Meiosis (soluciones)

1.- Defina meiosis.

La meiosis es un tipo de división celular cuya finalidad es originar células con la mitad de la dotación cromosómica que la célula inicial.

Normalmente la célula original es diploide y, por consiguiente, las células resultantes son haploides (gametos, esporas, etc.). Salvo excepciones, las células originadas son genéticamente diferentes entre sí por haber intercambiado material hereditario las cromátidas de los cromosomas homólogos.

2.- Cite las fases propias de las dos divisiones que constituyen la meiosis.

División I o meiosis I:

Profase I (que a su vez comprende: leptoteno, cigoteno, paquiteno, diploteno y diacinesis), metafase I, anafase I, telofase I y citocinesis I.

La división II, o meiosis II, está precedida de una breve interfase, denominada intercinesis, en la cual no hay síntesis de ADN:  

Profase II, metafase II, anafase II, telofase II y citocinesis II.  

Tras las dos divisiones resultan cuatro células con la mitad de los cromosomas que la célula inicial.  

3.- Significado biológico de la meiosis.  

La meiosis permite la constancia numérica de los cromosomas, salvo mutaciones, a lo largo de las generaciones en los ciclos biológicos con reproducción sexual, puesto que al ser los gametos haploides, cuando se unen y forman el cigoto, queda restablecido el número diploide propio de la especie.

En la primera división meiótica tiene lugar un reparto al azar de los cromosomas de los progenitores. Esto quiere decir que una célula con npares de cromosomas homólogos podrá originar 2ⁿ gametos diferentes.

Lo anterior es muy importante, pues al no existir dos gametos idénticos, la reproducción sexual conlleva una gran importancia como proceso generador de variabilidad genética.

Por añadidura, dado que al menos se suele producir un   sobrecruzamiento al azar entre cromátidas de cromosomas homólogos, aumenta enormemente la variabilidad de los gametos al intercambiar material genético, proceso denominado recombinación homóloga.

En resumen: la meiosis produce células haploides a partir de otra diploide y, además, la reproducción sexual promueve la variabilidad genética que posibilita el proceso evolutivo.

4.- Exponga una interpretación del gráfico adjunto e identifique las partes numeradas.

La representación gráfica corresponde a los cambios en el contenido de ADN nuclear de una célula durante un ciclo normal y otro meiótico.

Ciclo normal (mitótico):

Interfase: 1, 2 y 3 (1 = G₁, 2 = S, 3 = G₂).

4 = fase M (mitosis y citocinesis).

Se observa que tras la fase S la cantidad de ADN se ha duplicado y es 4C. Cada una de las dos células resultantes contiene la cantidad de ADN tomada como referencia (2C).

Ciclo meiótico:

Interfase: 5, 6 y 7 (5 = G₁, 6 = S, 7 = G₂).

Esta célula es diploide y su contenido de ADN, durante la fase S, pasa de 2C hasta 4C.

8 = meiosis I. Cada una de las dos células resultantes prosigue el proceso. Observación importante: aunque cada célula tiene un número n (haploide) de cromosomas, el contenido de ADN es propio de una célula diploide (2 C), dado que cada cromosoma está formado por dos cromátidas.

9 = G₁, 10 = G₂. 11 = intercinesis (breve interfase en la que no hay período de síntesis de ADN).

12 = meiosis II. Las células resultantes al final de todo el proceso son haploides y su contenido de ADN es 1C.

5.- ¿Cuáles son las diferencias más importantes entre mitosis y meiosis?

Características de la mitosis:

La célula inicial es generalmente diploide, si bien pueden entrar en mitosis otras con distintas dotaciones cromosómicas: haploides, poliploides, trisómicas, nulisómicas, etc.

Consiste en una cariocinesis y una citocinesis.

Resultan dos células con el mismo número de cromosomas que la célula inicial.

En la profase no hay sinapsis ni entrecruzamientos.

En la anafase las cromátidas hermanas se separan.

No se genera variabilidad genética puesto que, salvo mutación, los cromosomas de las células resultantes son idénticos a los de la célula inicial.

Características de la meiosis:

La célula inicial es generalmente diploide, si bien pueden entrar en meiosis células con dotaciones cromosómicas poliploides pares (por ejemplo, tetraploides).

Consiste en dos cariocinesis y dos citocinesis.

Resultan cuatro células con la mitad de cromosomas que la célula inicial.

En la profase I hay sinapsis y sobrecruzamientos.

En la anafase I las cromátidas hermanas no se separan y migran juntas hacia uno de los polos.

Se genera variabilidad genética, pues los cromosomas de las células resultantes han sufrido recombinación homóloga.

6.- Suponga que 1 y 1’, 2 y 2’, 3 y 3’ son pares de cromosomas homólogos. ¿Cuáles de ellos contendrían las células resultantes de la meiosis?

La célula inicial contiene 3 pares de homólogos, o sea, 6 cromosomas. Tras la meiosis resultan células con la mitad de cromosomas, esto es, 3: uno de cada par.

Las combinaciones posibles son 2ⁿ (siendo n el nº de pares).

Por lo tanto, según los datos del enunciado: 2³ = 8.

Las células resultantes serían 4 de las 8 posibilidades siguientes:

7.- ¿En qué consiste el sobrecruzamiento? ¿Por qué es tan  importante? Haga un esquema.

El sobrecruzamiento, o entrecruzamiento, consiste en el intercambio de material cromosómico entre cromátidas homólogas. Esquema:

Dicho intercambio está mediado por un conjunto de proteínas que forman un nódulo de recombinación. Esto sucede en la primera profase de la meiosis, concretamente durante el paquiteno.

El sobrecruzamiento constituye un mecanismo muy importante para generar variabilidad genética en las poblaciones como consecuencia de la reproducción sexual. Sobre la variabilidad podrá actuar la selección natural posibilitando la evolución.

8.- ¿Cuántos gametos se podrían generar en el caso humano considerando solamente la separación al azar de los cromosomas durante la meiosis?

En las células humanas hay 23 pares de cromosomas homólogos.

Resultaría un número elevadísimo: 2²³.

El número sería mucho mayor, e impredecible, al considerar el sobrecruzamiento (excluido en el enunciado).

9.- En el caso humano, ¿por qué son en general tan diferentes los hijos de los mismos progenitores?

Las células humanas contienen 23 pares de cromosomas, número que se reduce a la mitad como consecuencia de la meiosis que tiene lugar en el proceso de gametogénesis. De forma que 2n = 46 se reduce a n = 23 (uno de cada par).

Cada hijo procede de un cigoto originado al unirse un gameto masculino y otro femenino, pero es muy improbable que un mismo progenitor produzca  dos gametos iguales.

Numerando los pares de cromosomas homólogos y asignando un color diferente, según el sexo, resulta:

Los hijos se originan a partir de cigotos con combinaciones cromosómicas enormemente variadas, aportadas por el óvulo y el espermatozoide fecundante, todo ello sin considerar los sobrecruzamientos que tienen lugar en la primera profase meiótica durante la gametogénesis.

10.- Describa los acontecimientos propios de la primera profase meiótica.

Debe tenerse en cuenta que el material cromosómico quedó duplicado en la etapa S de la interfase y que a lo largo de la profase I va aumentando el grado de empaquetamiento de la cromatina constituyente.

Tradicionalmente se consideran los siguientes períodos:

Leptoteno. Los cromosomas, que aparecen delgados y largos por su bajo grado de empaquetamiento, se van uniendo por sus extremos a la lámina nuclear mediante una estructura llamada placa de unión.

Cigoteno (zigoteno). Comienza con la sinapsis o emparejamiento de los cromosomas homólogos, gracias a unas proteínas que forman el complejo sinaptonémico, posibilitando que el apareamiento sea muy preciso. Cada cromátida está unida por un complejo sinaptonémico a otra de su cromosoma homólogo. Hay, por tanto, dos complejos por cada par de homólogos aunque lo general es dibujar sólo uno para simplificar.

Paquiteno. Los cromosomas homólogos completan su apareamiento y se vuelven más cortos y gruesos, teniendo lugar la formación de nódulos de recombinación, en los cuales se producen intercambios de material cromosómico. Este proceso, denominado recombinación homóloga, sobrecruzamiento o entrecruzamiento, es muy importante para generar variabilidad genética en las células resultantes.

El paquiteno suele ser la etapa más larga de la profase I. El leptoteno y el cigoteno duran pocas horas, pero el paquiteno puede durar días, semanas, meses e incluso años (según el tipo celular y la especie).

Diploteno. Empiezan a deshacerse las placas de unión,  quedando los cromosomas desligados de la lámina nuclear. También desaparecen los complejos sinaptonémicos (excepto en los quiasmas) y los cromosomas homólogos tienden a separarse entre sí, observándose las dos cromátidas de cada uno y que el conjunto (tétrada) permanece unido solamente por los quiasmas, es decir, puntos donde se han producido sobrecruzamientos y en los que persisten los complejos sinaptonémicos.

Diacinesis. Los cromosomas alcanzan un alto grado de empaquetamiento, distinguiéndose con mayor nitidez las 4 cromátidas de cada tétrada. Todos los cromosomas están separados completamente de la membrana nuclear, quedando las tétradas libres en el carioplasma y unidas por los quiasmas, que se van desplazando hacia los extremos (terminalización).

11.- ¿Qué fase representa el esquema adjunto? Nombre las partes numeradas.

Biología 2. Bruño.

He aquí la solución:

Biología 2. Bruño.

 12.- Cite la fase representada en el esquema adjunto y nombre las partes numeradas.

Biología 2. Bruño.

13.- Cite la fase representada en el esquema adjunto y nombre las partes numeradas.

Biología 2. Bruño.

14.- Cite la fase representada en el esquema adjunto y nombre las partes numeradas.

Biología 2. Bruño.

15.- Cite la fase representada en el esquema adjunto y nombre las partes numeradas.

Biología 2. Bruño.

16.- Nombre las partes numeradas en el esquema adjunto. ¿Qué fase representa?

Se ha representado una tétrada con los microtúbulos prolongados hasta los polos, que corresponde a la primera metafase meiótica o metafase I de una célula animal (huso astral).

17.- Exceptuando la profase I, exponga las características de las restantes fases de la meiosis I.

Prometafase I. Comienza con la fragmentación de la envoltura nuclear. Los cromosomas van alcanzando el máximo grado de empaquetamiento y los microtúbulos se unen a los cinetocoros de cada tétrada.

Metafase I. Las tétradas, con los microtúbulos cinetocóricos orientados hacia los polos, se disponen en la zona ecuatorial del huso.

Anafase I. Se separan los cromosomas homólogos, cada uno de los cuales está integrado por sus dos cromátidas (observación: en la anafase de la mitosis tiene lugar la separación de las cromátidas).

Telofase I. Termina el desplazamiento de los cromosomas hacia los polos y se forma una envoltura nuclear alrededor de cada grupo de ellos.

Citocinesis I. Se divide el citoplasma y resultan dos células, cada una de las cuales tiene un número n (haploide) de cromosomas, si bien el contenido de ADN es propio de una célula diploide al estar cada uno formado por dos cromátidas.

18.- Resuma las características de las fases propias de la segunda división meiótica (meiosis II).

Previamente tiene lugar una breve interfase, denominada intercinesis (ver nota), en la que no hay síntesis de ADN.

Profase II. Es de corta duración y no presenta los períodos de la profase I. Los cromosomas, en número haploide pero con sus dos cromátidas, están rodeados por la envoltura nuclear.

Prometafase II. Rotura de la envoltura nuclear. Los microtúbulos se unen a los cinetocoros.

Metafase II. Disposición de los cromosomas en la zona ecuatorial del huso.

Anafase II. Separación de las cromátidas hermanas y desplazamiento de las mismas hacia polos opuestos.

Telofase II. Se forma una nueva envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas, disminuyendo progresivamente el grado de empaquetamiento de la cromatina.

Citocinesis II. Finalmente, la división del citoplasma origina dos células. Como en la meiosis I se formaron dos y cada una realiza la meiosis II, resultan 4 células.

Nota.- A veces no se detecta la intercinesis y la célula pasa de telofase I a profase II. En otros casos, como en la espermatogénesis de algunos insectos, se pasa directamente de la anafase I a la metafase II.

19.- Interprete el esquema adjunto y prediga el resultado.

Se trata de la primera anafase meiótica, o sea, la anafase I, pues tiene lugar la separación de los cromosomas (cada uno con su par de cromátidas) que constituían la tétrada.

Se observa el fenómeno de recombinación homóloga en el par de mayor tamaño. El sobrecruzamiento ha ocurrido durante el paquiteno (profase I) y es muy importante para generar variabilidad genética. En el dibujo se ven dos zonas de  material cromosómico intercambiado, lo que sugiere que se formaron dos quiasmas.

El punto grueso en ambos polos puede significar la posición de los centríolos (célula animal). En la unión de cada par de cromátidas hay un circulito que representa la posición del centrómero y de los cinetocoros. El huso está reducido a la mínima expresión, pues sólo se ha dibujado un microtúbulo por cada par de cromátidas.

La célula inicial es diploide, con 4 cromosomas. Por lo tanto, al final de la meiosis resultarían 4 células con 2 cromosomas cada una.

20.- Interprete el esquema adjunto y nombre las partes numeradas.

No se puede saber si estas fases corresponden a la mitosis o a la meiosis II.

La figura A representa la metafase y la B, la anafase. Al separarse las cromátidas del cromosoma metafásico se originan los cromosomas anafásicos.

1 = cromosoma metafásico (duplicado). 2 = cinetocoro. 3 = haz de microtúbulos cinetocóricos. 4 = cromosomas anafásicos.

21.- ¿Qué representa el esquema adjunto? Nombre las partes numeradas.

Biología y Fisiología celular. Omega.

Se trata de un cromosoma metafásico, aunque puede tratarse de la mitosis o de la segunda metafase meiótica.

 22.- ¿Qué representa la figura adjunta? Nombre las partes numeradas.

Biología y Fisiología celular. Omega.

Este esquema corresponde a la metafase I, es decir, la primera metafase meiótica (en la mitosis nunca se forman tétradas), dando por supuesto que la tétrada se encuentra en el ecuador celular.

23.- Redacte un breve comentario y esquematice las dos fases posteriores a la adjunta:

Se trata de una metafase, pues hay 3 cromosomas duplicados  en el ecuador celular. El punto grueso en cada polo del huso  representa el par de centríolos.

Dado que se desconoce el número de cromosomas de la célula inicial, no se puede saber con certeza si es la metafase mitótica o la segunda metafase meiótica.

El esquema de la fase siguiente sería:

Por la razón anterior, este dibujo puede corresponder a la anafase de la mitosis o a la anafase II de la meiosis.

Luego seguiría la telofase y la citocinesis o división del citoplasma:

24.- Dibuje una célula inicial que sea coherente con el esquema de la pregunta anterior.

En la mitosis se originan dos células iguales que la inicial, por lo que ésta es fácilmente deducible. Cada una de las resultantes en el ejemplo anterior tiene 3 cromosomas:

Mitosis: 1 célula (n = 3) —› 2 células (n = 3).

Si se trata de la meiosis debe tenerse en cuenta que el número de cromosomas de las células finales es la mitad que el de la inicial, necesariamente diploide, por lo que ésta tendría 6.

Meiosis: 1 célula (2n = 6) —› 4 células (n = 3).

25.- Interprete el esquema adjunto y dibuje las dos fases siguientes.

Se observan 3 tétradas equidistantes de los centrosomas (huso astral), en el ecuador celular, disposición que corresponde a la primera metafase meiótica. La célula inicial contenía 6 cromosomas, o sea, 3 pares de homólogos (azul, verde y rojo).

Tras la metafase I viene la anafase I, que se caracteriza por la separación de las tétradas y su desplazamiento hacia los polos, quedando así el esquema:

El paso siguiente es la telofase I, formándose una envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas, y la división del citoplasma o citocinesis, resultando dos células:

26.- ¿Qué entiende por ciclo biológico? Cite las diversas modalidades y el tipo de meiosis que llevan asociado.

Se llama ciclo biológico al conjunto de etapas que transcurren desde que un organismo se origina a partir del cigoto hasta que produce sus propios gametos y, mediante la fecundación, dará lugar al cigoto de un nuevo ser vivo.

En el ciclo haplonte tiene lugar la meiosis cigótica o inicial, y en el diplonte, la meiosis gametogénica o terminal. El más complejo es el ciclo diplohaplonte, que se caracteriza por la meiosis esporogénica o intermedia.

Nota.- En muchos libros se escribe zigoto y meiosis zigótica.

27.- Adapte el esquema adjunto para el ciclo haplonte y para el diplonte, indicando qué fases o estructuras son haploides (n) o diploides (2n).

Adaptación del esquema para el ciclo haplonte:

Adaptación del esquema para el ciclo diplonte:

F = fecundación. M = meiosis gametogénica.

28.- Exponga las características del ciclo biológico haplonte. ¿De qué seres es propio este ciclo? 

En el ciclo haplonte los adultos son haploides y los gametos, tras la fecundación, forman un cigoto diploide, el cual  experimenta la meiosis cigótica y a partir de las células resultantes surgirán los adultos.

El ciclo haplonte es propio de algunos protozoos y de ciertos grupos de algas y de hongos.

29.- Exponga las características del ciclo biológico diplonte. ¿De qué seres es propio este ciclo?

En el ciclo diplonte los adultos son diploides y los gametos haploides, puesto que se han sido originados mediante meiosis gametogénica. Tras la fecundación forman el cigoto diploide, a partir del cual se formará otro adulto.

El ciclo diplonte es propio de casi todos los animales, de muchos protozoos y algunas algas y hongos.

30.- Describa el ciclo diplohaplonte e ilustre con un esquema.

En este ciclo tiene lugar la meiosis esporogénica (origina las esporas).

El cigoto diploide, formado al unirse dos gametos (fecundación), origina un organismo diploide llamado esporofito, que mediante meiosis produce esporas (haploides). Estas meiosporas dan lugar a otro organismo haploide llamado gametofito, que formará los gametos haploides.

Esquema (F = fecundación. M = meiosis esporogénica): 

Este ciclo tiene lugar en las plantas, en muchas algas y en algunos hongos. Se caracteriza por la alternancia de dos estructuras, una diploide (esporofito) y otra haploide (gametofito).

En los musgos predomina el gametofito y en los helechos, el esporofito, igual que en las plantas superiores o espermafitas. En estas últimas el gametofito es microscópico (tubo polínico y saco  embrionario) y vive dentro del esporofito.

31.- ¿Por qué se dice que las plantas superiores realizan una doble fecundación?

Respecto a la fecundación de las angiospermas, hay que recordar que en el tubo polínico se sitúan los dos núcleos espermáticos haploides (n), que son los gametos masculinos. Cuando el tubo se prolonga y entra en contacto con el rudimento seminal, uno de dichos núcleos fecunda a la oosfera (gameto femenino),  formando el cigoto diploide (n+n = 2n), proceso que constituye la verdadera fecundación. El cigoto se divide por mitosis y origina un embrión, que permanece alojado en la semilla.

El otro núcleo espermático (n) se fusiona con el llamado núcleo secundario (2n) del saco embrionario, que procede de la conjunción de los núcleos polares. De esta otra unión o “fecundación”, se formará una estructura triploide (n+2n = 3n) a partir de la cual se origina el albumen o endosperma, es decir, el tejido nutricio que, previamente hidratado, utilizará el embrión para desarrollarse durante la germinación de la semilla.

Nota.- Conviene repasar en un libro de 1º de Bachillerato la fecundación de las angiospermas. El saco embrionario, situado en la nucela del rudimento seminal, está integrado por 8 células haploides (n): la oosfera, 2 antípodas, 3 sinérgidas y dos núcleos “polares”, que se unen y forman un núcleo secundario o diploide (2n).

He aquí un par de esquemas tomados de Biología de la célula (Omega):

El tubo polínico originado del grano de polen penetra en los tejidos del estigma, estilo y ovario, alcanzando finalmente el micrópilo del rudimento seminal.

Gametofito femenino (saco embrionario) instantes antes de la doble fecundación. Uno de los núcleos espermáticos se halla dentro del citoplasma de la oosfera; el otro está junto a los núcleos polares, con los que se fusionará para formar el endosperma triploide.

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