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Por que a célula desperdiça energia na meiose, entre a meiose 1 e 2

Por que a célula desperdiça energia na meiose, entre a meiose 1 e 2



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Pelo que aprendi sobre meiose, li que a anáfase 1 é seguida pela telófase 2, onde os cromossomos voltam a ser retículo. Mas no estágio seguinte, ou seja, prófase 2, eles novamente começam a condensar para formar cromossomos novamente. Também ouvi que é na maioria das espécies, a citocinese é simultânea e não sucessiva (o que significa que as 4 células sofrem citocinese juntas) ...

Se for este o caso, então qual é a necessidade de uma célula desperdiçar sua energia fazendo cromossomos de volta ao retículo no final da meiose 1 e novamente condensá-lo na próxima etapa? Não pode continuar diretamente para a prófase 2? !

Parece ridículo, ... mas acredito que deve haver uma razão por trás disso, porque a última coisa que uma célula gostaria de fazer é desperdiçar sua energia com essas coisas.

desde já, obrigado


Existe uma fase entre a meiose 1 e a meiose 2 chamada interquinese. Durante esta fase, centrossomas ou pares de centríolos sofrem replicação em células animais, o que é importante para trazer a verdadeira haploidia.

Consulte - meiose-ii


35 4.2 Meiose e gametogênese

A reprodução sexual requer fertilização, uma união de duas células de dois organismos individuais. Se cada uma dessas duas células contém um conjunto de cromossomos, a célula resultante contém dois conjuntos de cromossomos. O número de conjuntos de cromossomos em uma célula é chamado de ploidia. As células haplóides contêm um conjunto de cromossomos. As células que contêm dois conjuntos de cromossomos são chamadas diplóides. Para que o ciclo reprodutivo continue, a célula diplóide deve de alguma forma reduzir seu número de conjuntos de cromossomos antes que a fertilização possa ocorrer novamente, ou haverá uma duplicação contínua do número de conjuntos de cromossomos a cada geração. Portanto, além da fertilização, a reprodução sexuada inclui uma divisão nuclear, conhecida como meiose, que reduz o número de conjuntos de cromossomos. A meiose ocorre durante o processo de gametogênese, que é a produção de gametas (oócitos e espermatozoides).

figura 1 mostra um cariótipo de um homem humano. Um cariótipo é uma imagem produzida pela organização de imagens de cada cromossomo em uma célula em pares sistemáticos. Como você pode ver, há 23 pares de cromossomos no total, e 22 deles contêm pares correspondentes do mesmo tamanho com padrões de bandas semelhantes, indicando que as células em cada par contêm os mesmos genes. Cada um desses 22 pares são chamados de pares homólogos, e os pares são numerados em ordem de tamanho, sendo as duas cópias do cromossomo 1 as maiores. O par final de cromossomos não são iguais em tamanho ou padrões de bandas - esses são os cromossomos sexuais e são chamados de cromossomo X e cromossomo Y. Na maioria das células humanas, existem 22 pares correspondentes de cromossomos e 1 par de cromossomos sexuais. Quase todos os homens têm um cromossomo sexual X e 1 cromossomo sexual Y, e quase todas as mulheres têm 2 cromossomos sexuais X, em cada célula. Os gametas são únicos por terem metade dos cromossomos de outras células: apenas um cromossomo sexual e apenas 22 outros cromossomos, não 22 pares.

Figura 1: Um cariótipo de um homem humano. Cada par de cromossomos contém centenas a milhares de genes. Os padrões de bandas são quase idênticos para os dois cromossomos dentro de cada par, indicando a mesma organização de genes. Como é visível neste cariótipo, a única exceção a isso é o par de cromossomos sexuais XY nos homens. (crédito: Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano)

A maioria dos animais e plantas são diplóides, contendo dois conjuntos de cromossomos em cada célula somática (as células não reprodutivas de um organismo multicelular), o núcleo contém duas cópias de cada cromossomo que são chamados de cromossomos homólogos. As células somáticas às vezes são chamadas de células do “corpo”. Cromossomos homólogos são pares combinados contendo genes para as mesmas características em locais idênticos ao longo de seu comprimento. Os organismos diplóides herdam uma cópia de cada cromossomo homólogo de cada pai juntos, eles são considerados um conjunto completo de cromossomos. Em animais, células haplóides contendo uma única cópia de cada cromossomo homólogo são encontradas apenas dentro de gametas. Os gametas se fundem com outro gameta haplóide para produzir uma célula diplóide.

A divisão nuclear que forma as células haplóides, chamada meiose, está relacionada à mitose. A mitose é parte de um ciclo de reprodução celular que resulta em núcleos filhos idênticos que também são geneticamente idênticos ao núcleo original. Na mitose, os núcleos pai e filho contêm o mesmo número de conjuntos de cromossomos. A meiose emprega muitos dos mesmos mecanismos da mitose. No entanto, o núcleo inicial é sempre diplóide e os núcleos que resultam no final de uma divisão celular meiótica são haplóides. Para atingir a redução no número de cromossomos, a meiose consiste em uma rodada de duplicação cromossômica e duas rodadas de divisão nuclear. Como existem duas rodadas de divisão, os estágios são designados com um "I" ou "II". Assim, meiose I é a primeira rodada da divisão meiótica. A meiose I reduz o número de conjuntos de cromossomos de dois para um. A informação genética também é misturada durante esta divisão para criar cromossomos recombinantes únicos. Meiose II, em que a segunda rodada da divisão meiótica ocorre de maneira semelhante à mitose, inclui novamente todos os estágios da divisão. Esses estágios têm nomes específicos (Prófase, Metáfase, Anáfase, Telófase), mas você não precisa saber os nomes específicos dos estágios deste curso.


Meiose

O processo que produz gametas haplóides é denominado meiose. Meiose é um tipo de divisão celular em que o número de cromossomos é reduzido pela metade. Ocorre apenas em certas células especiais de um organismo. Durante a meiose, cromossomos homólogos (emparelhados) se separam e quatro células haplóides se formam com apenas um cromossomo de cada par. O diagrama (Figura 5.12.3) oferece uma visão geral da meiose.

Figura 5.12.3 Visão geral da meiose. Durante a meiose, os cromossomos homólogos se separam e vão para células-filhas diferentes. Este diagrama mostra apenas os núcleos das células. Observe a troca de material genético que ocorre antes da primeira divisão celular.

Como você pode ver no diagrama de meiose, duas divisões celulares ocorrem durante o processo geral, produzindo um total de quatro células haplóides de uma célula-mãe. As duas divisões celulares são chamadas de meiose I e meiose II. A meiose I começa depois que o DNA se replica durante a interfase. A meiose II segue a meiose I sem que o DNA se replique novamente. Tanto a meiose I quanto a meiose II ocorrem em quatro fases, chamadas prófase, metáfase, anáfase e telófase. Você pode reconhecer essas quatro fases da mitose, a divisão do núcleo que ocorre durante a divisão celular de rotina das células eucarióticas.


Metafase I

Na metáfase I da meiose, ocorrem os seguintes eventos:

  • As tétrades se alinham na placa metafásica.
  • Observe que os centrômeros dos cromossomos homólogos são orientados para os pólos celulares opostos.

No final da metáfase I da meiose, a célula entra na anáfase I.


Descubra o que ocorre durante as fases da meiose

Meiose 1 fases

Interfase 1

Um dos processos mais importantes nesse estágio é a replicação cromossômica, na qual cada cromossomo produz uma cópia ou réplica exata de si mesmo. Os cromossomos não são visíveis como estruturas discretas, mas, em vez disso, aparecem como um emaranhado difuso de fios chamado cromatina. Outro processo importante que ocorre é a formação de novas organelas celulares. Há também um acúmulo de energia a ser usada no processo meiótico.

Este estágio se manifesta quando os cromossomos se tornam visíveis como corpos distintos à medida que ficam mais curtos e grossos e os centríolos se organizam em lados opostos do núcleo. À medida que a prófase progride, os cromossomos homólogos ficam lado a lado e se entrelaçam como um zíper, formando pares chamados bivalentes em um processo chamado sinapsis. Os cromossomos podem ficar enrolados uns nos outros e suas cromátides podem permanecer em contato em pontos chamados quiasmas. Durante a sinapse, os cromossomos homólogos trocam material genético entre si. Essa troca é chamada de crossing over.

Metáfase 1

A membrana nuclear desaparece completamente, tornando os cromossomos livres no citoplasma. Os fusos já estão totalmente formados. Cada par de cromossomos homólogos se move para o equador do fuso e se liga aos fusos por meio de seus centrômeros, de modo que os dois cromossomos homólogos se orientam em pólos opostos.

Os cromossomos homólogos se separam e migram para os pólos opostos com seus centrômeros à frente. Isso ocorre porque as fibras do fuso encurtam e, portanto, os cromossomos são puxados. É importante notar que as cromátides irmãs não se separam neste estágio.

Telófase 1

Assim que os cromossomos alcançam os pólos, eles ficam densamente compactados. O aparelho do fuso se quebra e uma membrana nuclear é formada ao redor de cada conjunto de cromossomos. A célula então se divide em duas no meio. Em alguns organismos, a telófase 1 não existe, nenhuma membrana nuclear é formada e as células seguem diretamente para a meiose 2.

Meiose 2 fases

Interfase 2

Uma vez que a primeira meiose esteja completa, as células filhas geralmente entram em um curto estágio de repouso que é a interfase 2.

Os cromossomos ficam mais curtos e mais grossos. Novas fibras do fuso são formadas.

Metáfase 2

Os cromossomos migram para o equador da célula e se fixam às fibras do fuso em seus centrômeros. Eles então se orientam para os pólos opostos.

As cromátides irmãs se separam e migram para os pólos opostos.

Telófase 2

O aparelho do fuso desaparece. O nucléolo reaparece e uma membrana nuclear é formada ao redor de cada conjunto de cromátides. As cromátides tornam-se os cromossomos das células-filhas que se desenrolam e recuperam sua forma filamentosa. O citoplasma se divide no meio.

Assim, a meiose resulta em quatro células-filhas, cada uma possuindo um número haplóide de cromossomos.

Significado da meiose

a) Ajuda a restaurar uma constituição cromossômica diplóide constante em uma espécie na fertilização.

b) Oferece oportunidades para que novas combinações de genes ocorram nas células de gametas, levando à variação genética na prole produzida pela fusão de gametas.


Ciclos de vida de organismos que se reproduzem sexualmente

A fecundação e a meiose se alternam nos ciclos de vida sexual. O que acontece entre esses dois eventos depende do organismo. O processo de meiose reduz o número de cromossomos do gameta resultante pela metade. A fertilização, a união de dois gametas haplóides, restaura a condição diplóide. Existem três categorias principais de ciclos de vida em organismos multicelulares: diploide-dominante, em que o estágio multicelular diplóide é o estágio de vida mais óbvio (e não há estágio multicelular haploide), como acontece com a maioria dos animais, incluindo humanos haploide-dominante, no qual o estágio multicelular haplóide é o estágio de vida mais óbvio (e não há estágio multicelular diplóide), como com todos os fungos e algumas algas e alternância de gerações, em que os dois estágios, haplóide e diplóide, são aparentes em um grau ou outro dependendo no grupo, como acontece com as plantas e algumas algas.

Quase todos animais empregam uma estratégia de ciclo de vida diploide-dominante em que as únicas células haplóides produzidas pelo organismo são os gametas. Os gametas são produzidos a partir de células germinativas diplóides, uma linha celular especial que produz apenas gametas. Depois que os gametas haplóides são formados, eles perdem a capacidade de se dividir novamente. Não há estágio de vida haplóide multicelular. A fertilização ocorre com a fusão de dois gametas, geralmente de indivíduos diferentes, restaurando o estado diplóide (Figura 7.2 uma).

Figura 7.2 (a) Em animais, adultos que se reproduzem sexualmente formam gametas haplóides a partir de células germinativas diplóides. (b) Fungos, como o bolor preto do pão (Rhizopus nigricans), têm ciclos de vida com dominância haplóide. (c) As plantas têm um ciclo de vida que alterna entre um organismo multicelular haplóide e um organismo multicelular diplóide. (crédito c “samambaia”: modificação da obra de Cory Zanker crédito c “gametófito”: modificação da obra “Vlmastra” / Wikimedia Commons)

Se ocorrer uma mutação de modo que um fungo não seja mais capaz de produzir um tipo de acasalamento negativo, ele ainda será capaz de se reproduzir?

A maioria dos fungos e algas emprega uma estratégia de ciclo de vida na qual o “corpo” multicelular do organismo é haplóide. Durante a reprodução sexual, células haplóides especializadas de dois indivíduos se unem para formar um zigoto diplóide. O zigoto sofre meiose imediatamente para formar quatro células haplóides chamadas esporos (Figura 7.2 b).

O terceiro tipo de ciclo de vida, empregado por algumas algas e todas as plantas, é chamado de alternância de gerações. Essas espécies têm organismos multicelulares haplóides e diplóides como parte de seu ciclo de vida. As plantas multicelulares haplóides são chamadas gametófitas porque produzem gametas. A meiose não está envolvida na produção de gametas, neste caso, pois o organismo que produz gametas já é haplóide. A fertilização entre os gametas forma um zigoto diplóide. O zigoto passará por muitos ciclos de mitose e dará origem a uma planta multicelular diplóide chamada esporófita. As células especializadas do esporófito sofrerão meiose e produzirão esporos haplóides. Os esporos se desenvolverão em gametófitos (Figura 7. 2 c).


Mitose vs. meiose: Principais diferenças, gráfico e diagrama de Venn

Para que os organismos cresçam, as células têm duas opções: elas devem se replicar para criar mais células ou as próprias células devem se expandir em volume. Em humanos, tecidos como a pele e o sangue contêm células que são dividindo ativamente, enquanto outros tecidos, como a gordura, contêm células que expandir (bom se você precisa de energia para o inverno, ruim se você está tentando vestir jeans caros). Outras células, como os neurônios, nunca se dividirão novamente, uma vez que são diferenciadas terminalmente, elas são pós-mitótico.

No processo de replicação, as células têm outra escolha: elas querem fazer uma cópia idêntica e ficar com duas células? Ou eles querem fazer quatro “meias-cópias”, em preparação para a reprodução sexuada, onde seu conteúdo genético será restaurado pelo processo de fertilização? Esta escolha é a escolha entre mitose e meiose.


Como a teoria celular é importante para a biologia?

Você pode se surpreender com o quão óbvia a teoria da célula parece. Qualquer pessoa que tenha feito um curso básico de biologia já sabe o que são as células e que os seres vivos são feitos de células. No entanto, isso só mostra o quão importante é a teoria celular. É um dos princípios fundamentais da biologia, e é tão importante que se tornou uma informação que muitos de nós consideramos natural.

Saber que todas as coisas vivas são feitas de células nos permite entender como os organismos são criados, crescem e morrem. Essas informações nos ajudam a entender como uma nova vida é criada, por que os organismos assumem a forma que assumem, como o câncer se espalha, como as doenças podem ser controladas e muito mais. As células até nos ajudam a entender questões fundamentais como a vida e a morte: um organismo cujas células estão vivas é considerado vivo, enquanto aquele cujas células estão mortas é considerado morto.

Antes de a teoria celular existir, as pessoas tinham uma visão muito diferente da biologia. Muitos acreditavam na geração espontânea, a ideia de que organismos vivos podem surgir de matéria inanimada. Um exemplo disso seria um pedaço de carne podre criando moscas porque as moscas costumam aparecer ao redor da carne podre. Além disso, antes que as células e a teoria celular fossem conhecidas, não era compreendido que os humanos, assim como todos os outros organismos vivos, eram compostos de bilhões e trilhões de minúsculos blocos de construção que controlavam todos os nossos processos biológicos. A doença, como os organismos crescem e a morte eram muito mais misteriosos em comparação com o que conhecemos hoje. A teoria da célula mudou fundamentalmente a forma como vemos a vida.


11.1 O Processo de Meiose

Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

  • Descreva o comportamento dos cromossomos durante a meiose e as diferenças entre a primeira e a segunda divisões meióticas
  • Descreva os eventos celulares que ocorrem durante a meiose
  • Explique as diferenças entre meiose e mitose
  • Explique os mecanismos dentro do processo meiótico que produzem variação genética entre os gametas haplóides

A reprodução sexual requer a união de duas células especializadas, chamadas gametas, cada uma contendo um conjunto de cromossomos. Quando os gametas se unem, eles formam um zigoto, ou óvulo fertilizado que contém dois conjuntos de cromossomos. (Observação: as células que contêm um conjunto de cromossomos são chamadas de células haplóides contendo dois conjuntos de cromossomos diplóides.) Se o ciclo reprodutivo deve continuar para qualquer espécie de reprodução sexuada, a célula diplóide deve de alguma forma reduzir seu número de conjuntos de cromossomos para Para produzir gametas haplóides, caso contrário, o número de conjuntos de cromossomos dobrará a cada rodada futura de fertilização. Portanto, a reprodução sexual requer uma divisão nuclear que reduz o número de conjuntos de cromossomos pela metade.

A maioria dos animais e plantas e muitos organismos unicelulares são diplóides e, portanto, têm dois conjuntos de cromossomos. Em cada célula somática do organismo (todas as células de um organismo multicelular exceto os gametas ou células reprodutivas), o núcleo contém duas cópias de cada cromossomo, chamadas cromossomos homólogos. Cromossomos homólogos são pares combinados contendo os mesmos genes em localizações idênticas ao longo de seus comprimentos. Os organismos diplóides herdam uma cópia de cada cromossomo homólogo de cada pai.

Meiose é o divisão nuclear que forma células haplóides a partir de células diplóides e emprega muitos dos mesmos mecanismos celulares da mitose. No entanto, como você aprendeu, mitose produz células-filhas cujos núcleos são geneticamente idênticos ao núcleo original. Na mitose, tanto o núcleo pai quanto o núcleo filho estão no mesmo “nível de ploidia” - diplóide no caso da maioria dos animais multicelulares. As plantas usam a mitose para crescer como esporófitos e para crescer e produzir óvulos e espermatozóides como gametófitos, de modo que usam a mitose para células haplóides e diplóides (bem como para todas as outras ploidias). Na meiose, o núcleo inicial é sempre diplóide e os núcleos filhos resultantes são haplóides. Para atingir essa redução no número de cromossomos, a meiose consiste em uma rodada de replicação cromossômica seguida por duas rodadas de divisão nuclear. Como os eventos que ocorrem durante cada um dos estágios de divisão são análogos aos eventos de mitose, os mesmos nomes de estágio são atribuídos. No entanto, como há duas rodadas de divisão, o processo principal e as etapas são designados com um "I" ou um "II". Assim, a meiose I é a primeira rodada da divisão meiótica e consiste na prófase I, prometáfase I e assim por diante. Da mesma forma, Meiose II (durante a qual ocorre a segunda rodada da divisão meiótica) inclui prófase II, prometáfase II e assim por diante.

Meiose I

A meiose é precedida por uma interfase que consiste em G1, S e G2 fases, que são quase idênticas às fases anteriores à mitose. O G1 fase (a “primeira fase de lacuna”) é focada no crescimento celular. Durante a fase S - a segunda fase da interfase - a célula copia ou replica o DNA dos cromossomos. Finalmente, no G2 fase (a “segunda fase de lacuna”), a célula passa pelos preparativos finais para a meiose.

Durante a duplicação de DNA na fase S, cada cromossomo é replicado para produzir duas cópias idênticas -irmã cromátides que são mantidos juntos no centrômero por proteínas coesina, que mantém as cromátides juntas até a anáfase II.

Prófase I

No início da prófase I, antes que os cromossomos possam ser vistos claramente com um microscópio, os cromossomos homólogos são fixados em suas pontas ao envelope nuclear por proteínas. À medida que o envelope nuclear começa a se quebrar, as proteínas associadas aos cromossomos homólogos aproximam o par. Lembre-se de que na mitose, os cromossomos homólogos não se emparelham. O complexo sinaptonemal, uma rede de proteínas entre os cromossomos homólogos, primeiro se forma em locais específicos e depois se espalha para cobrir todo o comprimento dos cromossomos. O emparelhamento estreito dos cromossomos homólogos é chamado sinapsis. Na sinapsis, os genes nas cromátides dos cromossomos homólogos estão alinhados precisamente uns com os outros. O complexo sinaptonemal suporta a troca de segmentos cromossômicos entre cromátides homólogas não irmãs - um processo chamado crossing over. O cruzamento pode ser observado visualmente após a troca como quiasma (singular = quiasma) (Figura 11.2).

Em humanos, embora os cromossomos sexuais X e Y não sejam completamente homólogos (isto é, a maioria de seus genes difere), há uma pequena região de homologia que permite que os cromossomos X e Y se pareçam durante a prófase I. Um sinaptonemal parcial complexo se desenvolve apenas entre as regiões de homologia.

Localizados em intervalos ao longo do complexo sinaptonemal estão grandes conjuntos de proteínas chamados nódulos de recombinação. Esses conjuntos marcam os pontos de quiasmas posteriores e medeiam o processo de várias etapas de cruzamento - ou recombinação genética - entre as cromátides não irmãs. Perto do nódulo de recombinação, o DNA de fita dupla de cada cromátide é clivado, as pontas cortadas são modificadas e uma nova conexão é feita entre as cromátides não irmãs. À medida que a prófase I progride, o complexo sinaptonemal começa a se decompor e os cromossomos começam a se condensar. Quando o complexo sinaptonemal desaparece, os cromossomos homólogos permanecem ligados uns aos outros no centrômero e no quiasma. Os quiasmas permanecem até a anáfase I. O número de quiasmas varia de acordo com a espécie e o comprimento do cromossomo. Deve haver pelo menos um quiasma por cromossomo para a separação adequada de cromossomos homólogos durante a meiose I, mas pode haver até 25. Após o cruzamento, o complexo sinaptonemal se quebra e a conexão de coesina entre os pares homólogos é removida. No final da prófase I, os pares são mantidos juntos apenas nos quiasmas (Figura 11.3). Esses pares são chamados de tétrades porque as quatro cromátides irmãs de cada par de cromossomos homólogos agora são visíveis.

Os eventos de crossover são a primeira fonte de variação genética nos núcleos produzidos pela meiose. Um único evento de cruzamento entre cromátides homólogas não irmãs leva a uma troca recíproca de DNA equivalente entre um cromossomo materno e um cromossomo paterno. Quando uma cromátide irmã recombinante é movida para uma célula de gameta, ela carregará parte do DNA de um dos pais e parte do DNA do outro. A cromátide recombinante tem uma combinação de genes maternos e paternos que não existiam antes do cruzamento. Os eventos de crossover podem ocorrer em quase qualquer lugar ao longo do comprimento dos cromossomos sinapses. Diferentes células em meiose irão, portanto, produzir diferentes cromátides recombinantes, com combinações variadas de genes maternos e parentais. Múltiplos cruzamentos em um braço do cromossomo têm o mesmo efeito, trocando segmentos de DNA para produzir cromossomos geneticamente recombinados.

Prometáfase I

O evento chave na prometáfase I é a ligação dos microtúbulos da fibra do fuso às proteínas do cinetocoro nos centrômeros. As proteínas cinetocóricas são complexos multiproteicos que ligam os centrômeros de um cromossomo aos microtúbulos do fuso mitótico. Os microtúbulos crescem a partir de centros organizadores de microtúbulos (MTOCs). Em células animais, os MTOCs são centrossomas localizados em pólos opostos da célula. Os microtúbulos de cada pólo movem-se em direção ao meio da célula e se ligam a um dos cinetocoros dos dois cromossomos homólogos fundidos. Cada membro do par homólogo se liga a um microtúbulo que se estende de pólos opostos da célula, de modo que, na próxima fase, os microtúbulos podem separar o par homólogo. Uma fibra do fuso que está ligada a um cinetocoro é chamada de microtúbulo de cinetocoro. No final da prometáfase I, cada tétrade está ligada a microtúbulos de ambos os pólos, com um cromossomo homólogo voltado para cada pólo. Os cromossomos homólogos ainda são mantidos juntos nos quiasmas. Além disso, a membrana nuclear foi totalmente destruída.

Metafase I

Durante a metáfase I, os cromossomos homólogos estão dispostos no placa metafásica- aproximadamente na linha média da célula, com os cinetocoros voltados para pólos opostos. Os pares homólogos orientam-se aleatoriamente no equador. Por exemplo, se os dois membros homólogos do cromossomo 1 são rotulados uma e b, então os cromossomos poderiam alinhar a-b ou b-a. Isso é importante para determinar os genes transportados por um gameta, pois cada um receberá apenas um dos dois cromossomos homólogos. (Lembre-se de que após o cruzamento ocorrer, os cromossomos homólogos não são idênticos. Eles contêm pequenas diferenças em suas informações genéticas, fazendo com que cada gameta tenha uma composição genética única.)

A aleatoriedade no alinhamento de cromossomos recombinados na placa metafásica, juntamente com o cruzamento de eventos entre cromátides não irmãs, são responsáveis ​​por grande parte da variação genética na prole. Para esclarecer isso ainda mais, lembre-se de que os cromossomos homólogos de um organismo que se reproduz sexualmente são herdados originalmente como dois conjuntos separados, um de cada pai. Usando humanos como exemplo, um conjunto de 23 cromossomos está presente no óvulo doado pela mãe. O pai fornece o outro conjunto de 23 cromossomos no esperma que fertiliza o óvulo. Cada célula da prole multicelular possui cópias dos dois conjuntos originais de cromossomos homólogos. Na prófase I da meiose, os cromossomos homólogos formam as tétrades. Na metáfase I, esses pares se alinham no ponto intermediário entre os dois pólos da célula para formar a placa metafásica. Como há uma chance igual de que uma fibra de microtúbulo encontre um cromossomo herdado pela mãe ou pelo pai, o arranjo das tétrades na placa metafásica é aleatório. Assim, qualquer cromossomo herdado da mãe pode enfrentar qualquer um dos pólos. Da mesma forma, qualquer cromossomo herdado pelo pai também pode enfrentar qualquer um dos pólos. A orientação de cada tétrade é independente da orientação das outras 22 tétrades.

Este evento - o aleatória (ou independente) variedade de cromossomos homólogos na placa metafásica - é o segundo mecanismo que introduz variação nos gametas ou esporos. Em cada célula que sofre meiose, o arranjo das tétrades é diferente. O número de variações depende do número de cromossomos que constituem um conjunto. Existem duas possibilidades de orientação na placa metafásica, o número possível de alinhamentos, portanto, é igual a 2 n em uma célula diplóide, onde n é o número de cromossomos por conjunto haplóide. Os humanos têm 23 pares de cromossomos, o que resulta em mais de oito milhões (2 23) de gametas geneticamente distintos possíveis apenas a partir do alinhamento aleatório dos cromossomos na placa metafásica. Este número não inclui a variabilidade que foi produzida anteriormente pelo cruzamento entre as cromátides não irmãs. Dados esses dois mecanismos, é altamente improvável que quaisquer duas células haplóides resultantes da meiose tenham a mesma composição genética (Figura 11.4).

Para resumir, a meiose I cria gametas geneticamente diversos de duas maneiras. Primeiro, durante a prófase I, eventos de crossover entre as cromátides não irmãs de cada par homólogo de cromossomos geram cromátides recombinantes com novas combinações de genes maternos e paternos. Em segundo lugar, o sortimento aleatório de tétrades na placa metafásica produz combinações únicas de cromossomos maternos e paternos que irão para os gametas.

Anáfase I

Na anáfase I, os microtúbulos separam os cromossomos ligados. As cromátides irmãs permanecem fortemente unidas no centrômero. Os quiasmas são quebrados na anáfase I à medida que os microtúbulos ligados aos cinetóforos fundidos separam os cromossomos homólogos (Figura 11.5).

Telófase I e citocinese

Na telófase, os cromossomos separados chegam em pólos opostos. O restante dos eventos típicos de telófase podem ou não ocorrer, dependendo da espécie. Em alguns organismos, os cromossomos "decondensos" e os envelopes nucleares se formam em torno dos conjuntos separados de cromátides produzidos durante a telófase I. Em outros organismos, citocinese- a separação física dos componentes citoplasmáticos em duas células filhas - ocorre sem reforma dos núcleos. Em quase todas as espécies de animais e alguns fungos, a citocinese separa o conteúdo celular por meio de um sulco de clivagem (constrição do anel de actina que leva à divisão citoplasmática). Nas plantas, um placa de célula é formado durante a citocinese celular por vesículas de Golgi que se fundem na placa metafásica. Essa placa celular acabará por levar à formação de paredes celulares que separam as duas células-filhas.

Duas células haplóides são o resultado da primeira divisão meiótica de uma célula diplóide. As células são haplóides porque em cada pólo existe apenas um de cada par de cromossomos homólogos. Portanto, apenas um conjunto completo de cromossomos está presente. É por isso que as células são consideradas haplóides - há apenas um conjunto de cromossomos, embora cada cromossomo ainda consista em duas cromátides irmãs. Lembre-se de que as cromátides irmãs são meramente duplicatas de um dos dois cromossomos homólogos (exceto para mudanças que ocorreram durante o crossing over). Na meiose II, essas duas cromátides irmãs se separarão, criando quatro células-filhas haplóides.

Link para aprendizagem

Reveja o processo da meiose, observando como os cromossomos se alinham e migram, em Meiosis: An Interactive Animation.

Meiose II

Em algumas espécies, as células entram em uma breve interfase, ou interquinese, antes de entrarem na meiose II. A intercinesia não tem fase S, portanto os cromossomos não são duplicados. As duas células produzidas na meiose I passam pelos eventos da meiose II em sincronia. Durante a meiose II, as cromátides irmãs dentro das duas células-filhas se separam, formando quatro novos gametas haplóides. A mecânica da meiose II é semelhante à mitose, exceto que cada célula em divisão tem apenas um conjunto de cromossomos homólogos, cada um com duas cromátides. Portanto, cada célula tem metade do número de cromátides irmãs para se separar como uma célula diplóide em mitose. Em termos de conteúdo cromossômico, as células no início da meiose II são semelhantes às células haplóides em G2, preparando-se para sofrer mitose.

Prófase II

Se os cromossomos se descondensarem na telófase I, eles se condensarão novamente. Se os envelopes nucleares foram formados, eles se fragmentam em vesículas. Os MTOCs que foram duplicados durante a interquinese afastam-se uns dos outros em direção a pólos opostos e novos fusos são formados.

Prometáfase II

Os envoltórios nucleares são completamente destruídos e o fuso está totalmente formado. Cada cromátide irmã forma um cinetocoro individual que se liga aos microtúbulos de pólos opostos.

Metáfase II

As cromátides irmãs são condensadas ao máximo e alinhadas no equador da célula.

Anáfase II

As cromátides irmãs são separadas pelos microtúbulos cinetocóricos e se movem em direção a pólos opostos. Microtúbulos não cinetocorados alongam a célula.

Telófase II e citocinese

Os cromossomos chegam a pólos opostos e começam a se descondensar. Os envelopes nucleares se formam ao redor dos cromossomos. Se a célula-mãe era diplóide, como é o caso mais comumente, a citocinese agora separa as duas células em quatro células haplóides únicas. As células produzidas são geneticamente únicas por causa da variedade aleatória de homólogos paternos e maternos e por causa da recombinação de segmentos maternos e paternos de cromossomos (com seus conjuntos de genes) que ocorre durante o cruzamento. Todo o processo de meiose é descrito na Figura 11.6.

Comparando meiose e mitose

Mitose e meiose são formas de divisão do núcleo em células eucarióticas. Eles compartilham algumas semelhanças, mas também exibem uma série de diferenças importantes e distintas que levam a resultados muito diferentes (Figura 11.7). A mitose é uma divisão nuclear única que resulta em dois núcleos que geralmente são divididos em duas novas células. Os núcleos resultantes de uma divisão mitótica são geneticamente idênticos ao núcleo original. Eles têm o mesmo número de conjuntos de cromossomos: um conjunto no caso de células haplóides e dois conjuntos no caso de células diplóides. Em contraste, a meiose consiste em duas divisões nucleares resultando em quatro núcleos que geralmente são divididos em quatro novas células geneticamente distintas. Os quatro núcleos produzidos durante a meiose não são geneticamente idênticos e contêm apenas um conjunto de cromossomos. Isso é metade do número de conjuntos de cromossomos na célula original, que é diplóide.

As principais diferenças entre mitose e meiose ocorrem na meiose I, que é uma divisão nuclear muito diferente da mitose. Na meiose I, os pares de cromossomos homólogos se encontram fisicamente e são ligados com o complexo sinaptonemal. Em seguida, os cromossomos desenvolvem quiasmas e passam por um cruzamento entre cromátides não irmãs. No final, os cromossomos se alinham ao longo da placa metafásica como tétrades - com fibras cinetocóricas de pólos opostos do fuso anexadas a cada cinetocoro de um homólogo para formar uma tétrade. Todos esses eventos ocorrem apenas na meiose I.

Quando os quiasmas se resolvem e a tétrade é quebrada com os homólogos movendo-se para um pólo ou outro, o nível de ploidia - o número de conjuntos de cromossomos em cada núcleo futuro - foi reduzido de dois para um. Por esse motivo, a meiose I é chamada de divisão redutiva. Não há tal redução no nível de ploidia durante a mitose.

Meiose II é análoga a uma divisão mitótica. Nesse caso, os cromossomos duplicados (apenas um conjunto deles) se alinham na placa metafásica com cinetocoros divididos anexados às fibras do cinetóforo de pólos opostos. Durante a anáfase II, como na anáfase mitótica, os cinetóforos se dividem e uma cromátide irmã - agora chamada de cromossomo - é puxada para um pólo enquanto a outra cromátide irmã é puxada para o outro pólo. Se não fosse pelo fato de que houve cruzamento, os dois produtos de cada divisão individual da meiose II seriam idênticos (como na mitose). Em vez disso, eles são diferentes porque sempre houve pelo menos um cruzamento por cromossomo. A meiose II não é uma divisão de redução porque, embora haja menos cópias do genoma nas células resultantes, ainda há um conjunto de cromossomos, como havia no final da meiose I.

Evolution Connection

O mistério da evolução da meiose

Algumas características dos organismos são tão difundidas e fundamentais que às vezes é difícil lembrar que evoluíram como outras características simples. A meiose é uma série de eventos celulares tão extraordinariamente complexa que os biólogos têm dificuldade em testar hipóteses sobre como ela pode ter evoluído. Embora a meiose esteja inextricavelmente ligada à reprodução sexual e suas vantagens e desvantagens, é importante separar as questões da evolução da meiose e da evolução do sexo, porque a meiose precoce pode ter sido vantajosa por razões diferentes das que é agora. Pensar fora da caixa e imaginar quais poderiam ter sido os primeiros benefícios da meiose é uma abordagem para descobrir como ela pode ter evoluído.

A meiose e a mitose compartilham processos celulares óbvios, e faz sentido que a meiose tenha evoluído a partir da mitose. A dificuldade reside nas diferenças claras entre a meiose I e a mitose. Adam Wilkins e Robin Holliday 1 resumiram os eventos únicos que precisaram ocorrer para a evolução da meiose a partir da mitose. Essas etapas são emparelhamento de cromossomos homólogos e sinapses, trocas cruzadas, cromátides irmãs permanecendo ligadas durante a anáfase e supressão da replicação do DNA na interfase. Eles argumentam que o primeiro passo é o mais difícil e mais importante e que entender como ele evoluiu tornaria o processo evolutivo mais claro. Eles sugerem experimentos genéticos que podem lançar luz sobre a evolução das sinapses.

Existem outras abordagens para compreender a evolução da meiose em andamento. Diferentes formas de meiose existem em protistas unicelulares. Alguns parecem ser formas mais simples ou mais “primitivas” de meiose. Comparar as divisões meióticas de diferentes protistas pode lançar luz sobre a evolução da meiose. Marilee Ramesh e colegas 2 compararam os genes envolvidos na meiose em protistas para entender quando e onde a meiose pode ter evoluído. Embora a pesquisa ainda esteja em andamento, estudos recentes sobre meiose em protistas sugerem que alguns aspectos da meiose podem ter evoluído mais tarde do que outros. Esse tipo de comparação genética pode nos dizer quais aspectos da meiose são os mais antigos e de quais processos celulares eles podem ter tomado emprestado em células anteriores.

Link para aprendizagem

Clique nas etapas desta animação interativa para comparar o processo meiótico da divisão celular ao da mitose em How Cells Divide.


Resumo da Seção

A reprodução sexual requer que organismos diplóides produzam células haplóides que podem se fundir durante a fertilização para formar descendentes diplóides. Tal como acontece com a mitose, a replicação do DNA ocorre antes da meiose durante a fase S do ciclo celular. A meiose é uma série de eventos que organizam e separam cromossomos e cromátides em células-filhas. Durante as interfases da meiose, cada cromossomo é duplicado. Na meiose, há duas rodadas de divisão nuclear, resultando em quatro núcleos e geralmente quatro células-filhas, cada uma com metade do número de cromossomos da célula-mãe. O primeiro separa os homólogos e o segundo - como a mitose - separa as cromátides em cromossomos individuais. Durante a meiose, a variação nos núcleos filhos é introduzida por causa do cruzamento na prófase I e do alinhamento aleatório das tétrades na metáfase I. As células que são produzidas pela meiose são geneticamente únicas.

A meiose e a mitose compartilham semelhanças, mas têm resultados distintos. As divisões mitóticas são divisões nucleares únicas que produzem núcleos filhos que são geneticamente idênticos e têm o mesmo número de conjuntos de cromossomos que a célula original. As divisões meióticas incluem duas divisões nucleares que produzem quatro núcleos filhos que são geneticamente diferentes e têm um conjunto de cromossomos em vez dos dois conjuntos de cromossomos na célula-mãe. As principais diferenças entre os processos ocorrem na primeira divisão da meiose, na qual cromossomos homólogos são pareados e trocam segmentos de cromátides não-irmãos. Os cromossomos homólogos se separam em núcleos diferentes durante a meiose I, causando uma redução do nível de ploidia na primeira divisão. A segunda divisão da meiose é mais semelhante a uma divisão mitótica, exceto que as células filhas não contêm genomas idênticos por causa do cruzamento.

Perguntas adicionais de autoverificação

1. Descreva o processo que resulta na formação de uma tétrade.

2. Explique como o alinhamento aleatório de cromossomos homólogos durante a metáfase I contribui para a variação nos gametas produzidos pela meiose.

3. Qual é a função do cinetocoro fundido encontrado nas cromátides irmãs na prometáfase I?

4. Em uma comparação dos estágios da meiose com os estágios da mitose, quais fases são exclusivas da meiose e quais fases têm os mesmos eventos tanto na meiose quanto na mitose?

Respostas

4. Todos os estágios da meiose I, exceto possivelmente a telófase I, são únicos porque os cromossomos homólogos são separados, não as cromátides irmãs. Em algumas espécies, os cromossomos não se decondensam e os envelopes nucleares não se formam na telófase I. Todos os estágios da meiose II têm os mesmos eventos que os estágios da mitose, com a possível exceção da prófase II. Em algumas espécies, os cromossomos ainda estão condensados ​​e não há envelope nuclear. Fora isso, todos os processos são iguais.


Assista o vídeo: MEIOSE. Biologia - Unicamp (Agosto 2022).