromosomas homólogos de un organismo que se reproduce sexualmente se heredan originalmente como dos conjuntos separados, uno de cada padre. Utilizando a los humanos como ejemplo, un conjunto de 23 cromosomas está presente en el óvulo donado por la madre. El padre proporciona el otro conjunto de 23 cromosomas en el esperma que fertiliza el óvulo. Cada célula de la descendencia multicelular tiene copias de los dos juegos originales de cromosomas homólogos. En la profase I de la meiosis, los cromosomas homólogos forman las tétradas. En la metafase I, estos pares se alinean en el punto medio entre los dos polos de la célula para formar la placa de la metafase. Debido a que existe la misma probabilidad de que una fibra de microtúbulos encuentre un cromosoma heredado de la madre o del padre, la disposición de las tétradas en la placa de metafase es aleatoria. Por lo tanto, cualquier cromosoma heredado de la madre puede enfrentarse a cualquiera de los polos. Asimismo, cualquier cromosoma heredado por el padre también puede enfrentarse a cualquiera de los polos. La orientación de cada tétrada es independiente de la orientación de las otras 22 tétradas.

Este evento, el aleatorio (o independiente) surtido de cromosomas homólogos en la placa de metafase: es el segundo mecanismo que introduce variación en los gametos o esporas. En cada célula que sufre meiosis, la disposición de las tétradas es diferente. El número de variaciones depende del número de cromosomas que componen un conjunto. Hay dos posibilidades de orientación en la placa de metafase, el número posible de alineaciones, por lo tanto, es igual a 2 norte en una celda diploide, donde norte es el número de cromosomas por conjunto haploide. Los seres humanos tienen 23 pares de cromosomas, lo que da como resultado más de ocho millones (2 23) posibles gametos genéticamente distintos solo por la alineación aleatoria de los cromosomas en la placa de metafase. Este número no incluye la variabilidad que se producía previamente al cruzar entre las cromátidas no hermanas. Dados estos dos mecanismos, es muy poco probable que dos células haploides que resulten de la meiosis tengan la misma composición genética ((Figura)).

En resumen, la meiosis I crea gametos genéticamente diversos de dos formas. Primero, durante la profase I, los eventos de cruce entre las cromátidas no hermanas de cada par de cromosomas homólogos generan cromátidas recombinantes con nuevas combinaciones de genes maternos y paternos. En segundo lugar, el surtido aleatorio de tétradas en la placa de metafase produce combinaciones únicas de cromosomas maternos y paternos que se abrirán camino hacia los gametos.


Anafase I

En la anafase I, los microtúbulos separan los cromosomas enlazados. Las cromátidas hermanas permanecen fuertemente unidas en el centrómero.Los quiasmas se rompen en la anafase I cuando los microtúbulos unidos a los cinetocoros fusionados separan los cromosomas homólogos ((Figura)).

Telofase I y citocinesis

En la telofase, los cromosomas separados llegan a polos opuestos. El resto de los eventos típicos de la telofase puede ocurrir o no, dependiendo de la especie. En algunos organismos, los cromosomas se "descondensan" y las envolturas nucleares se forman alrededor de los conjuntos separados de cromátidas producidas durante la telofase I. En otros organismos, citocinesis—La separación física de los componentes citoplásmicos en dos células hijas— ocurre sin reformar los núcleos. En casi todas las especies de animales y algunos hongos, la citocinesis separa el contenido celular a través de un surco de hendidura (constricción del anillo de actina que conduce a la división citoplasmática). En las plantas, un placa celular se forma durante la citocinesis celular por la fusión de las vesículas de Golgi en la placa de metafase. Esta placa celular finalmente conducirá a la formación de paredes celulares que separan las dos células hijas.

Dos células haploides son el resultado de la primera división meiótica de una célula diploide. Las células son haploides porque en cada polo hay solo uno de cada par de cromosomas homólogos. Por lo tanto, solo está presente un juego completo de cromosomas. Esta es la razón por la que las células se consideran haploides: solo hay un conjunto de cromosomas, aunque cada cromosoma todavía consta de dos cromátidas hermanas. Recuerde que las cromátidas hermanas son simplemente duplicados de uno de los dos cromosomas homólogos (excepto por los cambios que ocurrieron durante el cruzamiento). En la meiosis II, estas dos cromátidas hermanas se separarán, creando cuatro células hijas haploides.

Revise el proceso de meiosis, observando cómo los cromosomas se alinean y migran, con Animal Cell Meiosis (Javascript interactivo).

Meiosis II

En algunas especies, las células entran en una breve interfase, o interquinesis, antes de entrar en la meiosis II. La interquinesis carece de una fase S, por lo que los cromosomas no están duplicados. Las dos células producidas en la meiosis atraviesan los eventos de la meiosis II en sincronía. Durante la meiosis II, las cromátidas hermanas dentro de las dos células hijas se separan, formando cuatro nuevos gametos haploides. La mecánica de la meiosis II es similar a la mitosis, excepto que cada célula en división tiene solo un conjunto de cromosomas homólogos, cada uno con dos cromátidas. Por lo tanto, cada célula tiene la mitad del número de cromátidas hermanas para separarse como una célula diploide que experimenta mitosis. En términos de contenido cromosómico, las células al comienzo de la meiosis II son similares a las células haploides en G2, preparándose para sufrir mitosis.

Profase II

Si los cromosomas se descondensaron en la telofase I, se volverán a condensar. Si se formaron envolturas nucleares, se fragmentan en vesículas. Los MTOC que se duplicaron durante la interquinesis se alejan entre sí hacia polos opuestos y se forman nuevos ejes.

Prometafase II

Las envolturas nucleares están completamente descompuestas y el huso está completamente formado. Cada cromátida hermana forma un cinetocoro individual que se adhiere a los microtúbulos de los polos opuestos.

Metafase II

Las cromátidas hermanas están máximamente condensadas y alineadas en el ecuador de la célula.

Anafase II

Las cromátidas hermanas son separadas por los microtúbulos del cinetocoro y se mueven hacia los polos opuestos. Los microtúbulos no cinetocoros alargan la célula.


Telofase II y citocinesis

Los cromosomas llegan a los polos opuestos y comienzan a descondensarse. Se forman envolturas nucleares alrededor de los cromosomas. Si la célula madre era diploide, como es el caso más común, la citocinesis ahora separa las dos células en cuatro células haploides únicas. Las células producidas son genéticamente únicas debido a la variedad aleatoria de homólogos paternos y maternos y debido a la recombinación de segmentos de cromosomas maternos y paternos (con sus conjuntos de genes) que se produce durante el cruzamiento. Todo el proceso de meiosis se describe en la (Figura).


Comparación de la meiosis y la mitosis

La mitosis y la meiosis son formas de división del núcleo en las células eucariotas. Comparten algunas similitudes, pero también exhiben una serie de diferencias importantes y distintas que conducen a resultados muy diferentes ((Figura)). La mitosis es una división nuclear única que da como resultado dos núcleos que generalmente se dividen en dos nuevas células. Los núcleos resultantes de una división mitótica son genéticamente idénticos al núcleo original. Tienen el mismo número de juegos de cromosomas: un juego en el caso de células haploides y dos juegos en el caso de células diploides. Por el contrario, la meiosis consta de dos divisiones nucleares que dan como resultado cuatro núcleos que generalmente se dividen en cuatro células nuevas genéticamente distintas. Los cuatro núcleos producidos durante la meiosis no son genéticamente idénticos y contienen solo un conjunto de cromosomas. Esto es la mitad del número de juegos de cromosomas en la célula original, que es diploide.

Las principales diferencias entre la mitosis y la meiosis ocurren en la meiosis I, que es una división nuclear muy diferente a la mitosis. En la meiosis I, los pares de cromosomas homólogos se encuentran físicamente y se unen con el complejo sinaptonémico. Después de esto, los cromosomas desarrollan quiasmas y se cruzan entre cromátidas no hermanas. Al final, los cromosomas se alinean a lo largo de la placa de la metafase como tétradas, con fibras de cinetocoro de polos del huso opuestos unidas a cada cinetocoro de un homólogo para formar una tétrada. Todos estos eventos ocurren solo en la meiosis I.

Cuando los quiasmas se resuelven y la tétrada se rompe con los homólogos moviéndose a un polo u otro, el nivel de ploidía (el número de conjuntos de cromosomas en cada núcleo futuro) se ha reducido de dos a uno. Por esta razón, la meiosis I se denomina división reduccional. No existe tal reducción en el nivel de ploidía durante la mitosis.

La meiosis II es análoga a una división mitótica. En este caso, los cromosomas duplicados (solo un conjunto de ellos) se alinean en la placa de metafase con cinetocoros divididos unidos a fibras de cinetocoro de polos opuestos. Durante la anafase II, como en la anafase mitótica, los cinetocoros se dividen y una cromátida hermana, ahora denominada cromosoma, se tira hacia un polo mientras que la otra cromátida hermana se tira hacia el otro polo. Si no fuera por el hecho de que hubo un cruce, los dos productos de cada división individual de la meiosis II serían idénticos (como en la mitosis). En cambio, son diferentes porque siempre ha habido al menos un cruce por cromosoma. La meiosis II no es una división de reducción porque aunque hay menos copias del genoma en las células resultantes, todavía hay un conjunto de cromosomas, como había al final de la meiosis I.


El misterio de la evolución de la meiosis Algunas características de los organismos están tan extendidas y son fundamentales que a veces es difícil recordar que evolucionaron como otros rasgos simples. La meiosis es una serie de eventos celulares tan extraordinariamente compleja que los biólogos han tenido problemas para probar hipótesis sobre cómo pudo haber evolucionado. Aunque la meiosis está indisolublemente ligada a la reproducción sexual y sus ventajas y desventajas, es importante separar las cuestiones de la evolución de la meiosis y la evolución del sexo, porque la meiosis temprana puede haber sido ventajosa por diferentes razones que ahora. Pensar fuera de la caja e imaginar cuáles podrían haber sido los primeros beneficios de la meiosis es un enfoque para descubrir cómo pudo haber evolucionado.

La meiosis y la mitosis comparten procesos celulares obvios, y tiene sentido que la meiosis haya evolucionado a partir de la mitosis. La dificultad radica en las claras diferencias entre la meiosis I y la mitosis. Adam Wilkins y Robin Holliday 1 resumieron los eventos únicos que debían ocurrir para la evolución de la meiosis a partir de la mitosis. Estos pasos son emparejamiento y sinapsis de cromosomas homólogos, intercambios cruzados, cromátidas hermanas que permanecen unidas durante la anafase y supresión de la replicación del ADN en interfase. Argumentan que el primer paso es el más difícil e importante y que comprender cómo evolucionó aclararía el proceso evolutivo. Sugieren experimentos genéticos que podrían arrojar luz sobre la evolución de la sinapsis.

Hay otros enfoques para comprender la evolución de la meiosis en curso. Existen diferentes formas de meiosis en los protistas unicelulares. Algunas parecen ser formas de meiosis más simples o más "primitivas". La comparación de las divisiones meióticas de diferentes protistas puede arrojar luz sobre la evolución de la meiosis. Marilee Ramesh y sus colegas 2 compararon los genes implicados en la meiosis en protistas para comprender cuándo y dónde podría haber evolucionado la meiosis. Aunque la investigación aún está en curso, estudios recientes sobre la meiosis en protistas sugieren que algunos aspectos de la meiosis pueden haber evolucionado más tarde que otros. Este tipo de comparación genética puede decirnos qué aspectos de la meiosis son los más antiguos y qué procesos celulares pueden haber tomado prestados en células anteriores.

Haga clic en How Cells Divide (sitio web, interactivo) para comparar el proceso meiótico de división celular con el de la mitosis.

Resumen de la sección

La reproducción sexual requiere que los organismos produzcan células que puedan fusionarse durante la fertilización para producir descendencia. En la mayoría de los animales, la meiosis se utiliza para producir óvulos haploides y espermatozoides a partir de células parentales diploides, de modo que la fusión de un óvulo y un espermatozoide produce un cigoto diploide. Al igual que con la mitosis, la replicación del ADN ocurre antes de la meiosis durante la fase S del ciclo celular, de modo que cada cromosoma se convierte en un par de cromátidas hermanas. En la meiosis, hay dos rondas de división nuclear que dan como resultado cuatro núcleos y generalmente cuatro células hijas, cada una con la mitad del número de cromosomas que la célula madre. La primera división separa a los homólogos y la segunda, como la mitosis, separa las cromátidas en cromosomas individuales. La meiosis genera variación en los núcleos hijos durante el cruce en la profase I, así como durante el alineamiento aleatorio de las tétradas en la metafase I. Las células que se producen mediante la meiosis son genéticamente únicas.

La meiosis y la mitosis comparten procesos similares, pero tienen resultados distintos. Las divisiones mitóticas son divisiones nucleares únicas que producen núcleos hijos genéticamente idénticos (es decir, cada núcleo hijo tiene el mismo número de conjuntos de cromosomas que la célula original). En contraste, las divisiones meióticas incluyen dos divisiones nucleares que finalmente producen cuatro núcleos hijos genéticamente diferentes que tienen solo un conjunto de cromosomas (en lugar de los dos conjuntos de cromosomas en la célula madre). Las principales diferencias entre los dos procesos de división nuclear tienen lugar durante la primera división de la meiosis: los cromosomas homólogos se emparejan, se cruzan e intercambian segmentos de cromátidas no hermanas homólogos. Los cromosomas homólogos se separan en diferentes núcleos durante la meiosis I, provocando una reducción del nivel de ploidía en la primera división. La segunda división de la meiosis es similar a una división mitótica, excepto que las células hijas no contienen genomas idénticos debido al cruce y la recombinación cromosómica en la profase I.

Respuesta libre

Describe el proceso que resulta en la formación de una tétrada.

Durante la interfase meiótica, cada cromosoma se duplica. Las cromátidas hermanas que se forman durante la síntesis se mantienen juntas en la región del centrómero mediante proteínas cohesinas. Todos los cromosomas están unidos a la envoltura nuclear por sus puntas. Cuando la célula entra en la profase I, la envoltura nuclear comienza a fragmentarse y las proteínas que contienen cromosomas homólogos se ubican entre sí. Las cuatro cromátidas hermanas se alinean longitudinalmente, y entre ellas se forma una red de proteínas llamada complejo sinaptonémico para unirlas. El complejo sinaptonemal facilita el cruce entre cromátidas no hermanas, que se observa como quiasmas a lo largo del cromosoma. A medida que avanza la profase I, el complejo sinaptonémico se descompone y las cromátidas hermanas se liberan, excepto donde están unidas por quiasmas. En esta etapa, las cuatro cromátidas son visibles en cada emparejamiento homólogo y se denominan tétrada.

Explique cómo la alineación aleatoria de cromosomas homólogos durante la metafase I contribuye a la variación en los gametos producida por la meiosis.

La alineación aleatoria conduce a nuevas combinaciones de rasgos. Los cromosomas que originalmente fueron heredados por el individuo productor de gametos provienen igualmente del óvulo y del esperma. En la metafase I, las copias duplicadas de estos cromosomas homólogos maternos y paternos se alinean en el centro de la célula. La orientación de cada tétrada es aleatoria. Existe la misma posibilidad de que los cromosomas derivados de la madre se enfrenten a cualquiera de los polos. Lo mismo ocurre con los cromosomas de origen paterno. La alineación debería ocurrir de manera diferente en casi todas las meiosis. A medida que los cromosomas homólogos se separan en la anafase I, cualquier combinación de cromosomas maternos y paternos se moverá hacia cada polo. Los gametos formados a partir de estos dos grupos de cromosomas tendrán una mezcla de rasgos de los padres del individuo. Cada gameto es único.

¿Cuál es la función del cinetocoro fusionado que se encuentra en las cromátidas hermanas en la prometafase I?

En la metafase I, los cromosomas homólogos se alinean en la placa de la metafase. En la anafase I, los cromosomas homólogos se separan y se mueven a polos opuestos. Las cromátidas hermanas no se separan hasta la meiosis II. El cinetocoro fusionado formado durante la meiosis I asegura que cada microtúbulo del huso que se une a la tétrada se adhiera a ambas cromátidas hermanas.

En una comparación de las etapas de la meiosis con las etapas de la mitosis, ¿qué etapas son exclusivas de la meiosis y qué etapas tienen los mismos eventos tanto en la meiosis como en la mitosis?

Todas las etapas de la meiosis I, excepto posiblemente la telofase I, son únicas porque los cromosomas homólogos están separados, no las cromátidas hermanas. En algunas especies, los cromosomas no se descondensan y las envolturas nucleares no se forman en la telofase I. Todas las etapas de la meiosis II tienen los mismos eventos que las etapas de la mitosis, con la posible excepción de la profase II. En algunas especies, los cromosomas todavía están condensados ​​y no hay envoltura nuclear. Aparte de esto, todos los procesos son iguales.

¿Por qué un individuo con una mutación que impidió la formación de nódulos de recombinación se consideraría menos apto que otros miembros de su especie?

Los cromosomas del individuo no pueden cruzarse durante la meiosis si el individuo no puede producir nódulos de recombinación. Esto limita la diversidad genética de los gametos del individuo a lo que ocurre durante el surtido independiente, y todas las células hijas reciben cromátidas maternas o paternas completas. Un individuo que no puede producir descendencia diversa se considera menos apto que los individuos que sí producen descendencia diversa.

¿Ocurre el cruce durante la profase II? Desde una perspectiva evolutiva, ¿por qué es ventajoso?

El cruce no ocurre durante la profase II, solo ocurre durante la profase I. En la profase II, todavía hay dos copias de cada gen, pero están en cromátidas hermanas dentro de un solo cromosoma (en lugar de cromosomas homólogos como en la profase I). Por lo tanto, cualquier evento de cruce seguiría produciendo dos cromátidas idénticas. Debido a que es ventajoso evitar el desperdicio de energía en eventos que no aumentarán la diversidad genética, el cruce no ocurre.

Notas al pie

    Adam S. Wilkins y Robin Holliday, "La evolución de la meiosis a partir de la mitosis", Genética 181 (2009): 3–12. Marilee A. Ramesh, Shehre-Banoo Malik y John M. Logsdon, Jr, “A Phylogenetic Inventory of Meiotic Genes: Evidence for Sex in Giardia y un origen eucariota temprano de la meiosis ", Biología actual 15 (2005):185–91.

Glosario


Contenido

Aunque el proceso de meiosis está relacionado con el proceso de división celular más general de la mitosis, se diferencia en dos aspectos importantes:

generalmente ocurre entre cromátidas hermanas idénticas y no da lugar a cambios genéticos

La meiosis comienza con una célula diploide, que contiene dos copias de cada cromosoma, denominadas homólogos. Primero, la célula experimenta la replicación del ADN, por lo que cada homólogo ahora consta de dos cromátidas hermanas idénticas. Luego, cada conjunto de homólogos se empareja e intercambia información genética por recombinación homóloga que a menudo conduce a conexiones físicas (cruces) entre los homólogos. En la primera división meiótica, los homólogos se segregan para separar las células hijas mediante el aparato del huso. Luego, las células proceden a una segunda división sin que intervenga una ronda de replicación del ADN. Las cromátidas hermanas se segregan para separar las células hijas para producir un total de cuatro células haploides. Las hembras emplean una ligera variación en este patrón y producen un óvulo grande y dos cuerpos polares pequeños. Debido a la recombinación, una cromátida individual puede consistir en una nueva combinación de información genética materna y paterna, lo que da como resultado una descendencia que es genéticamente distinta de cualquiera de los padres. Además, un gameto individual puede incluir una variedad de cromátidas maternas, paternas y recombinantes. Esta diversidad genética resultante de la reproducción sexual contribuye a la variación de los rasgos sobre los que puede actuar la selección natural.

La meiosis utiliza muchos de los mismos mecanismos que la mitosis, el tipo de división celular que utilizan los eucariotas para dividir una célula en dos células hijas idénticas. En algunas plantas, hongos y protistas, la meiosis da como resultado la formación de esporas: células haploides que pueden dividirse vegetativamente sin someterse a fertilización. Algunos eucariotas, como los rotíferos bdelloides, no tienen la capacidad de llevar a cabo la meiosis y han adquirido la capacidad de reproducirse por partenogénesis.

La meiosis no ocurre en arqueas o bacterias, que generalmente se reproducen asexualmente por fisión binaria. Sin embargo, un proceso "sexual" conocido como transferencia horizontal de genes implica la transferencia de ADN de una bacteria o arqueona a otra y la recombinación de estas moléculas de ADN de diferente origen parental.

La meiosis fue descubierta y descrita por primera vez en huevos de erizo de mar en 1876 por el biólogo alemán Oscar Hertwig. Fue descrito nuevamente en 1883, a nivel de cromosomas, por el zoólogo belga Edouard Van Beneden, en Ascaris huevos de lombrices intestinales. Sin embargo, la importancia de la meiosis para la reproducción y la herencia fue descrita solo en 1890 por el biólogo alemán August Weismann, quien señaló que eran necesarias dos divisiones celulares para transformar una célula diploide en cuatro células haploides si se tenía que mantener el número de cromosomas. En 1911, el genetista estadounidense Thomas Hunt Morgan detectó cruces en la meiosis en la mosca de la fruta. Drosophila melanogaster, que ayudó a establecer que los rasgos genéticos se transmiten en los cromosomas.

El término "meiosis" se deriva de la palabra griega μείωσις, que significa "disminución". Fue introducido a la biología por J.B. Farmer y J.E.S. Moore en 1905, utilizando la traducción idiosincrásica de "maiosis":

Proponemos aplicar los términos maiosis o fase maiótica para cubrir toda la serie de cambios nucleares incluidos en las dos divisiones que fueron designadas como heterotipo y homotipo por Flemming.. [8]

Koernicke (1905) y Pantel y De Sinety (1906) cambiaron la ortografía a "meiosis" para seguir las convenciones habituales para la transliteración del griego. [9]

La meiosis se divide en meiosis I y meiosis II que se dividen a su vez en Karyokinesis I y Cytokinesis I y Karyokinesis II y Cytokinesis II respectivamente. Los pasos preparatorios que conducen a la meiosis son idénticos en patrón y nombre a la interfase del ciclo celular mitótico. [10] La interfase se divide en tres fases:

    : En esta fase muy activa, la célula sintetiza su amplia gama de proteínas, incluidas las enzimas y proteínas estructurales que necesitará para crecer. En g1, cada uno de los cromosomas consta de una única molécula lineal de ADN. : El material genético se replica, cada uno de los cromosomas de la célula se duplica para convertirse en dos cromátidas hermanas idénticas unidas en un centrómero. Esta replicación no cambia la ploidía de la célula ya que el número de centrómeros sigue siendo el mismo. Las cromátidas hermanas idénticas aún no se han condensado en los cromosomas densamente empaquetados visibles con el microscopio óptico. Esto tendrá lugar durante la profase I en la meiosis. : G2 fase como se ve antes de la mitosis no está presente en la meiosis. La profase meiótica corresponde más estrechamente a la G2 fase del ciclo celular mitótico.

A la interfase le sigue la meiosis I y luego la meiosis II. La meiosis I separa los cromosomas homólogos replicados, cada uno todavía formado por dos cromátidas hermanas, en dos células hijas, reduciendo así el número de cromosomas a la mitad. Durante la meiosis II, las cromátidas hermanas se desacoplan y los cromosomas hijos resultantes se segregan en cuatro células hijas. Para los organismos diploides, las células hijas resultantes de la meiosis son haploides y contienen solo una copia de cada cromosoma. En algunas especies, las células entran en una fase de reposo conocida como interquinesis entre la meiosis I y la meiosis II.

La meiosis I y II se dividen cada una en etapas de profase, metafase, anafase y telofase, de propósito similar a sus subfases análogas en el ciclo celular mitótico. Por tanto, la meiosis incluye las etapas de meiosis I (profase I, metafase I, anafase I, telofase I) y meiosis II (profase II, metafase II, anafase II, telofase II).

Durante la meiosis, los genes específicos se transcriben con mayor frecuencia. [11] [12] Además de una fuerte expresión de ARNm específica en la etapa meiótica, también existen controles de traducción generalizados (por ejemplo, el uso selectivo de ARNm preformado), que regulan la expresión proteica específica de la etapa meiótica final de los genes durante la meiosis. [13] Por tanto, tanto los controles transcripcionales como traslacionales determinan la amplia reestructuración de las células meióticas necesarias para llevar a cabo la meiosis.

Meiosis I Editar

La meiosis I segrega cromosomas homólogos, que se unen como tétradas (2n, 4c), produciendo dos células haploides (n cromosomas, 23 en humanos) que contienen cada una pares de cromátidas (1n, 2c). Debido a que la ploidía se reduce de diploide a haploide, la meiosis I se denomina división reduccional. La meiosis II es una división ecuacional análoga a la mitosis, en la que las cromátidas hermanas se segregan, creando cuatro células hijas haploides (1n, 1c). [14]

Profase I Editar

La profase I es, con mucho, la fase más larga de la meiosis (que dura 13 de 14 días en ratones [15]). Durante la profase I, los cromosomas maternos y paternos homólogos se emparejan, hacen sinapsis e intercambian información genética (por recombinación homóloga), formando al menos un cruce por cromosoma. [16] Estos cruces se hacen visibles como chiasmata (plural singular quiasma). [17] Este proceso facilita el emparejamiento estable entre cromosomas homólogos y, por tanto, permite una segregación precisa de los cromosomas en la primera división meiótica. Los cromosomas apareados y replicados se denominan bivalentes (dos cromosomas) o tétradas (cuatro cromátidas), y un cromosoma proviene de cada padre. La profase I se divide en una serie de subestaciones que se denominan según la apariencia de los cromosomas.

Leptoteno Editar

La primera etapa de la profase I es la leptoteno etapa, también conocida como leptonema, de las palabras griegas que significan "hilos delgados". [18]: 27 En esta etapa de la profase I, los cromosomas individuales, cada uno de los cuales consta de dos cromátidas hermanas replicadas, se "individualizan" para formar hebras visibles dentro del núcleo. [18]: 27 [19]: 353 Cada uno de los cromosomas forma una matriz lineal de bucles mediados por cohesina, y los elementos laterales del complejo sinaptonémico se ensamblan formando un "elemento axial" del que emanan los bucles. [20] La recombinación es iniciada en esta etapa por la enzima SPO11 que crea roturas programadas de doble cadena (alrededor de 300 por meiosis en ratones). [21] Este proceso genera filamentos de ADN de una sola hebra recubiertos por RAD51 y DMC1 que invaden los cromosomas homólogos, formando puentes entre ejes y dando como resultado el emparejamiento / co-alineación de homólogos (a una distancia de

Cigoteno editar

El leptoteno es seguido por el cigoteno etapa, también conocida como zygonema, de las palabras griegas que significan "hilos emparejados", [18]: 27 que en algunos organismos también se denomina etapa de ramo debido a la forma en que los telómeros se agrupan en un extremo del núcleo. [23] En esta etapa, los cromosomas homólogos se vuelven mucho más cercanos (

100 nm) y apareados de forma estable (un proceso llamado sinapsis) mediado por la instalación de los elementos transversales y centrales del complejo sinaptonemal. [20] Se cree que la sinapsis ocurre en forma de cremallera a partir de un nódulo de recombinación. Los cromosomas emparejados se denominan cromosomas bivalentes o tétrada.

Pachytene Editar

los paquiteno etapa (/ ˈ p æ k ɪ t iː n / PAK -i-adolescente), también conocido como paquinema, de las palabras griegas que significan "hilos gruesos". [18]: 27 es la etapa en la que todos los cromosomas autosómicos tienen sinapsis. En esta etapa, la recombinación homóloga, incluido el cruzamiento cromosómico (cruzamiento), se completa mediante la reparación de las roturas de doble hebra formadas en el leptoteno. [20] La mayoría de las roturas se reparan sin formar cruces que provoquen la conversión de genes. [24] Sin embargo, un subconjunto de rupturas (al menos una por cromosoma) forman cruces entre cromosomas no hermanos (homólogos) que resultan en el intercambio de información genética. [25] Los cromosomas sexuales, sin embargo, no son completamente idénticos y solo intercambian información sobre una pequeña región de homología llamada región pseudoautosómica. [26] El intercambio de información entre las cromátidas homólogas da como resultado una recombinación de información. Cada cromosoma tiene el conjunto completo de información que tenía antes, y no se forman huecos como resultado del proceso. Debido a que los cromosomas no se pueden distinguir en el complejo sinaptonemal, el acto real de cruzar no se percibe a través de un microscopio óptico ordinario y los quiasmas no son visibles hasta la siguiente etapa.

Diploteno Editar

Durante el diploteno etapa, también conocida como diplonema, de las palabras griegas que significan "dos hilos", [18]: 30 el complejo sinaptonémico se desmonta y los cromosomas homólogos se separan un poco entre sí. Sin embargo, los cromosomas homólogos de cada bivalente permanecen estrechamente unidos en los quiasmas, las regiones donde se produjo el entrecruzamiento. Los quiasmas permanecen en los cromosomas hasta que se cortan en la transición a la anafase I para permitir que los cromosomas homólogos se muevan a los polos opuestos de la célula.

En la ovogénesis fetal humana, todos los ovocitos en desarrollo se desarrollan hasta esta etapa y se detienen en la profase I antes del nacimiento. [27] Este estado suspendido se conoce como etapa de dictyotene o dictar. Dura hasta que se reanuda la meiosis para preparar el ovocito para la ovulación, que ocurre en la pubertad o incluso más tarde.

Diaquinesis Editar

Los cromosomas se condensan aún más durante el diaquinesis etapa, de las palabras griegas que significan "moverse a través". [18]: 30 Este es el primer punto en la meiosis donde las cuatro partes de las tétradas son realmente visibles. Los sitios de cruce se entrelazan, superponiéndose efectivamente, haciendo que los quiasmas sean claramente visibles. Aparte de esta observación, el resto de la etapa se parece mucho a la prometafase de la mitosis; los nucleolos desaparecen, la membrana nuclear se desintegra en vesículas y el huso meiótico comienza a formarse.

Formación de huso meiótico Editar

A diferencia de las células mitóticas, los ovocitos humanos y de ratón no tienen centrosomas para producir el huso meiótico. En ratones, aproximadamente 80 MicroTubule Organizing Centers (MTOC) forman una esfera en el ooplasma y comienzan a nuclear microtúbulos que se extienden hacia los cromosomas y se unen a los cromosomas en el cinetocoro. Con el tiempo, los MTOC se fusionan hasta que se forman dos polos, generando un eje en forma de barril. [28] En los ovocitos humanos, la nucleación de los microtúbulos del huso comienza en los cromosomas, formando un aster que eventualmente se expande para rodear los cromosomas. [29] Los cromosomas luego se deslizan a lo largo de los microtúbulos hacia el ecuador del huso, punto en el cual los cinetocoros cromosómicos forman uniones terminales a los microtúbulos. [30]

Metafase I Editar

Los pares homólogos se mueven juntos a lo largo de la placa de metafase: como microtúbulos cinetocoros Desde ambos polos del huso se unen a sus respectivos cinetocoros, los cromosomas homólogos apareados se alinean a lo largo de un plano ecuatorial que biseca el huso, debido a las continuas fuerzas de contrapeso ejercidas sobre los bivalentes por los microtúbulos que emanan de los dos cinetocoros de cromosomas homólogos. Este accesorio se conoce como accesorio bipolar. La base física del surtido independiente de cromosomas es la orientación aleatoria de cada bivalente a lo largo de la placa de metafase, con respecto a la orientación de los otros bivalentes a lo largo de la misma línea ecuatorial. [17] La ​​cohesina del complejo de proteínas mantiene unidas a las cromátidas hermanas desde el momento de su replicación hasta la anafase. En la mitosis, la fuerza de los microtúbulos del cinetocoro tirando en direcciones opuestas crea tensión. La célula percibe esta tensión y no progresa con la anafase hasta que todos los cromosomas están correctamente biorientados. En la meiosis, el establecimiento de tensión normalmente requiere al menos un cruce por par de cromosomas además de la cohesión entre cromátidas hermanas (ver Segregación de cromosomas).

Anafase I Editar

Los microtúbulos del cinetocoro se acortan, tirando de los cromosomas homólogos (cada uno de los cuales consta de un par de cromátidas hermanas) hacia los polos opuestos. Los microtúbulos no cinetocoros se alargan, separando aún más los centrosomas. La célula se alarga en preparación para la división por el centro. [17] A diferencia de la mitosis, solo la cohesina de los brazos del cromosoma se degrada mientras que la cohesina que rodea el centrómero permanece protegida por una proteína llamada Shugoshin (en japonés, "espíritu guardián"), lo que evita que las cromátidas hermanas se separen. [31] Esto permite que las cromátidas hermanas permanezcan juntas mientras los homólogos se segregan.

Telofase I Editar

La primera división meiótica termina efectivamente cuando los cromosomas llegan a los polos. Cada célula hija tiene ahora la mitad del número de cromosomas, pero cada cromosoma consta de un par de cromátidas. Los microtúbulos que forman la red del huso desaparecen y una nueva membrana nuclear rodea cada conjunto haploide. Los cromosomas se desenrollan nuevamente en cromatina. Se produce la citocinesis, el pellizco de la membrana celular en las células animales o la formación de la pared celular en las células vegetales, completando la creación de dos células hijas. Sin embargo, la citocinesis no se completa por completo dando como resultado "puentes citoplásmicos" que permiten que el citoplasma se comparta entre las células hijas hasta el final de la meiosis II. [32] Las cromátidas hermanas permanecen adheridas durante la telofase I.

Las células pueden entrar en un período de reposo conocido como interquinesis o interfase II. No se produce ninguna replicación del ADN durante esta etapa.

Meiosis II Editar

La meiosis II es la segunda división meiótica y, por lo general, implica segregación ecuacional o separación de cromátidas hermanas. Mecánicamente, el proceso es similar a la mitosis, aunque sus resultados genéticos son fundamentalmente diferentes. El resultado final es la producción de cuatro células haploides (n cromosomas, 23 en humanos) a partir de las dos células haploides (con n cromosomas, cada una de las cuales consta de dos cromátidas hermanas) producidas en la meiosis I. Los cuatro pasos principales de la meiosis II son: profase II , metafase II, anafase II y telofase II.

En profase II, vemos nuevamente la desaparición de los nucléolos y la envoltura nuclear, así como el acortamiento y engrosamiento de las cromátidas. Los centrosomas se mueven a las regiones polares y disponen las fibras del huso para la segunda división meiótica.

En metafase II, los centrómeros contienen dos cinetocoros que se unen a las fibras del huso de los centrosomas en los polos opuestos. La nueva placa de metafase ecuatorial gira 90 grados en comparación con la meiosis I, perpendicular a la placa anterior. [33]

A esto le sigue anafase II, en el que la cohesina centromérica restante, que ya no está protegida por Shugoshin, se escinde, lo que permite que las cromátidas hermanas se segreguen. Las cromátidas hermanas por convención ahora se denominan cromosomas hermanos a medida que se mueven hacia polos opuestos. [31]

El proceso termina con telofase II, que es similar a la telofase I, y se caracteriza por la descondensación y el alargamiento de los cromosomas y el desmontaje del huso. Las envolturas nucleares se vuelven a formar y la escisión o la formación de la placa celular finalmente produce un total de cuatro células hijas, cada una con un conjunto haploide de cromosomas.

La meiosis ahora está completa y termina con cuatro nuevas células hijas.

los origen y función de la meiosis actualmente no se comprenden bien científicamente y proporcionarían información fundamental sobre la evolución de la reproducción sexual en eucariotas. No existe un consenso actual entre los biólogos sobre las cuestiones de cómo el sexo en los eucariotas surgió en la evolución, qué función básica cumple la reproducción sexual y por qué se mantiene, dado el doble costo básico del sexo. Está claro que evolucionó hace más de 1.200 millones de años, y que casi todas las especies que son descendientes de las especies originales que se reproducen sexualmente siguen siendo reproductores sexuales, incluidas plantas, hongos y animales.

La meiosis es un evento clave del ciclo sexual en eucariotas. Es la etapa del ciclo de vida en la que una célula da lugar a células haploides (gametos), cada una de las cuales tiene la mitad de cromosomas que la célula parental. Dos de estos gametos haploides, que normalmente surgen de diferentes organismos individuales, se fusionan mediante el proceso de fertilización, completando así el ciclo sexual.

La meiosis es omnipresente entre los eucariotas. Ocurre en organismos unicelulares como la levadura, así como en organismos multicelulares, como los humanos. Los eucariotas surgieron de procariotas hace más de 2.200 millones de años [34] y los primeros eucariotas fueron probablemente organismos unicelulares. Para comprender el sexo en eucariotas, es necesario comprender (1) cómo surgió la meiosis en eucariotas unicelulares y (2) la función de la meiosis.

Las nuevas combinaciones de ADN creadas durante la meiosis son una fuente importante de variación genética junto con la mutación, lo que da como resultado nuevas combinaciones de alelos, que pueden ser beneficiosas. La meiosis genera diversidad genética de gametos de dos formas: (1) Ley de surtido independiente. La orientación independiente de los pares de cromosomas homólogos a lo largo de la placa de la metafase durante la metafase I y la orientación de las cromátidas hermanas en la metafase II, esta es la separación posterior de homólogos y cromátidas hermanas durante la anafase I y II, permite una distribución aleatoria e independiente de los cromosomas para cada uno. célula hija (y finalmente a gametos) [35] y (2) Crossing Over. El intercambio físico de regiones cromosómicas homólogas por recombinación homóloga durante la profase I da como resultado nuevas combinaciones de información genética dentro de los cromosomas. [36]

Profase I arresto Editar

Los mamíferos hembras y las aves nacen con todos los ovocitos necesarios para futuras ovulaciones, y estos ovocitos se detienen en la etapa de profase I de la meiosis. [37] En los seres humanos, por ejemplo, los ovocitos se forman entre los tres y cuatro meses de gestación dentro del feto y, por lo tanto, están presentes al nacer. Durante esta profase I detenido (dictyate), que puede durar décadas, cuatro copias del genoma están presentes en los ovocitos. Se propuso la detención de ooctyes en la etapa de cuatro copias del genoma para proporcionar la redundancia de información necesaria para reparar el daño en el ADN de la línea germinal. [37] El proceso de reparación utilizado parece implicar una reparación recombinacional homóloga. [37] [38] Los ovocitos detenidos en la profase I tienen una alta capacidad para reparar eficazmente los daños del ADN, en particular las roturas de doble cadena inducidas exógenamente. [38] La capacidad de reparación del ADN parece ser un mecanismo clave de control de calidad en la línea germinal femenina y un determinante crítico de la fertilidad. [38]

En ciclos de vida Editar

La meiosis ocurre en los ciclos de vida eucariotas que involucran la reproducción sexual, que consiste en el proceso cíclico constante de meiosis y fertilización. Esto ocurre junto con la división celular mitótica normal. En los organismos multicelulares, hay un paso intermedio entre la transición diploide y haploide donde crece el organismo. En determinadas etapas del ciclo de vida, las células germinales producen gametos. Las células somáticas forman el cuerpo del organismo y no participan en la producción de gametos.

Los eventos cíclicos de meiosis y fertilización producen una serie de transiciones entre estados alternados haploides y diploides. La fase del organismo del ciclo de vida puede ocurrir durante el estado diploide (diplomático ciclo de vida), durante el estado haploide (haplóntico ciclo de vida), o ambos (haplodiplóntico ciclo de vida, en el que hay dos fases distintas del organismo, una durante el estado haploide y la otra durante el estado diploide). En este sentido, existen tres tipos de ciclos de vida que utilizan la reproducción sexual, diferenciados por la ubicación de la (s) fase (s) del organismo. [ cita necesaria ]

En el ciclo de vida diplomático (con meiosis pre-gamética), del cual los humanos son parte, el organismo es diploide, crecido a partir de una célula diploide llamada cigoto. Las células madre diploides de la línea germinal del organismo se someten a meiosis para crear gametos haploides (los espermatozoides para los machos y los óvulos para las hembras), que fertilizan para formar el cigoto. El cigoto diploide sufre una división celular repetida por mitosis para crecer en el organismo.

En el ciclo de vida haplóntico (con meiosis post-cigótica), el organismo es haploide, engendrado por la proliferación y diferenciación de una sola célula haploide llamada gameto. Dos organismos de sexo opuesto contribuyen con sus gametos haploides para formar un cigoto diploide. El cigoto sufre meiosis inmediatamente, creando cuatro células haploides. Estas células experimentan mitosis para crear el organismo. Muchos hongos y protozoos utilizan el ciclo de vida haplóntico. [ cita necesaria ]

Finalmente, en el ciclo de vida haplodiplóntico (con meiosis espórica o intermedia), el organismo vivo alterna entre estados haploides y diploides. En consecuencia, este ciclo también se conoce como alternancia de generaciones. Las células de la línea germinal del organismo diploide se someten a meiosis para producir esporas. Las esporas proliferan por mitosis, convirtiéndose en un organismo haploide. El gameto del organismo haploide luego se combina con el gameto de otro organismo haploide, creando el cigoto. El cigoto sufre repetidas mitosis y diferenciación para volver a convertirse en un organismo diploide. El ciclo de vida haplodiplóntico puede considerarse una fusión de los ciclos de vida diplóntico y haplóntico. [39] [ cita necesaria ]

En plantas y animales Editar

La meiosis ocurre en todos los animales y plantas. El resultado final, la producción de gametos con la mitad del número de cromosomas que la célula madre, es el mismo, pero el proceso detallado es diferente. En los animales, la meiosis produce gametos directamente. En las plantas terrestres y en algunas algas, hay una alternancia de generaciones de modo que la meiosis en la generación de esporofitos diploides produce esporas haploides. Estas esporas se multiplican por mitosis, desarrollándose en la generación de gametofitos haploides, que luego da lugar a gametos directamente (es decir, sin más meiosis). Tanto en animales como en plantas, la etapa final es que los gametos se fusionen, restaurando el número original de cromosomas. [40]

En mamíferos Editar

En las mujeres, la meiosis ocurre en células conocidas como ovocitos (singular: ovocito). Cada ovocito primario se divide dos veces en la meiosis, de manera desigual en cada caso. La primera división produce una célula hija y un cuerpo polar mucho más pequeño que puede o no sufrir una segunda división. En la meiosis II, la división de la célula hija produce un segundo cuerpo polar y una sola célula haploide, que se agranda para convertirse en un óvulo. Por lo tanto, en las hembras, cada ovocito primario que se somete a meiosis da como resultado un óvulo maduro y uno o dos cuerpos polares.

Tenga en cuenta que hay pausas durante la meiosis en las mujeres. Los ovocitos que maduran se detienen en la profase I de la meiosis I y permanecen latentes dentro de una capa protectora de células somáticas llamada folículo. Al comienzo de cada ciclo menstrual, la secreción de FSH de la pituitaria anterior estimula la maduración de algunos folículos en un proceso conocido como foliculogénesis. Durante este proceso, los ovocitos en maduración reanudan la meiosis y continúan hasta la metafase II de la meiosis II, donde se detienen nuevamente justo antes de la ovulación. Si estos ovocitos son fertilizados por espermatozoides, se reanudarán y completarán la meiosis. Durante la foliculogénesis en humanos, generalmente un folículo se vuelve dominante mientras que los otros sufren atresia. El proceso de meiosis en las hembras ocurre durante la ovogénesis y se diferencia de la meiosis típica en que presenta un largo período de detención meiótica conocida como etapa de dictado y carece de la asistencia de los centrosomas. [41] [42]

En los hombres, la meiosis ocurre durante la espermatogénesis en los túbulos seminíferos de los testículos. La meiosis durante la espermatogénesis es específica de un tipo de células llamadas espermatocitos, que luego madurarán para convertirse en espermatozoides. La meiosis de las células germinales primordiales ocurre en el momento de la pubertad, mucho más tarde que en las mujeres. Los tejidos de los testículos masculinos suprimen la meiosis al degradar el ácido retinoico, propuesto para ser un estimulador de la meiosis. Esto se supera en la pubertad cuando las células dentro de los túbulos seminíferos llamadas células de Sertoli comienzan a producir su propio ácido retinoico. La sensibilidad al ácido retinoico también se ajusta mediante proteínas llamadas nanos y DAZL. [43] [44] Los estudios de pérdida de función genética en las enzimas generadoras de ácido retinoico han demostrado que el ácido retinoico es necesario después del nacimiento para estimular la diferenciación de las espermatogonias, lo que resulta varios días después en los espermatocitos que experimentan meiosis; sin embargo, no se requiere ácido retinoico durante ese tiempo. cuando se inicia la meiosis. [45]

En las hembras de mamíferos, la meiosis comienza inmediatamente después de que las células germinales primordiales migran al ovario en el embrión. Algunos estudios sugieren que el ácido retinoico derivado del riñón primitivo (mesonefros) estimula la meiosis en la oogonía ovárica embrionaria y que los tejidos de los testículos masculinos embrionarios suprimen la meiosis al degradar el ácido retinoico. [46] Sin embargo, estudios de pérdida de función genética en enzimas generadoras de ácido retinoico han demostrado que el ácido retinoico no es necesario para el inicio de la meiosis femenina que ocurre durante la embriogénesis [47] o la meiosis masculina que se inicia postnatalmente. [45]

Flagelados Editar

Si bien la mayoría de los eucariotas tienen una meiosis de dos divisiones (aunque a veces aciasmática), una forma muy rara, la meiosis de una división, ocurre en algunos flagelados (parabasálidos y oximonas) del intestino de la cucaracha que se alimenta de madera. Cryptocercus. [48]

La recombinación entre los 23 pares de cromosomas humanos es responsable de redistribuir no solo los cromosomas reales, sino también partes de cada uno de ellos. También se estima que hay 1,6 veces más recombinación en hembras que en machos. Además, la recombinación femenina promedio es mayor en los centrómeros y la recombinación masculina es mayor en los telómeros. En promedio, 1 millón de pb (1 Mb) corresponden a 1 cMorgan (cm = 1% de frecuencia de recombinación). [49] La frecuencia de los cruces sigue siendo incierta. En levaduras, ratones y humanos, se ha estimado que se forman ≥200 rupturas de doble hebra (DSB) por célula meiótica. Sin embargo, solo un subconjunto de DSB (

5-30% dependiendo del organismo), se producen cruces, [50] que resultarían en sólo 1-2 cruces por cromosoma humano.

No disyunción editar

La separación normal de cromosomas en la meiosis I o cromátidas hermanas en la meiosis II se denomina disyunción. Cuando la segregación no es normal, se llama no disyunción. Esto da como resultado la producción de gametos que tienen demasiados o muy pocos cromosomas en particular, y es un mecanismo común de trisomía o monosomía. La no disyunción puede ocurrir en la meiosis I o la meiosis II, fases de la reproducción celular o durante la mitosis.

La mayoría de los embriones humanos monosómicos y trisómicos no son viables, pero se pueden tolerar algunas aneuploidías, como la trisomía del cromosoma más pequeño, el cromosoma 21. Los fenotipos de estas aneuploidías varían desde trastornos graves del desarrollo hasta asintomáticos. Las condiciones médicas incluyen pero no se limitan a:

    - trisomía del cromosoma 21 - trisomía del cromosoma 13 - trisomía del cromosoma 18 - cromosomas X adicionales en los hombres - es decir, XXY, XXXY, XXXXY, etc. - falta de un cromosoma X en las mujeres - es decir, X0 - un cromosoma X adicional en las mujeres - un cromosoma Y adicional en los hombres.

La probabilidad de no disyunción en los ovocitos humanos aumenta con el aumento de la edad materna, [51] presumiblemente debido a la pérdida de cohesina con el tiempo. [52]

Para comprender la meiosis, es útil una comparación con la mitosis. La siguiente tabla muestra las diferencias entre la meiosis y la mitosis. [53]

Mitosis Mitosis
Resultado final Normalmente cuatro células, cada una con la mitad del número de cromosomas que el padre Dos células que tienen el mismo número de cromosomas que el padre
Función Producción de gametos (células sexuales) en eucariotas de reproducción sexual con ciclo de vida diplomado Reproducción celular, crecimiento, reparación, reproducción asexual
¿Dónde pasa? Casi todos los eucariotas (animales, plantas, hongos y protistas) [54] [48]
En gónadas, antes de los gametos (en ciclos de vida diplomáticos)
Después de cigotos (en haplóntico)
Antes de las esporas (en haplodiplóntico)
Todas las células en proliferación en todos los eucariotas.
Pasos Profase I, Metafase I, Anafase I, Telofase I,
Profase II, Metafase II, Anafase II, Telofase II
Profase, Prometafase, Metafase, Anafase, Telofase
¿Genéticamente igual que el padre? No
¿Sucede el cruce? Sí, normalmente ocurre entre cada par de cromosomas homólogos. Muy raramente
¿Emparejamiento de cromosomas homólogos? No
Citocinesis Ocurre en Telofase I y Telofase II Ocurre en telofase
Centrómeros divididos No ocurre en Anafase I, pero ocurre en Anafase II Ocurre en anafase

No se conoce bien cómo una célula procede a la división meiótica en la división celular meiótica. El factor promotor de la maduración (MPF) aparentemente tiene un papel en la meiosis de los ovocitos de las ranas. En el hongo S. pombe. Existe un papel de la proteína de unión de MeiRNA para la entrada a la división celular meiótica. [55]

Se ha sugerido que el producto del gen CEP1 de levadura, que se une a la región centromérica CDE1, puede desempeñar un papel en el apareamiento de cromosomas durante la meiosis-I. [56]

La recombinación meiótica está mediada por la rotura bicatenaria, que es catalizada por la proteína Spo11. También Mre11, Sae2 y Exo1 juegan un papel en la rotura y recombinación. Después de que ocurre la rotura, tiene lugar una recombinación que es típicamente homóloga. La recombinación puede pasar por una vía de doble unión de Holliday (dHJ) o por hibridación de cadena dependiente de síntesis (SDSA). (El segundo da a producto no cruzado). [57]

Aparentemente, también hay puntos de control para la división celular meiótica. En S. pombe, se cree que las proteínas Rad, S. pombe Mek1 (con dominio quinasa FHA), Cdc25, Cdc2 y factor desconocido forman un punto de control. [58]

En la ovogénesis de vertebrados, mantenida por el factor citostático (LCR) tiene un papel en el cambio a la meiosis-II. [56]


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