La metafase es la tercera de las cinco fases de la división celular biológica, o más específicamente, la división de lo que está dentro del núcleo de esa célula. En la mayoría de los casos, esta división es la mitosis , que es el medio por el cual las células vivas duplican su material genético (ADN o ácido desoxirribonucleico, en toda la vida en la Tierra) y se dividen en dos células hijas idénticas. Las otras fases son, en orden, profase, prometafase (esta parte se omite en muchas fuentes), anafase y telofase. La mitosis es a su vez una parte del ciclo de vida celular total, la mayor parte de la cual se gasta en la interfase. La metafase podría concebirse mejor como un paso en el que los elementos de la célula que pronto se dividirá se organizan en una formación ordenada, como un pequeño pelotón militar.
la mayoría de las células del cuerpo son células somáticas , lo que significa que no desempeñan un papel en la reproducción. casi todas estas células experimentan mitosis, suministrando nuevas células para el crecimiento, reparación de tejidos y otras necesidades diarias. Por otro lado, los gametos, también llamados células germinales, surgen de un proceso de división celular llamado meiosis , que se divide en meiosis i y meiosis ii. cada uno de estos a su vez incluye su propia metafase, llamada apropiadamente metafase i y metafase ii. (consejo: cuando vea alguna de las fases de la división celular seguida de un número, su fuente describe la meiosis en lugar de la mitosis).
El ADN y la base de la genética.
Antes de discutir los detalles específicos de un paso en particular en la división del material genético de una célula, es útil dar un paso atrás y revisar lo que ocurre dentro de las células para alcanzar este punto.
el ADN es uno de los dos ácidos nucleicos, el otro es el ácido ribonucleico (ARN). Aunque el ADN podría considerarse el más fundamental de los dos, el ADN se utiliza como plantilla para hacer el ADN. por otro lado, el rna es más versátil y viene en varios subtipos. los ácidos nucleicos consisten en monómeros largos (elementos repetidos de estructura idéntica) de nucleótidos, cada uno de los cuales incluye tres elementos: un azúcar de cinco carbonos en forma de anillo, un grupo fosfato y una base rica en nitrógeno.
estos ácidos nucleicos se diferencian en tres formas clave: el ADN es bicatenario, mientras que el ARN es monocatenario; el ADN contiene la azúcar desoxirribosa, mientras que el ARN contiene ribosa; y mientras que cada nucleótido de ADN tiene como base nitrogenada adenina (a), citosina (c), guanina (g) o timina (t), en rna, uracilo (u) toma el lugar de la timina. Es esta variación en las bases entre los nucleótidos la que produce las diferencias entre los individuos, y también lo que permite que el "código" genético sea utilizado por todos los organismos. cada secuencia de tres nucleótidos contiene el código para uno de los 20 aminoácidos, y los aminoácidos se ensamblan en otras partes de la célula para formar proteínas. Cada tira de ADN que incluye todo el código necesario para un producto único de proteínas se llama gen .
Visión general de los cromosomas y la cromatina.
El ADN en las células existe en forma de cromatina, que es una sustancia larga y lineal que consta de aproximadamente un tercio de ADN y dos tercios de moléculas de proteínas llamadas histonas. estas proteínas cumplen la función vital de obligar al ADN a enrollarse y girarse sobre sí misma hasta una extensión tan notable que se puede comprimir una sola copia de todo su ADN en cada célula, que alcanzaría 2 metros de longitud si se estirara de extremo a extremo. en un espacio de solo una o dos millonésimas de metro de ancho. Las histonas existen como octámeros, o grupos de ocho subunidades. la dna se enrolla alrededor de cada octámero de histonas a modo de hilo que envuelve un carrete aproximadamente dos veces. bajo un microscopio, esto le da a la cromatina un aspecto de cuentas, con un ADN "desnudo" que se alterna con el ADN que encierra los núcleos de histonas. Cada histona y el ADN que la rodea forman una estructura llamada nucleosoma.
Los cromosomas no son más que piezas distintas de cromatina. los humanos tienen 23 cromosomas diferentes, 22 que están numerados y uno que es un cromosoma sexual, ya sea x o y. Cada célula somática en su cuerpo contiene un par de cada cromosoma, uno de su madre y otro de su padre. Los cromosomas emparejados (p. ej., el cromosoma 8 de su madre y el cromosoma 8 de su padre) se llaman cromosomas homólogos u homólogos. estos se ven muy idénticos bajo un microscopio, pero difieren mucho en términos de sus secuencias de nucleótidos.
Cuando los cromosomas se replican, o se hacen copias de sí mismos en preparación para la mitosis, la plantilla del cromosoma permanece unida al nuevo cromosoma en un punto llamado centrómero. Los dos cromosomas unidos idénticos se llaman cromátidas. Los cromosomas suelen ser asimétricos a lo largo de su eje largo, lo que significa que hay más material en un lado del centrómero que en el otro. los segmentos más cortos de cada cromátida se llaman brazos p, mientras que los pares más largos se llaman brazos q.
El ciclo celular y la división celular.
los procariotas, la mayoría de los cuales son bacterias, replican sus células a través de un proceso llamado fisión binaria, que se asemeja a la mitosis, pero es considerablemente más simple debido a la estructura menos compleja del ADN y las células bacterianas. todos los eucariotas, por otro lado (plantas, animales y hongos) se someten a la mitosis y la meiosis.
una célula eucariota recién creada comienza un ciclo de vida que incluye las siguientes fases: g 1 (primera fase de separación), s (fase sintética), g 2 (segunda fase de separación) y mitosis. en g 1 , la célula crea duplicados de todos los componentes de la célula con la excepción de los cromosomas. en s, que toma alrededor de 10 a 12 horas y consume aproximadamente la mitad del ciclo de vida de los mamíferos, todos los cromosomas se replican, formando las cromátidas hermanas como se describió anteriormente. en g 2, la célula esencialmente revisa su trabajo, escaneando su ADN en busca de errores resultantes de la replicación. La célula entra entonces en la mitosis. claramente, la función principal de cada célula es replicar copias precisas de sí misma, especialmente el material genético, y esto mueve a todo el organismo hacia el mantenimiento de la supervivencia y la reproducción.
cuando los cromosomas no se dividen activamente, existen como formas sueltas de sí mismos, que se vuelven difusas, más bien como pequeñas bolas de pelo. solo al comienzo de la mitosis se condensan en las formas familiares para cualquiera que haya visto una micrografía del interior de un núcleo celular durante la división celular.
resumen de la mitosis
Las fases g 1 , s y g 2 se denominan colectivamente interfase. El resto del ciclo celular se ocupa de la división celular: mitosis en células somáticas, meiosis en células especializadas de gónadas. las etapas de la mitosis y la meiosis se denominan colectivamente la fase m, lo que potencialmente introduce confusión.
En cualquier caso, en la porción de profase de la mitosis, que es la más larga de las cinco etapas mitóticas, la envoltura nuclear se desintegra y el nucleolo dentro del núcleo desaparece. una estructura llamada el centrosoma se divide, y los dos centrosomas resultantes se mueven a lados opuestos de la célula, en una línea perpendicular a la que pronto se dividirá el núcleo y la célula. los centrosomas extienden estructuras de proteínas llamadas microtúbulos hacia los cromosomas que se han condensado y se alinean cerca de la mitad de la célula; Estos microtúbulos forman colectivamente el huso mitótico.
en prometaphase , los cromosomas se alinean a través de sus centrómeros a lo largo de la línea de división, también llamada placa metafase. Las fibras del huso de los microtúbulos se conectan a los centrómeros en un lugar llamado kinetochore .
Después de la metafase propiamente dicha (se explica en detalle en breve) es una anafase . Esta es la fase más corta, y en ella, las cromátidas hermanas son separadas por las fibras del huso en sus centrómeros y atraídas hacia los centrosomas colocados en posición opuesta. esto se traduce en la formación de cromosomas hijos. estas son indistinguibles de las cromátidas hermanas, aparte de que ya no están unidas por el centrómero.
finalmente, en la telofase, se forma una membrana nuclear alrededor de cada una de las dos nuevas agregaciones de ADN (que, recuerde, consta de 46 cromosomas hijos únicos por célula en formación). esto completa la división nuclear, y la célula en sí se divide en un proceso llamado citocinesis.
resumen de la meiosis
La meiosis en humanos ocurre en células especializadas de los testículos en hombres y los ovarios en mujeres. mientras que la mitosis crea células idénticas a las originales para reemplazar las células muertas o contribuir al crecimiento de todo el organismo, la meiosis genera células llamadas gametos diseñados para fusionarse con gametos del sexo opuesto con el propósito de crear descendencia. este proceso se llama fertilización.
La meiosis se divide en meiosis i y meiosis ii. Al igual que la mitosis, el inicio de la meiosis i está precedido por la replicación de los 46 cromosomas de una célula. en la meiosis, sin embargo, después de que la membrana nuclear se haya disuelto en la profase, los cromosomas homólogos se emparejan, lado a lado, con el homólogo derivado del padre del organismo en un lado de la placa metafásica y el de la madre en el otro. Es importante destacar que este surtido sobre la placa metafase se produce de forma independiente, es decir, 7 homólogos suministrados por hombres podrían terminar en un lado y 16 homólogos suministrados por mujeres por el otro, o cualquier otra combinación de números que sumen 23. Además, el Armas de los homólogos ahora en contacto con material comercial. estos dos procesos, el surtido independiente y la recombinación, aseguran la diversidad en la descendencia y, por lo tanto, en la especie en su conjunto.
cuando la célula se divide, cada célula hija tiene una copia replicada de los 23 cromosomas, en lugar de los cromosomas hijos creados en la mitosis. la meiosis i, entonces, no implica separar los cromosomas en sus centrómeros; los 46 centromeres permanecen intactos al inicio de la meiosis ii.
la meiosis ii es esencialmente una división mitótica, ya que cada una de las células hijas de la meiosis i se divide de manera que las cromátidas hermanas migran a los lados opuestos de la célula. El resultado de ambas partes de la meiosis es cuatro células hijas en dos pares idénticos diferentes, cada uno con 23 cromosomas individuales. esto permite la conservación del número "mágico" 46 cuando los gametos masculinos y los gametos femeninos se fusionan.
metafase en mitosis
al comienzo de la metafase en la mitosis, los 46 cromosomas están más o menos alineados entre sí, con sus centrómeros formando una línea bastante recta desde la parte superior de la célula hasta la parte inferior (tomando las posiciones de los centrosomas como la izquierda y lados derechos). "más o menos" y "bastante", sin embargo, no son lo suficientemente precisos para la sinfonía de la división celular biológica. solo si la línea a través de los centrómeros es exactamente recta, los cromosomas se dividirán precisamente en dos conjuntos idénticos, creando así núcleos idénticos. Esto se logra al oponerse a los microtúbulos del aparato del huso jugando una especie de lucha de tira y afloja, hasta que cada uno aplique suficiente tensión para mantener en su lugar el cromosoma específico que cada microtúbulo está manejando. esto no sucede para todos los 46 cromosomas a la vez;
metafase i y ii en la meiosis
En la metafase i de la meiosis, la línea divisoria se extiende entre cromosomas homólogos pareados, no a través de ellos. al final de la metafase, sin embargo, se pueden visualizar otras dos líneas rectas, una que pasa a través de los 23 centromeres en un lado de la placa de la metafase y una que pasa a través de los 23 centromeres en la otra.
la metafase ii se parece a la metafase de la mitosis, excepto que cada célula participante tiene 23 cromosomas con cromátidas no idénticas (gracias a la recombinación) en lugar de 46 con cromátidas idénticas. después de que estas cromátidas no idénticas se alinean correctamente, sigue la anafase ii para tirar de ellas hacia los extremos opuestos de los núcleos hijos.