Biologie

Cuvântul meioză provine din limba greacă. Acesta înseamnă a micșora; se referă la micșorarea numărului de cromozomi din cadrul celulei. Meioza este procesul de reducere a numărului de cromozomi în celulele eucariote (plante, animale și ciuperci), care duce la producerea de celule germinale (gameți/celule sexuale) necesare pentru reproducerea sexuală. În meioză, un set dublu de cromozomi (diploid) este redus la un singur set de cromozomi (haploid) pentru a produce celule germinale sau spori. Atunci când acestea se combină în cadrul reproducerii sexuale, zigotul rezultat este un diploid. În acest fel, numărul de cromozomi al speciei este conservat prin reproducerea sexuată.

De ce?

Se reduce la numărul de cromozomi. Dacă un om, cu n = 46 de cromozomi, sau două perechi de n = 23 de cromozomi, s-ar reproduce fără reducere cromozomială, ovulul și spermatozoidul ar avea amândoi n = 46 de cromozomi. Când acestea fuzionează pentru a deveni un gamete, zigotul (embrionul) ar avea n = 92 de cromozomi, adică dublu față de numărul necesar! Acest lucru ar duce la anomalii genetice la copil. Mai mult, imaginați-vă dacă acest copil s-ar reproduce cu un alt copil cu n = 92 cromozomi: copilul lor ar avea 184 de cromozomi! Acest număr ar fi în continuă creștere. Astfel, o reducere a numărului de cromozomi este necesară pentru continuarea existenței fiecărei specii.

Înainte de a începe meioza, cromozomii din nucleul celulei sunt supuși replicării. Acest lucru se datorează faptului că meioza produce patru celule fiice cu jumătate din cromozomii celulei mamă; sau patru celule haploide dintr-o singură celulă diploidă. Rețineți, haploid și diploid se referă la numărul de cromozomi din celulă: celulele haploide conțin un set de cromozomi (n), în timp ce celulele diploide conțin două seturi complete de cromozomi (2n). După cum puteți vedea, matematica nu prea funcționează: celula mamă trebuie mai întâi să fie transformată într-o celulă 4n (tetraploidă) înainte de a începe diviziunea. Astfel, o celulă cu n = 46 de cromozomi va fi transformată într-o celulă cu n = 92 de cromozomi, care, după meioză, va produce patru celule cu n = 23 de cromozomi.

Mioza începe cam la fel ca mitoza. După replicarea cromozomială, toți cromozomii se separă în cromatide surori (cele două jumătăți identice ale unui cromozom). Cu toate acestea, aici se termină asemănările. În meioză, are loc un proces suplimentar: cel de recombinare sau crossing over. În cazul recombinării, perechile de cromozomi se aliniază și se recombină, astfel încât fiecare cromozom are în el o bucată dintr-un alt cromozom. În acest fel, se asigură diversitatea genetică.

Așa, meioza folosește recombinarea pentru a produce patru celule fiice haploide care nu sunt identice cu celula mamă diploidă sau între ele.

Fazele meiozei

Mioza este împărțită în două părți, sau diviziuni, fiecare dintre ele constând din mai multe faze. Acestea sunt profaza I, metafaza I, anafaza I și telofaza I în meioza I; și profaza II, metafaza II, anafaza II și telofaza II în meioza II. Veți avea nevoie de o anumită terminologie pentru a înțelege aceste faze:

• Bivalent – o pereche de cromozomi omologi ținuți împreună de o chiasmă.
• Chiasma – punctul de încrucișare când cromozomii fac schimb de material genetic.
• Centromer – punctul de constricție al unui cromozom.
• Diacru – jumătate de tetradă; o jumătate a unei perechi sinapse de cromozomi omologi.
• Cromozomi omologi – perechea de cromozomi formată de un cromozom original și de duplicarea acestuia. Acești cromozomi nu sunt identici.
• Placa de metafază – linia mediană a celulei.
• Monadă – după separare, fiecare cromozom al unei tetrade formează o monadă. O diadă fără sinapsă cu cromozomul său omolog.
• Înveliș nuclear – membrana dublă care înconjoară nucleul.
• Nucleolus – centrul de producere a ARNr în cadrul nucleului.
• Cromatide surori – cele două cromatide identice care formează un cromozom.
• Fibre fusiforme – un fascicul de microtubuli care merge de la un pol al celulei la altul, de-a lungul căruia se deplasează cromozomii.
• Sinapsă/sinapsă – procesul prin care doi cromozomi omologi intră în contact fizic unul cu celălalt.
• Tetrad – o pereche de cromozomi omologi ținuți împreună de o chiasmă.

Meiose I

Iată o imagine completă a meiozei I (figura 1), vom trece în detaliu fiecare fază. Ar trebui să fiți capabili să înțelegeți semnificația fiecărei faze și motivul pentru fiecare etapă. Odată ce ați înțeles acest lucru, veți fi pregătiți să răspundeți la întrebările de examen despre meioza I.

Sursa imaginii: Sursa: Sursa imaginii: Wikimedia Commons

Figura 1: Cele patru etape ale meiozei I, cu etapa de profază separată ulterior în patru subfaze

1. Profaza I

Profaza I se caracterizează prin trei evenimente principale: condensarea cromatinei în cromozomi vizibili, sinapsa cromozomilor în fiecare pereche omoloagă și încrucișarea materialului genetic între acești cromozomi sinapsificați. Profaza I este la rândul ei subdivizată în cinci faze discrete: leptonema, zigonema, pachynema, diplonema și diacineza (figura 2).

Sursa imaginii: Wikimedia Commons

Figura 2: Diferitele stadii ale profazei meiozei I

Leptonema

Cunoscută și sub numele de stadiul de leptotene, această fază se caracterizează prin condensarea cromatinei pentru a forma cromozomi vizibili. Începe căutarea homologiei.

Zigonema

Această fază este cunoscută și sub numele de stadiul de zigotenă. Căutarea homologiei continuă, iar cromozomii omologi se aliniază în împerechere aproximativă, formând bivalenți. Complexul sinaptonemal începe să se formeze.

Pachynema

Cunoscută și sub numele de stadiul pachitene, această fază include dezvoltarea în continuare a complexului sinaptonemal între perechile omologe de bivalenți, ceea ce duce la sinapsă. În această fază, este clar că fiecare bivalent conține două perechi de cromatide surori. Cromatidele surori ale uneia dintre perechi sunt cromatide nu surori ale cromatidelor surori ale celeilalte perechi. Împreună, cele patru cromatide sunt cunoscute sub denumirea de tetradă. Are loc încrucișarea sau recombinarea materialului genetic între perechile de cromatide nonsoră.

Diplonema

Această fază este cunoscută și sub numele de stadiul de diplotene. Perechile de cromatide surori încep să se separe. Cromatidele ne-soră rămân în contact în punctele cunoscute sub numele de chiasmate (singular chiasma), unde a avut loc schimbul genetic în timpul încrucișării.

Diacineză

Cromozomii se separă în continuare, dar sunt încă atașați prin chiasmate ale cromatidelor ne-soră. Separarea duce la deplasarea chiasmatelor spre capetele cromatidelor, un proces cunoscut sub numele de terminalizare. Învelișul nuclear și nucleolul se deteriorează, iar centromerii fiecărui cromozom se atașează de fibrele fusiforme, înainte de a se alinia pe placa de metafază. Cromozomii sunt încă în perechi, care formează tetrade.

2. Metafaza I

Această fază este similară cu metafaza mitozei. 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.

Image Source: Wikimedia Commons

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.

Image Source: Wikimedia Commons

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.

Image Source: Wikimedia Commons

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:

Image Source: Wikimedia Commons

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.

Image Source: Wikimedia Commons

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.

Image Source: Wikimedia Commons

Figura 10: În timpul telofazei II se formează patru celule fiice haploide

Vizualizare generală a meiozei

Detalii ale meiozei pot fi copleșitoare; mai jos vom evidenția câteva puncte cheie din ambele faze ale meiozei. În timpul recombinării cromozomii de la fiecare părinte schimbă vârfurile cromozomilor lor omologi. În acest fel, fiecare pereche de cromozomi omologi are câte un pic din cealaltă. Punctul în care cromozomii fac schimb de material se numește chiasmă.

Sursa imaginii: Wikimedia Commons

Figura 11: Schimbul de material genetic în timpul meiozei și gameții rezultați

De ce este importantă meioza în studiul biologiei?

Meiora este importantă din trei motive principale: permite reproducerea sexuată a organismelor diploide, permite diversitatea genetică și ajută la repararea defectelor genetice.

1. Permite reproducerea sexuată a organismelor diploide

După cum am menționat anterior, meioza permite reducerea unei celule diploide la un gamete haploid, care se poate recombina apoi cu un alt gamete haploid pentru a crea un zigot diploid.

2. Permite diversitatea genetică

Crucea sau recombinarea genelor care are loc în meioză rearanjează alelele prezente în fiecare cromozom al unei perechi omoloage, permițând amestecul genelor paterne și materne, oricare dintre acestea putând fi exprimate în urmașul rezultat. Acest lucru permite diversitatea genetică într-o populație, care reprezintă un tampon pentru defectele genetice, susceptibilitatea populației la boli și schimbările din mediul înconjurător. Fără această recombinare, fondul genetic al populațiilor ar stagna, iar un singur eveniment ar putea nimici o întreagă populație. Diversitatea genetică înseamnă că vor exista anumiți indivizi în cadrul unei anumite populații care vor fi mai capabili să supraviețuiască unei pierderi de habitat, unei schimbări în disponibilitatea hranei, unei modificări a tiparelor meteorologice, bolilor sau altor evenimente catastrofale, asigurând continuitatea speciilor.

3. Ajută la repararea defectelor genetice

Recombinarea care are loc în meioză poate ajuta și mai mult la repararea defectelor genetice în generația următoare. Dacă un defect genetic este prezent pe o anumită alelă a unuia dintre părinți, recombinarea poate înlocui această alelă cu alela sănătoasă a celuilalt părinte, permițând o descendență sănătoasă.

Cum se deosebește meioza de mitoză?

Mitoza este producerea a două celule fiice diploide identice din punct de vedere genetic dintr-o celulă mamă diploidă. Meioza produce patru celule fiice haploide distincte din punct de vedere genetic dintr-o singură celulă parentală diploidă. 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. Fără menținerea diversității genetice în cadrul populațiilor prin meioză, organismele nu s-ar putea adapta în funcție de mediul în care trăiesc, nu ar putea evolua și nu ar putea supraviețui unor evenimente catastrofale. Diversitatea genetică a unei populații este cel mai fiabil instrument al acesteia în lupta pentru supraviețuirea speciei.

Să punem totul în practică. Încercați această întrebare practică de Biologie Celulară și Moleculară:

Căutați mai multe întrebări practice de Biologie Celulară și Moleculară?

Veziți celelalte articole ale noastre despre Biologie Celulară și Moleculară.

Puteți găsi, de asemenea, mii de întrebări practice pe Albert.io. Albert.io vă permite să vă personalizați experiența de învățare pentru a direcționa practica acolo unde aveți nevoie de cel mai mult ajutor. Vă vom oferi întrebări de practică provocatoare pentru a vă ajuta să atingeți măiestria în Biologie celulară și moleculară.

Începeți să exersați aici.

Sunteți un profesor sau un administrator interesat să stimulați rezultatele elevilor la Biologie celulară și moleculară?

Aflați mai multe despre licențele noastre pentru școli aici.

.