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Metafase I

Definición

La primera metafase de la meisosis I abarca la alineación de cromosomas apareados a lo largo del centro (placa de metafase) de una célula, asegurando que dos copias completas de los cromosomas estén presentes en las dos células hijas resultantes de la meiosis I. La metafase I sigue a la profase I y precede a la anafase I.

Metafase I Explicado

En la meiosis I, la etapa de alineación de la metafase I es relativamente rápida. Las tétradas o bivalentes (un par de cromosomas con cuatro cromátidas (2 originales, 2 copias) se alinean en lo que se conoce como la placa metafásica (o ecuatorial). Esta placa no existe en realidad, pero es una línea central imaginaria a lo largo de la cual el se colocan los cromosomas.

El cromosoma individual de cada par permanece cerca de su compañero y se alinea uno encima del otro. Esto eventualmente conducirá a que un cromosoma migre a un polo y el otro al polo opuesto. Tampoco importa en qué dirección estén orientados horizontalmente estos cromosomas a lo largo de esta línea imaginaria. El ADN de cualquiera de los padres puede enfrentarse a ambos lados de la célulaEsto aumenta la variación genética, ya que cuando una célula hija puede contener el 40% de los cromosomas del padre y el 60% de los de la madre, la otra tendrá el 60% y el 40% de cada padre, respectivamente. Esto explicaría, por ejemplo, que un primer hijo tenga los ojos del padrey la nariz de la madre, y el segundo tiene los ojos de la madre y la nariz del padre. Debido a la recombinación en la profase, ninguno de los hijos se verá exactamente igual que ninguno de los padres, solo similar.

En la imagen de abajo de una célula de cebolla (en metafase I), los pares de cromosomas teñidos de color púrpura oscuro están colocados en el centro a lo largo de la placa de metafase.

Metafase en una celda de cebolla
Metafase en una celda de cebolla

En la metafase I, los dos cromosomas de un par homólogo se enfrentan a polos opuestos. A medida que ha tenido lugar la recombinación, cada una de las cuatro cromátidas (y, por supuesto, ambos pares homólogos ) tienen material genético ligeramente diferente. Los pasos posteriores llevarán a uno de los pares homólogos a un extremo de la celda y al otro al extremo opuesto. Esto significa que las dos células resultantes (producidas durante la citocinesis al final de la meiosis I) contendrán conjuntos completos de cromosomas, pero estos no constarán de pares de cromosomas.

La confusión que rodea a los cromosomas y las cromátidas

Esta asignación de cromosomas es particularmente importante de comprender, pero a menudo genera mucha confusión. Vale la pena mirar este tema desde una nueva perspectiva, retrocediendo algunos pasos en el proceso.

El cariotipo humano está compuesto por 22 pares de cromosomas y un par de cromosomas sexuales (XX o XY). Un total de 23 pares de cromosomas. Todas las células que no son gametos contienen este conjunto de 23 pares dentro de su núcleo, excepto los glóbulos rojos maduros o las células cornificadas viejas. Los dos cromosomas que forman un par homólogo provienen de los padres de un organismo: uno del padre y otro de la madre. En el cariotipo de abajo de un ser humano masculino, estos pares son muy distintos. Nótese la presencia de 23 pares y un total de 46 cromosomas.

Cromosomas masculinos humanos
Cromosomas masculinos humanos

En esta imagen, no se puede ver ninguna forma de X. Cada cromosoma es una sola hebra. Cada hebra es una cromátida con un centrómero (no visible). Esto se debe a que la forma de X existe solo después de que ocurre la replicación del ADN durante la etapa S de la interfase que precede tanto a la mitosis como a la meiosis.

La gran confusión que encuentran muchos estudiantes al estudiar la meiosis es la idea tradicional de que los cromosomas tienen forma de X. Sin embargo, este es solo el caso después de que cada cromátida se ha replicado para crear dos cromátidas hermanas unidas en el centrómero. Antes de la replicación, un conjunto humano de 23 pares de cromosomas (cada par consta de un cromosoma del padre, uno de la madre) tiene 46 cromosomas, como podemos contar en la imagen de arriba. Cada uno de estos 46 cromosomas consta de una sola cromátida. El cariotipo humano antes de la replicación, por lo tanto, tiene 46 cromosomas (23 pares) y 46 cromátidas.

Después de la etapa S de la interfase, las cromátidas se replican y las copias permanecen unidas a la «hermana» a través del centrómeroEl recuento final sigue siendo de 23 pares de cromosomas, pero cada cromosoma ahora consta de dos cromátidas hermanas. Esta cromátida adicional proporciona la forma de X del cromosoma como estamos acostumbrados a verlo. Todavía hay 46 cromosomas (23 pares), pero ahora hay 92 cromátidas. Como la combinación de dos cromosomas (un par) que contiene 4 cromátidas (dos originales, dos replicadas) también se conoce como tétrada o bivalente, también podemos decir que una tétrada tiene dos cromosomas y cuatro cromátidas. Tetrás en griego significa cuatro, mientras que bi se relaciona con dos.

Par de cromosomas antes y después de la replicación
Par de cromosomas antes y después de la replicación

Todo esto se vuelve mucho más claro cuando pensamos en el objetivo de la meiosis y la posterior fertilización de un óvulo por un espermatozoide. La meiosis es un proceso de dos pasos (con muchos subpasos) que primero divide una sola célula en dos células, cada una con un conjunto completo pero ligeramente diferente de ADN contenido en pares de cromosomas. Es por eso que el ADN debe replicarse de antemano. De lo contrario, no sería posible proporcionar un conjunto completo de pares de cromosomas a las dos células hijas. El resultado final son dos células hijas, cada una de las cuales contiene 46 cromosomas (23 pares) y 46 cromátidas.

Estas dos células luego se dividen por segunda vez bajo la meiosis II, creando cuatro células hijas que contienen cada una un conjunto completo de ADN que no se presenta en pares de cromosomas, sino como un solo cromosoma. Cada célula contiene ahora 23 cromosomas y 23 cromátidas. Estas células se producen como espermatozoides en los machos y óvulos en las hembras. Tras la fertilización, los cromosomas individuales de cada sexo se combinan, una vez más creando un par de cromosomas completo.

Alineación cromosómica a lo largo de la placa de metafase

La línea imaginaria que pasa por el centro de una célula llamada placa de metafase requiere el aparato del huso para alinear los pares de cromosomas coincidentes a lo largo de su longitud.

Estructura de husillo con luz verde y azul
Estructura de husillo con luz verde y azul

Los centríolos, estructuras de proteínas que envían fibras conocidas como microtúbulos, se colocan en lados opuestos de la célulacreando dos polos. Las fibras proteicas largas llamadas microtúbulos se envían desde ambos centríolos, formando el aparato del huso. Estos microtúbulos se encuentran (pero no se unen) en el centro de la célula donde se alinean los pares de cromosomas. Una vez que se construye el aparato del huso, se produce una unión entre el cinetocoro de cada cromosoma, que se encuentra cerca de su centrómero. Este accesorio es muy estable y se ha comparado con una trampa para dedos china: cuanto mayor es la tensión, más fuerte es el accesorio.

Si imaginamos que los centriolos se encuentran al norte y al sur de una célula circular, con los pares de cromosomas alineados a través del equivalente del ecuador, uno del par por encima del ecuador y el otro por debajo, es fácil imaginar también cómo estos cromosomas los pares pueden separarse, uno hacia arriba y el otro hacia abajo a lo largo de estas fibras. Esta migración no ocurre durante la metafase. En cambio, los microtúbulos tiran de los cromosomas hasta que están correctamente alineados. Luego, la célula verifica que los cromosomas estén colocados correctamente antes de pasar a la siguiente fase de la meiosis I.

Descripción rápida de la meiosis I

La metafase es una etapa única y corta del largo proceso de meiosis y ocurre dos veces: una durante la meiosis I y otra durante la meiosis II. Para ubicar esta etapa particular dentro del proceso de meiosis I, es importante estar al menos un poco familiarizado con las etapas o fases que vienen antes o después de la metafase.

La meiosis I comienza con la interfase, pasando por las etapas de profase Iprometafase, metafase Ianafase I y finalmente telofase I y citocinesis, y es un procedimiento en el que los cromosomas homólogos se separan. La meiosis siempre produce células sexuales o gametos, en forma de óvulos o espermatozoides.

Interfase

La interfase consta de cuatro etapas, la primera de las cuales, Gap 1, es la etapa en la que la mayoría de las células eucariotas pasan la mayor parte de su vida y se caracteriza por la síntesis de proteínas que promueve el crecimiento, la función y la salud de las células. La interfase ocurre en las células antes del proceso de mitosis y meiosis. En esta fase, el ADN no está fuertemente ligado en forma de cromosoma, sino débilmente ligado como cromatina. Como cromatina, es posible la replicación del ADN. Estrechamente unido como un cromosoma, es muy difícil de replicar.

La segunda etapa, S o ‘síntesis’, describe la copia de ADN en preparación para la división celular antes de la mitosis o la meiosis, donde se producen histonas proteicas para envolver las hebras de ADN recién copiadas. Esta fase también incluye una mayor producción de fosfolípidos que se utilizan para formar las membranas de las nuevas células.

Etapa 3 – Gap 2 – describe la replicación de los orgánulos celulares y, una vez más, la síntesis de proteínas es crucial. En esta etapa, todavía es posible reparar fallas en el ADN.

Otra etapa, Gap 0, no siempre es la etapa final de la interfase. Puede ocurrir antes de G1, durante G1 o después de la división celular. Las células que entran en G0 pueden hacerlo temporalmente y pasar a dividirse, o dejar el ciclo de replicación por completo y entrar en el proceso G0 que las convierte en células terminalmente diferenciadas.

Profase

La profase I se caracteriza por la condensación del ADN en los cromosomas, la sinapsis, el cruce con la recombinación resultante de los alelos, la migración de los quiasmas a los extremos de los brazos de la cromátida y el movimiento de estos brazos hacia diferentes polos, separando los cromosomas muy ligeramente. La membrana nuclear también comienza a disolverse en preparación para la migración de microtúbulos que forman el aparato del huso.

Prometafase

A menudo olvidada, la prometafase es sinónimo de la finalización de la ruptura de la envoltura o membrana nuclear y la formación de cinetocoros. Los cinetocoros se forman en una proporción de uno por cromosoma para que puedan comenzar los primeros movimientos de los cromosomas a los polos opuestos utilizando el aparato del huso. La prometafase a menudo se relega a la etapa final de la profase I. Los cinetocoros son proteínas que crean puntos de fijación en los cromosomas mediante los cuales los cromosomas pueden unirse al aparato del huso y moverse a lo largo de él. Esto podría compararse con los mosquetones o clips de escalada de los escaladores de montaña o rappel que conectan al escalador a la cuerda, permitiéndole ascender y descender.

Metafase

La metafase, en la que este artículo ha entrado en mucho más detalle, también se conoce como la etapa de «alineación». Las fibras del huso de los centrosomas en ambos polos celulares se conectan a los cinetocoros de la tétrada, alineándolos a través del centro de la célula.

Anafase

Durante la anafase, las células aumentan de tamaño. Este crecimiento separa aún más los polos opuestos y proporciona fuerzas de tracción que eventualmente pueden separar cada cromosoma y hacia los extremos opuestos (polos) de la célula.

Telofase

Una vez que los cromosomas alcanzan sus polos opuestos, comienza la telofase. El aparato del huso se rompe, mientras que dos envolturas nucleares se forman alrededor de los dos conjuntos de cromosomas, que comienzan a desenredarse en cromatina en «cadena de cuentas».

Citocinesis

La citocinesis es la división real de la célula. Se desarrolla un surco (llamado surco) en el medio de la célula y se estrecha mientras los microtúbulos en el citoplasma se contraen, pellizcando una sola célula diploide en dos células hijas haploides. En las células vegetales, la membrana celular que separa las dos células se reemplaza por una placa celular.

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