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Conferencia 29: Meiosis - Biología

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Conferencia 29: Meiosis

Capítulo 13 & # 8211 Meiosis y ciclos de vida sexual & # 8211 Esquema de la conferencia

· Los organismos vivos se distinguen por su capacidad para reproducirse en su propia especie.

· Los descendientes se parecen más a sus padres que a los individuos menos estrechamente relacionados de la misma especie.

· La transmisión de rasgos de una generación a la siguiente se llama herencia o herencia.

· Sin embargo, la descendencia difiere algo de los padres y hermanos, lo que demuestra variación.

· Los agricultores han criado plantas y animales para los rasgos deseados durante miles de años, pero los mecanismos de herencia y variación eludieron a los biólogos hasta el desarrollo de la genética en el siglo XX.

· La genética es el estudio científico de la herencia y la variación.

1. La descendencia adquiere genes de los padres heredando cromosomas.

· Los padres dotan a sus hijos de información codificada en forma de genes.

° Su genoma está compuesto por decenas de miles de genes que heredó de su madre y su padre.

· Los genes programan rasgos específicos que surgen a medida que nos desarrollamos de huevos fertilizados a adultos.

· Los genes son segmentos de ADN. La información genética se transmite como secuencias específicas de los cuatro desoxirribonucleótidos en el ADN.

° Esto es análogo a la información simbólica del lenguaje en la que las palabras y oraciones se traducen en imágenes mentales.

° Las células traducen las "frases" genéticas en pecas y otras características sin semejanza con los genes.

· La mayoría de los genes programan células para sintetizar enzimas específicas y otras proteínas cuya acción acumulativa produce los rasgos heredados de un organismo.

· La transmisión de rasgos hereditarios tiene su base molecular en la replicación precisa del ADN.

° Esto produce copias de genes que pueden transmitirse de padres a hijos.

· En plantas y animales, los espermatozoides y los óvulos (huevos no fertilizados) transmiten genes de una generación a la siguiente.

· Después de la fertilización (fusión de un espermatozoide y un óvulo), los genes de ambos padres están presentes en el núcleo del óvulo fertilizado o cigoto.

· Casi todo el ADN de una célula eucariota se subdivide en cromosomas en el núcleo.

° También se encuentran pequeñas cantidades de ADN en las mitocondrias y los cloroplastos.

· Cada especie viviente tiene un número característico de cromosomas.

° Los seres humanos tenemos 46 cromosomas en casi todas sus células.

· Cada cromosoma consta de una única molécula de ADN asociada a varias proteínas.

· Cada cromosoma tiene cientos o miles de genes, cada uno en una ubicación específica, su lugar.

2. Como engendra como, más o menos: una comparación de la reproducción asexual y sexual.

· Solo los organismos que se reproducen asexualmente pueden producir descendientes que sean copias exactas de sí mismos.

· En reproducción asexual, un solo individuo es el único progenitor que dona genes a su descendencia.

° Los eucariotas unicelulares pueden reproducirse asexualmente por división de células mitóticas para producir dos células hijas genéticamente idénticas.

° Algunos eucariotas multicelulares, como Hydra, pueden reproducirse por gemación, produciendo una masa de células por mitosis.

· Un individuo que se reproduce asexualmente da lugar a una clon, un grupo de individuos genéticamente idénticos.

° Los miembros de un clon pueden ser genéticamente diferentes como resultado de una mutación.

· En reproducción sexual, dos padres producen descendientes que tienen combinaciones únicas de genes heredados de los dos padres.

· A diferencia de un clon, la descendencia producida por reproducción sexual varía genéticamente de sus hermanos y padres.

B. El papel de la meiosis en los ciclos de vida sexual

· A ciclo vital es la secuencia de etapas de generación en generación en la historia reproductiva de un organismo.

° Comienza en la concepción de un organismo y continúa hasta que el organismo produce su propia descendencia.

1. Las células humanas contienen conjuntos de cromosomas.

· En los seres humanos, cada célula somatica (todas las células excepto el esperma o el óvulo) tiene 46 cromosomas.

° Cada cromosoma se puede distinguir por el tamaño, la posición del centrómero y el patrón de tinción con ciertos tintes.

· Las imágenes de los 46 cromosomas humanos se pueden organizar en pares en orden de tamaño para producir una cariotipo monitor.

° Los dos cromosomas que componen un par tienen la misma longitud, posición centrómera y patrón de tinción.

° Estos cromosoma homólogo los pares llevan genes que controlan los mismos caracteres heredados.

· Dos distintos cromosomas sexuales, la X y la Y son una excepción al patrón general de cromosomas homólogos en las células somáticas humanas.

· Los otros 22 pares se llaman autosomas.

· El patrón de herencia de los cromosomas sexuales determina el sexo de un individuo.

° Las hembras humanas tienen un par homólogo de cromosomas X (XX).

° Los machos humanos tienen un cromosoma X e Y (XY).

· Solo pequeñas partes de X e Y son homólogas.

° La mayoría de los genes que se encuentran en el cromosoma X no tienen contrapartes en el diminuto Y.

° El cromosoma Y también tiene genes que no están presentes en el X.

· La aparición de pares de cromosomas homólogos es consecuencia de la reproducción sexual.

· Heredamos un cromosoma de cada par homólogo de cada padre.

° Los 46 cromosomas de cada célula somática son dos conjuntos de 23, un conjunto materno (de su madre) y un conjunto paterno (de su padre).

· El número de cromosomas en un solo conjunto está representado por n.

· Cualquier célula con dos juegos de cromosomas se llama célula diploide y tiene un número diploide de cromosomas, abreviado como 2n.

· Espermatozoides u óvulos (gametos) tienen un solo juego de cromosomas: 22 autosomas y una X (en un óvulo) y 22 autosomas y una X o una Y (en un espermatozoide).

· Un gameto con un solo conjunto de cromosomas es haploide abreviado como n.

· Cualquier especie de reproducción sexual tiene un número característico de cromosomas haploides y diploides.

° Para los humanos, el número haploide de cromosomas es 23 (n = 23) y el número diploide es 46 (2n = 46).

2. Analicemos el papel de la meiosis en el ciclo de vida humano.

· El ciclo de vida humano comienza cuando un espermatozoide haploide se fusiona con un óvulo haploide.

· Estas celdas se fusionan (singamia), Resultando en fertilización.

· El óvulo fecundado (cigoto) es diploide porque contiene dos conjuntos haploides de cromosomas que llevan genes de las líneas familiares materna y paterna.

· A medida que un organismo se desarrolla desde un cigoto hasta un adulto sexualmente maduro, la mitosis genera todas las células somáticas del cuerpo.

° Cada célula somática contiene un conjunto diploide completo de cromosomas.

· Los gametos, que se desarrollan en las gónadas (testículos u ovarios), no son producidos por mitosis.

° Si los gametos fueran producidos por mitosis, la fusión de gametos produciría descendencia con cuatro juegos de cromosomas después de una generación, ocho después de una segunda, y así sucesivamente.

· En cambio, los gametos se someten al proceso de mitosis en el que el número de cromosomas se reduce a la mitad.

° Los espermatozoides u óvulos humanos tienen un conjunto haploide de 23 cromosomas diferentes, uno de cada par homólogo.

· La fertilización restaura la condición diploide mediante la combinación de dos conjuntos de cromosomas haploides.

3. Los organismos muestran una variedad de ciclos de vida sexual.

· La fertilización y la meiosis se alternan en todos los ciclos de la vida sexual.

· Sin embargo, el momento de la meiosis y la fertilización varía entre las especies.

· Estas variaciones se pueden agrupar en tres tipos principales de ciclos de vida.

· En la mayoría de los animales, incluidos los humanos, los gametos son las únicas células haploides.

° Los gametos no se dividen sino que se fusionan para formar un cigoto diploide que se divide por mitosis para producir un organismo multicelular.

· Las plantas y algunas algas tienen un segundo tipo de ciclo de vida llamado alternancia de generaciones.

° Este ciclo de vida incluye dos etapas multicelulares, una haploide y una diploide.

° La etapa diploide multicelular se denomina esporofito.

° La meiosis en el esporofito produce haploide esporas que se desarrollan por mitosis en el haploide gametofito escenario.

° Los gametos producidos por mitosis por el gametofito se fusionan para formar el cigoto, que crece en el esporofito por mitosis.

· La mayoría de los hongos y algunos protistas tienen un tercer tipo de ciclo de vida.

° Los gametos se fusionan para formar un cigoto, que es la única fase diploide.

° El cigoto sufre meiosis para producir células haploides.

° Estas células haploides crecen por mitosis para formar el organismo adulto multicelular haploide.

° El adulto haploide produce gametos por mitosis.

· Tenga en cuenta que las células haploides o diploides pueden dividirse por mitosis, según el tipo de ciclo de vida. Sin embargo, solo las células diploides pueden sufrir meiosis.

· Aunque los tres tipos de ciclos de vida sexual difieren en el momento de la meiosis y la fertilización, comparten una característica fundamental: cada ciclo de reducción a la mitad y duplicación de los cromosomas contribuye a la variación genética entre la descendencia.

4. La meiosis reduce el número de cromosomas de diploides a haploides.

· Muchos pasos de la meiosis se parecen a los pasos de la mitosis.

° Ambos están precedidos por la replicación de cromosomas.

· Sin embargo, en la meiosis, hay dos divisiones celulares consecutivas, meiosis yo y meiosis II, resultando en cuatro células hijas.

° La primera división, la meiosis I, separa los cromosomas homólogos.

° La segunda, la meiosis II, separa las cromátidas hermanas.

· Las cuatro células hijas tienen solo la mitad de cromosomas que la célula madre.

· La meiosis I va precedida de interfase, en el que los cromosomas se replican para formar cromátidas hermanas.

° Estos son genéticamente idénticos y están unidos en el centrómero.

° El centrosoma único se replica, formando dos centrosomas.

· La división en la meiosis I ocurre en cuatro fases: profase I, metafase I, anafase I y telofase I.

· La profase I suele ocupar más del 90% del tiempo necesario para la meiosis.

· Durante la profase I, los cromosomas comienzan a condensarse.

· Los cromosomas homólogos se emparejan libremente a lo largo de su longitud, gen por gen alineados con precisión.

° Al cruzarse, las moléculas de ADN de las cromátidas no hermanas se rompen en los lugares correspondientes y luego se vuelven a unir con la otra cromátida.

° En la sinapsis, una estructura de proteína llamada complejo sinaptonemal se forma entre los homólogos, manteniéndolos firmemente juntos a lo largo de su longitud.

° A medida que el complejo sinaptonemal se desarma en la profase tardía, cada par de cromosomas se vuelve visible como un tétrada o grupo de cuatro cromátidas.

° Cada tétrada tiene uno o más quiasmata, sitios donde se han cruzado las cromátidas de cromosomas homólogos y se han comercializado segmentos de las cromátidas.

° Los microtúbulos del huso se forman a partir de los centrosomas, que se han trasladado a los polos.

° Se produce la ruptura de la envoltura nuclear y los nucléolos.

° Los cinetocoros de cada homólogo se unen a los microtúbulos de uno de los polos.

· En la metafase I, las tétradas están todas dispuestas en la placa de la metafase, con un cromosoma frente a cada polo.

° Los microtúbulos de un polo están unidos al cinetocoro de un cromosoma de cada tétrada, mientras que los del otro polo están unidos al otro.

· En la anafase I, los cromosomas homólogos se separan. Un cromosoma se mueve hacia cada polo, guiado por el aparato del huso.

· Las cromátidas hermanas permanecen adheridas al centrómero y se mueven como una sola unidad hacia el polo.

Telofase I y citocinesis

· En la telofase I, el movimiento de los cromosomas homólogos continúa hasta que hay un conjunto haploide en cada polo.

° Cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas.

· La citocinesis suele ocurrir simultáneamente, por los mismos mecanismos que la mitosis.

° En las células animales, se forma un surco de hendidura. En las células vegetales, se forma una placa celular.

· No ocurre replicación cromosómica entre el final de la meiosis I y el comienzo de la meiosis II, ya que los cromosomas ya están replicados.

· La meiosis II es muy similar a la mitosis.

° Durante la profase II, se forma un aparato fusiforme y se adhiere a los cinetocoros de cada cromátida hermana.

§ Las fibras del huso de un polo se unen al cinetocoro de una cromátida hermana, y las del otro polo se unen al cinetocoro de la otra cromátida hermana.

· En la metafase II, las cromátidas hermanas están dispuestas en la placa de la metafase.

° Debido al cruzamiento en la meiosis I, las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma ya no son genéticamente idénticas.

° Los cinetocoros de las cromátidas hermanas se adhieren a los microtúbulos que se extienden desde los polos opuestos.

· En la anafase II, los centómeros de las cromátidas hermanas se separan y dos nuevos cromosomas individuales viajan hacia polos opuestos.

· En la telofase II, los cromosomas llegan a polos opuestos.

° Se forman núcleos alrededor de los cromosomas, que comienzan a expandirse, y la citocinesis separa el citoplasma.

· Al final de la meiosis, hay cuatro células hijas haploides.

5. Existen diferencias clave entre la mitosis y la meiosis.

· La mitosis y la meiosis tienen varias diferencias clave.

° El número de cromosomas se reduce de diploide a haploide en la meiosis pero se conserva en la mitosis.

° La mitosis produce células hijas que son genéticamente idénticas al padre y entre sí.

° La meiosis produce células que son genéticamente distintas de la célula madre y entre sí.

· Tres eventos, exclusivos de la meiosis, ocurren durante el ciclo de la primera división.

1. Durante la profase I de la meiosis, los cromosomas homólogos replicados se alinean y se conectan físicamente a lo largo de su longitud mediante un complejo proteico en forma de cremallera, el complejo sinaptonémico, en un proceso llamado sinapsis. También se produce un reordenamiento genético entre cromátidas no hermanas llamado cruzamiento. Una vez que se desmonta el complejo sinaptonémico, los cromosomas homólogos unidos son visibles como una tétrada. Las regiones en forma de X llamadas quiasmas son visibles como la manifestación física del cruce. La sinapsis y el cruce no ocurren en la mitosis.

2. En la metafase I de la meiosis, los pares de cromosomas homólogos se alinean a lo largo de la placa de la metafase. En la mitosis, los cromosomas replicados individuales se alinean a lo largo de la placa de metafase.

3. En la anafase I de la meiosis, son los cromosomas homólogos, no las cromátidas hermanas, los que se separan y son transportados a los polos opuestos de la célula. Las cromátidas hermanas de cada cromosoma replicado permanecen unidas. En la mitosis, las cromátidas hermanas se separan para convertirse en cromosomas individuales.

· La meiosis I se denomina división reduccional porque reduce a la mitad el número de conjuntos de cromosomas por célula, una reducción del estado diploide al estado haploide.

· Las cromátidas hermanas se separan durante la segunda división de la meiosis, la meiosis II.

C. Orígenes de la variación genética

· ¿Cuál es el origen de la variación genética?

· Las mutaciones son la fuente original de diversidad genética.

· Una vez que surgen diferentes versiones de genes a través de la mutación, la reorganización durante la meiosis y la fertilización produce una descendencia con su propio conjunto único de rasgos.

1. Los ciclos de vida sexual producen variación genética entre la descendencia.

· El comportamiento de los cromosomas durante la meiosis y la fertilización es responsable de la mayor parte de la variación que surge en cada generación.

· Tres mecanismos contribuyen a la variación genética:

1. Surtido independiente de cromosomas.

· Surtido independiente de cromosomas contribuye a la variabilidad genética debido a la orientación aleatoria de pares homólogos de cromosomas en la placa de metafase durante la meiosis I.

° Hay una probabilidad del cincuenta por ciento de que una célula hija particular de la meiosis obtenga el cromosoma materno de un par homólogo determinado y una probabilidad del cincuenta por ciento de que reciba el cromosoma paterno.

· Cada par homólogo de cromosomas se segrega independientemente de los otros pares homólogos durante la metafase I.

· Por lo tanto, la primera división meiótica da como resultado un surtido independiente de cromosomas maternos y paternos en células hijas.

· El número de combinaciones posibles cuando los cromosomas se clasifican independientemente en gametos es 2n, donde n es el número haploide del organismo.

° Si n = 3, hay 23 = 8 combinaciones posibles.

° Para humanos con n = 23, hay 223, o más de 8 millones de posibles combinaciones de cromosomas.

· Cruzando produce cromosomas recombinantes, que combinan genes heredados de cada padre.

· El cruce comienza muy temprano en la profase I cuando los cromosomas homólogos se emparejan gen por gen.

· Al cruzarse, las porciones homólogas de dos cromátidas no hermanas intercambian lugares.

° Para los humanos, esto ocurre en promedio de una a tres veces por par de cromosomas.

· Investigaciones recientes sugieren que, en algunos organismos, el cruce puede ser esencial para la sinapsis y el surtido adecuado de cromosomas en la meiosis I.

· El cruce, al combinar el ADN heredado de dos padres en un solo cromosoma, es una fuente importante de variación genética.

· En la metafase II, las cromátidas hermanas no idénticas se clasifican independientemente unas de otras, aumentando aún más el número de tipos genéticos de células hijas que se forman por meiosis.

· Los naturaleza aleatoria de la fertilización se suma a la variación genética derivada de la meiosis.

· Cualquier esperma puede fusionarse con cualquier óvulo.

° El óvulo es una de más de 8 millones de posibles combinaciones de cromosomas.

° El esperma exitoso es una de más de 8 millones de posibilidades.

° El cigoto resultante podría contener cualquiera de más de 70 billones de posibles combinaciones de cromosomas.

° Cruzar agrega aún más variación a esto.

· Cada cigoto tiene una identidad genética única.

· Las tres fuentes de variabilidad genética en un organismo que se reproduce sexualmente son:

1. Surtido independiente de cromosomas homólogos durante la meiosis I y de cromátidas hermanas no idénticas durante la meiosis II.

2. Cruce entre cromosomas homólogos durante la profase I.

3. Fertilización aleatoria de un óvulo por un espermatozoide.

· Los tres mecanismos reorganizan los diversos genes que llevan los miembros individuales de una población.

2. La adaptación evolutiva depende de la variación genética de una población.

· Darwin reconoció la importancia de la variación genética en la evolución.

° Una población evoluciona a través del éxito reproductivo diferencial de sus miembros variantes.

° Los individuos que mejor se adaptan al entorno local son los que dejan la mayor cantidad de descendientes, transmitiendo sus genes en el proceso.

· Esta selección natural da como resultado la adaptación, la acumulación de variaciones genéticas favorables.

· Si el entorno cambia o una población se traslada a un nuevo entorno, las nuevas combinaciones genéticas que funcionan mejor en las nuevas condiciones producirán más descendencia y estos genes aumentarán.

° Los genes anteriormente favorecidos disminuirán.

· El sexo y la mutación generan continuamente nueva variabilidad genética.

· Aunque Darwin se dio cuenta de que la variación hereditaria hace posible la evolución, no tenía una teoría de la herencia.

· Gregor Mendel, contemporáneo de Darwin, publicó una teoría de la herencia que apoyaba la teoría de Darwin.

° Sin embargo, este trabajo fue en gran parte desconocido hasta 1900, después de que Darwin y Mendel llevaran muertos más de 15 años.


Fases de la meiosis

La meiosis implica dos rondas de división celular que dan lugar a cuatro células hijas. estas dos rondas de división celular se llaman

Meiosis I

Es la primera ronda de división. El proceso de meiosis comienza cuando las células diploides tienen el doble de cromosomas. Esto se debe a que las células han experimentado la replicación del ADN antes de ingresar a la Meiosis I. Por lo tanto, los cromosomas están presentes en forma de pares homólogos, cada célula tiene 46 pares de cromosomas al comienzo de la Meiosis I. Debe tenerse en cuenta que las células normales tienen solo 23 pares de cromosomas ya que no han experimentado la replicación del ADN.

La meiosis I se divide en las siguientes cuatro fases

La meiosis I está precedida por una interfase durante la cual la célula se prepara para la meiosis. El detalle de todas estas fases se da a continuación.

Interfase

Es la fase durante la cual una célula se prepara para la división. Ocurre solo antes de la Meiosis I. No hay interfase entre la Meiosis I y la Meiosis II. La interfase se divide en tres fases

  1. GRAMO1 fase, la célula crece de tamaño y produce las proteínas necesarias en esta fase
  2. Fase S, la célula experimenta la replicación del ADN.
  3. GRAMO2 fase, la célula produce proteínas que son necesarias para la meiosis

Después de la G2 finaliza la fase, las células entran en la Profase I.

Profase I

Es la fase más larga de la meiosis I durante la cual desaparece la envoltura nuclear y se produce el intercambio genético. Además, se divide en cinco fases.

Durante esta fase, los cromosomas comienzan a aparecer como hilos delgados dentro del núcleo. Cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas. Un total de 46 cromosomas, cada uno con 2 cromátidas, se pueden ver en el núcleo hacia el final de esta fase.

Durante esta fase, los cromosomas homólogos se acercan entre sí para formar pares homólogos. Este proceso de emparejamiento se llama sinapsis.

El emparejamiento de cromosomas homólogos se completa durante esta fase. Da como resultado la formación de cromosomas de tétrada (llamados así debido a las cuatro cromátidas hermanas) también conocidas como bivalentes (dos cromosomas).

Una vez que se completa el proceso de emparejamiento, tiene lugar la recombinación homóloga. Es el proceso durante el cual las cromátidas no hermanas pueden intercambiar sus segmentos dando como resultado variaciones genéticas. Este proceso se llama cruce.

Se forma un vínculo físico entre las cromátidas no hermanas a través de las cuales tiene lugar el entrecruzamiento. Esto se conoce como quiasmata.

Durante esta fase, los cromosomas homólogos se desenrollan y son visibles como dos hilos. Sin embargo, la estructura bivalente no se rompe ya que los dos cromosomas permanecen estrechamente unidos en los puntos del quiasma. Los quiasmas se rompen solo durante la anafase I.

Esta es la última etapa de la profase I durante la cual los cromosomas experimentan una mayor condensación. Las cuatro partes del bivalente son visibles al final de la diaquinesis.

Durante la diaquinesis, la envoltura nuclear se desenreda, los nucléolos desaparecen y el aparato mitótico comienza a formarse.

Esto completa la profase I de la meiosis I. La célula entra ahora en la metafase I.

Metafase I

Durante esta fase, las fibras del huso se forman entre los centrosomas que ya han migrado a los polos opuestos de la célula. Estos centrosomas también dan lugar a microtúbulos cinetocoros que unen los cromosomas bivalentes de los homólogos en los cinetocoros de cada lado. Se genera una tensión en estos microtúbulos que ordena los bivalentes a lo largo de la placa de metafase en el centro de la célula.

La unión de los microtúbulos en los cinetocoros se denomina unión bivalente, ya que están unidos a todo el bivalente, no a los cromosomas individuales.

Anafase I

durante la anafase I, los microtúbulos comienzan a acortarse, tirando del bivalente hacia los polos opuestos. Como resultado, el quiasma se rompe y se pierde la estructura bivalente. El cromosoma individual que consta de cromátidas hermanas, que tienen segmentos cruzados, se tira hacia el polo respectivo. Las cromátidas hermanas no se separan durante este proceso, ya que los centrómeros que las sostienen están respaldados por algunas proteínas protectoras.

La célula también se alarga para dividirse en dos células hijas.

Telofase I

Esta es la etapa final de la Meiosis I. Durante esta fase, el aparato mitótico desaparece mientras se forma la nueva membrana nuclear alrededor de los cromosomas hijos presentes en cada polo de la célula.

Cada núcleo hijo lleva la mitad del número de cromosomas (23 cromosomas, cada uno con dos cromátidas hermanas) en comparación con el núcleo padre diploide. Los núcleos hijos resultantes contienen solo una copia de cada cromosoma y son haploides. Las dos cromátidas hermanas no son copias del cromosoma, ya que solo se forman como resultado de la replicación del ADN.

Citocinesis

A la meiosis I le sigue la citocinesis en la que se forma un surco de escisión que divide la célula en dos células hijas.


Conferencia 29: Meiosis - Biología

Capítulo 9, Reproducción sexual y meiosis

Tiene acceso abierto (no se necesita inicio de sesión ni contraseña) a los materiales instructivos en el sitio web de Text. Seleccione "Recursos" en la parte superior izquierda de la página y seleccione el capítulo de texto que desee.

Moodle

También puede hacer preguntas y ver las respuestas a las preguntas de sus compañeros de clase en Moodle en el foro "Talk to Ed".

Objetivos:

El contenido de esta lección le ayudará a completar esta tarea:

Después de estudiar este material, debería poder:

Discuta la relación entre sexo y reproducción y compare la reproducción sexual y asexual.

Dibuje un diagrama que ilustre las relaciones entre los términos: cromosoma, ADN, genes, cromátidas, centrómeros, cromosomas homólogos (homólogos) y alelos.

Reconocer los elementos esenciales del proceso de meiosis.

Explique el papel de la meiosis en el ciclo de vida sexual de un organismo.

Describe tu propia historia de vida en términos de un ciclo de vida sexual general.

Indique dónde y cuándo ocurre la meiosis en su cuerpo y describa lo que produce el proceso.

Compare el proceso de meiosis en hombres y mujeres.

Utilice objetos comunes como sujetapapeles o trozos de papel para modelar los cambios en el número y el movimiento de los cromosomas durante la meiosis.

Compare el momento, la ubicación, el número de células, el número de cromosomas y los resultados genéticos de la mitosis y la meiosis.

Recursos web:

Genes and Disease (genes seleccionados y sus funciones y ubicaciones en los cromosomas) del National Center for Bitechnology Information

Sexo - Biológicamente hablando:

¿El sexo y la reproducción están siempre vinculados?

Sexo, reproducción y utilidad de la variabilidad genética

La reproducción y el sexo son no necesariamente vinculado. Muchos pueden reproducirse sin sexo (reproducción asexual):

Microbios (bacterias, hongos): "Sexo" en bacterias (Lewis, et. Al. Pág. 166, fig. 10.3

Un huevo se convierte en un nuevo individuo sin fertilización. La partenogénesis ocurre naturalmente en algunas plantas, insectos, algunos peces, ranas y lagartos. Normalmente no ocurre en mamíferos, pero se ha estimulado artificialmente en ratones.

Pero no mamíferos (y muy raramente en otros vertebrados)

La reproducción asexual tiende a producir individuos genéticamente idénticos.

Una "buena idea" en un entorno estable.

Quizás no sea una buena idea si el entorno es variable

Los cambios genéticos pueden ocurrir aleatoriamente por mutación.

La reproducción sexual produce variabilidad genética dentro de una población.

La variabilidad es evolutivamente beneficiosa en un entorno cambiante, ya que permite que las poblaciones se adapten a los cambios a lo largo del tiempo (medido en generaciones).

El ciclo de vida sexual general

¿La meiosis ocurre en su cuerpo?

¿Qué es la meiosis?

Cromosomas humanos Hoefnagels Página 158, figura 84.5

El problema es producir un nuevo ser humano.

Ambos padres tienen que aportar información genética.

La pregunta es, ¿en qué forma y cuánto?

Obtienes uno de cada par de cromosomas numerados de cada padre.

Los cromosomas apareados se denominan homólogo pares.

Los cromosomas homólogos llevan genes que controlan las mismas características (rasgos).

Genes and Disease (genes seleccionados y sus funciones y ubicaciones en los cromosomas) del National Center for Bitechnology Information

Preparación para la meiosis:

Diagrama de ciclo celular Hoefnagels página 160, fig. 8.5

Replicación de ADN PRODUCE cromátidas hermanas

¿Cómo se replica el ADN? Hoefnagels, pág 144, figura 7.11

Visite cellsalive.com y seleccione Cell Biology y luego Cell Cycle.

Esté atento a la replicación del ADN / replicación cromosómica / formación de cromátidas hermanas durante la fase S del ciclo celular.

Detalles de la meiosis Lewis, et. Alabama. pág. 170-1, fig. 10,7

Meiosis I Hoefnagels pág. 180, fig. 9.6.1

Meiosis II Hoefnagels pág. 180, fig. 9.6.2

Meiosis: una ilustración del proceso meiótico proporcionado por Access Excellence.

Tutorial de meiosis de la Universidad de Arizona

Resumen del proceso básico de la meiosis.

Un proceso que incluye DOS divisiones celulares que resultan en CUATRO células hijas.

La meiosis ocurre en los órganos sexuales de las células destinadas a producir gametos.

Cada célula hija recibe solo la mitad del número de cromosomas que la célula madre. Eso significa que las celdas se describen como haploide

Cada una de las 4 células resultantes es genéticamente única.

Si la meiosis funciona correctamente, cada una de las 4 células tiene uno de cada tipo de cromosoma.

Las células haploides resultantes se convierten en gametos (óvulos o espermatozoides).

La diploidía se restaura cuando el óvulo y el esperma se combinan en la fertilización. Lewis, et. Alabama. pág. 174, fig. 10.11

Recombinaciones genéticas durante la meiosis

Por la forma en que se clasifican los cromosomas durante la meiosis, no hay forma de predecir qué conjunto de cromosomas terminará en qué célula hija. Solo es seguro que, a menos que algo salga mal, cada célula hija tendrá un cromosoma de cada tipo (uno de cada numerado).

Distribución independiente

Surtido independiente Hoefnagels pág. 203, figura 10.9

En los seres humanos, debido a que hay 23 pares de cromosomas, el número de posibles surtidos es:

Alguna uno de estos surtidos se puede combinar con cualquiera de las 8.388.608 combinaciones de su pareja!

Meiosis y cruce

Durante la meiosis, los cromosomas intercambian partes de su material genético con las regiones correspondientes en su homólogo cromosoma. Este proceso se llama cruzando y hace que el número de combinaciones posibles sea casi ilimitado.

La variación de gametos por Crossing Over depende de la ubicación relativa de los loci de genes vinculados.

Clonación: otro medio de reproducción asexual

Comparación de mitosis y meiosis:

Hoefnagels, pág. 184, fig. 9,10


Mitosis Mitosis
Una división Dos divisiones
Los cromosomas homólogos se alinean
independientes entre sí en la metafase
Cromosomas homólogos
sinapsis en la metafase I
Dos células hijas por ciclo Cuatro células hijas por ciclo
Células hijas genéticamente idénticas Células hijas genéticamente diferentes
Mismo cromosoma no. como padres Cromosoma no. la mitad que los padres
Ocurre en células somáticas Ocurre en células de la línea germinal
Durante todo el ciclo de vida Completado después de la madurez sexual
Utilizado en crecimiento, reparación, reproducción asexual. Reproducción sexual, nuevas combinaciones de genes

Glosario de términos relacionados con la reproducción y la meiosis:

Cruzando: El intercambio de material genético entre cromosomas homólogos durante la primera etapa de la meiosis. Da lugar a una variación genética en poblaciones mayor que la que podría resultar de un surtido independiente solo.

Célula hija: Célula que resulta de la división de otra célula (una célula madre), ya sea en meiosis o mitosis.

Diploide: Célula con dos copias de cada uno de sus cromosomas.

Embrión: Etapa del desarrollo de un organismo en la que los tejidos y órganos se desarrollan comenzando con un óvulo fertilizado.

Gameto: En los animales, una célula haploide que resulta de la segunda división de la meiosis. En las plantas, las células haploides pasan por una etapa multicelular intermedia antes de producir gametos. Los gametos masculinos son espermatozoides. Los gametos femeninos son huevos.

Haploide: Una célula con una sola copia de cada cromosoma.

Cromosomas homólogos: Pares de cromosomas dentro de las células que tienen la misma secuencia de ubicaciones de genes (genes para los mismos rasgos). Un cromosoma de cada par proviene de cada uno de los padres a través de los gametos.

Distribución independiente: La disposición aleatoria y la partición de cromosomas homólogos durante la primera etapa de división celular de la meiosis.

Cromátidas hermanas: Las dos mitades de un cromosoma replicado. Cada cromátida es una copia idéntica del ADN del cromosoma original antes de la replicación del ADN.

Cigoto: El óvulo y el esperma fusionados son el resultado de la fertilización. En los seres humanos, esto también se denomina preembrión y el término se aplica a las células en división durante las dos primeras semanas de desarrollo.


Conferencia 29: Meiosis - Biología

La capacidad de reproducirse en especie es una característica básica de todos los seres vivos. En especie significa que la descendencia de cualquier organismo se parece mucho a sus padres. Los hipopótamos dan a luz a crías de hipopótamos, los árboles de Joshua producen semillas de las que emergen las plántulas del árbol de Joshua, y los flamencos adultos ponen huevos que se convierten en polluelos de flamencos. En especie generalmente no significa exactamente lo mismo.

Figura 1. Cada uno de nosotros, como estos otros grandes organismos multicelulares, comienza su vida como un óvulo fertilizado. Después de billones de divisiones celulares, cada uno de nosotros se convierte en un organismo complejo y multicelular. (crédito a: modificación del trabajo de Frank Wouters crédito b: modificación del trabajo de Ken Cole, crédito c del USGS: modificación del trabajo de Martin Pettitt)

Como ha aprendido, la mitosis es la parte de un ciclo de reproducción celular que da como resultado núcleos hijos idénticos que también son genéticamente idénticos al núcleo padre original. En la mitosis, tanto el núcleo padre como el hijo están al mismo nivel de ploidía, diploide para la mayoría de las plantas y animales. While many unicellular organisms and a few multicellular organisms can produce genetically identical clones of themselves through mitosis, many single-celled organisms and most multicellular organisms reproduce regularly using another method: mitosis. Sexual reproduction, specifically meiosis and fertilization, introduces variation into offspring that may account for the evolutionary success of sexual reproduction. La gran mayoría de los organismos eucariotas, tanto multicelulares como unicelulares, pueden o deben emplear alguna forma de meiosis y fertilización para reproducirse.

La meiosis emplea muchos de los mismos mecanismos que la mitosis. Sin embargo, el núcleo inicial es siempre diploide y los núcleos que resultan al final de una división celular meiótica son haploides. Para lograr esta reducción en el número de cromosomas, la meiosis consiste en una ronda de duplicación de cromosomas y dos rondas de división nuclear.

Debido a que los eventos que ocurren durante cada una de las etapas de la división son análogos a los eventos de la mitosis, se asignan los mismos nombres de las etapas. However, because there are two rounds of division, the major process and the stages are designated with a “I” or a “II.” Thus, meiosis yo es la primera ronda de la división meiótica y consta de profase I, prometafase I, etc. Meiosis II, en el que tiene lugar la segunda ronda de división meiótica, incluye profase II, prometafase II, etc.


Chapter 13 Meiosis Objectives

1. Explain in general terms how traits are transmitted from parents to offspring.

2. Distinguish between asexual and sexual reproduction.

The Role of Meiosis in Sexual Life Cycles

3. Distinguish between the following pairs of terms:

una. somatic cell and gamete

B. autosome and sex chromosome

4. Explain how haploid and diploid cells differ from each other. State which cells in the human body are diploid and which are haploid.

5. Explain why fertilization and meiosis must alternate in all sexual life cycles.

6. Distinguish among the three life-cycle patterns characteristic of eukaryotes, and name one organism that displays each pattern.

7. List the phases of meiosis I and meiosis II and describe the events characteristic of each phase.

8. Recognize the phases of meiosis from diagrams or micrographs.

9. Describe the process of synapsis during prophase I and explain how genetic recombination occurs.

10. Describe three events that occur during meiosis I but not during mitosis.

Origins of Genetic Variation

11. Explain how independent assortment, crossing over, and random fertilization contribute to genetic variation in sexually reproducing organisms.

12. Explain why heritable variation is crucial to Darwin ’s theory of evolution by natural selection


STUDY DESIGN

Establishment of Ploidy as a Key Conceptual Issue

Biology, biotechnology, bioinformatics, and biomedical science majors receive instruction in the topic of meiosis in at least three separate courses: Introductory Biology (freshman year), Cell Biology (sophomore year), and Genetics (junior or senior year). Typically, they have already been exposed to the subject more than once prior to college. We administered the same open-ended test question to students enrolled in a large, sophomore level Cell Biology course that was held in the fall of 2010 (mostly sophomores, enrolled in two sections, combined norte = 131). The question was given before the topic of meiosis was introduced. We also tested a Genetics course that was held for a small number of students over the summer of 2010 (norte = 13, mostly juniors), where the question was given as a bonus on their final exam. Thus, the Cell Bio group was assumed to have been exposed to the topic once and the Genetics group three times during their postsecondary education.

Students were given a diagram to fill in and asked to identify the ploidy of the cell at each stage. The initial cell was depicted as a diploid cell containing three pairs of unreplicated chromosomes, shown in the upper left corner of Fig. 1. An expert would recognize three maternal and three paternal chromosomes, represented by the black and white colors, and homologous pairs would be matched by size and shape. They would also understand that these structures represent chromosomes prior to replication because they only have one chromatid each.

The open-ended test question administered to students in two majors-level courses. Instructions described the first diagram as a precursor germ cell with three pairs of chromosomes. This is an example of a student's drawing with all the steps depicted essentially correctly, along with the common mistake of assigning cells between anaphase I and anaphase II as diploid.

We found very little difference between the classes, as shown in Fig. 2, thus confirming that misconceptions persist in our student population, despite repeated exposure to the topic. The more advanced group was slightly better at identifying the point at which the cell becomes haploid (es decir. after the first division see Fig. 2), but none of them drew the process fully correctly (note that norte for this group was small, though). Interestingly, few students considered the process of crossing over to be important to a description of meiosis, even in a Genetics course. Figures 3 and 4 illustrate the different types of models that students constructed, showing that our population of students is fairly typical in the types of mistakes that they make. Also, although nearly one in five students was able to draw an essentially correct diagram of the process, most still retained misconceptions about ploidy. This leads to the disturbing conclusion that 96% of intermediate-level college students do not understand the fundamentals of meiosis.

Students' test results, coding for features of students' drawings. Students were asked to draw the steps of meiosis starting with the cell depicted in Fig. 1. This was a pretest for students in both Cell Biology sections (experimental group, norte = 68 control group, norte = 63) and a bonus question on the final exam of the Genetics class (norte = 13). Drawings of meiosis from the three groups of students showed no significant differences using chi-square analysis.

Students' test results categorized into different conceptual issues. Data from all three classes were combined in this graph (norte = 144). As multiple mistakes may have been made, models were categorized by their first mistake, as depicted by the clockwise order of the pie chart, starting at the top.

Representative drawings from students' worksheets demonstrating some of the incorrect models of meiosis. Although students were asked to draw the entire process, only the beginning steps of the worksheets are shown here. (a) Pairing homologous chromosomes like sister chromatids: in this very common model, the student joins the unreplicated homologous chromosomes together at their centromeres as if they are sister chromatids rather than separate chromosomes. (B) Failure to replicate: in this model, the student does not replicate the chromosomes before lining them up. (C) Incorrect segregation: in this drawing, the student did not pair homologous chromosomes and depicted a mitosis-like metaphase. (D) Failure to replicate along with incorrect segregation. (mi) Unclear logic: in this drawing, the individual chromosomes are not distinct enough to determine whether or not homologous chromosomes are paired or what happened when the total number changed. (F) Incorrect segregation: although pairs of replicated chromosomes are lined up in the center at metaphase I, homologous chromosomes were not paired with each other. Note that the pairs appear to be separated by a physical barrier and do not touch each other. Thus, there is no apparent mechanism for ensuring that one of each type of chromosome is aligned on each side of the dividing cell.

Figure 5 shows more detail of students' ideas about ploidy. When asked to label the major stages of meiosis as “haploid” or “diploid,” many students showed signs of confusion on the pretest. Thirty-six percent of students left one or more of these questions blank, and answers were often scratched out and revised (data not shown). Although 87% of all students knew that the starting cell was diploid and the end product was haploid, only 11% correctly identified all the steps in between. The most common mistake is to assign the first incidence of haploidy after the second division rather than after the first. As in the example shown in Fig. 1, many students who could diagram the segregation correctly could not answer the ploidy question correctly. Overall, it is clear that few students knew how to determine ploidy.

Students' ideas about ploidy before the lesson. Drawings from both Cell Biology sections are combined in the graph: 131 total, 84 of which had “haploid” or “diploid” circled at every stage where the question was asked and were therefore considered to be complete answers.

The Interactive Lesson: Overview

We designed and carried out a novel lesson plan for teaching the concept in the same Fall 2010 Cell Biology class. A different instructor taught a second, similar-sized class using his traditional lecture materials, so they acted as a control for this experiment. The students in the control section were given the same pretest and gave similar responses to the test group (Fig. 2). In the new lesson, we attempted to correct the misconception of haploidy being derived at the final step of meiosis with an intervention that focused on the differences between chromosomes and chromatids, and how to count “norte” in a cell. The lesson took place in a large lecture hall for ∼80 students. The lesson was designed to be interactive and participatory (see Table I).

Tactic Primary point Secondary point
Use of socks to represent DNA, students to represent chromosomes Replication of DNA does not affect number of chromosomes Chromosomes are more than just DNA
Students start with a single sock that “replicates” to a pair of socks Emphasize importance of DNA replication to the process One chromosome may contain one or two chromatids
Male and female students as maternal and paternal chromosomes, different-sized socks for chromatids Homologous pairs are different from sister chromatids Maternal and paternal of same kind of chromosome always pair together
Use of three pairs of chromosomes Emphasize need for replication (three cannot be evenly divided) Homologous chromosomes, not chromatids, define pairs in this context
Repeated counting of chromosomes at every step Understanding ploidy and how/when it changes during meiosis Chromosomes rather than chromatids determine ploidy
Avoid mentioning phase names Cell division is a fluid process, not a series of disjointed steps De-emphasis of rote memorization of labels
Show a short piece of DNA sequence to illustrate homology Make a connection between different levels of representations Homologous chromosomes are almost completely identical—genetic differences are a tiny fraction of the sequence
Projection of short DNA sequence lined up to illustrate simplistic view of crossing over Homologous pairs find each other via DNA sequence homology Don't overwhelm with molecular details of crossing over and recombination, but focus on the ”big picture”
Multiple striped and patterned socks to show results of crossing over Crossing over happens along entire chromosome, not just once or twice Both chromatids on both chromosomes are involved in crossing over and results are different
Students link arms before spindles (ropes) attach Physical linkage (synapsis) is essential to proper segregation Tension from spindles causes chromosomes to line up in the center
Joke that students would have to be torn in half during meiosis II Emphasize difference between kinetochore structure/behavior in the two divisions Emphasize that meiosis II is not simply a repeat of meiosis I

Student volunteers acted as “chromosomes” and “centrosomes.” Different-colored and -sized socks were used to represent DNA, and “chromosomes” were counted at every stage. The important point illustrated by the socks was to differentiate between a strand of DNA (one sock) and a chromosome (a student's hand holding one or two socks) this helped to make the connection of the number of chromosomes rather than copies of DNA with the concept of ploidy. The actors and observers were constantly questioned to elicit cognitive dissonance and to lead students to confront and resolve their mistakes appropriately. When students volunteered different answers, we encouraged debate and pointed out features that led them to derive their own correct conclusions instead of “giving” the answers to them. Using this constructivist pedagogy, students were answering questions about chromosome number correctly by the end of the lesson.

A secondary point of the lesson was the molecular mechanism behind metaphase. Discussions with students along with their in-class responses to questioning revealed that metaphase was a mysterious process to them. They could not explain how homologous pairs “find” each other, nor how they “find” the center of the cell. Therefore, we particularly emphasized the importance of homologous DNA sequence and the physical interaction of the strands of DNA for matching (this was accomplished primarily through a sidebar discussion of homology). We also discussed the importance of the spindle fibers in setting up the alignment of chromosomes during metaphase and used ropes held at one end by the human “chromosomes” and pulled by human “centromeres” at opposite ends of the “cell” to demonstrate how the spindle fibers actually cause the chromosomes to line up in the center. This appeared to be a novel concept to most students—they previously believed that the spindle was only actively involved in pulling the chromosomes apart during anaphase.

In the last few minutes of class, we asked students to reflect on the lesson. They discussed how this exercise developed new ideas for them and pointed out mistakes they had made previously.

Specific Details of the Lesson

The following sequence of steps explains how the demonstration worked in a large lecture hall. See Table II for prepared questions posed to the class by the instructor during the demonstration. Six volunteers were solicited to come to the front of the room. The instructor discreetly chose three males and three females to represent maternal and paternal homologous chromosomes (later in the lesson, students were able to draw the correct conclusion about why we chose these particular individuals). Each student was given a unique solid-colored sock (with its mate hidden inside) in one of three sizes (adult, child, or infant) the instructor was careful to give the same-sized socks to one male and one female for each set. Students were asked to hold up the sock in one hand. Student volunteers “replicated their DNA” by pulling the hidden second sock out and were instructed to now hold both socks in the same hand. When the class was asked to count chromosomes, the majority of students responded with “twelve.” The instructor then asked a series of questions (Table II) to remind or teach students how to correctly count ploidy.

Question Correct answer
Prereplication
• What does the sock represent? • ADN
• How many chromosomes are there right now? • Six
• What do the different sizes of the socks represent? • Different chromosomes
• Why are there two of each size? • Maternal and paternal chromosomes
• What is the first thing that has to occur? • DNA replication
After replication
• How many chromosomes do we now have? • Six
• How many students did we start with? • Six
• How many students do we now have? • Six
• Did the number change? • No
Re-emphasis of important concepts
• Before DNA replication what does one sock represent? • DNA in one chromosome
• After DNA replication what does one sock represent? • DNA in one chromatid
• How many chromosomes are there right now? • Six
• If socks are DNA, what does the student represent in this model? • Chromosome or more specifically, the kinetochore
• What is the ploidy of the cell before DNA replication? • Diploid
• What is the ploidy of the cell after DNA replication? • Diploid
• What can we count to determine ploidy? • Students (chromosomes, or to be accurate, kinetochores)
Mechanism of Homologous pairing:
• What makes two chromosomes homologous? • DNA sequence
• What allows homologous chromosomes to pair? • Interaction of homologous sequence
Significance of “crossing over”
• What is the process of “crossing over” essential for? • Homologous pairing of replicated chromosomes
• Does crossing over have to happen during meiosis? • Yes
• What will the socks look like after crossing over? • Mixed up (not solid colors anymore)
Separation of homologous chromosomes
• How do homologous pairs find the center of the cell to “line up”? • Spindle fibers attached to each kinetochore, tension pulls the pairs to the center
• What has to separate? • Homologous chromosomes
• What has to be broken? • Physical linkage between homologous chromosomes (synapses)
After meiosis I, establishment of haploidy
• What do we count to determine ploidy? • Chromosomes (students)
• How many people are in each cell? • Three
• How does that compare to our starting cell? • Half
• So what is the ploidy of each cell now? • Haploid
Separation of sister chromatids
If we were really going to stay true to our model, what would we have to do to our students? • Split them in half, because that's what happens to the kinetochore
After meiosis II, re-emphasis of key concepts
• How many chromosomes in each cell? • Three
• What is the ploidy of each cell? • Haploid
• How many different allele combinations do we have? • Four (each group of three students had different sock combinations)

Student “chromosomes” were then asked to find their homologous pair. As anticipated, student chromosomes all moved to the middle of the virtual “cell” before linking with their homologous chromosome. The instructor halted the lesson and did not move the action forward until the class was able to vocalize that “interaction of homologous sequences” mediated the process of crossing over. Without overwhelming the class with molecular details, a simple diagram showing short stretches of identical DNA code was used to help illustrate the general mechanism of crossing over.

Student chromosomes were asked to link arms with their homologous chromosome to demonstrate a physical linkage (but were not yet allowed to line up in the center of the “cell”). After some discussion, the class came to the realization that crossing over could occur anywhere between two chromatids, not just at one point between the chromatids. As socks are 3D and flexible (like actual DNA), the instructor and/or student volunteers could manipulate their socks in a way to demonstrate multiple crossovers. Students were asked to predict what the socks might look like after (for example) a pair of red and a pair of same-sized black socks had crossed over. The instructor now brought out adult-, child-, and infant-sized socks that were patterned (striped, spotted, argyle, and floral) with the same colors as the original pairs, and students agreed that a patterned sock was an acceptable way to represent the reshuffling and recombination of genetic material after crossing over had occurred. The instructor then switched solid-colored socks for patterned socks so that none of the four individual chromatids looked identical.

Next two students representing the centromeres were given three ropes each and asked to toss one end to each of the pairs of student chromosomes. As each student caught a rope, the entire pair would be reeled toward the corresponding centromere. When the other member of the pair caught a rope, they would be pulled in the opposite direction. In this way, tension from the “centromeres” pulling on the ropes represented the dynamics of spindle fibers during this process and allowed “chromosomes” to find a happy medium in the center of the “cell.” Students were asked to vocalize what was represented by the socks (DNA), ropes (spindle fibers), hands holding the socks and ropes (kinetochores), and linked arms (protein linkage, a.k.a. “synaptonemal complex”) to overcome any representational confusion at this point in the lesson.

After proper alignment, the instructor asked the class why the male and female student chromosomes were not segregated to one side or the other of the virtual equator, and the class immediately recognized the principle of random assortment. The student chromosomes unlinked arms and were pulled to opposite sides of the virtual cell. The instructor then asked the class a series of questions to reinforce their new conceptual understanding of ploidy. Students hesitantly identified the new cells as “haploid” and the instructor confirmed their responses. At this point there were many questions from the student audience about chromosomes, chromatids, and ploidy, suggesting that the establishment of haploidy after the first meiotic division was a novel concept and one that created cognitive dissonance. Most questions could easily be answered using the student “chromosomes” to repeat various steps of the interactive lesson through the point of the first meiotic division.

When the student chromosomes were asked to demonstrate the next division (meiosis II) there was laughter from the class when they realized student chromosomes would literally have to be split apart to accurately represent separation of sister chromatids. Six more student “chromosomes” were quickly recruited into the action and asked to hold one of the socks (chromatids) with the original student volunteers. Ropes were used again to line up and pull apart student pairs (“sister chromatids” this time). After the second meiotic division, the class had no trouble counting chromosomes, chromatids, or identifying ploidy of the four daughter cells. The instructor finally pointed out the number of different allelic combinations that were represented by the different pattern combinations of socks.


# Cytokinesis.

Division of the cytoplasm in known as citocinesis. In plant cells, cytokinesis takes place by the formation of placa celular. Whereas, in animal cells it is by the appearance of furrow in the cytoplasm.

⇒ In plant cells, vesicles from Golgi bodies appear at the equator of the spindle. It forms a cell plate. It divides the cytoplasm into two equal halves, one around each daughter nucleus. Then primary cell wall in laid on either side of the cell plate.

⇒ In animal cells, a constriction (Furrow) appears parallel to the equator of spindle, in the cell membrane. It deepens towards the centre of the cell, finally dividing the cytoplasm in two halves. One half of the cytoplasm is around one daughter nucleus and the other around the second daughter nucleus. It completes the formation of two daughter cells. They contain exactly similar and the same number of chromosomes as present in the parent cell.


Departamento de Biologia

Errors in chromosome segregation can have devastating consequences. In mitosis, chromosomal instability is a hallmark of cancer. In meiosis, chromosome mis-segregation can result in trisomy conditions such as Down syndrome, the leading genetic cause of developmental disability. The goal of our research is to understand the mechanisms the cell uses to ensure faithful chromosome segregation in mitosis and meiosis. We are studying how the cell prevents errors in chromosome segregation, including how chromosomes properly attach to the spindle in both meiotic divisions and the monitoring of this attachment by the spindle checkpoint. Many of the genes involved in these processes are conserved, allowing us to use the powerful genetic tools of the budding yeast, S. cerevisiae.

Chromosomes attach to the meiotic spindle at the kinetochore, the protein complexes built on centromeric regions of DNA. We are interested in the proteins that regulate this connection in meiosis. For example, in the first meiotic division (meiosis I), the kinetochores on paired homologous chromosomes must be bound to microtubules from opposite poles of the spindle, but in meiosis II, the kinetochores of sister chromatids must be bound to opposite poles. Furthermore, to prevent chromosome missegregation, if the kinetochores on homologous chromosomes attach to microtubules from the same spindle pole, one kinetochore must release and re-attach properly. The spindle checkpoint monitors this connection and, if the attachment of microtubules to kinetochores is defective, halts the cell cycle to allow time to correct the error. We are studying the regulation of the proteins within the kinetochore to execute each of these steps: microtubule binding to homologous chromosomes in meiosis I and sister chromatids in meiosis II, sensing inappropriate microtubule attachment, signaling the checkpoint, and correcting the error.

In meiosis, the spindle checkpoint proteins not only act in a surveillance system to ensure that chromosomes are properly attached to the spindle, but they also have additional roles. Certain spindle checkpoint proteins are involved in ensuring that kinetochores can initially attach to the bipolar spindle. Other spindle checkpoint proteins are also involved in the timing of the meiotic cell cycle. We are interested in understanding how the different roles of the spindle checkpoint proteins are executed.

Publicaciones

Cairo G and Lacefield S. Establishing correct kinetochore-microtubule attachments in mitosis and meiosis. Ensayos de bioquímica (2020, online ahead of print).

Wang F, Zhang R, Feng W, Tsuchiya D, Ballew O, Li J, Denic V, Lacefield S. Autophagy of an amyloid-like translational repressor regulates meiotic exit. Developmental Cell 52:141-151 (2020).

Falk JE, Tsuchiya D, Verdaasdonk J, Lacefield S, Bloom K, Amon, A. Spatial signals link exit from mitosis to spindle position. Elife 5. pii:e14036 (2016)

Yang Y, Tsuchiya D, and Lacefield S. Bub3 promotes Cdc20-dependent activation of the APC/C in S. cerevisiae. Journal of Cell Biology 209(4): 519-527 (2015).
This paper was featured in the JCB Biobytes podcast.

Tsuchiya D, Gonzalez C, and Lacefield S. The spindle checkpoint protein Mad2 regulates APC/C activity during prometaphase and metaphase of meiosis I in S. cerevisiae. Biología molecular de la célula 22 (16): 2848-2861 (2011). This paper was chosen for “Highlights in MBoC” by the editorial board.
This paper was recommended by F1000.


Chromosome Structural Rearrangements

Cytologists have characterized numerous structural rearrangements in chromosomes, including partial duplications, deletions, inversions, and translocations. Las duplicaciones y deleciones a menudo producen descendencia que sobrevive pero presenta anomalías físicas y mentales. Cri-du-chat (from the French for “cry of the cat”) is a syndrome associated with nervous system abnormalities and identifiable physical features that results from a deletion of most of the small arm of chromosome 5 (Figura 7). Infants with this genotype emit a characteristic high-pitched cry upon which the disorder’s name is based.

Figure 7 This individual with cri-du-chat syndrome is shown at various ages: (A) age two, (B) age four, (C) age nine, and (D) age 12. (credit: Paola Cerruti Mainardi)

Chromosome inversions and translocations can be identified by observing cells during meiosis because homologous chromosomes with a rearrangement in one of the pair must contort to maintain appropriate gene alignment and pair effectively during prophase I.

A inversión cromosómica is the detachment, 180° rotation, and reinsertion of part of a chromosome (Figura 8). A menos que interrumpan la secuencia de un gen, las inversiones solo cambian la orientación de los genes y es probable que tengan efectos más leves que los errores aneuploides.

Figure 8 An inversion occurs when a chromosome segment breaks from the chromosome, reverses its orientation, and then reattaches in the original position.

A translocation occurs when a segment of a chromosome dissociates and reattaches to a different, nonhomologous chromosome. Translocations can be benign or have devastating effects, depending on how the positions of genes are altered with respect to regulatory sequences. En particular, las translocaciones específicas se han asociado con varios cánceres y con la esquizofrenia. Reciprocal translocations result from the exchange of chromosome segments between two nonhomologous chromosomes such that there is no gain or loss of genetic information (Figura 9).

Figure 9 A reciprocal translocation occurs when a segment of DNA is transferred from one chromosome to another, nonhomologous chromosome. (credit: modification of work by National Human Genome Research/USA)

One specific example of a chromosomal translocation – the “Philadelphia chromosome” – is found in people who suffer from chronic myeloid leukemia (CML). In this translocation, a piece of chromosome 9 is swapped with a section of chromosome 22. This connects two genes on chromosome 22 one that was originally from chromosome 9 and one that was from chromosome 22. This translocation produces the BCR-ABL fusion protein, which causes white blood cells to divide out of control. BCR-ABL positive cancers can be treated with the drug Gleevac.

Figure 9 “Philadelphia chromosome” showing the location of the BCR-ABL fusion protein. Photo credit A Obeidat Wikimedia.


Ver el vídeo: Mitosis Paso a Paso (Agosto 2022).