La mitosis se utiliza para casi todas las necesidades de división celular de tu cuerpo. Agrega nuevas células durante el desarrollo y sustituye las células viejas y gastadas a lo largo de tu vida. El objetivo de la mitosis es producir células hijas que sean genéticamente idénticas a sus madres, sin un solo cromosoma de más o de menos. La meiosis, por otra parte, solo se utiliza con un propósito en el cuerpo humano: la producción de gametos o células sexuales, es decir espermatozoides y óvulos. Su objetivo es hacer células hijas con exactamente la mitad de cromosomas que la célula inicial. Por definición, la meiosis en los humanos es un proceso de división celular que nos lleva de una célula diploide, una con dos juegos de cromosomas, a células haploides, que tienen un solo juego de cromosomas. En los seres humanos, las células haploides producidas por meiosis son los espermatozoides y los óvulos. Cuando un espermatozoide y un óvulo se unen en la fecundación, sus dos juegos haploides de cromosomas se combinan para formar un conjunto diploide completo: un genoma nuevo. Fases de la meiosis En muchas formas, la meiosis es muy similar a la mitosis. La célula experimenta etapas similares y utiliza estrategias similares para organizar y separar los cromosomas. En la meiosis, sin embargo, la célula tiene una tarea más compleja. Al igual que en la mitosis, necesita separar las cromátidas hermanas (las dos mitades de un cromosoma duplicado). Pero también debe separar los cromosomas homólogos, los pares de cromosomas similares pero no idénticos que un organismo recibe de sus dos padres. Estos objetivos se logran en la meiosis mediante un proceso de división de dos etapas. Los pares homólogos se separan durante una primera ronda de división celular, llamada meiosis I. Las cromátidas hermanas se separan durante una segunda ronda, llamada meiosis II. Puesto que la división celular ocurre dos veces durante la meiosis, una célula inicial puede producir cuatro gametos (espermatozoides u óvulos). En cada ronda de división, las células experimentan cuatro etapas: profase, metafase, anafase y telofase. Meiosis I Antes de entrar en la meiosis I, una célula primero debe pasar por la interfase. Al igual que en la mitosis, la célula crece durante la fase G [_1] , copia todos sus cromosomas durante la fase S y se prepara para la división durante la fase G [_2] . Durante la profase I, comienzan a aparecer las diferencias con la mitosis. Como en la mitosis, los cromosomas comienzan a condensarse, pero en la meiosis I, también forman pares. Cada cromosoma se alinea cuidadosamente con su pareja homóloga de modo que los dos se emparejan en posiciones correspondientes a todo su largo. Por ejemplo, en la imagen siguiente, las letras A, B y C representan genes que se encuentran en puntos particulares del cromosoma, con letras mayúsculas y minúsculas para las diferentes formas, o alelos, de cada gen. El ADN se rompe en el mismo lugar en cada homólogo, en este caso entre los genes B y C, y se reconecta en un patrón entrecruzado de modo que los homólogos intercambian parte de su ADN. Imagen de entrecruzamiento. Dos cromosomas homólogos contienen diferentes versiones de tres genes. Uno tiene las versiones A, B y C, mientras que el otro tiene las versiones a, b, y c. Ocurre un evento de entrecruzamiento en el que dos cromátidas —una de cada homólogo— intercambian fragmentos de los genes C y c. Ahora, cada homólogo tiene dos cromátidas disímiles:
Una tiene A, B, C en una cromátida y A, B, c en la otra cromátida.
El otro homólogo tiene a, b, c en una cromátida y a, b, C en la otra cromátida.
Crédito de imagen: basada en "El proceso de la meiosis: Figura 2" de OpenStax College, Biología, CC BY 3.0 Este proceso, donde los cromosomas homólogos intercambian partes, se llama entrecruzamiento. Es ayudado por una estructura de proteína llamada complejo sinaptonémico que mantiene juntos a los homólogos. Los cromosomas en realidad estarían colocados uno encima de otro, como en la imagen siguiente, a lo largo del entrecruzamiento; solamente se muestran uno junto al otro en la imagen anterior para que sea más fácil ver el intercambio de material genético. Imagen de dos cromosomas homólogos, colocados uno encima del otro que se mantienen unidos por el complejo sinaptonémico
Crédito de imagen: Basado en "El proceso de la meiosis: Figura 1" de OpenStax College, Biología, CC BY 3.0 Puedes ver los entrecruzamientos en un microscopio como quiasmas, estructuras en forma de cruz donde los homólogos están ligados. Los quiasmas mantienen los homólogos conectados el uno con el otro después de que el complejo sinaptonémico se descompone, así que cada par homólogo necesita por lo menos uno. Es común que ocurran entrecruzamientos múltiples (¡hasta [25] !) para cada par homólogo [^1] . Los puntos donde suceden los entrecruzamientos son más o menos al azar, lo que conduce a la formación de cromosomas nuevos “remezclados” con combinaciones únicas de alelos. Después del entrecruzamiento, el huso comienza a capturar los cromosomas y moverlos hacia el centro de la célula (placa metafásica). Esto se puede parecer a la mitosis, pero hay una diferencia. Cada cromosoma se une a los microtúbulos de solo uno de los polos del huso, y los dos homólogos de un par se unen a los microtúbulos de polos opuestos. Por lo tanto, durante la metafase I, son los pares homólogos —no los cromosomas individuales— los que se alinean en la placa metafásica para la separación. Las fases de la meiosis I
Profase I: la célula inicial es diploide 2n = 4. Los cromosomas homólogos se emparejan e intercambian fragmentos en el proceso de entrecruzamiento.
Metafase I: los pares homólogos se alinean en la placa metafásica.
Anafase I: los homólogos se separan a extremos opuestos de la célula. Las cromátidas hermanas permanecen juntas.
Telofase I: las células recién formadas son haploides, n = 2. Cada cromosoma tiene todavía dos cromátidas hermanas, pero las cromátidas de cada cromosoma ya no son idénticas entre sí.
Cuando los pares homólogos se alinean en la placa metafásica, la orientación de cada par es al azar. Por ejemplo, en el diagrama anterior, la versión rosa del cromosoma grande y la versión púrpura del cromosoma pequeño están colocadas hacia el mismo polo y entran a la misma célula. Pero la orientación podría igualmente ser inversa, de modo que ambos cromosomas púrpuras entraran juntos a la célula. Esto permite la formación de gametos con diferentes grupos de homólogos. ¿Puedes explicarme a qué te refieres? Diagrama que muestra la relación entre la configuración de cromosomas en la meiosis I y la segregación homóloga en los gametos. El diagrama representa un caso simplificado en el que un organismo solo tiene 2n = 4 cromosomas. En este caso, se pueden producir cuatro tipos diferentes de gametos en función de si los homólogos maternos están posicionados en el mismo lado o en lados opuestos de la placa metafásica.
En la anafase I, los homólogos son separados y se mueven a los extremos opuestos de la célula. Las cromátidas hermanas de cada cromosoma, sin embargo, permanecen unidas una con la otra y no se separan. Finalmente, en la telofase I, los cromosomas llegan a polos opuestos de la célula. En algunos organismos, la membrana nuclear se vuelve a formar y los cromosomas se descondensan, aunque en otros se omite este paso, puesto que las células pronto experimentan otra ronda de división, la meiosis II [^{2,3}] . La citocinesis por lo general se produce al mismo tiempo que la telofase I y forma dos células hijas haploides. Meiosis II Las células se mueven de la meiosis I a la meiosis II sin copiar su ADN. La meiosis II es un proceso más corto y simple que la meiosis I, y podría resultarte útil pensar en la meiosis II como “mitosis para células haploides.” Las células que entran en meiosis II son aquellas creadas en la meiosis I. Estas células son haploides, tienen un cromosoma de cada par homólogo, pero sus cromosomas todavía están formados por dos cromátidas hermanas. En la meiosis II, las cromátidas hermanas se separan y producen cuatro células haploides con cromosomas no duplicados. Fases de la meiosis II
Profase II: las células iniciales son las células haploides hechas en la meiosis I. Los cromosomas se condensan.
Metafase II: los cromosomas se alinean en la placa metafásica.
Anafase II: las cromátidas hermanas se separan en extremos opuestos de la célula.
Telofase II: los gametos recién formados son haploides y cada cromosoma tiene solo una cromátida.
Durante la profase II, los cromosomas se condensan y la envoltura nuclear se rompe, si es necesario. Los centrosomas se separan, el huso se forma entre ellos y los microtúbulos del huso comienzan a capturar los cromosomas.¿Cuándo se duplicaron los centrosomas? Las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma son capturadas por los microtúbulos de polos opuestos del huso. En la metafase II los cromosomas se alinean individualmente a lo largo de la placa metafásica. En la anafase II, las cromátidas hermanas se separan y son arrastradas hacia polos opuestos de la célula. En la telofase II, las membranas nucleares se forman alrededor de cada juego de cromosomas y los cromosomas se descondensan. La citocinesis divide los juegos de cromosomas en células nuevas, y se forman los productos finales de la meiosis: cuatro células haploides en las que cada cromosoma tiene una sola cromátida. En los seres humanos, los productos de la meiosis son los espermatozoides y los óvulos. ¿La meiosis siempre produce cuatro gametos? Cómo la meiosis “mezcla y empareja” genes Los gametos producidos en la meiosis son todos haploides, pero no son genéticamente idénticos. Por ejemplo, observa el diagrama anterior de la meiosis II, que muestra los productos de la meiosis para una célula con [2n = 4] cromosomas. Cada gameto tiene una “muestra” única de material genético presente en la célula inicial. Pues resulta que hay muchos más tipos de gametos potenciales que solo los cuatro mostrados en el diagrama, incluso para una célula con solo cuatro cromosomas. Las dos razones principales de que podamos obtener muchos gametos genéticamente diferentes son:
Meiosis I
Mitosis vs. Meiosis: Diferencias Clave Característica Mitosis Meiosis Propósito Crecimiento, reparación y reemplazo de células. Reproducción asexual en unicelulares. Producción de gametos (espermatozoides y óvulos) para la reproducción sexual. Tipo de células Células somáticas (cualquier célula del cuerpo que no sea un gameto). Células germinales (células que dan origen a los gametos). Número de divisiones Una Dos (Meiosis I y Meiosis II) Cromosomas hijas Dos células hijas diploides (2n), genéticamente idénticas a la célula madre. Cuatro células hijas haploides (n), genéticamente diferentes a la célula madre y entre sí. Ploidía Mantiene la ploidía (diploide a diploide). Reduce la ploidía a la mitad (diploide a haploide). Entrecruzamiento No ocurre. Ocurre en la Profase I, promoviendo la diversidad genética. Alineación cromosómica Cromosomas individuales se alinean en la metafase. En Metafase I, los pares homólogos se alinean; en Metafase II, los cromosomas individuales se alinean. Separación Cromátidas hermanas se separan en la anafase. En Anafase I, los cromosomas homólogos se separan; en Anafase II, las cromátidas hermanas se separan. Variación genética No produce variación genética. Produce una gran variación genética a través del entrecruzamiento y la orientación aleatoria de los cromosomas homólogos. En resumen:
Diagrama que muestra la relación entre la configuración de cromosomas en la meiosis I y la segregación homóloga en los gametos. El diagrama representa un caso simplificado en el que un organismo solo tiene 2n = 4 cromosomas. En este caso, se pueden producir cuatro tipos diferentes de gametos en función de si los homólogos maternos están posicionados en el mismo lado o en lados opuestos de la placa metafásica.
Cuando además agregamos a esto el entrecruzamiento, la cantidad de gametos genéticamente diferentes que tú, o cualquier otra persona, puedes formar, es efectivamente infinita. Revisa el video sobre la variación en una especie para aprender cómo la diversidad genética generada por la meiosis (y la fertilización) es importante en la evolución y ayuda a la sobrevivencia de las poblaciones.