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15.8: Meiosis - Biología

15.8: Meiosis - Biología


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En los metazoos, hay dos situaciones en las que una célula da lugar a células hijas. La primera, y con mucho más común, es la mitosis. El segundo es la meiosis. La meiosis es el proceso mediante el cual se generan los gametos (células sexuales). Los animales y las plantas se generan por reproducción sexual (si esto es una novedad para usted, considere la posibilidad de especializarse en algo que no sea biología). Estos organismos comienzan su vida mediante la fusión de dos células: un espermatozoide y un óvulo. Ambos aportan material genético al nuevo organismo. Para mantener la cantidad adecuada de cromosomas en cada generación, cada uno de los gametos aporta un juego de cromosomas, de modo que el óvulo fertilizado y todas las demás células del organismo tienen dos juegos de cromosomas, uno de cada padre. El propósito de la meiosis, y su principal diferencia con la mitosis, no es generar células hijas que sean réplicas exactas, sino generar células hijas que solo tengan la mitad de la cantidad de material genético que la célula original.

Echemos un vistazo a esta situación de forma egoísta: la meiosis en el ser humano. Casi todas las células de su cuerpo tienen un núcleo que contiene 46 cromosomas, un conjunto de 23 de su padre y un conjunto de 23 de su madre. Las únicas excepciones son los gametos: los espermatocitos en los hombres y los ovocitos en las mujeres. Se dice que las células somáticas son 2n o diploides, es decir, que tienen 2 juegos de cromosomas, y los gametos son 1n o haploides, que tienen solo un juego de cromosomas. A veces, la meiosis puede ser un poco confusa para los estudiantes porque ocurre en la misma parte del ciclo celular que la mitosis, es decir, después de G2. Debido a esto, la célula que ingresa a la meiosis en realidad tiene 4 juegos de cromosomas, ya que el ADN ya se ha replicado en la fase S.

Los glóbulos rojos maduros no contienen núcleo y algunas células musculares, aunque multinucleadas porque se forman a partir de la fusión de varios mioblastos, tienen 46 cromosomas en cada uno de los núcleos. Poliploidía, aunque es poco común en los seres humanos, es un estado normal para muchos organismos. La rana, Xenopus laevis, un animal de investigación común, es tetraploide.

La meiosis consta de dos divisiones meióticas consecutivas, cada una de las cuales tiene fases similares a la mitosis: profase, metafase, anafase, telofase, y cada una de ellas termina con una citocinesis completa. Tenga en cuenta que inmediatamente después de la telofase I meiótica, la célula se divide y ambas células hijas están inmediatamente en profase II. No hay G interviniendo1, S o G2 fase.

La profase I de la meiosis comienza de manera muy similar a la profase de la mitosis: activación de MPF (mitotic-cdk), condensación cromosómica, formación de huso y ruptura de la envoltura nuclear. Sin embargo, en comparación con la mitosis, la profase meiótica I dura mucho tiempo y se puede subdividir en cinco etapas: leptoteno, cigoteno, paquiteno, diploteno y diaquinesis. Durante el leptoteno, los dos conjuntos (materno y paterno) de cromátidas hermanas de cada cromosoma se condensan, se alinean y forman una estructura conocida como bivalente. Para aclarar, este bivalente consta de cuatro copias de un cromosoma determinado: dos copias cada una del cromosoma materno y del cromosoma paterno. Debido a que las versiones materna y paterna de un cromosoma dado se mantienen muy cerca durante un período prolongado de tiempo, existe una mayor probabilidad de que se produzca una infección. recombinación, o cruzamiento e intercambio de piezas homólogas de cada cromosoma.

La recombinación ocurre cuando una parte del cromosoma paterno se intercambia por la parte homóloga de ADN en el cromosoma materno correspondiente (o viceversa). Tenga en cuenta que las cromátidas hermanas (es decir, copias exactas) no se recombinan; solo las cromátidas homólogas no hermanas pueden recombinarse. Obviamente, este tipo de intercambio de ADN debe hacerse con cuidado y con equivalencia, de modo que el ADN resultante en cada lado contenga toda la información genética que se supone que contiene, y no más información de la que se supone que contiene. Para garantizar esta precisión en la recombinación, las cromátidas homólogas no hermanas se mantienen juntas en un complejo sinaptonémico (SC). Este complejo en forma de escalera comienza a formarse en la etapa de cigoteno de la profase I y se completa en paquiteno. El SC completo consta de elementos laterales proteicos (también conocidos como elementos axiales) que corren a lo largo de las cromátidas y un elemento central corto compuesto por proteínas fibrosas que forman los peldaños de la escalera perpendiculares a los dos elementos laterales. El elemento central está formado por dímeros de lamento transversales que interactúan entre sí de forma offset, así como con los elementos laterales. Estas proteínas de lamento (por ejemplo, SCP1 (ratón), Zip1p (levadura)) tienen regiones centrales en espiral que funcionan como dominios de interacción de proteínas. Aunque SCP3 y, por lo tanto, la formación completa de elementos laterales son innecesarios para un complejo sinaptonémico funcional, la condensina y la cohesina parecen ser necesarias para la unión transversal adecuada del lamento de los elementos laterales.

La recombinación puede ocurrir con o sin la formación de roturas de doble hebra y, de hecho, puede ocurrir sin la formación del complejo sinaptonémico, aunque el SC probablemente mejora la eficiencia de la recombinación. En S. pombe, la meiosis ocurre sin la formación de un complejo sinaptonémico, pero hay pequeñas estructuras discontinuas algo similares a partes del SC. En la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, las hembras experimentan meiosis utilizando un complejo sinaptonemal, pero los machos no experimentan recombinación meiótica y sus cromosomas no forman complejos sinaptonemales. En la mayoría de los casos, la recombinación está precedida por la formación de nódulos de recombinación, que son complejos de proteínas que se forman en puntos potenciales de recombinación. El mecanismo mejor estudiado para la recombinación meiótica implica una rotura bicatenaria de uno de los cromosomas iniciada por la endonucleasa específica de la meiosis, Spo11. Los extremos de 5 '(uno en cada dirección) de este corte se degradan ligeramente para formar voladizos de una sola hebra de 3'. Esto conduce a la formación de uniones de Holliday con una hebra de un cromosoma que actúa como plantilla para una porción faltante del cromosoma de corte homólogo. Esto puede resolverse de dos maneras, con o sin cruce, como se ilustra (Figura ( PageIndex {17} )).

La recombinación se inicia en paquiteno y se completa en diploteno, momento en el que se descompone el complejo sinaptonémico. A medida que las cromátidas comienzan a separarse, los quiasmas se hacen evidentes en algunos de los sitios de recombinación. A medida que se completa la profase, los quiasmas se resuelven desde el centro de los cromosomas hasta los extremos.

A medida que la célula pasa de la profase meiótica I a la metafase meiótica I, se revela otra diferencia entre la mitosis y la meiosis: los cromosomas se alinean en la placa de la metafase como tétradas en lugar de como pares. Debido a esto, cuando se separan en anafase, conjuntos de cromátidas hermanas se segregan en polos opuestos. Por supuesto, debido a la recombinación, es poco probable que las cromátidas hermanas sigan siendo idénticas.

Después de una anafase y telofase convencionales, la célula se divide e inmediatamente las células hijas comienzan la segunda división meiótica (Figura ( PageIndex {18} ), lado derecho). En algunos tipos de células, los cromosomas no se descondensan en la telofase meiótica I, pero si lo han hecho, se vuelven a condensar en la profase meiótica II. La profase II procede de manera similar a mitótico profase, ya que no hay formación de complejos sinaptonémicos o recombinación. En la metafase II, las cromátidas hermanas se alinean a lo largo de la placa de la metafase al igual que en la mitosis, aunque ahora solo hay 2n cromosomas en la célula, mientras que en la mitosis habría habido 4n (porque el ADN se ha replicado). Una vez más, terminando el resto de la división casi exactamente como la mitosis, las cromátidas hermanas se separan en la anafase II, el núcleo se reforma en la telofase II y la citocinesis final genera un total de cuatro células de la original que entró en la meiosis, cada una de las cuales contiene 1n cromosomas.

Los óvulos, como donantes genéticos y de material a granel, deben ser grandes, pero los espermatozoides, como donantes genéticos únicamente, no lo son. El siguiente diagrama muestra la generación de los óvulos. Solo se genera un ovocito a partir de un evento meiótico; las otras tres células hijas se denominan cuerpos polares y contienen tan poco material citoplásmico que solo son viables durante un breve período de tiempo. La distribución asimétrica del citoplasma en la primera división meiótica de los ovocitos se debe a la posición del huso meiótico en la periferia de la célula en lugar de centrarse. Dado que el centro del huso determina la posición del anillo contráctil para la citocinesis, esto conduce a células hijas de tamaño desigual.

La generación de espermatozoides muy pequeños es un mecanismo completamente diferente. En los pasos meióticos de la espermatogénesis, las divisiones celulares son iguales, con el huso meiótico alineado con el centro de la célula, y las células tienen cantidades iguales de citoplasma, muy parecido a una célula promedio que ha sufrido mitosis. El espermatozoide maduro, aerodinámico y de citoplasma mínimo es un producto de la diferenciación post-meiótica, en la que gana la cola flagelar y expulsa la mayor parte de su material citoplasmático, manteniendo solo algunas mitocondrias para alimentar los flagelos, y una vesícula acrosómica, que contiene el enzimas y otras moléculas necesarias para alcanzar y fusionarse con (es decir, fertilizar) un huevo.

No todos los organismos se reproducen con el mecanismo del óvulo y el esperma similar al humano, es decir, la meiosis gamética. Como se acaba de describir, en un ciclo de vida de la meiosis gamética, la meiosis genera gametos haploides, que luego se fusionan / fertilizan para convertirse en un cigoto diploide. El cigoto se convierte en un organismo diploide multicelular y, una vez que alcanza la madurez sexual, puede producir más gametos haploides a través de la meiosis. El único estado multicelular es diploide y los gametos son haploides.

Una variación común es la meiosis espórica, que se usa en todas las plantas y en muchos tipos de algas. En este uso, "espora" se refiere a esporas eucariotas y no a endosporas bacterianas, que son simplemente bacterias inactivas. La meiosis espórica no produce gametos directamente. En cambio, la meiosis produce esporas haploides, que pueden desarrollarse por mitosis en organismos multicelulares haploides. Estos organismos (llamados gametofitos) pueden producir gametos (aún haploides) por mitosis, que cuando se fusionan / fertilizan forman un cigoto diploide. Este cigoto puede convertirse en una forma multicelular diploide llamada esporofito. Finalmente, el esporofito puede generar más esporas por meiosis.

Un ejemplo de este tipo de ciclo de vida y el papel de la meiosis se encuentra en el musgo. Lo que consideramos el cuerpo del musgo es en realidad un gametofito, formado por células haploides generadas por la división mitótica de una espora haploide. Estos gametofitos generan espermatozoides o óvulos en estructuras especializadas en sus puntas distales y, en las condiciones adecuadas (por ejemplo, lluvia), los espermatozoides se transportan a los óvulos y se produce la fertilización. El óvulo fertilizado (diploide) ahora se desarrolla por división mitótica y diferenciación en un esporofito. En este caso, el esporofito es una estructura reproductiva especializada en la punta del musgo y también es diploide. En la punta del esporofito está el esporangio, que es donde tiene lugar la meiosis para generar esporas haploides. Las esporas pueden luego dispersarse (por el viento o la lluvia) y comenzar el ciclo nuevamente dividiéndose y formando un nuevo gametofito.


Ver el vídeo: Clases de Biología - Ciclo Celular Meiosis (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Thanos

    Diga por favor, ¿dónde puedo leer sobre esto?

  2. Sigenert

    Felicitaciones, muy buen pensamiento

  3. Arcas

    Excusa, se elimina la frase



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