CAPITOLUL 3

MEIOZA

Transmiterea informaţiei genetice în succesiunea generaţiilor de organisme (de la

părinţi la descendenţi) este un proces complex care are loc în două etape:

1) formarea gameţilor - celule sexuale mature care conţin un număr haploid de

cromozomi (la om – 23) şi 2) fecundarea lor, refăcând la zigot numărul diploid de cromozomi

(46); zigotul are astfel o structură genetică nouă, unică şi constantă denumită individualitate

genetică.

1. Gametogeneza

Gametogeneza are loc în gonade, prin meioză - o diviziune reducţională - , care asigură

transmiterea informaţiei genetice la generaţia următoare (figura 2.1). Meioza are rolul:

- de a reduce numărul de cromozomi astfel ca, după fecundare, numărul de cromozomi

ai speciei să fie menţinut constant,

- de a crea diversitate genetică la descendenţi prin fenomenele de recombinare din

profaza şi anafaza primară.

Meioza se realizează atât la bărbat, cât şi la femeie, prin două diviziuni celulare

succesive: diviziunea meiotică primară (meioza I, heterotipică, reducţională) şi diviziunea

meiotică secundară (meioza II, homotipică, ecuaţională), ce nu sunt separate de interfază,

ADN fiind replicat o singură dată.

1.1. Diviziunea meiotică primară

Diviziunea meiotică primară este o formă specială de diviziune celulară, cu o durată

mai lungă, care se desfăşoară în aceleaşi patru faze (profaza, metafaza, anafaza, telofaza) ca şi

mitoza.

1) Profaza primară este foarte lungă şi este împărţită convenţional în 5 faze:

1. Leptoten. Iniţierea profazei este marcată de conturarea unor filamente subţiri şi

lungi, reprezentând cromozomii. In acest stadiu, fiecare cromozom este alcătuit din două

cromatide (care nu sunt vizibile la microscopul optic, datorită lungimii mari şi grosimii

1

2

Profaza I

leptoten

zigoten

pachiten precoce pachiten tardiv

diploten

diakineza

Metafaza I

Anafaza I

Telofaza I

Metafaza II

Anafaza II

Telofaza II

Fig. 2.1. Reprezentare schematică a meiozei.

reduse); cromozomii sunt ataşaţi cu ambele telomere la membrana nucleară şi, pe măsură ce

stadiul avansează, se scurtează şi se îngroaşă.

2. Zigoten. Acest stadiu începe cu împerecherea cromozomilor omologi (matern şi

patern), prin dispunerea paralelă de-a lungul cromatidelor, proces denumit sinapsă. Iniţial,

contactul dintre cromozomi este limitat la câteva puncte, de obicei terminaţiile cromozomiale.

Procesul de sinapsă progresează, rezultând în final structuri pereche denumite bivalenţi,

constând fiecare din cei doi cromozomi omologi. În realitate, fiecare unitate bivalentă este o

tetradă, deoarece conţine patru cromatide. Numărul bivalenţilor corespunde numărului haploid

(n).

Excepţia de la acest model de sinapsă este

prezentă la sexul masculin, la care cromozomii X şi Y,

nefiind omologi, fac sinapsă de tip termino-terminal

(“cap la cap”), printr-o mică regiune aflată la capătul

braţelor scurte şi formează o structură specifică numită

veziculă sexuală (figura 2.2).

3. Pahiten. Stadiul de pachiten începe din

momentul în care sinapsa este completă. Nucleul

celular conţine un număr haploid de bivalenţi, mai

scurţi şi mai groşi decât în stadiul anterior. La nivelul bivalenţilor se observă, din loc în loc,

nişte îngroşări denumite cromomere (cromomerele pot fi observate, de altfel, şi în cele două

stadii anterioare), a căror număr şi poziţie sunt caracteristice fiecărui cromozom.

Cromozomii împerechiaţi sunt încă strâns legaţi în regiunile numite complexe

sinaptonemice, vizibile la microscopul electronic.

4. Diploten. Cei doi cromozomi dintr-o tetradă au tendinţa de a se separa unul de

celălalt (ca şi cum s-ar respinge reciproc), dar clivarea nu este completă, cromozomii

rămânând în contact în anumite puncte, denumite chiasmata (singular: chiasma) (lb.greacă

„chiasma” = încrucişare). Chiasmata reprezintă substratul citologic al procesului de crossing-

over (încrucişare reciprocă). In esenţă, acest proces constă într-o recombinare a genelor,

rezultată dintr-un interschimb de segmente între doi cromozomi omologi. Ca rezultat al

procesului de crossing-over, două dintre cromatide vor conţine gene de la ambii părinţi,

celelate două rămânând neschimbate. Acest fenomen de recombinare genică

intracromozomială reprezintă o sursă de variabilitate genică, datorită noilor combinaţii de

gene care apar şi se transmit la descendenţi.

3

Fig. 2.2. Vezicula sexuală

5. Diakinesis. Cromozomii continuă să se scurteze şi să se îngroaşe, iar chiasmata se

deplasează spre terminaţiile cromatidelor (terminalizarea chiasmatei). Nucleolul dispare, iar

membrana nucleară începe să se dizolve.

2) Metafaza primară. Membrana nucleară dispare complet şi se formează fusul de

diviziune, iar bivalenţii (formaţi din cromozomi bicromatidieni) se fixează cu centromerul pe

fibrele fusului de diviziune şi se deplasează în planul ecuatorial al celulei.

3) Anafaza primară. Fenomenul genetic important al anafazei primare este

reprezentat de disjuncţia cromozomială. Cei doi cromozomi omologi ai fiecărui bivalent se

separă (spre deosebire de mitoză, cromatidele surori nu se separă, ci rămân unite la nivelul

centromerului), pentru ca apoi cromozomii (bicromatidieni) să se deplaseze, simultan şi cu

aceeaşi viteză, spre polii opuşi ai celulei. Astfel fiecare celulă-fiică va primi câte un exemplar

(un singur cromozom) din perechea de cromozomi omologi, fiind deci haploidă (23

cromozomi). Acest fenomen stă la baza primei legi a lui Mendel, legea segregării (purităţii

gameţilor).

Segregarea (separarea) fiecărei perechi de cromozomi omologi este aleatorie şi

determină asortarea independentă a cromozomilor în celulele-fiice, fenomen denumit

recombinare intercromozomială. Deoarece fiecare pereche de cromozomi se separă

independent de celelalte perechi, combinaţiile cromozomiale ale gameţilor, raportate la

numărul de perechi de cromozomi ai speciei, permit formarea a 223 tipuri de gameţi (peste 8,4

milioane de gameţi diferiţi) la fiecare dintre cele două sexe. Asortarea independentă a

cromozomilor prin fenomenul de recombinare intercromozomială confirmă cea de-a doua lege

a lui Mendel, care se referă la combinarea factorilor ereditari (genelor) astfel că fiecare gamet

rezultat are un set unic de gene, diferit de al celorlalţi.

4) Telofaza primară. In telofază se reface membrana nucleară. Spre deosebire de

telofaza mitotică, citokineza nu este completă, celulele-fiice rămânând unite printr-o punte

citoplasmatică, formând o diadă.

1.2. Diviziunea meiotică secundară

Cea de-a doua diviziune meiotică începe imediat după terminarea meiozei primare şi se

desfăşoară, în linii generale, asemenea unei mitoze; diferenţa este că se realizează în celule cu

un set cromozomial haploid (de 23 de cromozomi bicromatidieni), dintre care unii

recombinanţi şi nu este precedată de o replicare a ADN; este deci homotipică sau ecuaţională

şi se desfăşoară în patru stadii: profaza, metafaza, anafaza şi telofaza (figura ).

4

1) Profaza secundară. Cei 23 de cromozomii bicromatidieni se individualizează net,

iar membrana nucleară se dezasamblează.

(2) Metafaza secundară. Cromozomii se condensează, se orientează şi se aliniază în

planul ecuatorial, fiecare cu centromerul ataşat de o fibră a fusului de diviziune, la nivelul

plăcii metafazice.

(3) Anafaza secundară. Centromerele se clivează – disjuncţie cromatidiană, iar

cromatidele migrează de-a lungul fusului spre polii opuşi ai celulei; fiecare cromatidă a

devenit un cromozom separat.

(4) Telofaza secundară este caracterizată prin reorganizarea nucleilor şi separarea

celulelor-fiice rezultate.

În final apar patru celule haploide care, prin maturare, se transformă în gameţi

fecundabili. Gameţii nu sunt identici, fiecare având o altă combinaţie de gene datorită

fenomenelor de crossing-over şi segregare independentă a cromozomilor.

Particularităţile meiozei la bărbat şi la femeie

Meioza prezintă o serie de particularităţi la cele două sexe, referitoare la cronologia,

desfăşurarea şi finalitatea ei. La bărbaţi se formează în final patru spermatozoizi, în timp ce la

femeie, prin eliminarea globulilor polari, rezultă doar un ovul.

1) Gametogeneza la bărbat

Spermatogeneza (figura 2.3) începe la pubertate, sub acţiunea FSH şi LH, şi continuă

toată viaţa adultă. Celulele germinale din tubii seminiferi testiculari, spermatogoniile, încep să

se dividă şi să se multiplice; unele din aceste celule menţin, prin diviziuni celulare succesive,

constanţa fondului celular; altele îşi încetează diviziunea şi se măresc, devenind spermatocite

primare. Spermatocitele primare se angajează în prima diviziune meiotică. Cele două celule-

fiice rezultate, spermatocite secundare, conţin câte un set haploid de cromozomi.

Spermatocitele secundare intră imediat în cea de-a doua diviziune meiotică, rezultând două

celule-fiice denumite spermatide, cu număr haploid de cromozomi. Spermatidele se

transformă apoi, prin procesul de spermiogeneză, în spermatozoizi.

In cele din urmă, dintr-un spermatocit primar rezultă patru spermatozoizi haploizi:

jumătate 23,X, iar jumătate 23,Y.

5

Cromozomii X şi Y conţin genele de sexualizare specifice fiecărui sex. Ei se unesc în

profaza meiozei primare ”cap la cap” (nu ”margine la margine” ca cromozomii somatici),

ceea ce împiedică schimbul de gene dintre X şi Y.

6

7

Fecundare

Pubertate

60 - 65zile

Spermatogonii

Spermatocite primare

Spermatocite secundare

Zigot

Spermatozoizi

Mit

oze

Mei

oza

IM

eioz

a II

Fig. 2.3. Spermatogeneza

Indiferent de vărsta bărbatului, spermatogeneza este parcursă rapid (aproximativ 9

săptămâni) şi este un proces intens (1ml de spermă conţine circa 70 de milioane de

spermatozoizi). Procesul de spermatogeneză, odată declanşat, are loc ritmic, nefiind

condiţionat de factori externi.

2) Gametogeneza la femeie

Diferitele stadii ale meiozei la femeie (figura 2.4) sunt comparabile din punct de

vedere citologic cu cele ale meiozei la bărbat, însă orarul procesului este complet diferit.

Ovogeneza începe prenatal şi este discontinuă: în luna a III-a de viaţă intrauterină, ovogoniile

se divid şi se transformă în ovocite primare, astfel că, în luna a VII-a, toate ovogoniile au

dispărut, ele fiind diferenţiate în ovocite primare. Deci, spre deosebire de bărbat, la care

spermatocitele se produc fără întrerupere de la pubertate până la bătrâneţe, producerea

ovocitelor este limitată (în ovar există la naştere circa 2 milioane de ovocite/ovar, iar la

pubertate sub 200.000)

Ovocitele primare se deosebesc şi ele de spermatocite: sunt celule mari, cu nucleu

excentric şi încep prima diviziune meiotică din luna a III-a; parcurg stadiile de lepto-, zigo-,

pachi- şi diploten, apoi sunt blocate într-o fază de repaus numită dictioten; aceste ovocite sunt

înconjurate de un strat unic de celule foliculare, formând foliculul primordial şi rămân în acest

stadiu mulţi ani (10-15), până la ovulaţie.

Începând cu pubertatea şi până la menopauză, sub influenţa hormonului foliculo-

stimulant hipofizar (FSH), câţiva foliculi ovarieni se maturează lunar, însă doar unul sau

maxim două ovocite din aceşti foliculi completează prima diviziune meiotică. Axa de

diviziune a citoplasmei este excentrică (datorită poziţiei excentrice a nucleului), astfel încât

una din celulele-fiice, ovocitul secundar, primeşte aproape toată citoplasma ovocitului I;

cealaltă celulă, de dimensiuni mici, constituie primul globul polar. In acest moment are loc

ovulaţia, cu expulzia ovocitului. Ovocitul secundar, însoţit de primul globul polar, ajunge în

trompă, unde se angajează în a doua diviziune meiotică, care este oprită în metafaza secundară

şi este completată numai dacă s-a produs fecundarea, când este eliminat al doilea globul polar.

Primul globul polar se poate divide la rândul lui; astfel, în final se formează o singură celulă

sexuală matură şi trei globule polare (celule nefuncţionale), care vor degenera. Toate ovulele

vor avea 23,X cromozomi.

Ovogeneza este, astfel, mai puţin intensă (un ovul pe lună), iar în perioada

reproductivă scurtă (de circa 30 de ani) se maturează numai 300-400 ovocite.

8

2. Fecundarea

Fecundarea reprezintă unirea celor doi gameţi, ovulul şi spermatozoidul, şi formarea

zigotului (celula-ou), din care, prin diviziuni succesive, se va forma un nou organism.

La om, fecundarea este monospermică: pătrunderea unui singur spematozoid în

citoplasma ovulului declanşează o serie de procese biochimice care împiedică intrarea altor

spermatozoizi. Aparatul mitotic al ovocitului II se activează şi finalizează meioza secundară,

9

Ovocit secundar

Spermatozoid

Globuli polari

Fecundare

Embrion

Fetus

Naştere

Ovulaţie

Fecundare

Ovogonie

Ovocit primar

Dictioten

Zigot

Mitoze

Meioza I

Meioza II

Fig. 2.4. Ovogeneza

eliminându-se al doilea globul polar. Setul de cromozomi rămas în ovocit (23) formează

pronucleul feminin. Spermatozoidul suferă câteva modificări în citoplasma ovocitului

(dezintegrarea cozii şi a piesei intermediare), iar nucleul său devine pronucleul masculin. Cei

doi pronuclei se apropie unul de altul, cromozomii lor se replică sincron şi, după ruperea

membranelor nucleare, se fixează pe fibrele primului fus de diviziune mitotic al zigotului; prin

diviziunea zigotului se formează primele două celule-fiice diploide.

Din punct de vedere genetic, în timpul fecundării are loc, în primul rând, refacerea

numărului diploid de cromozomi (2n = 46), prin fuziunea celor doi gameţi haploizi (n = 23).

Toate celulele somatice ale zigotului vor avea perechi de cromozomi omologi, identici ca

morfologie şi structură genetică, dar diferiţi ca origine.

În al doilea rând, în momentul fecundării se stabileşte sexul genetic, XX sau XY, al

viitorului organism.

10