en teoría, todos los estudiantes aprenden acerca de la división celular en algún momento de su primera exposición a la biología, pero comparativamente pocos tienen la oportunidad de aprender por qué la tarea básica de la reproducción debe combinarse con un medio de aumentar la diversidad genética para que los organismos puedan tiene una probabilidad máxima de sobrevivir a cualquier desafío que su entorno les presente.
quizás ya entienda que la división celular , en la mayoría de los contextos que se usa ese término, se refiere simplemente a un proceso de duplicación: comience con una celda, deje tiempo para el crecimiento de lo que sea importante en cada celda, divida la celda por la mitad, y ahora tienes el doble del número que tenías antes.
Si bien esto es cierto para la mitosis y la fisión binaria , y de hecho describe la abrumadora mayoría de las divisiones celulares que ocurren en la naturaleza, omite la meiosis, tanto la naturaleza crítica del proceso como la sinfonía microscópica altamente coordinada e inusual que representa.
división celular: procariotas vs eucariotas
procariotas: toda la vida en la tierra se puede dividir en procariotas, que incluye las bacterias y las arqueas, casi todas de las cuales son organismos unicelulares. Todas las células tienen una membrana celular, citoplasma y material genético en forma de ADN (ácido desoxirribonucleico).
Las células procarióticas, sin embargo, carecen de orgánulos o estructuras especializadas unidas a la membrana dentro del citoplasma; por lo tanto, no tienen núcleo, y el ADN de un procariota usualmente existe como un pequeño cromosoma en forma de anillo sentado en el citoplasma. las células procariotas se reproducen, y por lo tanto todo el organismo en la mayoría de los casos, simplemente se hacen más grandes, duplican su cromosoma y se dividen en dos núcleos hijos idénticos.
eucariotas: la mayoría de las células eucariotas se dividen de manera similar a la fisión binaria, excepto que los eucariotas tienen su ADN asignado entre un número mayor de cromosomas (los humanos tienen 46, con 23 heredados de cada padre). este tipo de división cotidiana se llama mitosis y, como la fisión binaria, produce dos células hijas idénticas.
la meiosis combinó la practicidad matemática de la mitosis con la reorganización cromosómica coordinada necesaria para generar diversidad genética en las generaciones posteriores, como veremos pronto.
fundamentos de cromosomas
el material genético de las células eucarióticas existe en los núcleos de estas células en forma de una sustancia llamada cromatina, que consiste en un ADN combinado con una proteína llamada histonas que permite el supercoiling y una compactación muy densa del ADN. esta cromatina se divide en partes discretas, y estas partes son lo que los biólogos moleculares llaman cromosomas.
solo cuando una célula se divide activamente, sus cromosomas son fácilmente visibles incluso con un microscopio potente. al comienzo de la mitosis, cada cromosoma existe en una forma replicada, ya que la replicación debe seguir cada división para preservar el número de cromosomas. esto le da a estos cromosomas la apariencia de una "x", porque los cromosomas individuales idénticos, conocidos como cromátidas hermanas , se unen en un punto llamado centrómero .
como se indicó, obtienes 23 cromosomas de cada padre; 22 son autosomas numerados del 1 al 22, mientras que el restante es un cromosoma sexual (x o y). las hembras tienen dos cromosomas x, mientras que los machos tienen una x y una y. Los cromosomas "parejos" de la madre y el padre pueden determinarse utilizando su apariencia física. los cromosomas que forman estos conjuntos de dos (por ejemplo, el cromosoma 8 de la madre y el cromosoma 8 del padre) se denominan cromosomas homólogos , o simplemente homólogos .
reconozca la diferencia entre las cromátidas hermanas, que son moléculas cromosómicas individuales en conjunto replicado (duplicado), y homólogos, que son pares en un conjunto combinado pero no idéntico.
el ciclo celular
las células comienzan su vida en interfase, durante la cual las células crecen, replican sus cromosomas para crear un total de 92 cromátidas a partir de 46 cromosomas individuales y verificar su trabajo. las subfases que corresponden a cada uno de estos procesos de interfase se llaman g 1 (primer espacio), s (síntesis) y g 2 (segundo espacio).
la mayoría de las células luego entran en la mitosis, también conocida como la fase m; aquí, el núcleo se divide en una serie de cuatro pasos, pero ciertas células germinales en las gónadas que están destinadas a convertirse en gametos, o células sexuales, ingresan a la meiosis.
meiosis: descripción básica
la meiosis tiene los mismos cuatro pasos que la mitosis ( profase, metafase, anafase y telofase ) pero incluye dos divisiones sucesivas que dan como resultado cuatro células hijas en lugar de dos, cada una con 23 cromosomas en lugar de 46. Esto es posible por la mecánica marcadamente diferente de la meiosis. 1 y meiosis 2.
los dos eventos que distinguen a la meiosis de la mitosis se conocen como el cruce (o recombinación genética) y el surtido independiente . estos ocurren en la profase y la metafase de la meiosis 1, como se describe a continuación.
pasos de la meiosis
En lugar de simplemente memorizar los nombres de las fases de la meiosis 1 y 2, es útil obtener una comprensión suficiente del proceso, aparte de las etiquetas específicas, para apreciar sus similitudes con la división celular diaria y lo que hace que la meiosis sea única.
El primer paso decisivo, que promueve la diversidad en la meiosis, es el emparejamiento de cromosomas homólogos. es decir, el cromosoma 1 duplicado de la madre se empareja con el cromosoma 1 duplicado del padre, y así sucesivamente. estos se llaman bivalentes. las "armas" de los homólogos intercambian pequeños trozos de ADN (cruzando). los homólogos se separan, y los bivalentes se alinean en el centro de la célula al azar, de modo que la copia materna de un homólogo dado es tan probable que termine en un lado determinado de la célula como la copia paterna.
la célula se divide, pero entre los homólogos, no a través de los centrómeros de ninguno de los cromosomas duplicados; La segunda división meiótica, que en realidad es solo una división mitótica, es cuando esto ocurre.
fases de la meiosis
profase 1: los cromosomas se condensan y se forma el aparato del huso; Los homólogos se alinean lado a lado para formar bivalentes e intercambian trozos de ADN (cruce)
metafase 1: los bivalentes se alinean aleatoriamente a lo largo de la placa de metafase. Debido a que en los humanos hay 23 cromosomas pareados, el número de arreglos posibles en este proceso es de 2 23 , o casi 8.4 millones.
anafase 1: los homólogos se separan, produciendo dos conjuntos de cromosomas hijos que no son idénticos debido al cruce. cada cromosoma aún consta de cromátidas, con los 23 centrómeros en cada núcleo intacto.
Telofase 1: la célula se divide.
La mitosis 2 es simplemente una división mitótica, con los pasos etiquetados en consecuencia ( profase 2, metafase 2 , etc.), y sirve para separar las cromátidas no muy delgadas en distintas células. El resultado final es cuatro núcleos hijos que contienen una combinación única de cromosomas parentales ligeramente alterados, con un total de 23 cromosomas.
esto es necesario porque estos gametos se fusionan con otros gametos en el proceso de fertilización (esperma más óvulo), lo que eleva el número de cromosomas a 46 y le da a cada cromosoma un nuevo homólogo.
Contabilidad de cromosomas en la meiosis.
Un diagrama de meiosis para humanos mostraría la siguiente información.
comienzo de la meiosis 1: 92 moléculas cromosómicas individuales (cromátidas) en una célula, dispuestas en 46 cromosomas duplicados (cromátidas hermanas); lo mismo que en la mitosis
final de la profase 1: 92 moléculas en una célula dispuestas en 23 bivalentes (pares de cromosomas homólogos duplicados), cada uno de los cuales contiene cuatro cromátidas en dos pares
Fin de la anafase 1: 92 moléculas divididas en dos núcleos hijos no idénticos (gracias a un surtido independiente) , cada uno con 23 pares de cromátidas similares pero no idénticos (gracias al cruce)
comienzo de la meiosis 2: 92 moléculas divididas en dos células hijas no idénticas , cada una con 23 pares de cromátidas similares pero no idénticas
final de la anafase 2: 92 moléculas se dividen en cuatro núcleos hijos mutuamente no idénticos, cada uno con 23 cromátidas
Fin de la meiosis 2: 92 moléculas se dividen en cuatro células hijas mutuamente no idénticas, cada una con 23 cromátidas. estos son gametos, y se llaman espermatozoides (células espermáticas) si se producen en las gónadas masculinas (testículos) y los óvulos (células ovulares) si se producen en las gónadas femeninas (ovarios)