Diviyiunea meiotică vs. mitotică

Formula cromozomialaFormula cromozomiala

- Organism diploid = 2n- 2 copii din fiecare cromozom somatic

şi 2 cromozomi sexuali- Celulele germinale-gametii- contin

doar un set haploid de cromozomi, cate unul din fiecare pereche

- Celulele somatice ~= 1014

diviziunea caracteristică => mitoza

- Reproducerea sexuată necesită obţinerea de celule haploide => meioză

22 perechi de cz. somatici + chromozomi sexuali (XX sau XY)

The cell cycle

Nucleii celulelor somatice se divid mitotic →2 celule fiice cu acelaşi număr de cromozomi (46), identice d.p.d.v. genetic cu celula-mamă.

Mitoza este precedată de replicarea ADN-ului în timpul stadiului S al interfazei în vederea obţinerii de cromozomi bicromatidici.

Stadiile interfazei

G1 – celula creşte in dimensiuni, au loc sinteze proteice şi dublarea nr. de organite celulare.

S – Sinteză de ADN a.î. fiecare cromozom monocromatidic devine bicromatidic.

G2 – sinteze proteice şi pregatirea celulei în vederea diviziunii

Replicarea cromozomilor

• Cele 2 cromatide obţinute sunt numite cromatide surori şi sunt unite la nivelul centromerului

Fusul de diviziune conţine fibre formate din microtubuli ce se asamblează şi se dezasamblează.

Cromozomii se ataşează de fibrele fusului de diviziune prin intermediul kinetocorilor din regiunea centromerică.

Este formată din 4 stadii: profaza, metafaza, anafaza, şi telofaza.

Mitoza

• Microtubulii fusului de diviziune se fixează de kinetocorii din regiunea centromerică

• Cromatidele surori se separă în anafază

• Prin scurtarea microtubulilor, cele 2 cromatide se separă şi migrează la polii opuşi ai celulei.Presiunea este aplicată la nivelul kinetocorului, câte una pt. fiecare cromatidă.

•Migrarea centriolilor•Formarea fusului de diviziune•Condensarea fibrei de cromatină

•Microtubulii fusului de diviziune se ataşează de kinetetocorii din zona centomerică•Cromozomii se condensează şi migrează în planul ecuatorial al cel→placa metafazică

•Separarea cromatidelor surori care migreazăspre polii opuşi ai cel

•La polii opuli se reconstituie 2 grupe anafazice de cromozomi;•Decondensarea fibrei de cromatină•Refacerea membranei nucleare•Dispariţia fusului de diviziune

Profaza Metafaza Anafaza

Telofaza Citokineza

Interfază

Profaza precoce

Profaza tardivă

Metafază

Anafază

Telofază

Citokineza

Citokineza, sau diviziunea masei citoplasmatice începe în anafază.

Celulele fiice vor avea cam acelaşi număr de organite celulare ca şi celula-mamă.

MeioMeiozaza

• Permite obţinerea de celule haploide cu cromozomi monocromatidici, gameţii.

• Diploid (2n) Diploid (2n) haploid (n)haploid (n)

• 22 divi diviziuni succesiveziuni succesive (meiomeiozaza I I şi meiomeiozaza II II).

În meioza I se separă cromozomii omologi.

Celulele fiice sunt haploide (23 cromozomi).Cromozomii sunt bicromatidici, dar cele 2 cromatide surori nu sunt identice d.p.d.v. genetic.Au loc procese de crossing-over (schimb de segmente cromatidice între cei 2 omologi).

În meioza II se separă cromatidele surori.

Celule fiice haploide cu cromozomi monocromatidici (ovul şi spermii).Reproducerea sexuată va restabili numărul diploid de cromozomi prin unirea gameţilor.

MeioMeioza za II

• ddiviiviziuneaziunea în care se reduce numărul de cromocromozzomomii la jumătatejumătate..

• 4 faze4 faze:

a.a. proproffaazaza I I

b.b. metametaffaazaza I I

c.c. anaanaffaazaza I I

d.d. teloteloffaazaza I I

Profaza I – durată lungă (5 stadii)

Zigoten-pahiten

Cromozomii omologi se împerechează → 23 bivalenţi

Apar fenomene de crossing-over.

Diakineză-prometafazăCromozomii se contractă

longitudinal (cz rămân legaţi doar prin chiamele situate la extremităţile cz).

Se formează fusul de diviziune.Dispariţia membranei nucleare.

Meioza I, Profaza I

• Leptoten– Cromozomii sunt vizibili ca filamente fine

• Zigoten– cromozomii omologi se împerechează (de la extremităţi către centromer) şi

formează 23 bivalenţii; cz. X şi Y nefiind omologi se împerechează doar la nivelul extremităţilor braţelor, se condensează şi formează vezicula sexuală

• Pahiten– Apar 2 planuri de clivaj: reducţional şi equaţional (tetradă); în timpul clivajului au loc

rupturi cromatidice la acelaşi nivel pe cromatidelo omoloage.– Apar fenomene de crossing-over. Cromozomii se contractă longitudinal prin

spiralizare excesivă; 23 bivalenţi cu 4 cromatide care nu sunt identice. • Diploten

– Cromozomii omologi încep să se respingă cu excepţie unor regiuni denumite chiasme în care au avut loc procese de crossing-over; numărul chiasmelor scade treptat, mai afectate fiind chiasmele situate în zona pericentromerică.

• Diakineza– Scurtarea cromozomilor, reducerea numărului de chiasme; bivalenţii au figuri

caracteristice (rămân legaţi doar prin chasmele situate la nivel periferic) şi pot fi număraţi

Complexul sinaptonemal permite împerecherea cromozomilor omologi şi desfăşurarea proceselor de crossing- over. Crossing -over apare la nivelul unor complexe proteice denumite noduli de recombinare. În absenţa formării complexului sinaptonemal nu sunt posibile recombinări.

Crossover & Chiasme

• Regiunile de crossing over vizibile la nivelul chiasmelor

Crossing Over→ Cromatide recombinate

Profaza I

• Si alte componente celulare se pregătesc pt. diviziune:– Centriolii migrează spre polii opuşi ai celulei şi

microtubulii fusului de diviziune se formează între ei.

– Dispare membrana nucleară.– Microtubulii fusului de diviziune se ataşează

de kinetocorii din regiunea centromerică.– Cromozomii migrează spre planul ecuatorial.– Poate dura zile sau ani.

The stages of meiotic cell division: Meiosis I

Metafaza I

•cromozomii omologi se dispun de o parte şi de alta a planului ecuatorial al celulei formand placa metefazică.

•Microtubulii fusului de diviziune se ataşează de unul din cei 2 cromozomi omologi la nivelul kinetocorului.

•Cele 2 cromatide surori nu sunt genetic identice

Anafaza I

Cromozomii omologi se separă şi migrează spre polii opuşi ai celulei.

Cromatidele surori neidentice d.p.d.v genetic datorită proceselor de croosing-over rămân ataşate la nivelul centromerului .

Telofaza I

Refacerea membranei nucleare.

Dispariţia fusului de diviziune.

Fiecare grup anafazic conţine un set haploid de cromozomi bicromatidici

Citokineza.

Meioza IMetafaza I –Telofaza I

• Metafaza I– Bivalenţii ajung în planul ecuatorial al celulei, cu cei 2 centromeri

de o parte şi de alta a planului

• Anafaza I– Separarea completă a celor 2 omologi care migrează spre polii

opuşi ai celulei - disjuncţie– Fiecare grup anafazic conţine atât cromozomi materni cât şi

paterni (segregarea aleatorie acromozomilor materni/paterni).

• Telofaza I – Refacerea membranei nucleare, despiralizarea cromozomilor – Se formează spermatocte II sau ovocitul de ordinul II şi primul

globul polar (Celule haploide cu 23 cromozomi).

Meioza II : Separă cromatidele surori

• Evenimentele decurg similar cu cele ale mitozei cu 2 diferenţe:

1. Participă un set haploid de cromozomi

2. Cele 2 cromatide surori nu sunt identice

Nu este precedată de INTERFAZĂ !

Meioza II : diviziunea ecuaţională

ProfazaII(haploid)

Metafaza II(haploid)

Anafaza II(haploid)

Telofaza II(haploid)

4 celule fiice haploide

diferite d.p.d,v. genetic

Meioza II• Profaza II

membrana nucleară dispare; cei 23 cromozomi se condensează longitudinal.

• Metafaza II– Cromozomiii migrează în planul ecuatorial al celulei

→ placa metafazică.• Anafaza II - Centromerii se divid longitudinal şi cele 2 cromatide

surori migrează către polii opuşi ai celulei prin scurtarea fibrelor fusului de diviziune.

• Telofaza II– Refacerea membranei nucleare ( 4 Spermatide sau

1 Ovul+al II-lea globul polar)• Non-disjunctie

– Nesepararea cromozomilor omologi sau a cromatidelor surori.

Metafaza II

Cromozomii se aliniază în planul ecuatorial al celulei Kinetocorii celor 2 cromatide surori se ataşează de microtubulii fibrele fusului de diviziune.

Anafaza II

Centromerii se divid longitudinal şi cele 2 cromatide surori non-identice se separă complet şi migrează către polii opuşi ai celulei prin scurtarea microtubulilor fusului de diviziune

Telofaza II

Refacerea membranei nucleare.

Cromozomii se despiralizează.

Dispariţia fusului de diviziune.

Citokineza.

Meiosis II

Rezultatele meiozei

Formarea gameţilor

4 celule haploide cu cromozomi monocromatidici

1 cromozom din fiecare pereche

O singură copie pt. fiecare genă

Stadiile meiozei

De ce este importantă meioza?

- formarea gameţilor haploizi

- obţinerea de noi combinaţii de gene

-Cum?

Jocul cromozomilor de o parte şi de alta a planului ecuatorial al celulei în metafaza I

Crossing-over

Asortarea independentă 2 perechi de cz→ 4 combinaţii

posibile la niv. gameţilor

Nr de combinaţii/ gametNr de combinaţii/ gamet

• Formula: 2Formula: 2nn

• 22n = 46n = 46

nn= 23= 23

• 222323 = ~8 mil = ~8 milioaneioane combina combinaţiiţii

MeioMeioza la sexul masculinza la sexul masculin- Are loc continuu începând cu pubertatea→ toată viaţa; 4 spermatide care

prin spermiogeneză se transformă în spermatozoizi.

Ovogeneză

Rezultat: 4 celule diferite morfologic şi genetic: ovulul şi 2 globuli polari

• Locatie: ovar

• Durata procesului: 10-50 ani

MeioMeioza la sexul femininza la sexul feminin- - Începe în viaţă intrauterină; este Începe în viaţă intrauterină; este stopată în diploten; reluată progresiv stopată în diploten; reluată progresiv după pubertate (stopată din nou în după pubertate (stopată din nou în absenţa fertilizării în metafaza absenţa fertilizării în metafaza II)→menopauză; 1 ovul /lunăII)→menopauză; 1 ovul /lună

În timpul ovogenezei, din luna a 3-a a vieţii intrauterine ovogoniile se diferenţiază progresiv în ovocite de ord.I care intră în meioza I şi se derulează până în stadiul de diploten. La naştere, în ovarul fetal există 400000 ovocite de ord.I aflate în stadiul de diploten. Începând cu pubertatea, un număr variabil de ovocite I continuă meioza I lunar dar una singură realizează ovulaţia. ovocitul de ord.I , celulă diploidă cu cromozomi bicromatidici intră în meioza I → 2 celule haploide, ovocitul de ord.II ce primeşte cea mai mare cantitate de citoplasmă şi primul globul polar.Ovocitul II intră în meioza II care se derulează până în stadiul de metafază II, moment în care are loc şi ovulaţia.

Metafaza II este continuată doar dacă are loc fertilizarea, cu formarea ovulului şi al celui de-al doilea globul polar

Ovogeneza versus Spermatogeneza

Diferenţe între spermatogeneză şi ovogeneză

• ♂2 diviziuni meiotice

succesive şi o fază de maturare (spermiogeneză)

Rezultat: 4 spermatozoizi identici morgologic

Debut la pubertate şi durează toată viaţa;

În fiecare lună sunt produşi milioane de spermatozoizi.

Durata procesului: 2 luni;

• ♀Meioza începe în viaţa

intrauterină; la naştere există 400000 ovocite de ord. I în stadiul de diploten.

Este stopată de 2 ori: în diplotenul profazei I şi metafaza II.

Durează până la menopauză (10-50 ani);

În fiecare lună este produs un singur ovul.

Rezultat: o celulă mare, ovulul şi 2 globuli polari incapabili de fertilizare.

Anomalii cromozomiale numerice

Meioza = proces controlat genetic. - factori care împiedică desfăşurarea normală ↓ Nondisjuncţii: - în meioza I prin migrarea spre acelaşi pol al celulei a celor

2 cromozomi omologi;

- în meioza II prin migrarea unidirecţională a celor 2 cromatide surori;

Nondisjuncţii in meioza I

Nondisjunctii in meioza II

Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.

Non-disjuncţii în meioză interesând cromozomii sexuali

Rolul meiozei în asigurarea variabilităţii genetice

• O nouă combinaţie de alele apar în urma proceselor de crossing-over, distribuţia aleatorie a cromozomilor la nivelul gameţilor şi fertilizare.

• Procesele de crossing -over din meioza I determină ca fiecare cromozom să poarte o nouă combinaţie de alele de origine maternă/paternă (recombinare intracromozomială).

• Segregarea independentă a cromozomilor omologi este determinată de distribuţia aleatorie acromozomilor materni/paterni de o parte şi de alta a planului ecuatorial al celulei (recombinare intercromozomială) → 8 milioane de combinaţii per gamet.

• Fertilizarea este o altă sursă de asigurare a variabilităţii genetice deoarece 8 milioane tipuri de spermatozoizi pot fertiliza 8 milioane tipuri de ovule (recombinare la nivelul genomului).

Întrebări• 1. Ce eveniment are loc în timpul

împerecherii cromozomilor omologi în profaza I a meiozei?

• 2. Enumeraţi câteva diferenţe între metafaza mitotică şi metafaza I şi respectiv metafaza II.

• 3. De ce este importantă meioza d.p. d.v. genetic?

• 4. Ce evenimente au loc în timpul interfazei?

5. Comparaţi mitoza şi meioza în ceea ce priveşte următoarele aspecte:

• a. Numărul de celule fiice.• b. Cantitatea de ADN în celulele fiice

comparativ cu celula-mamă.• c. Mecanisme de introducere a

variabilităţii genetice.

Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.

Comparaţii între mitoză şi meioza I

Crossing-over

Random assortment

Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.

Comparaţii între mitoză şi meioză

Comparaţii între cele 2 diviziuni: mitotică şi meiotică

Problema 6Problema 6::

• In In ceea ce priveşte ceea ce priveşte Segregarea Segregarea Independentă,Independentă, câte combinaţii diferite câte combinaţii diferite la nivelul spermatozoizilor pot aparela nivelul spermatozoizilor pot apare? ?

Nr de combinaţii/ gametNr de combinaţii/ gamet

• Formula: 2Formula: 2nn

• 22n = 46n = 46

nn= 23= 23

• 222323 = ~8 mil = ~8 milioaneioane combina combinaţiiţii

VariaVariabilitate geneticăbilitate genetică

• Problema 7Problema 7

Care sunt cele 3 mecanisme care Care sunt cele 3 mecanisme care asigură variabilitatea genetică?asigură variabilitatea genetică?

RăspunsRăspuns::

1. crossing over (pro1. crossing over (profazafaza I) I)

22. asortarea. asortarea independent independentăă ( (metafazametafaza I) I)

3. Fertiliza3. Fertilizarea aleatorierea aleatorie

Meiosis I

One diploid sex cell divides……

Meiosis II

Result: One diploid cell = four haploid cells

Mitosis is one part of the “cell cycle”

Mitosis

Many cells alternate between dividing and “resting” or not dividing

DNA synthesis

Gap 1; metabolic activity and cell growth

Gap 2; metabolic activity and cell growth

G0 (resting phase)

1 hour of 16 hourcell cycle

•Centrosomes migrate•Spindle fibers form•Chromatin condenses

•Kinetochore microtubules attach to chromosomes•Chromosomes move tomidline/metaphase plate

•Links break•Daughter chr.move to poles

•Chr. reach poles and decondense•Nuclear envelope reforms•Spindle fibers disappear

Prophase Metaphase Anaphase

Telophase Cytokinesis