Biologia

A palavra meiosis tem origem na língua grega. Significa diminuir; isto refere-se à diminuição do número de cromossomas dentro da célula. Meiose é o processo de redução cromossômica em células eucarióticas (plantas, animais e fungos), que leva à produção de células germinativas (gâmetas/células sexuais) necessárias para a reprodução sexual. Na meiose, um conjunto duplo de cromossomas (diplóides) é reduzido a um único conjunto de cromossomas (haplóides) para produzir células germinativas ou esporos. Quando estes se combinam na reprodução sexual, o zigoto resultante é um diploide. Desta forma, o número de cromossomos da espécie é conservado através da reprodução sexual.

Porquê?

C>Cromossomos. Se um humano, com n = 46 cromossomos, ou dois pares de n = 23 cromossomos, se reproduzisse sem redução cromossômica, o óvulo e o espermatozóide teriam ambos n = 46 cromossomos. Quando estes se fundirem para se tornarem um gameta, o zigoto (embrião) teria n = 92 cromossomos, ou o dobro do número necessário! Isto resultaria em anormalidades genéticas na criança. Além disso, imagine se esta criança se reproduzisse com outra criança com n = 92 cromossomas: a sua criança teria 184 cromossomas! Este número estaria sempre a aumentar. Assim, uma redução cromossômica é necessária para a continuidade da existência de cada espécie.

Antes do início da meiose, os cromossomos no núcleo da célula sofrem replicação. Isto é porque a meiose produz quatro células filhas com metade dos cromossomos da célula mãe; ou quatro células haplóides a partir de uma única célula diplóide. Lembre-se, haplóide e diplóide se referem ao número de cromossomos na célula: células haplóides contêm um conjunto de cromossomos (n) enquanto células diplóides contêm dois conjuntos completos de cromossomos (2n). Como você pode ver, a matemática não funciona bem: a célula mãe deve primeiro ser convertida para uma célula 4n (tetraplóide) antes da divisão começar. Então uma célula com n = 46 cromossomas será convertida para uma célula com n = 92 cromossomas, que, após a meiose, produzirá quatro células com n = 23 cromossomas.

Meiose começa muito parecido com a mitose. Após a replicação cromossômica, todos os cromossomos se separam em cromossomos irmãos (as duas metades idênticas de um cromossomo). Entretanto, aqui as semelhanças terminam. Na meiose, ocorre um processo adicional: o da recombinação ou do cruzamento. Na recombinação, os pares de cromossomas se alinham e recombinam, de modo que cada cromossoma tem um pedaço de outro nele. Desta forma, a diversidade genética é assegurada.

Assim, a meiose utiliza a recombinação para produzir quatro células filhas haplóides que não são idênticas à sua célula mãe diplóide ou umas às outras.

As Fases da Meiose

Meiose é dividida em duas partes, ou divisões, cada uma das quais consiste de várias fases. Estas são a prófase I, metáfase I, anáfase I e telófase I na meiose I; e prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II na meiose II. Você vai precisar de alguma terminologia para entender estas fases:

• Bivalente – um par de cromossomos homólogos mantidos juntos por um quiasma.
• Chiasma – ponto de cruzamento quando os cromossomos trocam material genético.
• Centromere – o ponto de constrição de um cromossoma.
• Dyad – metade de um tetrad; metade de um par sinapsado de cromossomas homólogos.
• Cromossomas homólogos – o par de cromossomas formado por um cromossoma original e a sua duplicação. Estes cromossomas não são idênticos.
• placa metafásica – a linha média da célula.
• Mônada – após a separação, cada cromossoma de um tétrade forma uma mônada. Uma mônada sem a sinapses para seu cromossomo homólogo.
• Envolvente nuclear – a membrana dupla que envolve o núcleo.
• Nucleolus – o centro de produção de rRNA dentro do núcleo.
• Cromatídeos irmãs – os dois cromatídeos idênticos que formam um cromossomo.
• Fibras do fuso – um feixe de microtubos correndo de um pólo da célula para outro, ao longo do qual os cromossomos se movem.
• Synapse/synapsis – o processo pelo qual dois cromossomas homólogos entram em contacto físico um com o outro.
• Tetrad – um par de cromossomas homólogos mantidos juntos por um chiasma.

Meiose I

Aqui está uma imagem completa da meiose I (figura 1), vamos passar por cada fase em detalhe. Você deve ser capaz de entender o significado de cada fase e a razão de cada etapa. Assim que você entender isso, você estará preparado para responder perguntas de exame sobre a meiose I.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 1: Os quatro estágios da meiose I com o estágio de prófase mais separados em quatro subfases

1. Profase I

Profase I é caracterizada por três eventos principais: a condensação da cromatina em cromossomos visíveis, a sinapse dos cromossomos em cada par homólogo e o cruzamento do material genético entre estes cromossomos sinapsados. A fase I é ainda subdividida em cinco fases discretas: leptonema, zigonema, paquionema, diplonema e diacinese (figura 2).

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Figure 2: Os diferentes estágios da prófase da meiose I

Leptonema

Também conhecido como estágio do leptóteno, esta fase é caracterizada pela condensação da cromatina para formar cromossomos visíveis. A pesquisa homologia começa.

Zigonema

Esta fase também é conhecida como fase do zigototeno. A busca por homologia continua, com cromossomos homólogos alinhados em emparelhamento rudimentar, formando bivalentes. O complexo sinaptonemal começa a formar.

Pachynema

Também conhecido como estádio de paquíteno, esta fase inclui o desenvolvimento do complexo sinaptonemal entre pares homólogos de bivalentes, levando à sinapse. Nesta fase, fica claro que cada bivalente contém dois pares de cromatídeos irmãos. Os cromatídeos irmãos de um par são cromatídeos não-irmãos para os cromatídeos irmãos do outro par. Juntos, os quatro cromatídeos são conhecidos como um tetrad. O cruzamento ou recombinação de material genético entre pares de cromatídeos não irmãs ocorre.

Diplonema

Esta fase também é conhecida como fase diplotena. Os pares de cromatídeos irmãos começam a se separar. Os cromatídeos não-irmãos permanecem em contato em pontos conhecidos como quiasma, onde o intercâmbio genético ocorreu durante o cruzamento.

Diacinese

Cromossomos se separam mais, mas ainda estão ligados através dos quiasma dos cromatídeos não-irmãos. A separação leva a que os quiasmatos se movam em direção às extremidades dos cromatídeos, um processo conhecido como terminalização. O envelope nuclear e o nucléolo se deterioram, e os centrômeros de cada cromossomo se fixam às fibras do fuso, antes de se alinharem na placa da metáfase. Os cromossomos ainda estão em pares, que formam tetrads.

2. Metáfase I

Esta fase é semelhante à metáfase da mitose. The spindle fibers attached to the centromere of each tetrad align the chromosomes so that one half of each tetrad is oriented towards each pole.

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Figure 3: The alignment of tetrads during metaphase I of meiosis I

3. Anaphase I

At anaphase I, the chromosomes do not split into their sister chromatids, but each tetrad is split into its chromosome pairs (dyads). These are pulled to opposite poles in a process known as disjunction. Anaphase ends with the same number of dyads at each pole as the haploid number of the parent cell.

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Figure 4: The splitting of chromosome dyads during anaphase I

4. Telophase I

In some organisms, telophase I is entered and a nuclear membrane forms around the dyads at each pole, before a short interphase period is reached. In other organisms, telophase I is skipped, and meiosis II is entered.

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Figure 5: Formation of nuclear membrane isolating the two dyads

Meiosis II

Once again, we will explore the second meiosis phase much like the first one. Here is a full picture of meiosis II following telophase I:

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Figure 6: The four stages of meiosis II, with four haploid cells at the end of this phase

1. Prophase II

Sister chromatids form dyads connected by a centromere. These are situated at the center of the cell. No condensation of chromatic material or dissolving of nuclear membranes need occur.

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Figure 7: The sister chromatids from the dyads are attached by a centromere during prophase II

2. Metaphase II

Spindle fibers attached to the centromere of each sister chromatid align the dyads at the metaphase plate, with one half of the dyad facing toward each pole.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 8: The metaphase plate forms separating each half of the dyad

3. Anaphase II

The spindle fibers attached to each sister chromatid shorten, and each is pulled to an opposing pole of the cell.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 9: Like in anaphase I, the sister chromatids are pulled towards opposite ends

4. Telophase II

The chromatids (monads) are situated at the poles of the cell. Cytokinesis occurs, wherein a nuclear membrane forms around each set of chromosomes, and the cell divides into two cells with a haploid number of chromosomes. Thus, four haploid gametes are formed, which can now recombine during sexual reproduction to form a zygote.

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Figure 10: Quatro células filhas haplóides durante o telofásico II

Visão geral da Meiose

Os detalhes da meiose podem ser esmagadores; abaixo destacaremos alguns pontos chave de ambas as fases da meiose. Durante a recombinação os cromossomos de cada pai trocam as pontas de seus cromossomos homólogos. Desta forma cada par de cromossomas homólogos tem um pouco do outro. O ponto no qual os cromossomos trocam o material é chamado de chiasma.

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Figure 11: Troca de material genético durante a meiose e os gametas resultantes

Por que a Meiose é Importante no Estudo da Biologia?

A Meiose é importante por três razões principais: permite a reprodução sexual de organismos diplóides, possibilita a diversidade genética e ajuda na reparação de defeitos genéticos.

1. Permite a reprodução sexual de organismos diplóides

Como mencionado anteriormente, a meiose permite a redução de uma célula diplóide a um gameta haplóide, que pode então recombinar com outro gameta haplóide para criar um zigoto diplóide.

2. Permite a diversidade genética

O cruzamento ou recombinação de genes que ocorre na meiose rearranja os alelos presentes em cada cromossomo de um par homólogo, permitindo a mistura dos genes paterno e materno, qualquer um dos quais pode ser expresso na descendência resultante. Isto permite a diversidade genética em uma população, que é um tampão para defeitos genéticos, suscetibilidade da população a doenças e mudanças no ambiente. Sem esta recombinação, o pool genético das populações estagnaria e um único evento poderia aniquilar uma população inteira. A diversidade genética significa que haverá certos indivíduos dentro de uma determinada população que serão mais capazes de sobreviver a uma perda de habitat, uma mudança na disponibilidade de alimentos, uma mudança nos padrões climáticos, doenças ou outros eventos catastróficos, garantindo a continuidade das espécies.

3. Ajuda na reparação de defeitos genéticos

A recombinação que ocorre na meiose pode ajudar ainda mais na reparação de defeitos genéticos na próxima geração. Se um defeito genético está presente em um certo alelo de um dos pais, a recombinação pode substituir este alelo pelo alelo saudável do outro pai, permitindo descendentes saudáveis.

Como a Meiose é Diferente da Mitose?

Mitose é a produção de duas células filhas diplóides geneticamente idênticas a partir de uma célula mãe diplóide. A meiose produz quatro células filhas geneticamente distintas a partir de uma única célula mãe diplóide. These germ cells can then combine in sexual reproduction to form a diploid zygote.

Meiosis only occurs in eukaryotic organisms which reproduce sexually, whereas mitosis occurs in all eukaryotic organisms, including those which reproduce asexually.

The table below summarizes the similarities and differences between meiosis and mitosis.

Meiosis	Mitosis
Similarities
Can only occur in eukaryotes
DNA replication occurs first
Production of daughter cells based on parent cell’s genetic material
Means of cell replication in plants, animals, and fungi
Differences
Starts as diploid; ends as haploid	Starts as diploid; ends as diploid
Chromosome number is reduced	Chromosome number is conserved
Chromosome pairs undergo synapsis	No synapsis occurs
Used for sexual reproduction	Used for growth/healing/asexual reproduction
2 nuclear divisions	1 nuclear division
8 phases	5 phases
Daughter cell not identical to parent cell	Daughter cell identical to parent cell
Results in 4 daughter cells	Results in 2 daughter cells
Produces germ cells	Produces somatic cells
Occurs only in sexual organisms	Occurs in asexual and sexual organisms

Wrapping Up Meiosis and Biology

We now know that meiosis is the process of chromosomal reduction which allows the production of haploid germ cells necessary for sexual reproduction. Meiosis is furthermore important for its role in enabling genetic diversity and facilitating the repair of genetic defects through recombination.

The benefits that meiotic reproduction gives over mitotic reproduction are that mitotic reproduction produces identical cells, conserving the chromosomal set and the genes within, whereas meiosis allows for the expression of new traits because of the process of crossing over. Sem a meiose mantendo a diversidade genética dentro das populações, os organismos não seriam capazes de se adaptar ao seu ambiente, nem evoluir, nem sobreviver a eventos catastróficos. A diversidade genética de uma população é a sua ferramenta mais confiável na luta pela sobrevivência da espécie.

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