Nombre de la fase de la meiosis. ¿Qué es la meiosis? Importancia biológica del proceso.

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, un organismo se puede dividir en unidades elementales: las células. Toda la diversidad de los seres vivos se compone de ellos; la diferencia reside únicamente en su cantidad y tipos. Se componen de músculos, tejido óseo, piel y todos los órganos internos; difieren mucho en su finalidad. 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 y realizan 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 y elimina todo lo innecesario del exterior. El propio citoplasma y el retículo endoplásmico realizan una función de transporte, las mitocondrias también se encargan de la respiración, además de proporcionar 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 una determinada etapa de su ciclo de vida, 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 de tres formas diferentes, llamadas amitosis, mitosis y meiosis. Cada una de estas vías tiene sus propias características, es inherente a un determinado tipo de célula. 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.

La fisión directa a veces se distingue como un tipo de mitosis, pero algunos científicos la 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 centríolos, 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, que se analizará más adelante.

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 a la 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 desempeñan funciones diferentes y son importantes e insustituibles a su manera.

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. El contenido de material genético en la célula permanece sin cambios.
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 mantienen toda la estructura en un estado 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 son posibles excepciones; se forma 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

Incluso sin tener la más mínima idea de 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 la estructura celular, la 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 de nucleótidos específica y juega un papel importante en 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 que describen la transmisión de características hereditarias. 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 la división del núcleo y, en segundo lugar, de 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 del número de cromosomas, este método también se define como reducción de la división celular.

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 identificó como un 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 se produce en dos etapas de división, cada una de las cuales consta de 4 fases principales, con una breve pausa entre ellas. 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 la 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 división celular por reducción se divide convencionalmente 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 continúe el estudio de 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 de partes individuales de los 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 forman 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 monocromátidos resultantes se despiralizan. 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 mencionó, esto no resta valor al papel biológico de la división indirecta, ya que desempeñan funciones diferentes.

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 no son tan globales; al final, 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. La recombinación de genes en la división indirecta generalmente no ocurre, 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, son genéticamente idénticas a la madre y tienen un conjunto de cromosomas diploides. 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. La restauración de la cantidad necesaria, cuando se trata de células germinales, se produce después de la fertilización. Así, con cada nueva generación el número de cromosomas no se duplica.

Además, durante la meiosis se produce durante el proceso de reproducción, lo que 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 que pertenecen a diferentes especies no pueden conjugarse, 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.

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 eventos de gran importancia biológica, entre otros. 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 regiones de ADN empaquetadas de forma incompleta conservan 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 del proceso más importante de profase1: la 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 cuestión principal del proceso de conjugación, que aún no se comprende del todo, es ¿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 sólo 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 de conexión, 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. La mayor parte del ADN de estas cromátidas se encuentra fuera del complejo sinaptonémico, y en su composición solo se incluye menos del 5% del ADN genómico, estrechamente asociado a proteínas. Este ADN contiene secuencias de nucleótidos únicas y moderadamente repetitivas. La composición proteica del complejo sinaptonémico es compleja; 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 de paquiteno tan gruesos es haploide (n), pero constan de dos homólogos unidos, cada uno de los cuales tiene dos cromátidas hermanas. Por lo tanto, también aquí la cantidad de ADN es 4c y el número de cromátidas es 4n.

Comienzan a formarse conexiones temporales entre cromátidas homólogas (cromátidas de diferentes cromosomas), que cruzan repetidamente el bivalente en diferentes puntos: se forman quiasmas.

En esta etapa, ocurre el segundo evento extremadamente importante característico de la meiosis: el cruce, el intercambio mutuo de secciones idénticas a lo largo de los cromosomas homólogos. La consecuencia genética del entrecruzamiento es la recombinación de genes vinculados. Aquí surgen cromosomas que difieren de los originales, que contienen secciones separadas que provienen 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 repetidas de nucleótidos. 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.

Mitosis- el principal método de división de las células eucariotas, en el que primero se produce la duplicación y luego el material hereditario se distribuye uniformemente entre las células hijas.

La mitosis es un proceso continuo con cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase. Antes de la mitosis, la célula se prepara para la división o interfase. El período de preparación celular para la mitosis y la mitosis misma constituyen juntos ciclo mitótico. A continuación se muestra una breve descripción de las fases del ciclo.

Interfase Consta de tres períodos: presintético o posmitótico, - G 1, sintético - S, postsintético o premitótico, - G 2.

Período presintético (2norte 2C, Dónde norte- número de cromosomas, Con- número de moléculas de ADN) - crecimiento celular, activación de procesos de síntesis biológica, preparación para el próximo período.

Periodo sintético (2norte 4C) - replicación del ADN.

Período postsintético (2norte 4C) - preparación de la célula para la mitosis, síntesis y acumulación de proteínas y energía para la próxima división, aumento del número de orgánulos, duplicación de centriolos.

Profase (2norte 4C) - desmantelamiento de las membranas nucleares, divergencia de los centríolos hacia diferentes polos de la célula, formación de filamentos del huso, "desaparición" de los nucléolos, condensación de los cromosomas biromátidos.

metafase (2norte 4C) - alineación de cromosomas bicromátidos máximamente condensados ​​​​en el plano ecuatorial de la célula (placa metafásica), unión de los hilos del huso en un extremo a los centriolos y el otro a los centrómeros de los cromosomas.

Anafase (4norte 4C) - división de cromosomas de dos cromátidas en cromátidas y divergencia de estas cromátidas hermanas hacia polos opuestos de la célula (en este caso, las cromátidas se convierten en cromosomas monocromátidos independientes).

Telofase (2norte 2C en cada célula hija): descondensación de los cromosomas, formación de membranas nucleares alrededor de cada grupo de cromosomas, desintegración de los hilos del huso, aparición de un nucléolo, división del citoplasma (citotomía). La citotomía en células animales se produce debido a un surco de escisión, en células vegetales, debido a la placa celular.

1 - profase; 2 - metafase; 3 - anafase; 4 - telofase.

Importancia biológica de la mitosis. Las células hijas formadas como resultado de este método de división son genéticamente idénticas a la madre. La mitosis asegura la constancia del conjunto de cromosomas a lo largo de varias generaciones de células. Subyace a procesos como el crecimiento, la regeneración, la reproducción asexual, etc.

es un método especial para dividir células eucariotas, como resultado de lo cual las células pasan de un estado diploide a un estado haploide. La meiosis consta de dos divisiones sucesivas precedidas de una única replicación del ADN.

Primera división meiótica (meiosis 1) se llama reducción, ya que es durante esta división que el número de cromosomas se reduce a la mitad: de una célula diploide (2 norte 4C) dos haploides (1 norte 2C).

Interfase 1(al principio - 2 norte 2C, al final - 2 norte 4C) - síntesis y acumulación de sustancias y energía necesarias para ambas divisiones, aumento del tamaño celular y del número de orgánulos, duplicación de centriolos, replicación del ADN, que finaliza en la profase 1.

Profase 1 (2norte 4C) - desmantelamiento de membranas nucleares, divergencia de centriolos hacia diferentes polos de la célula, formación de filamentos del huso, "desaparición" de nucléolos, condensación de cromosomas bicromátidos, conjugación de cromosomas homólogos y entrecruzamiento. Conjugación- el proceso de juntar y entrelazar cromosomas homólogos. Un par de cromosomas homólogos conjugados se llama bivalente. El entrecruzamiento es el proceso de intercambio de regiones homólogas entre cromosomas homólogos.

La profase 1 se divide en etapas: leptoteno(finalización de la replicación del ADN), cigoteno(conjugación de cromosomas homólogos, formación de bivalentes), paquiteno(entrecruzamiento, recombinación de genes), diploteno(detección de quiasmas, 1 bloque de ovogénesis en humanos), diacinesis(terminalización de quiasmas).

1 - leptoteno; 2 - cigoteno; 3 - paquiteno; 4 - diploteno; 5 - diacinesis; 6 — metafase 1; 7 - anafase 1; 8 — telofase 1;
9 — profase 2; 10 — metafase 2; 11 - anafase 2; 12 - telofase 2.

Metafase 1 (2norte 4C) - alineación de bivalentes en el plano ecuatorial de la célula, unión de los filamentos del huso en un extremo a los centriolos y el otro a los centrómeros de los cromosomas.

Anafase 1 (2norte 4C) - divergencia aleatoria independiente de cromosomas de dos cromátidas hacia polos opuestos de la célula (de cada par de cromosomas homólogos, un cromosoma va a un polo y el otro al otro), recombinación de cromosomas.

Telofase 1 (1norte 2C en cada célula): la formación de membranas nucleares alrededor de grupos de cromosomas dicromátidos, división del citoplasma. En muchas plantas, la célula pasa inmediatamente de la anafase 1 a la profase 2.

Segunda división meiótica (meiosis 2) llamado ecuacional.

Interfase 2, o intercinesis (1n 2c), es una breve pausa entre la primera y la segunda división meiótica durante la cual no se produce la replicación del ADN. Característica de las células animales.

Profase 2 (1norte 2C) - desmantelamiento de membranas nucleares, divergencia de centríolos hacia diferentes polos de la célula, formación de filamentos del huso.

Metafase 2 (1norte 2C) - alineación de los cromosomas bicromátidos en el plano ecuatorial de la célula (placa metafásica), unión de los filamentos del huso en un extremo a los centriolos y el otro a los centrómeros de los cromosomas; 2 bloque de ovogénesis en humanos.

Anafase 2 (2norte 2Con) - división de cromosomas de dos cromátidas en cromátidas y divergencia de estas cromátidas hermanas hacia polos opuestos de la célula (en este caso, las cromátidas se convierten en cromosomas de cromátida única independientes), recombinación de cromosomas.

Telofase 2 (1norte 1C en cada célula) - descondensación de los cromosomas, formación de membranas nucleares alrededor de cada grupo de cromosomas, desintegración de los filamentos del huso, aparición del nucléolo, división del citoplasma (citotomía) con la consiguiente formación de cuatro células haploides.

Importancia biológica de la meiosis. La meiosis es el evento central de la gametogénesis en animales y de la esporogénesis en plantas. Al ser la base de la variabilidad combinativa, la meiosis proporciona diversidad genética de gametos.

Amitosis

Amitosis- división directa del núcleo en interfase por constricción sin formación de cromosomas, fuera del ciclo mitótico. Descrito para células envejecidas, patológicamente alteradas y condenadas. Después de la amitosis, la célula no puede volver al ciclo mitótico normal.

Ciclo celular

Ciclo celular- la vida de una célula desde el momento de su aparición hasta su división o muerte. Un componente esencial del ciclo celular es el ciclo mitótico, que incluye el período de preparación para la división y la propia mitosis. Además, en el ciclo de vida hay períodos de descanso, durante los cuales la célula realiza sus funciones inherentes y elige su destino futuro: la muerte o el regreso al ciclo mitótico.

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En los últimos dos años, han comenzado a aparecer cada vez más preguntas en las versiones de prueba del Examen Estatal Unificado de Biología sobre métodos de reproducción de organismos, métodos de división celular, diferencias entre las diferentes etapas de mitosis y meiosis, conjuntos de cromosomas ( n) y contenido de ADN (c) en diferentes etapas de la vida celular.

Estoy de acuerdo con los autores de los trabajos. Para comprender a fondo la esencia de los procesos de mitosis y meiosis, no solo es necesario comprender en qué se diferencian entre sí, sino también saber cómo cambia el conjunto de cromosomas ( norte) y, lo más importante, su calidad ( Con), en diversas etapas de estos procesos.

Recordemos, por supuesto, que la mitosis y la meiosis son métodos diferentes de división. granos células en lugar de la división de las células mismas (citocinesis).

Recordamos también que gracias a la mitosis las células somáticas diploides (2n) se multiplican y se asegura la reproducción asexual, y la meiosis asegura la formación de células germinales (gametos) haploides (n) en los animales o de esporas haploides (n) en las plantas.

Para facilitar la percepción de la información.

En la siguiente figura, la mitosis y la meiosis se representan juntas. Como podemos ver, este diagrama no incluye ni contiene una descripción completa de lo que sucede en las células durante la mitosis o la meiosis. El propósito de este artículo y de esta figura es llamar su atención únicamente sobre aquellos cambios que ocurren en los propios cromosomas en las diferentes etapas de la mitosis y la meiosis. Esto es precisamente en lo que se hace hincapié en las nuevas tareas de prueba USE.

Para no sobrecargar las figuras, el cariotipo diploide en los núcleos celulares está representado por sólo dos pares. homólogo cromosomas (es decir, n = 2). El primer par son cromosomas más grandes ( rojo Y naranja). El segundo par son más pequeños ( azul Y verde). Si tuviéramos que representar específicamente, por ejemplo, un cariotipo humano (n = 23), tendríamos que dibujar 46 cromosomas.

Entonces, ¿cuál era el conjunto de cromosomas y su calidad antes del inicio de la división en la célula en interfase durante el período? G1? Por supuesto que lo era 2n2c. En esta figura no vemos células con tal conjunto de cromosomas. desde despues S Durante el período de interfase (después de la replicación del ADN), el número de cromosomas, aunque sigue siendo el mismo (2n), pero como cada cromosoma ahora consta de dos cromátidas hermanas, la fórmula del cariotipo celular se escribirá así : 2n4c. Y estas son las células con cromosomas dobles, listas para comenzar la mitosis o la meiosis, que se muestran en la figura.

Este dibujo nos permite responder a las siguientes preguntas del test:

— ¿En qué se diferencia la profase de la mitosis de la profase I de la meiosis? En la profase I de la meiosis, los cromosomas no se distribuyen libremente por todo el volumen del núcleo celular anterior (la membrana nuclear se disuelve en la profase), como en la profase de la mitosis, sino que los homólogos se unen y se conjugan (entrelazan) entre sí. Esto puede provocar un cruce : Intercambio de algunas regiones idénticas de cromátidas hermanas entre homólogos.

— ¿En qué se diferencia la metafase de la mitosis de la metafase I de la meiosis? En la metafase I de la meiosis, las células no están alineadas a lo largo del ecuador. cromosomas bicromátidos como en la metafase de la mitosis, en bivalentes(dos homólogos juntos) o tétradas(tetra - cuatro, según el número de cromátidas hermanas implicadas en la conjugación).

— ¿En qué se diferencia la anafase de la mitosis de la anafase I de la meiosis? Durante la anafase de la mitosis, los filamentos del huso mueven las células hacia los polos. cromátidas hermanas(que en este momento ya debería llamarse cromosomas de una sola cromátida). Tenga en cuenta que en este momento, dado que se formaron dos cromosomas de una sola cromátida a partir de cada cromosoma bicromátido y aún no se han formado dos nuevos núcleos, la fórmula cromosómica de dichas células será 4n4c. En la anafase I de la meiosis, los filamentos del huso separan los homólogos de las dicromátidas hacia los polos celulares. Por cierto, en la figura en anafase I vemos que una de las cromátidas hermanas del cromosoma naranja tiene secciones de la cromátida roja (y, en consecuencia, viceversa), y una de las cromátidas hermanas del cromosoma verde tiene secciones de la cromátida azul (y, en consecuencia, viceversa). Por tanto, podemos afirmar que durante la profase I de la meiosis se produjo no solo la conjugación, sino también el cruce entre cromosomas homólogos.

— ¿En qué se diferencia la telofase de la mitosis de la telofase I de la meiosis? Durante la telofase de la mitosis, los dos núcleos recién formados (aún no hay dos células, se forman como resultado de la citocinesis) contendrán diploide conjunto de cromosomas de una sola cromátida: 2n2c. En la telofase I de la meiosis, los dos núcleos resultantes contendrán haploide conjunto de cromosomas bicromátidos - 1n2c. Así, vemos que la meiosis I ya ha proporcionado reducción división (el número de cromosomas se ha reducido a la mitad).

— ¿Qué asegura la meiosis II? La meiosis II se llama ecuacional División (igualación), como resultado de lo cual las cuatro células resultantes contendrán un conjunto haploide de cromosomas monocromátidos normales: 1n1c.

— ¿En qué se diferencia la profase I de la profase II? En la profase II, los núcleos celulares no contienen cromosomas homólogos, como en la profase I, por lo que los homólogos no se combinan.

— ¿En qué se diferencia la metafase de la mitosis de la metafase II de la meiosis? Una pregunta muy “insidiosa”, ya que de cualquier libro de texto recordarás que la meiosis II generalmente se desarrolla como mitosis. Pero atención, durante la metafase de la mitosis, las células se alinean a lo largo del ecuador. dicromátida cromosomas y cada cromosoma tiene su homólogo. En la metafase II de la meiosis, también se alinean a lo largo del ecuador. dicromátida Cromosomas, pero no homólogos. . En un dibujo en color, como en este artículo anterior, esto se ve claramente, pero en el examen los dibujos son en blanco y negro. Este dibujo en blanco y negro de una de las tareas de prueba representa la metafase de la mitosis, ya que hay cromosomas homólogos (el negro grande y el blanco grande son un par; el negro pequeño y el blanco pequeño son el otro par).

— Puede haber una pregunta similar con respecto a la anafase de la mitosis y la anafase II de la meiosis. .

— ¿En qué se diferencia la telofase I de la meiosis de la telofase II? Aunque el conjunto de cromosomas en ambos casos es haploide, durante la telofase I los cromosomas son bicromátidos, y durante la telofase II son monocromátidos.

Cuando escribí un artículo de este tipo en este blog, nunca pensé que el contenido de las pruebas cambiaría tanto en tres años. Obviamente, debido a las dificultades para crear cada vez más pruebas nuevas basadas en el plan de estudios escolar de biología, los autores ya no tienen la oportunidad de "excavar en profundidad" (todo ha sido "desenterrado" durante mucho tiempo) y se ven obligados a "cavar profundo".

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¿Quién tiene preguntas sobre el artículo? Tutor de biología vía skype, por favor contáctame en los comentarios.

Con una reducción a la mitad del número de cromosomas. Ocurre en dos etapas (etapas de reducción y ecuacionales de meiosis). La meiosis no debe confundirse con la gametogénesis: la formación de células germinales especializadas, o gametos, a partir de células madre indiferenciadas. Con una disminución en el número de cromosomas como resultado de la meiosis, se produce una transición de la fase diploide a la fase haploide en el ciclo de vida.

La restauración de la ploidía (transición de la fase haploide a la fase diploide) se produce como resultado del proceso sexual. Debido al hecho de que en la profase de la primera etapa de reducción, se produce la fusión (conjugación) por pares de cromosomas homólogos, el curso correcto de la meiosis solo es posible en células diploides o incluso en poliploides (células tetra, hexaploides, etc.) .

La meiosis también puede ocurrir en poliploides impares (células tri, pentaploides, etc.), pero en ellos, debido a la incapacidad de asegurar la fusión de cromosomas por pares en la profase I, se produce divergencia cromosómica con alteraciones que ponen en peligro la viabilidad de la célula o en desarrollo. de él un organismo haploide multicelular. El mismo mecanismo subyace a la esterilidad de los híbridos interespecíficos.

Dado que los híbridos interespecíficos combinan cromosomas de padres que pertenecen a diferentes especies en el núcleo celular, los cromosomas generalmente no pueden conjugarse. Esto conduce a alteraciones en la segregación cromosómica durante la meiosis y, en última instancia, a la inviabilidad de las células germinales o gametos. Las mutaciones cromosómicas (deleciones, duplicaciones, inversiones o translocaciones a gran escala) también imponen ciertas restricciones a la conjugación de los cromosomas.

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:

Fase leptoteno o leptonemas- embalaje de cromosomas.

- cigoteno o cigonema- conjugación (conexión) de cromosomas homólogos con la formación de estructuras que constan de dos cromosomas conectados, llamadas tétradas o bivalentes.

- pachytena o paquinema- cruce (crossover), intercambio de secciones entre cromosomas homólogos; Los cromosomas homólogos permanecen conectados entre sí.

- diplotena 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) y traducción (síntesis de proteínas); Los cromosomas homólogos permanecen conectados entre sí.

- diacinesis— El ADN vuelve a condensarse 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.

• Metafase I- Los cromosomas bivalentes se alinean a lo largo del ecuador de la célula.
• 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

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, se destruye la membrana nuclear y se forma un huso de fisión.
• Metafase II- Los cromosomas univalentes (que constan de dos cromátidas cada uno) están ubicados en el "ecuador" (a igual distancia de los "polos" del núcleo) en el mismo plano, formando la llamada placa metafásica.
• Anafase II- los univalentes se dividen y las cromátidas se mueven hacia los polos.
• Telofase II- Los cromosomas se desarrollan en espiral 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 dos de los llamados cuerpos reductores (derivados abortivos de la primera y segunda división).

Crossingo?ver(otro nombre en biología cruz) es el fenómeno del intercambio de secciones de cromosomas homólogos durante la conjugación durante la meiosis. Además del entrecruzamiento meiótico, también se ha descrito el entrecruzamiento mitótico. Dado que el entrecruzamiento introduce alteraciones en el patrón de herencia ligada, se ha podido utilizar para mapear "grupos de vinculación" (cromosomas).

La capacidad de mapeo se basó en la suposición de que cuanto más a menudo se produce el cruce entre dos genes, más separados se ubican estos genes en el grupo de ligamiento y con mayor frecuencia se observan desviaciones de la herencia ligada. Los primeros mapas cromosómicos se construyeron en 1913 para el clásico sujeto experimental de la mosca de la fruta. Drosophila melanogaster Alfred Sturtevant, alumno y colaborador de Thomas Hunt Morgan.