Conjunto de cromosomas de meiosis. Etapas de la meiosis
La meiosis es la división de una célula eucariota con la reducción a la mitad del número de cromosomas y la formación de gametos. Ocurre en dos etapas (etapas de reducción y ecuacionales de meiosis).
Significado.
La importancia biológica de la meiosis es mantener un número constante de cromosomas en presencia del proceso sexual. Además, como resultado del cruce, se produce la recombinación: la aparición de nuevas combinaciones de inclinaciones hereditarias en los cromosomas. La meiosis también proporciona variabilidad combinativa: la aparición de nuevas combinaciones de inclinaciones hereditarias durante una fertilización adicional.
Fases de la meiosis.
La meiosis consta de 2 divisiones consecutivas con una breve interfase entre ellas.
Profase I: la profase de la primera división es muy compleja y consta de 5 etapas:
Leptoteno o leptonema: empaquetamiento de cromosomas, condensación de ADN para formar cromosomas en la forma hilos finos(los cromosomas se acortan).
Cigoteno o cigonema - se produce la conjugación - la unión de cromosomas homólogos con la formación de estructuras que constan de dos cromosomas conectados, llamados tétradas o bivalentes y su mayor compactación.
Paquiteno o paquinema (la etapa más larga): en algunos lugares, los cromosomas homólogos están estrechamente conectados y forman quiasmas. En ellos se produce el cruce: el intercambio de secciones entre cromosomas homólogos.
Diploteno o diplonema: se produce una descondensación parcial de los cromosomas, mientras que parte del genoma puede funcionar, se producen los procesos de transcripción (formación de ARN), traducción (síntesis de proteínas); Los cromosomas homólogos permanecen conectados entre sí. En algunos animales, los cromosomas de los ovocitos en esta etapa de la profase meiótica adquieren la característica forma cromosómica en cepillo de lámpara.
Diacinesis: el ADN se condensa nuevamente al máximo, los procesos sintéticos se detienen, la membrana nuclear se disuelve; Los centríolos divergen hacia los polos; Los cromosomas homólogos permanecen conectados entre sí. Al final de la Profase I, los centríolos migran a los polos celulares, se forman los filamentos del huso y se destruyen la membrana nuclear y los nucléolos.
Metafase I: los cromosomas bivalentes se alinean a lo largo del ecuador de la célula, se produce una pausa.
Anafase I: los microtúbulos se contraen, los bivalentes se dividen y los cromosomas se mueven hacia los polos. Es importante señalar que, debido a la conjugación de los cromosomas en el cigoteno, los cromosomas completos, que constan de dos cromátidas cada uno, divergen hacia los polos, y no las cromátidas individuales, como en la mitosis.
Telofase I: los cromosomas se espiralizan y aparece una envoltura nuclear.
La segunda división de la meiosis sigue inmediatamente después de la primera, sin una interfase pronunciada: no hay período S, ya que la replicación del ADN no ocurre antes de la segunda división.
Profase II: se produce la condensación de los cromosomas, el centro celular se divide y los productos de su división divergen hacia los polos del núcleo, la membrana nuclear se destruye y se forma un huso de fisión, perpendicular al primer huso.
Metafase II: los cromosomas univalentes (que constan de dos cromátidas cada uno) se encuentran en el "ecuador" (a igual distancia de los "polos" del núcleo) en el mismo plano, formando la llamada placa de metafase.
Anafase II: los univalentes se dividen y las cromátidas se mueven hacia los polos.
Telofase II: los cromosomas se espiralizan y aparece una envoltura nuclear.
Como resultado, se forman cuatro células haploides a partir de una célula diploide. En los casos en que la meiosis está asociada con la gametogénesis (por ejemplo, en animales multicelulares), durante el desarrollo de los óvulos, la primera y segunda división de la meiosis son muy desiguales. Como resultado, se forman un óvulo haploide y tres de los llamados cuerpos reductores.
Dinámica de los cromosomas (n) y del ADN (c).
Profase 1:
Leptoteno Aparición de finas hebras de cromosomas (los cromosomas están duplicados)
Conjugación del cromosoma cigoteno
Cromosomas conjugados con paquiteno visibles
Diploteno El comienzo de la repulsión de los homólogos: se ve una figura similar a la griega. incógnita
Metafase 1: Destrucción de la membrana nuclear. Los cromosomas se alinean en la placa metafásica.
Anafase 1: Los cromosomas homólogos, que constan de 2 cromátidas, divergen hacia diferentes polos.
La telofase 1 puede estar ausente o el núcleo puede estar recuperándose
Profase 2, Metafase 2: según el tipo mitótico.
Anafase 2: Segregación de cromátidas de cromosomas duplicados.
Telofase 2: 4 núcleos haploides.
Esquema: 2n2c – 2n4c – 1n2c – 1n1c.
Esquema de violación de discrepancia
cromosomas y formación de cariotipos patológicos.
Los cariotipos humanos normales son 46.XX (femenino) y 46.XY (masculino). Las alteraciones del cariotipo normal en humanos ocurren en primeras etapas desarrollo del organismo: si tal trastorno ocurre durante la gametogénesis, en la que se producen las células sexuales de los padres, el cariotipo del cigoto formado durante su fusión también resulta alterado. Con una mayor división de dicho cigoto, todas las células del embrión y el organismo que se desarrolla a partir de él tienen el mismo cariotipo anormal.
Como regla general, los trastornos del cariotipo en humanos van acompañados de múltiples defectos del desarrollo; la mayoría de estas anomalías son incompatibles con la vida y provocan abortos espontáneos en las primeras etapas del embarazo.
Los trastornos del cariotipo también pueden ocurrir en las primeras etapas de la fragmentación del cigoto; el organismo desarrollado a partir de dicho cigoto contiene varias líneas celulares (clones celulares) con diferentes cariotipos. Esta multiplicidad de cariotipos de todo el organismo o de sus órganos individuales se denomina mosaicismo (quimerismo); ).
Enfermedades causadas por una violación del número de autosomas: síndrome de Down, síndrome de Patau, síndrome de Edwards.
Enfermedades asociadas con una violación de la cantidad de cromosomas sexuales: síndrome de Shereshevsky-Turner, polisomía en el cromosoma X, polisomía en el cromosoma Y, síndrome de Klinefelter.
Las enfermedades causadas por poliploidía provocan la muerte incluso antes del nacimiento.
Trastornos de la estructura cromosómica:
Las translocaciones son reordenamientos de intercambio entre cromosomas no homólogos.
Las deleciones son la pérdida de una sección de un cromosoma. Por ejemplo, el síndrome del llanto del gato se asocia con una deleción del brazo corto del cromosoma 5. Su signo es el llanto inusual de los niños, que recuerda al maullido o llanto de un gato. Esto se debe a patología de la laringe o cuerdas vocales. El más típico, además del "llanto de un gato", es el subdesarrollo físico y mental, la microcefalia (una cabeza anormalmente pequeña).
Las inversiones son rotaciones de una sección de cromosomas de 180 grados.
Las duplicaciones son duplicaciones de una sección cromosómica.
Isocromosomía: cromosomas con material genético repetido en ambos brazos.
La aparición de cromosomas en anillo es la conexión de dos deleciones terminales en ambos brazos de un cromosoma.
La meiosis (del griego meiosis - reducción) es una forma de división nuclear acompañada de una disminución en el número de cromosomas de diploide (2n) a haploide (n). Sin entrar en detalles, podemos decir que en este caso se produce una única duplicación de los cromosomas en la célula madre (replicación del ADN, como en la mitosis), seguida de dos ciclos de crecimiento celular y fisión nuclear (primera división meiótica y segunda división meiótica). Entonces uno célula diploide da lugar a cuatro células haploides, como se muestra esquemáticamente en la Fig. 22.5.
La meiosis ocurre durante la formación de espermatozoides y óvulos (gametogénesis) en animales (ver secciones 20.3.1 y 20.3.2) y durante la formación de esporas en la mayoría de las plantas (aquellas que tienen generaciones alternas; ver sección 20.2.2). En algunas plantas inferiores no hay alternancia de generaciones y la meiosis se produce durante la formación de gametos. Las etapas de la meiosis se pueden observar cómodamente en los núcleos de los espermatocitos de las gónadas masculinas de Orthoptera o en los núcleos de los sacos polínicos de azafrán inmaduros.
Al igual que la mitosis, la meiosis es un proceso continuo, pero también se puede dividir en profase, metafase, anafase y telofase. Estas etapas están presentes en la primera división de la meiosis y se repiten nuevamente en la segunda. El comportamiento de los cromosomas durante estas etapas se muestra en la Fig. 22.6, que muestra la división de un núcleo que contiene cuatro cromosomas (2n = 4), es decir, dos pares de cromosomas homólogos.
Interfase
La duración varía entre las diferentes especies. Se produce la replicación de orgánulos y la célula aumenta de tamaño. La replicación del ADN y las histonas termina principalmente en la interfase premeiótica, pero incluye parcialmente el comienzo de la profase I. Cada cromosoma ahora está representado por un par de cromátidas conectadas por un centrómero. El material cromosómico está teñido, pero de todas las estructuras sólo los nucléolos son claramente visibles (cf. fig. 22.2, que muestra la mitosis).
Profase I
La fase más larga. A menudo se divide en cinco etapas ( leptoteno, cigoteno, paquiteno, diploteno y diacnnvs), pero aquí se considerará como una secuencia continua de cambios cromosómicos.
A. Los cromosomas se acortan y se vuelven visibles como estructuras separadas. En algunos organismos, parecen hilos de cuentas: áreas de material intensamente teñido (cromómeros) se alternan con áreas no teñidas. Los cromómeros son aquellos lugares donde el material cromosómico está muy enrollado.
B. Cromosomas homólogos, que se originan en los núcleos de los gametos maternos y paternos, se acercan y se conjugan. Estos cromosomas tienen la misma longitud, sus centrómeros ocupan la misma posición y normalmente contienen mismo numero genes ubicados en la misma secuencia lineal. Los cromómeros de los cromosomas homólogos se encuentran uno al lado del otro. Proceso conjugación también llamado sinapsis; puede comenzar en varios puntos de los cromosomas, que luego se conectan en toda su longitud (como si estuvieran unidos con una cremallera). Los pares de cromosomas homólogos conjugados a menudo se denominan bivalentes. Los bivalentes se acortan y espesan. En este caso, se produce un empaquetamiento más denso en nivel molecular y torsión visible externamente (espiralización). Ahora cada cromosoma con su centrómero es claramente visible.
B. Los cromosomas homólogos que forman el bivalente están parcialmente separados, como si se repelieran entre sí. Ahora puedes ver que cada cromosoma consta de dos. cromátida. Los cromosomas todavía están conectados entre sí en varios puntos. Estos puntos se llaman chiasmata (del griego chiasma - cruz). En cada quiasma se intercambian tramos de cromátidas como resultado de rupturas y reencuentros, en los que intervienen dos de los cuatro hilos presentes en cada quiasma. Como resultado, los genes de un cromosoma (por ejemplo, paterno - A, B, C) se asocian con genes de otro cromosoma (materno - a, b, c), lo que conduce a nuevas combinaciones de genes en las cromátidas resultantes. Este proceso se llama cruzando. Los cromosomas homólogos no se separan después del entrecruzamiento, ya que las cromátidas hermanas (de ambos cromosomas) permanecen firmemente conectadas hasta la anafase.
D. Las cromátidas de los cromosomas homólogos continúan repeliéndose y los bivalentes adquieren una determinada configuración dependiendo del número de quiasmas. Los bivalentes con un quiasma son cruciformes, con dos quiasmas tienen forma de anillo y con tres o más forman bucles perpendiculares entre sí. Al final de la profase, todos los cromosomas están completamente condensados y teñidos intensamente. Otros cambios ocurren en la célula: la migración de centriolos (si los hay) a los polos, la destrucción de los nucléolos y la membrana nuclear, y luego la formación de filamentos del huso.
Metafase I
Los bivalentes se alinean en el plano ecuatorial formando una placa metafásica. Sus centrómeros se comportan como estructuras simples (aunque a menudo parecen dobles) y organizan filamentos de huso adheridos a ellos, cada uno de los cuales está dirigido hacia uno solo de los polos. Como resultado de la débil fuerza de tracción de estos hilos, cada bivalente se encuentra en la región del ecuador y ambos centrómeros están a la misma distancia de él: uno debajo y el otro arriba.
Anafase I
Los dos centrómeros presentes en cada bivalente aún no se han dividido, pero las cromátidas hermanas ya no están adyacentes entre sí. Los filamentos del huso tiran de los centrómeros, cada uno de los cuales está asociado con dos cromátidas, hacia los polos opuestos del huso. Como resultado, los cromosomas se dividen en dos conjuntos haploides que terminan en células hijas.
Telofase I
La divergencia de los centrómeros homólogos y las cromátidas asociadas hacia polos opuestos significa la finalización de la primera división meiótica. El número de cromosomas en un conjunto se ha reducido a la mitad, pero los cromosomas en cada polo constan de dos cromátidas. Debido al entrecruzamiento durante la formación de los quiasmas, estas cromátidas no son genéticamente idénticas y durante la segunda división meiótica se separarán. Los husos y sus hilos suelen desaparecer.
En los animales y algunas plantas, las cromátidas se desvían, se forma una membrana nuclear a su alrededor en cada polo y el núcleo resultante entra en interfase. Luego comienza la división del citoplasma (en animales) o la formación de una pared celular en división (en plantas), como en la mitosis. En muchas plantas no se observa telofase, ni formación de pared celular, ni interfase, y la célula pasa directamente de la anafase I a la profase II.
Interfase II
Esta etapa suele observarse sólo en células animales; su duración varía. No hay fase S y no se produce más replicación del ADN. Los procesos implicados en la segunda división de la meiosis son similares en mecanismo a los que ocurren en la mitosis. Implican la separación de cromátidas en ambas células hijas resultantes de la primera división meiótica. La segunda división de la meiosis se diferencia de la mitosis principalmente en dos características: 1) en la metafase II de la meiosis, las cromátidas hermanas suelen estar fuertemente separadas entre sí; 2) el número de cromosomas es haploide.
Profase II
En las células que pierden la interfase II, esta etapa también está ausente. La duración de la profase II es inversamente proporcional a la duración de la telofase I. Los nucléolos y las membranas nucleares se destruyen y las cromátidas se acortan y engrosan. Los centríolos, si están presentes, se mueven hacia los polos opuestos de las células; Aparecen hilos del husillo. Las cromátidas están dispuestas de tal manera que sus ejes longitudinales son perpendiculares al eje del huso de la primera división meiótica.
Metafase II
Durante la segunda división, los centrómeros se comportan como estructuras dobles. Organizan los filamentos del huso, dirigidos hacia ambos polos, y así se alinean a lo largo del ecuador del huso.
Anafase II
Los centrómeros se dividen y los filamentos del huso los empujan hacia polos opuestos. Los centrómeros arrastran las cromátidas separadas, que ahora se denominan cromosomas.
Telofase II
Esta etapa es muy similar a la telofase de la mitosis. Los cromosomas se enrollan, se estiran y luego son difíciles de distinguir. Los filamentos del huso desaparecen y los centríolos se replican. Alrededor de cada núcleo, que ahora contiene la mitad del número (haploide) de cromosomas de la célula madre original, se forma nuevamente una membrana nuclear. Como resultado de la división posterior del citoplasma (en animales) o la formación de una pared celular (en plantas), se obtienen cuatro células hijas de una célula madre original.
La profase de la primera división de la meiosis es un proceso extremadamente largo. Su duración en diferentes organismos vivos varía desde varios días hasta varias décadas. En este sentido, se acostumbra dividirlo condicionalmente en varias fases (leptoteno, cigoteno, paquiteno, diploteno, diacinesis), durante las cuales ocurren varios eventos. Es importante recordar que estas fases no están claramente delimitadas y que los acontecimientos de una fase fluyen suavemente hacia la otra.
Durante la Profase 1 ocurren, entre otros, acontecimientos que tienen un enorme significado biológico. Por ejemplo, esto es la conjugación, la conexión mutua de cromosomas homólogos duplicados como resultado de la replicación, con la formación de complejos cromosómicos que constan de cuatro cromátidas. Las cromátidas están unidas por una estructura especial llamada complejo sinaptonémico. Durante la profase 1, se produce un intercambio de secciones entre las cromátidas de cromosomas homólogos (pero no entre cromátidas hermanas del mismo homólogo): entrecruzamiento. Durante la profase 1, se sintetiza aproximadamente el 1,5% del ADN cromosómico. Además, los cromosomas, que retienen regiones incompletamente empaquetadas y, por lo tanto, funcionales durante esta fase, continúan sintetizando activamente ARN y regulando la biosíntesis de proteínas.
leptoteno
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El leptoteno es la etapa de los hilos finos (cromosomas). Al comienzo del leptoteno, se produce la compactación de los hilos de cromatina y su transformación en cromosomas. Sin embargo, este proceso no termina. La longitud de cada hebra de cromatina al final de esta etapa es de 1 a 2 órdenes de magnitud más larga que la de los cromosomas hiperenrollados en la metafase1. Esto es de gran importancia biológica, ya que las secciones de ADN empaquetadas de forma incompleta retienen actividad funcional durante toda la profase1.
Esto permite, en primer lugar, garantizar la síntesis de proteínas para los eventos más complejos durante la conjugación de cromosomas homólogos, la formación y destrucción de quiasmas y el entrecruzamiento. En segundo lugar, durante la ovogénesis, para crear un suministro de nutrientes para el futuro cigoto.
La ubicación de áreas hiperenrolladas (cromómeros) en cromosomas delgados, específicas para cada especie, permite compilar mapas morfológicos de los cromosomas, que se utilizan en el análisis citológico.
Ya durante el leptoteno aparecen signos. el proceso más importante profase1: conjugación de cromosomas homólogos, cuyos eventos principales ocurren durante el cigoteno.
cigoteno
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El cigoteno es la etapa de conjugación de cromosomas homólogos (sinapsis). En este caso, los cromosomas homólogos (ya duplicados después del período S de interfase) se acercan y forman un nuevo conjunto cromosómico, nunca antes encontrado durante la división celular: un bivalente. Los bivalentes son compuestos pareados de cromosomas homólogos duplicados, es decir. cada bivalente consta de cuatro cromátidas. El objetivo final de la formación de bivalentes es el paso conjunto de un par de cromosomas homólogos a través de la metafase1 para la posterior transferencia precisa de cromosomas homólogos a diferentes células hijas.
La pregunta principal el proceso de conjugación aún no comprendido del todo: ¿cómo encuentran los cromosomas su homólogo específico en el espacio del núcleo?
Aparentemente, las regiones de ADNz distribuidas uniformemente a lo largo de todo el cromosoma son de particular importancia para este reconocimiento. La ubicación de estas regiones es específica para cada par de cromosomas homólogos. La replicación del ZDNA ocurre durante el cigoteno; la inhibición de esta replicación (que es solo el 0,3% del ADN total de la célula) detiene la conjugación y la meiosis. Estos hechos indican el papel especial del zDNA en la profase1.
La convergencia de cromosomas homólogos termina con la formación del complejo sinaptonémico.
Complejo sinaptonémico
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El complejo sinaptonémico se encuentra en casi todos los representantes de eucariotas que tienen el proceso sexual. Se encuentra en protozoos, algas, hongos inferiores y superiores, plantas y animales superiores. La asociación de homólogos suele comenzar en los telómeros y centrómeros. En estos lugares, y más tarde en otros, a lo largo de toda la longitud de los cromosomas conectados, las hebras axiales se unen a una distancia de aproximadamente 100 nm. En su morfología, el complejo sinaptonémico tiene la apariencia de una cinta de tres capas, que consta de dos componentes laterales: cordones (de 30 a 60 nm de espesor) y un elemento axial central (de 10 a 40 nm de espesor); los componentes laterales están espaciados entre sí entre 60 y 120 nm, el ancho total del complejo es de 160 a 240 nm. El material cromosómico se encuentra fuera de los elementos laterales. Cada elemento lateral está conectado a los bucles de dos cromátidas hermanas del mismo homólogo. Mayoría El ADN de estas cromátidas se sitúa fuera del complejo sinaptonémico, y en su composición sólo se incluye menos del 5% del ADN genómico, fuertemente asociado a proteínas. Este ADN contiene secuencias de nucleótidos únicas y moderadamente repetitivas. Composición de proteínas El complejo sinaptonémico es complejo y consta de más de diez proteínas principales con masas moleculares de 26 a 190 kDa.
pachytena
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El paquiteno es la etapa de filamento grueso. Gracias a la conjugación completa de homólogos, los cromosomas en profase parecieron aumentar de grosor. El número de cromosomas paquitenos tan gruesos es haploide (n), pero constan de dos homólogos unidos, cada uno de los cuales tiene dos cromátidas hermanas. Por lo tanto, aquí también la cantidad de ADN es 4c y el número de cromátidas es 4n.
Comienzan a formarse enlaces temporales entre cromátidas homólogas (cromátidas de diferentes cromosomas), que cruzan repetidamente el bivalente en diferentes puntos- Se forman quiasmas.
En esta etapa sucede lo segundo, extremadamente evento importante, característico de la meiosis, es el entrecruzamiento, el intercambio mutuo de secciones idénticas a lo largo de cromosomas homólogos. La consecuencia genética del entrecruzamiento es la recombinación de genes vinculados. Aquí surgen cromosomas que difieren de los originales, que contienen áreas separadas, que procedían de sus homólogos. Morfológicamente, este proceso en el paquiteno no puede captarse.
En el paquiteno también se sintetiza una pequeña cantidad de ADN (solo alrededor del 1% del ADN total de la célula), caracterizado porque contiene secuencias de nucleótidos repetidas. Pero esta síntesis es reparadora; como resultado, no se forman cantidades adicionales o faltantes de ADN, sino que se restauran las perdidas.
Todo el proceso de unificación e intercambio entre el ADN de homólogos de cromátidas no hermanas se puede representar de la siguiente manera. Esparcidas a lo largo del cromosoma hay secciones de secuencias repetidas de ADN que, cuando se rompen con la ayuda de enzimas especiales, pueden formar fácilmente moléculas híbridas. La reticulación y la restauración de la integridad de las moléculas con la ayuda de enzimas reparadoras especiales conducen a la incorporación de precursores al ADN en la etapa de paquiteno. Con toda probabilidad, en este proceso participa el llamado nudo de recombinación, un gran conjunto de proteínas de aproximadamente 90 nm de tamaño. Se ubica en el complejo sinaptonémico entre cromosomas homólogos, su ubicación coincide con los sitios de los quiasmas.
Se sabe de los organismos vivos que respiran, se alimentan, se reproducen y mueren, esta es su función biológica. ¿Pero por qué sucede todo esto? Gracias a los ladrillos, células que también respiran, se alimentan, mueren y se reproducen. ¿Pero cómo sucede esto?
Sobre la estructura de las células.
La casa está hecha de ladrillos, bloques o troncos. Asimismo, el cuerpo se puede dividir en unidades elementales- células. Toda la diversidad de los seres vivos se compone de ellos; la diferencia radica únicamente en su cantidad y tipos. Forman los músculos tejido óseo, piel, todo órganos internos- difieren mucho en su propósito. Pero independientemente de las funciones que realice una célula en particular, todas están estructuradas aproximadamente de la misma manera. En primer lugar, cualquier "ladrillo" tiene una cáscara y un citoplasma con orgánulos ubicados en su interior. Algunas células no tienen núcleo, se llaman procarióticas, pero todos los organismos más o menos desarrollados están formados por eucariotas, que tienen un núcleo en el que se almacena la información genética.
Los orgánulos ubicados en el citoplasma son diversos e interesantes; funciones importantes. Las células de origen animal incluyen el retículo endoplásmico, los ribosomas, las mitocondrias, el complejo de Golgi, los centríolos, los lisosomas y los elementos motores. Con su ayuda se llevan a cabo todos los procesos que aseguran el funcionamiento del organismo.
Actividad celular
Como ya se mencionó, todos los seres vivos comen, respiran, se reproducen y mueren. Esta afirmación es cierta tanto para organismos completos, es decir, personas, animales, plantas, etc., como para las células. Es sorprendente, pero cada "ladrillo" tiene su propia vida. Gracias a sus orgánulos recibe y procesa. nutrientes, oxígeno, elimina todo lo innecesario del exterior. El propio citoplasma y el retículo endoplasmático realizan función de transporte Las mitocondrias también son responsables de la respiración y del suministro de energía. El complejo de Golgi es responsable de la acumulación y eliminación de los productos de desecho celular. Otros orgánulos también participan en procesos complejos. Y en una determinada etapa comienza a dividirse, es decir, se produce el proceso de reproducción. Vale la pena considerarlo con más detalle.
Proceso de división celular
La reproducción es una de las etapas de desarrollo de un organismo vivo. Lo mismo se aplica a las células. en cierta etapa ciclo vital entran en un estado en el que están listos para reproducirse. simplemente se dividen en dos, se alargan y luego forman una partición. Este proceso es simple y casi completamente estudiado usando el ejemplo de bacterias con forma de bastón.
Las cosas son un poco más complicadas. Se reproducen en tres de diferentes maneras que se denominan amitosis, mitosis y meiosis. Cada uno de estos caminos tiene sus propias características, es inherente un cierto tipo células. Amitosis
Considerada la más simple, también se le llama fisión binaria directa. Cuando esto ocurre, la molécula de ADN se duplica. Sin embargo, no se forma un huso de fisión, por lo que este método es el más eficiente energéticamente. La amitosis ocurre en organismos unicelulares, mientras que los tejidos de organismos multicelulares se reproducen mediante otros mecanismos. Sin embargo, a veces se observa donde la actividad mitótica está reducida, por ejemplo, en tejidos maduros.
A veces división directa aislado como un tipo de mitosis, pero algunos científicos lo consideran un mecanismo separado. Este proceso ocurre muy raramente incluso en células viejas. A continuación se considerará la meiosis y sus fases, el proceso de mitosis, así como las similitudes y diferencias de estos métodos. En comparación con la división simple, son más complejas y perfectas. Esto es especialmente cierto para la división reductora, por lo que las características de las fases de la meiosis serán las más detalladas.
Los centriolos, orgánulos especiales que generalmente se encuentran junto al complejo de Golgi, desempeñan un papel importante en la división celular. Cada una de estas estructuras consta de 27 microtúbulos, agrupados en grupos de tres. Toda la estructura tiene forma cilíndrica. Los centríolos participan directamente en la formación del huso de división celular durante el proceso de división indirecta, sobre el cual hablaremos más.
Mitosis
La vida útil de las células varía. Algunos viven un par de días y otros pueden clasificarse como hígados largos, ya que su cambio completo ocurre muy raramente. Y casi todas estas células se reproducen por mitosis. Para la mayoría de ellos, transcurre un promedio de 10 a 24 horas entre los períodos de división. La mitosis en sí lleva un corto período de tiempo: en animales, aproximadamente 0,5-1
hora, y para las plantas alrededor de 2-3. Este mecanismo asegura el crecimiento de la población celular y la reproducción de unidades idénticas en su contenido genético. Así se mantiene la continuidad de las generaciones en el nivel elemental. En este caso, la cantidad de cromosomas permanece sin cambios. Este mecanismo es el tipo de reproducción más común de las células eucariotas.
La importancia de este tipo de división es grande: este proceso ayuda a que los tejidos crezcan y se regeneren, por lo que se produce el desarrollo de todo el organismo. Además, es la mitosis la que subyace reproducción asexual. Y una función más es el movimiento de células y la sustitución de las ya obsoletas. Por lo tanto, es incorrecto suponer que debido a que las etapas de la meiosis son más complejas, su papel es mucho mayor. Ambos procesos realizan diferentes funciones y a su manera importantes e irremplazables.
La mitosis consta de varias fases que se diferencian en sus características morfológicas. El estado en el que la célula está lista para la división indirecta se llama interfase y el proceso en sí se divide en 5 etapas más, que deben considerarse con más detalle.
Fases de la mitosis
Mientras está en interfase, la célula se prepara para dividirse: se sintetiza ADN y proteínas. Esta etapa se divide en varias más, durante las cuales se produce el crecimiento de toda la estructura y la duplicación de los cromosomas. La célula permanece en este estado hasta el 90% de todo su ciclo de vida.
El 10% restante lo ocupa la propia división, que se divide en 5 etapas. Durante la mitosis de las células vegetales, también se libera la preprofase, que está ausente en todos los demás casos. Se forman nuevas estructuras, el núcleo se mueve hacia el centro. Se forma una cinta preprofase que marca el sitio esperado de la futura división.
En todas las demás células, el proceso de mitosis se desarrolla de la siguiente manera:
Tabla 1
| Nombre artístico | Característica |
| Profase | El núcleo aumenta de tamaño, los cromosomas que contiene giran en espiral y se vuelven visibles al microscopio. Se forma un huso de fisión en el citoplasma. El nucléolo a menudo se desintegra, pero esto no siempre sucede. Contenido material genético permanece sin cambios en la celda. |
| Prometafase | La membrana nuclear se desintegra. Los cromosomas comienzan a moverse activamente, pero al azar. Al final, todos llegan al plano de la placa metafásica. Esta etapa dura hasta 20 minutos. |
| Metafase | Los cromosomas están alineados a lo largo del plano ecuatorial del huso a distancias aproximadamente iguales de ambos polos. El número de microtúbulos que sostienen toda la estructura. condición estable, alcanza su máximo. Las cromátidas hermanas se repelen entre sí y mantienen la conexión sólo en el centrómero. |
| Anafase | La etapa más corta. Las cromátidas se separan y se repelen hacia los polos más cercanos. Este proceso a veces se aísla por separado y se denomina anafase A. Posteriormente, los propios polos de división divergen. En las células de algunos protozoos, el huso aumenta de longitud hasta 15 veces. Y esta subetapa se llama anafase B. La duración y secuencia de los procesos en esta etapa es variable. |
| Telofase | Una vez finalizada la divergencia hacia los polos opuestos, las cromátidas se detienen. Los cromosomas se descondensan, es decir, aumentan de tamaño. Comienza la reconstrucción de las membranas nucleares de las futuras células hijas. Los microtúbulos del huso desaparecen. Se forman núcleos y se reanuda la síntesis de ARN. |
Una vez completada la división de la información genética, se produce la citocinesis o citotomía. Este término se refiere a la formación de cuerpos celulares hijos a partir del cuerpo de la madre. En este caso, los orgánulos, por regla general, se dividen por la mitad, aunque es posible que se formen un tabique; La citocinesis no se divide en una fase separada; por regla general, se considera dentro del marco de la telofase.
Entonces, los procesos más interesantes involucran a los cromosomas, que transportan información genética. ¿Qué son y por qué son tan importantes?
Acerca de los cromosomas
Aún no tener ninguno la más mínima idea En cuanto a la genética, la gente sabía que muchas cualidades de la descendencia dependen de los padres. Con el desarrollo de la biología, se hizo evidente que la información sobre un organismo en particular se almacena en cada célula y parte de ella se transmite a las generaciones futuras.
A finales del siglo XIX se descubrieron los cromosomas, estructuras formadas por una larga
Moléculas de ADN. Esto fue posible con la mejora de los microscopios, e incluso ahora sólo se pueden ver durante el período de la división. La mayoría de las veces, el descubrimiento se atribuye al científico alemán W. Fleming, quien no solo simplificó todo lo que se había estudiado antes, sino que también hizo su propia contribución: fue uno de los primeros en estudiar estructura celular, meiosis y sus fases, y también introdujo el término “mitosis”. El concepto mismo de "cromosoma" fue propuesto un poco más tarde por otro científico: el histólogo alemán G. Waldeyer.
La estructura de los cromosomas, cuando son claramente visibles, es bastante simple: son dos cromátidas conectadas en el medio por un centrómero. Es una secuencia específica de nucleótidos y juegos. papel importante durante el proceso de reproducción celular. En última instancia, el cromosoma en apariencia en profase y metafase, cuando se puede ver mejor, se parece a la letra X.
En 1900 se descubrieron los principios de transmisión. rasgos hereditarios. Entonces finalmente quedó claro que los cromosomas son exactamente a través de los cuales se transmite la información genética. Posteriormente, los científicos realizaron una serie de experimentos que lo demostraron. Y luego el tema de estudio fue la influencia que tiene sobre ellas la división celular.
Mitosis
A diferencia de la mitosis, este mecanismo conduce en última instancia a la formación de dos células con un conjunto de cromosomas 2 veces menor que el original. Por tanto, el proceso de meiosis sirve como transición de la fase diploide a la fase haploide, y principalmente
estamos hablando de sobre la división del núcleo y, en segundo lugar, sobre la división de toda la célula. La restauración del conjunto completo de cromosomas se produce como resultado de una mayor fusión de gametos. Debido a la reducción en el número de cromosomas, este método también se define como división de reducción células.
La meiosis y sus fases fueron estudiadas por científicos tan famosos como V. Fleming, E. Strasburger, V. I. Belyaev y otros. El estudio de este proceso en células tanto de plantas como de animales aún está en curso; es muy complejo. Inicialmente, este proceso se consideró una variante de la mitosis, pero casi inmediatamente después de su descubrimiento se aisló como mecanismo separado. Las características de la meiosis y su importancia teórica fueron descritas suficientemente por primera vez por August Weissmann en 1887. Desde entonces, el estudio del proceso de división reductora ha avanzado mucho, pero las conclusiones extraídas aún no han sido refutadas.
No se debe confundir la meiosis con la gametogénesis, aunque ambos procesos están estrechamente relacionados. Ambos mecanismos están implicados en la formación de células germinales, pero existen varias diferencias importantes entre ellos. La meiosis ocurre en dos etapas de división, cada una de las cuales consta de 4 fases principales, entre ellas hay breve descanso. La duración de todo el proceso depende de la cantidad de ADN en el núcleo y de la estructura de la organización cromosómica. En general, es mucho más larga en comparación con la mitosis.
Por cierto, una de las principales razones de la importante diversidad de especies- es decir, meiosis. Como resultado de la división reductora, un conjunto de cromosomas se divide en dos, por lo que aparecen nuevas combinaciones de genes, que en primer lugar aumentan potencialmente la adaptabilidad y adaptabilidad de los organismos, que finalmente reciben ciertos conjuntos de características y cualidades.
Fases de la meiosis
Como ya se mencionó, la reducción división celular dividido condicionalmente en dos etapas. Cada una de estas etapas se divide en 4 más y la primera fase de la meiosis, la profase I, a su vez, se divide en 5 etapas más separadas. A medida que se siga estudiando este proceso, es posible que se identifiquen otros en el futuro. Ahora se distinguen las siguientes fases de la meiosis:
Tabla 2
| Nombre artístico | Característica |
| Primera división (reducción) | |
Profase I | |
| leptoteno | Esta etapa también se llama etapa de hilos finos. Los cromosomas parecen una bola enredada bajo el microscopio. A veces se distingue el proleptoteno, cuando los hilos individuales aún son difíciles de discernir. |
| cigoteno | Etapa de fusión de hilos. Homólogos, es decir, similares entre sí en morfología y genética, los pares de cromosomas se fusionan. Durante el proceso de fusión, es decir, de conjugación, se forman bivalentes o tétradas. Este es el nombre que se les da a complejos bastante estables de pares de cromosomas. |
| paquiteno | Etapa de filamentos gruesos. En esta etapa, los cromosomas giran en espiral y se completa la replicación del ADN, se forman quiasmas, puntos de contacto. partes individuales cromosomas - cromátidas. Se produce el proceso de cruce. Los cromosomas se cruzan e intercambian algunos fragmentos de información genética. |
| diploteno | También llamada etapa de doble hebra. Los cromosomas homólogos en los bivalentes se repelen entre sí y permanecen conectados sólo en los quiasmas. |
| diacinesis | En esta etapa, los bivalentes se dispersan en la periferia del núcleo. |
| Metafase I | La capa nuclear se destruye y se forma un huso de fisión. Los bivalentes se mueven hacia el centro de la célula y se alinean a lo largo del plano ecuatorial. |
| Anafase I | Los bivalentes se rompen, después de lo cual cada cromosoma del par se mueve al polo más cercano de la célula. No hay separación en cromátidas. |
| Telofase I | Se completa el proceso de segregación cromosómica. Se produce la formación de núcleos separados de células hijas, cada una con un conjunto haploide. Los cromosomas se espiralizan y se forma una envoltura nuclear. A veces se observa citocinesis, es decir, división del propio cuerpo celular. |
| Segunda división (ecuacional) | |
| Profase II | Los cromosomas se condensan y el centro celular se divide. La membrana nuclear se destruye. Se forma un huso de fisión, perpendicular al primero. |
| Metafase II | En cada una de las células hijas, los cromosomas se alinean a lo largo del ecuador. Cada uno de ellos consta de dos cromátidas. |
| Anafase II | Cada cromosoma se divide en cromátidas. Estas partes divergen hacia polos opuestos. |
| Telofase II | Los cromosomas de una sola cromátida resultantes se despiran. Se forma la envoltura nuclear. |
Entonces, es obvio que las fases de división de la meiosis son mucho más complejas que el proceso de mitosis. Pero, como ya se ha dicho, esto no resta valor papel biológico división indirecta, ya que realizan diferentes funciones.
Por cierto, la meiosis y sus fases también se observan en algunos más simples. Sin embargo, por regla general, incluye sólo una división. Se supone que esta forma de una etapa evolucionó más tarde hasta la forma moderna de dos etapas.
Diferencias y similitudes entre mitosis y meiosis.
A primera vista, parece que las diferencias entre estos dos procesos son obvias, porque se trata de mecanismos completamente diferentes. Sin embargo, tras un análisis más profundo, resulta que las diferencias entre mitosis y meiosis al final no son tan globales, sino que conducen a la formación de nuevas células;
En primer lugar, vale la pena hablar de qué tienen en común estos mecanismos. De hecho, sólo hay dos coincidencias: en la misma secuencia de fases, y también en el hecho de que
La replicación del ADN ocurre antes de ambos tipos de división. Aunque, al igual que ocurre con la meiosis, este proceso no se completa por completo antes del inicio de la profase I, finalizando en una de las primeras subetapas. Y aunque la secuencia de fases es similar, en esencia los hechos que ocurren en ellas no coinciden del todo. Entonces las similitudes entre mitosis y meiosis no son tantas.
Hay muchas más diferencias. En primer lugar, la mitosis ocurre mientras que la meiosis está estrechamente relacionada con la formación de células germinales y la esporogénesis. En las propias fases, los procesos no coinciden del todo. Por ejemplo, el cruce en la mitosis ocurre durante la interfase, y no siempre. En el segundo caso, este proceso implica la anafase de la meiosis. V división indirecta Por lo general, no se lleva a cabo, lo que significa que no juega ningún papel en el desarrollo evolutivo del organismo y el mantenimiento de la diversidad intraespecífica. El número de células resultantes de la mitosis es dos, y en un sentido genético son idénticas a la madre y tienen conjunto diploide cromosomas. Durante la división reductora todo es diferente. El resultado de la meiosis es 4 diferente al materno. Además, ambos mecanismos difieren significativamente en duración, y esto se debe no solo a la diferencia en el número de etapas de división, sino también a la duración de cada etapa. Por ejemplo, la primera profase de la meiosis dura mucho más, porque en este momento se produce la conjugación y el entrecruzamiento de los cromosomas. Es por eso que se divide en varias etapas.
En general, las similitudes entre la mitosis y la meiosis son bastante menores en comparación con las diferencias entre sí. Es casi imposible confundir estos procesos. Por lo tanto, ahora resulta algo sorprendente que la división por reducción se considerara anteriormente un tipo de mitosis.
Consecuencias de la meiosis
Como ya se mencionó, una vez finalizado el proceso de división reductora, en lugar de una célula madre con un conjunto diploide de cromosomas, se forman cuatro haploides. Y si hablamos de las diferencias entre mitosis y meiosis, esta es la más significativa. Recuperación cantidad requerida, cuando se trata de células germinales, ocurre después de la fertilización. Así, con cada nueva generación el número de cromosomas no se duplica.
Además, durante la meiosis se produce la recombinación de genes. Durante el proceso de reproducción, esto conduce al mantenimiento de la diversidad intraespecífica. Entonces, el hecho de que incluso los hermanos sean a veces muy diferentes entre sí es precisamente el resultado de la meiosis.
Por cierto, la esterilidad de algunos híbridos en el mundo animal también es un problema de división reductora. El hecho es que los cromosomas de los padres pertenecientes a diferentes tipos, no puede entrar en conjugación, lo que significa que el proceso de formación de células germinales viables y completas es imposible. Por tanto, es la meiosis la que subyace al desarrollo evolutivo de animales, plantas y otros organismos.
Mitosis Es un método de división celular en eucariotas que produce células haploides. Esto difiere de la meiosis a la mitosis, que produce células diploides.
Además, la meiosis se produce en dos divisiones sucesivas, que se denominan primera (meiosis I) y segunda (meiosis II), respectivamente. Ya después de la primera división, las células contienen un único conjunto de cromosomas, es decir, haploide. Por lo tanto, la primera división a menudo se llama reduccionista. Aunque en ocasiones se utiliza el término “división reductora” en relación a toda la meiosis.
La segunda división se llama ecuacional y el mecanismo de su aparición es similar a la mitosis. En la meiosis II, las cromátidas hermanas se mueven hacia los polos celulares.
La meiosis, como la mitosis, está precedida en la interfase por la síntesis y replicación del ADN, después de lo cual cada cromosoma ya consta de dos cromátidas, que se denominan cromátidas hermanas. No hay síntesis de ADN entre la primera y la segunda división.
Si como resultado de la mitosis se forman dos células, entonces como resultado de la meiosis - 4. Sin embargo, si el cuerpo produce óvulos, solo queda una célula, que tiene nutrientes concentrados en sí misma.
La cantidad de ADN antes de la primera división suele denominarse 2n 4c. Aquí n denota cromosomas, c – cromátidas. Esto significa que cada cromosoma tiene un par homólogo (2n), mientras que al mismo tiempo cada cromosoma consta de dos cromátidas. Teniendo en cuenta la presencia de un cromosoma homólogo se obtienen cuatro cromátidas (4c).
Después de la primera y antes de la segunda división, la cantidad de ADN en cada una de las dos células hijas se reduce a 1n 2c. Es decir, los cromosomas homólogos divergen en diferentes celdas, pero siguen estando formados por dos cromátidas.
Después de la segunda división, se forman cuatro células con un conjunto de 1n 1c, es decir, cada una contiene solo un cromosoma de un par de homólogos y consta de una sola cromátida.
A continuación se muestra descripción detallada primera y segunda división meiótica. La designación de las fases es la misma que en la mitosis: profase, metafase, anafase, telofase. Sin embargo, los procesos que ocurren en estas fases, especialmente en la profase I, son algo diferentes.
Meiosis I
Profase I
Esta suele ser la fase más larga y compleja de la meiosis. Tarda mucho más que durante la mitosis. Esto se debe al hecho de que en este momento los cromosomas homólogos se acercan e intercambian secciones de ADN (se produce conjugación y entrecruzamiento).
Conjugación- el proceso de vinculación de cromosomas homólogos. Cruzando- intercambio de regiones idénticas entre cromosomas homólogos. Las cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos pueden intercambiar secciones equivalentes. En los lugares donde se produce tal intercambio, los llamados quiasma.
Los cromosomas homólogos pares se llaman bivalentes, o cuadernos. La conexión persiste hasta la anafase I y está asegurada por centrómeros entre cromátidas hermanas y quiasmas entre cromátidas no hermanas.
En la profase se produce la espiralización de los cromosomas, de modo que al final de la fase los cromosomas adquieren su forma y tamaño característicos.
En etapas posteriores de la profase I, la envoltura nuclear se desintegra en vesículas y los nucléolos desaparecen. Comienza a formarse el huso meiótico. Se forman tres tipos de microtúbulos del huso. Algunos están unidos a cinetocoros, otros a tubos que crecen desde el polo opuesto (la estructura actúa como espaciadores). Otros más forman una estructura estrellada y se adhieren al esqueleto membranoso, sirviendo de soporte.
Los centrosomas con centríolos divergen hacia los polos. Los microtúbulos penetran en la región del núcleo anterior y se unen a los cinetocoros ubicados en la región del centrómero de los cromosomas. En este caso, los cinetocoros de las cromátidas hermanas se fusionan y actúan como una sola unidad, lo que permite que las cromátidas de un cromosoma no se separen y posteriormente se muevan juntas hacia uno de los polos de la célula.
Metafase I
Finalmente se forma el huso de fisión. Los pares de cromosomas homólogos se encuentran en el plano ecuatorial. Se alinean uno frente al otro a lo largo del ecuador de la célula de modo que el plano ecuatorial se encuentra entre pares de cromosomas homólogos.
Anafase I
Los cromosomas homólogos se separan y se mueven a diferentes polos de la célula. Debido al cruce que se produjo durante la profase, sus cromátidas ya no son idénticas entre sí.
Telofase I
Los granos se restauran. Los cromosomas se convierten en cromatina fina. La célula se divide en dos. En animales, invaginación de la membrana. Las plantas forman una pared celular.
MeiosisII
La interfase entre dos divisiones meióticas se llama intercinesis, es muy corto. A diferencia de la interfase, no se produce la duplicación del ADN. De hecho, ya está duplicado, solo que cada una de las dos células contiene uno de los cromosomas homólogos. La meiosis II ocurre simultáneamente en dos células formadas después de la meiosis I. El siguiente diagrama muestra la división de solo una célula a partir de dos.
Profase II
Corto. Los núcleos y nucléolos vuelven a desaparecer y las cromátidas giran en espiral. El huso comienza a formarse.
Metafase II
Cada cromosoma, que consta de dos cromátidas, está unido a dos cadenas de huso. Un hilo de un polo, el otro del otro. Los centrómeros constan de dos cinetocoros separados. La placa de metafase se forma en un plano perpendicular al ecuador de la metafase I. Es decir, si la célula madre en la meiosis se dividió, ahora se dividirán dos células.
Anafase II
La proteína que une las cromátidas hermanas se separa y se mueven a polos diferentes. Ahora las cromátidas hermanas se llaman cromosomas hermanos.
Telofase II
Similar a la telofase I. Los cromosomas se despiralizan, el huso desaparece, se forman núcleos y nucléolos y se produce la citocinesis.
El significado de la meiosis.
En un organismo multicelular, sólo las células sexuales se dividen por meiosis. Por lo tanto, el principal significado de la meiosis es seguridadmecanismoAreproducción sexual,en el que el número de cromosomas de una especie permanece constante.
Otro significado de meiosis es la recombinación de información genética que ocurre en la profase I, es decir, variabilidad combinativa. En dos casos se crean nuevas combinaciones de alelos. 1. Cuando se produce el entrecruzamiento, es decir, las cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos intercambian secciones. 2. Con divergencia independiente de cromosomas hacia los polos en ambas divisiones meióticas. En otras palabras, cada cromosoma puede aparecer en una célula en cualquier combinación con otros cromosomas que no sean homólogos a él.
Ya después de la meiosis I, las células contienen información genética diferente. Después de la segunda división, las cuatro células son diferentes entre sí. Este diferencia importante meiosis a partir de la mitosis, que produce células genéticamente idénticas.
El entrecruzamiento y la divergencia aleatoria de cromosomas y cromátidas en las anafase I y II crean nuevas combinaciones de genes y son unode las causas de la variabilidad hereditaria de los organismos., gracias al cual es posible la evolución de los organismos vivos.