Metafaza I

Explicații despre metafaza I

În mezoza I, etapa de aliniere a metafazei I este relativ rapidă. Tetradele sau bivalenții (o pereche de cromozomi cu patru cromatide (2 originale, 2 copii) sunt trase în linie la ceea ce se numește placa de metafază (sau ecuatorială). Această placă nu există în realitate, ci este o linie centrală imaginară de-a lungul căreia sunt poziționați cromozomii.

Cromozomul individual din fiecare pereche rămâne aproape de partenerul său și se aliniază unul peste celălalt. Acest lucru va duce în cele din urmă la migrarea unui cromozom spre un pol, iar celălalt spre polul opus. De asemenea, nu contează în ce direcție sunt orientați orizontal acești cromozomi de-a lungul acestei linii imaginare. ADN-ul de la oricare dintre părinți poate fi orientat spre oricare parte a celulei. Acest lucru sporește variația genetică, deoarece, în timp ce o celulă fiică ar putea conține 40% din cromozomii tatălui și 60% din cei ai mamei, cealaltă va avea 60% și, respectiv, 40% din fiecare părinte. Acest lucru ar explica, de exemplu, faptul că un prim copil are ochii tatălui și nasul mamei, iar al doilea are ochii mamei și nasul tatălui. Datorită recombinării în profază, niciunul dintre copii nu va arăta exact la fel ca oricare dintre părinți, ci doar asemănător.

În imaginea de mai jos a unei celule de ceapă (în metafaza I), perechile de cromozomi colorate cu violet închis sunt toate poziționate central de-a lungul plăcii de metafază.

În metafaza I, cei doi cromozomi ai unei perechi omologe sunt orientați spre poli opuși. Deoarece a avut loc o recombinare, fiecare dintre cele patru cromatide (și, bineînțeles, ambele perechi omoloage) au un material genetic ușor diferit. Etapele ulterioare vor trage una dintre perechile omoloage la un capăt al celulei, iar cealaltă la capătul opus. Acest lucru înseamnă că cele două celule rezultate (produse în timpul citocinezei, la sfârșitul meiozei I) vor conține seturi complete de cromozomi, dar acestea nu vor fi formate din perechi de cromozomi.

Confuzia din jurul cromozomilor și cromatidelor

Această alocare a cromozomilor este deosebit de importantă pentru a fi înțeleasă, dar conduce adesea la multă confuzie. Merită să privim acest subiect dintr-o perspectivă nouă, făcând câțiva pași înapoi în acest proces.

Cariotipul uman este compus din 22 de perechi de cromozomi și o pereche de cromozomi sexuali (XX sau XY). Un total de 23 de perechi de cromozomi. Fiecare celulă non-gamete conține acest set de 23 de perechi în nucleul său, cu excepția globulelor roșii mature sau a celulelor cornificate vechi. Cei doi cromozomi care alcătuiesc o pereche omologă provin de la părinții unui organism – unul de la tată și unul de la mamă. În cariotipul de mai jos al unui om de sex masculin, aceste perechi sunt foarte distincte. Observați prezența a 23 de perechi, și un total de 46 de cromozomi.

În această imagine, nu se poate observa nicio formă de X. Fiecare cromozom este un singur fir. Fiecare catenă unică este o cromatidă cu un centromer (care nu este vizibil). Acest lucru se datorează faptului că forma de X există numai după ce are loc replicarea ADN-ului în timpul etapei S a interfazei, care precede atât mitoza, cât și meioza.

Grea confuzie pe care mulți studenți o întâlnesc atunci când studiază meioza este ideea tradițională că cromozomii sunt în formă de X. Cu toate acestea, acest lucru se întâmplă numai după ce fiecare cromatidă a fost replicată pentru a crea două cromate surori unite la nivelul centromerului. Înainte de replicare, un set uman de 23 de perechi de cromozomi (fiecare pereche fiind formată dintr-un cromozom de la tată și unul de la mamă) are 46 de cromozomi, așa cum putem număra în imaginea de mai sus. Fiecare dintre acești 46 de cromozomi este format dintr-o singură cromatidă. Cariotipul uman înainte de replicare are, așadar, 46 de cromozomi (23 de perechi) și 46 de cromatide.

După etapa S a interfazei, cromatidele sunt replicate, iar copiile rămân atașate de „soră” prin intermediul centromerului. Numărul final este tot de 23 de perechi de cromozomi, dar fiecare cromozom este acum format din două cromatide surori. Această cromatidă suplimentară asigură forma de X a cromozomului, așa cum suntem obișnuiți să o vedem. Există în continuare 46 de cromozomi (23 de perechi), dar acum există 92 de cromatide. Deoarece combinația a doi cromozomi (o pereche) care conține 4 cromatide (două originale, două replicate) este cunoscută și sub numele de tetradă sau bivalentă, putem spune că o tetradă are doi cromozomi și patru cromatide. Tetrás în limba greacă înseamnă patru, în timp ce bi se referă la doi.

Toate acestea devin mult mai clare atunci când ne gândim la scopul meiozei și la fertilizarea ulterioară a unui ovul de către un spermatozoid. Meioza este un proces în două etape (cu multe subetape) care mai întâi împarte o singură celulă în două celule, fiecare cu un set complet, dar ușor diferit, de ADN conținut în perechi de cromozomi. Acesta este motivul pentru care ADN-ul trebuie să fie replicat în prealabil. În caz contrar, nu ar fi posibil să se furnizeze un set complet de perechi de cromozomi celor două celule fiice. Rezultatul final sunt două celule fiice, fiecare conținând 46 de cromozomi (23 de perechi) și 46 de cromatide.

Aceste două celule se împart apoi a doua oară în cadrul meiozei II, creând patru celule fiice care conțin fiecare un set complet de ADN care nu este prezentat în perechi de cromozomi, ci ca un singur cromozom. Fiecare celulă conține acum 23 de cromozomi și 23 de cromatide. Aceste celule sunt produse sub formă de spermatozoizi la masculi și de ovule la femele. La fecundare, cromozomii unici ai fiecărui sex se combină, creând din nou o pereche completă de cromozomi.

Alinierea cromozomilor de-a lungul plăcii metafazice

Linia imaginară prin centrul unei celule, numită placa metafazică, necesită aparatul fusiform pentru a alinia perechile de cromozomi corespunzători de-a lungul ei.

Centriolii, structuri proteice care trimit fibre cunoscute sub numele de microtubuli, se poziționează la laturile opuse ale celulei, creând doi poli. Fibre proteice lungi numite microtubuli sunt apoi trimise din ambii centrioli, formând aparatul fusiform. Acești microtubuli se întâlnesc (dar nu se unesc) în centrul celulei, unde se aliniază perechile de cromozomi. Odată ce aparatul fusiform este construit, are loc o atașare între kinetocorul fiecărui cromozom, aflat în apropierea centromerului său. Această atașare este foarte stabilă și a fost comparată cu o capcană chinezească pentru degete – cu cât tensiunea este mai mare, cu atât mai puternică este atașarea.

Dacă ne imaginăm că centriolii se află la nord și la sud de o celulă circulară, cu perechile de cromozomi aliniate prin echivalentul ecuatorului – una din pereche deasupra ecuatorului și cealaltă dedesubt – este ușor să ne imaginăm, de asemenea, cum aceste perechi de cromozomi pot fi separate, una fiind trasă în sus, cealaltă în jos de-a lungul acestor fibre. Această migrare nu are loc în timpul metafazei. În schimb, microtubulii trag de cromozomi până când aceștia sunt aliniați corespunzător. Celula verifică apoi dacă cromozomii sunt poziționați corect înainte de a trece la următoarea fază a meiozei I.

Curtă prezentare generală a meiozei I

Metafaza este o singură etapă, scurtă, din procesul lung al meiozei și are loc de două ori – o dată în timpul meiozei I și o dată în timpul meiozei II. Pentru a plasa această etapă particulară în cadrul procesului de meioză I, este important să fim cel puțin puțin puțin familiarizați cu etapele sau fazele care vin înainte sau după metafază.

Meioza I începe cu interfaza, trecând apoi prin etapele de profază I, prometafază, metafază I, anafază I și, în final, telofaza I și citochineza, și este o procedură în care cromozomii omologi se separă. Meioza produce întotdeauna celule sexuale sau gameți, sub formă de ovule sau spermatozoizi.

Interfaza

Interfaza constă în patru etape, dintre care prima – Gap 1 – este etapa în care majoritatea celulelor eucariote își petrec majoritatea vieții și este caracterizată de sinteza proteinelor care promovează creșterea, funcția și sănătatea celulelor. Interfaza are loc în celule înainte atât de procesul de mitoză, cât și de cel de meioză. În această fază, ADN-ul nu este strâns legat sub formă de cromozomi, ci liber legat sub formă de cromatină. Sub formă de cromatină, replicarea ADN-ului este posibilă. Strâns legat sub formă de cromozom, este foarte dificil de replicat.

A doua etapă – S sau „sinteză” – descrie copierea ADN-ului în pregătirea diviziunii celulare înainte fie de mitoză, fie de meioză, unde sunt produse histone proteice pentru a înfășura firele de ADN nou copiate. Această fază include, de asemenea, o producție mai mare de fosfolipide care sunt folosite pentru a forma membranele noilor celule.

Etapa 3 – Gap 2 – descrie replicarea organitelor celulare și, din nou, sinteza proteinelor este crucială. În această etapă, este încă posibilă repararea defectelor din ADN.

O altă etapă – Gap 0 – nu este întotdeauna etapa finală a interfazei. Ea poate apărea înainte de G1, în timpul G1 sau după diviziunea celulară. Celulele care intră în G0 o pot face temporar și pot continua să se dividă sau pot părăsi complet ciclul de replicare și intră în procesul G0 care le transformă în celule diferențiate terminal.

Profaza

Profaza I se caracterizează prin condensarea ADN-ului în cromozomi, sinapsă, crossing over cu recombinarea alelelor care rezultă, migrarea chiasmatiilor la capetele brațelor cromatidelor și deplasarea acestor brațe spre poli diferiți, îndepărtând foarte puțin cromozomii. Membrana nucleară începe, de asemenea, să se dizolve în vederea pregătirii pentru migrarea microtubulilor care formează aparatul fusiform.

Prometafaza

Deseori uitată, prometafaza este sinonimă cu finalizarea descompunerii învelișului sau membranei nucleare și formarea kinetocorilor. Kinetochores se formează în proporție de unul per cromozom, astfel încât să poată începe primele mișcări ale cromozomilor către polii opuși cu ajutorul aparatului fusiform. Prometetafa este adesea relegată la stadiul final al profazei I. Kinetochores sunt proteine care creează puncte de fixare pe cromozomi, prin care cromozomii sunt capabili să se atașeze la aparatul fusiform și să se deplaseze de-a lungul acestuia. Acest lucru ar putea fi comparat cu carabinierele sau clemele de cățărare ale alpiniștilor sau ale coborâtorilor în rapel care conectează alpinistul la frânghie, permițându-i acestuia să urce și să coboare.

Metafaza

Metafaza, în care acest articol a intrat mult mai în detaliu, este cunoscută și sub numele de etapa de „aliniere”. Fibrele fusiforme de la centrosomii de la ambii poli celulari se conectează la kinetocorii tetradelor, aliniindu-le prin mijlocul celulei.

Anafaza

În timpul anafazei, celulele cresc în dimensiune. Această creștere depărtează și mai mult polii opuși și oferă forțe de tracțiune care în cele din urmă pot trage fiecare cromozom în parte și la capetele opuse (polii) ale celulei.

Telofaza

După ce cromozomii ajung la polii lor opuși, începe telofaza. Aparatul fusiform se rupe, în timp ce două învelișuri nucleare se formează în jurul celor două seturi de cromozomi, care încep să se desprindă în cromatină de tip „șir de mărgele”.

Citocineza

Citocineza este diviziunea propriu-zisă a celulei. În mijlocul celulei se dezvoltă un șanț (numit șanț) și se îngustează în timp ce microtubulii din citoplasmă se contractă, ciupind o singură celulă diploidă în două celule fiice haploide. În cazul celulelor vegetale, membrana celulară care separă cele două celule este înlocuită de o placă celulară.

.