La metafase es la tercera de las cinco fases de la división celular biológica, o más específicamente, la división de lo que está dentro del núcleo de esa célula. En la mayoría de los casos, esta división es la mitosis, que es el medio por el cual las células vivas duplican su material genético (ADN o ácido desoxirribonucleico, en toda la vida en la Tierra) y se dividen en dos células hijas idénticas. Las otras fases son, en orden, profase, prometafase (esta parte se omite de muchas fuentes), anafase y telofase. La mitosis es, a su vez, una parte del ciclo general de vida celular, la mayor parte de la cual se gasta en la interfase. La metafase podría concebirse mejor como un paso en el que los elementos de la célula que pronto se dividirá se organizan en una formación ordenada, como un pequeño pelotón militar.
La mayoría de las células del cuerpo son células somáticas, lo que significa que no juegan un papel en la reproducción. Casi todas estas células se someten a mitosis, suministrando nuevas células para el crecimiento, la reparación de tejidos y otras necesidades cotidianas. Por otro lado, los gametos, también llamados células germinales, surgen de un proceso de división celular llamado meiosis, que se divide en meiosis I y meiosis II. Cada uno de estos a su vez incluye su propia metafase, apropiadamente llamada metafase I y metafase II. (Consejo: cuando ve cualquiera de las fases de la división celular seguida de un número, su fuente está describiendo la meiosis en lugar de la mitosis).
ADN y la base de la genética
Antes de discutir los detalles sobre un particular paso en la división del material genético de una célula, es útil retroceder y revisar lo que ocurre dentro de las células para llegar incluso a este punto.
El ADN es uno de los dos ácidos nucleicos, el otro es el ácido ribonucleico (ARN ) Aunque el ADN podría considerarse el más fundamental de los dos, el ADN se usa como plantilla para hacer ARN. Por otro lado, el ARN es más versátil y viene en varios subtipos. Los ácidos nucleicos consisten en monómeros largos (elementos repetidos de estructura idéntica) de nucleótidos, cada uno de los cuales incluye tres elementos: un azúcar de cinco carbonos en forma de anillo, un grupo fosfato y una base rica en nitrógeno.
Estos nucleicos los ácidos difieren en tres formas clave: el ADN es bicatenario, mientras que el ARN es monocatenario; El ADN contiene el azúcar desoxirribosa, mientras que el ARN contiene ribosa; y aunque cada nucleótido de ADN tiene como base nitrogenada, ya sea adenina (A), citosina (C), guanina (G) o timina (T), en el ARN, el uracilo (U) toma el lugar de la timina. Es esta variación en las bases entre los nucleótidos la que produce las diferencias entre los individuos, y también lo que permite que el "código" genético sea utilizado por todos los organismos. Cada secuencia de bases de tres nucleótidos contiene el código para uno de los 20 aminoácidos, y los aminoácidos se ensamblan en otras partes de la célula en proteínas. Cada tira de ADN que incluye todo el código necesario para un único producto proteico único se llama gen.
Descripción general de los cromosomas y la cromatina
El ADN en las células existe en forma de cromatina, que es un largo , sustancia lineal que consiste en aproximadamente un tercio de ADN y dos tercios de moléculas de proteína llamadas histonas. Estas proteínas cumplen la función vital de obligar al ADN a enrollarse y retorcerse sobre sí mismo hasta un punto tan notable que se puede exprimir una sola copia de todo su ADN en cada célula, que alcanzaría 2 metros de longitud si se estira de extremo a extremo. en un espacio de solo una o dos millonésimas de metro de ancho. Las histonas existen como octamers, o grupos de ocho subunidades. El ADN se abre paso alrededor de cada octamero de histona en la forma de hilo que envuelve un carrete aproximadamente dos veces. Bajo un microscopio, esto le da a la cromatina una apariencia brillante, con ADN "desnudo" alternando con ADN que encierra núcleos de histonas. Cada histona y el ADN a su alrededor forman una estructura llamada nucleosoma.
Los cromosomas no son más que piezas distintas de cromatina. Los seres humanos tienen 23 cromosomas diferentes, 22 que están numerados y uno que es un cromosoma sexual, ya sea X o Y. Cada célula somática en su cuerpo contiene un par de cada cromosoma, uno de su madre y uno de su padre. Los cromosomas emparejados (por ejemplo, el cromosoma 8 de su madre y el cromosoma 8 de su padre) se denominan cromosomas homólogos u homólogos. Estos se ven muy idénticos bajo un microscopio, pero difieren mucho en términos de sus secuencias de nucleótidos.
Cuando los cromosomas se replican o hacen copias de sí mismos en preparación para la mitosis, el cromosoma molde permanece unido al nuevo cromosoma en un punto llamado centrómero. Los dos cromosomas unidos idénticos se denominan cromátidas. Los cromosomas suelen ser asimétricos a lo largo de su eje largo, lo que significa que hay más material en un lado del centrómero que en el otro. Los segmentos más cortos de cada cromátida se llaman brazos p, mientras que los pares más largos se llaman brazos q.
El ciclo celular y la división celular
Los procariotas, la mayoría de los cuales son bacterias, replican sus células a través de un proceso llamado fisión binaria, que se asemeja a la mitosis pero es considerablemente más simple debido a la estructura menos compleja del ADN y las células bacterianas. Todos los eucariotas, por otro lado, plantas, animales y hongos, sufren mitosis y meiosis.
Una célula eucariota recién creada comienza un ciclo de vida que incluye las siguientes fases: G 1 (primera fase de separación ), S (fase sintética), G 2 (segunda fase de separación) y mitosis. En G 1, la célula hace duplicados de cada componente de la célula con la excepción de los cromosomas. En S, que toma alrededor de 10 a 12 horas y consume aproximadamente la mitad del ciclo de vida en los mamíferos, todos los cromosomas se replican, formando las cromátidas hermanas como se describió anteriormente. En G 2, la célula esencialmente verifica su trabajo, escaneando su ADN en busca de errores resultantes de la replicación. La célula luego entra en la mitosis. Claramente, la función principal de cada célula es replicar copias precisas de sí mismo, material genético especialmente, y esto mueve a todo el organismo hacia el mantenimiento de la supervivencia y la reproducción. Cuando los cromosomas no se dividen activamente, existen como aflojados formas de sí mismas, que se vuelven difusas, más bien como pequeñas bolas de pelo. Solo al inicio de la mitosis se condensan en las formas familiares para cualquiera que haya visto una micrografía del interior de un núcleo celular tomada durante la división celular. Resumen de la mitosis El G 1, S y G 2 fases se denominan colectivamente interfase. El resto del ciclo celular está relacionado con la división celular: mitosis en las células somáticas, meiosis en las células especializadas de las gónadas. Las etapas de la mitosis y la meiosis se denominan colectivamente fase M, lo que puede generar confusión. En cualquier caso, en la porción profásica de la mitosis, que es la más larga de las cinco etapas mitóticas, la envoltura nuclear se desintegra y el el nucleolo dentro del núcleo desaparece. Una estructura llamada centrosoma se divide, y los dos centrosomas resultantes se mueven a lados opuestos de la célula, en una línea perpendicular a aquella a lo largo de la cual el núcleo y la célula pronto se dividirán. Los centrosomas extienden estructuras de proteínas llamadas microtúbulos hacia los cromosomas que se han condensado y se alinean cerca del centro de la célula; estos microtúbulos forman colectivamente el huso mitótico. En la prometafase, los cromosomas se alinean a través de sus centrómeros a lo largo de la línea de división, también llamada placa de metafase. Las fibras del huso de los microtúbulos se conectan a los centrómeros en un lugar llamado cinetocoro. Después de la metafase propiamente dicha (discutida en detalle más adelante) es anafase. Esta es la fase más corta, y en ella, las cromátidas hermanas son separadas por las fibras del huso en sus centrómeros y arrastradas hacia los centrosomas posicionados opuestamente. Esto da como resultado la formación de cromosomas hijos. Estos son indistinguibles de las cromátidas hermanas, aparte de que ya no se unen por el centrómero. Finalmente, en telofase, se forma una membrana nuclear alrededor de cada una de las dos nuevas agregaciones de ADN (que, recuerde, consiste en 46 hijas solteras). cromosomas por célula formadora). Esto completa la división nuclear, y la célula misma se divide en un proceso llamado citocinesis. Resumen de la meiosis La meiosis en humanos ocurre en células especializadas de los testículos en hombres y los ovarios en mujeres. Mientras que la mitosis crea células idénticas a las originales para reemplazar las células muertas o contribuir al crecimiento de todo el organismo, la meiosis genera células llamadas gametos diseñados para fusionarse con gametos del sexo opuesto con el fin de crear descendencia. Este proceso se llama fertilización. La meiosis se divide en meiosis I y meiosis II. Al igual que la mitosis, el inicio de la meiosis I está precedido por la replicación de los 46 cromosomas de una célula. Sin embargo, en la meiosis, después de que la membrana nuclear se disuelve en profase, los cromosomas homólogos se emparejan, uno al lado del otro, con el homólogo derivado del padre del organismo en un lado de la placa de metafase y el de la madre en el otro. Es importante destacar que este surtido sobre la placa de metafase se produce de forma independiente, es decir, 7 homólogos suministrados por hombres podrían terminar en un lado y 16 homólogos suministrados por mujeres en el otro, o cualquier otra combinación de números que sumen 23. Además, el armas de los homólogos ahora en contacto con material comercial. Estos dos procesos, surtido independiente y recombinación, aseguran la diversidad en la descendencia y, por lo tanto, en la especie en su conjunto. Cuando la célula se divide, cada célula hija tiene una copia replicada de los 23 cromosomas, en lugar de los cromosomas hijos. creado en mitosis. La meiosis I, entonces, no implica separar cromosomas en sus centrómeros; los 46 centrómeros permanecen intactos al inicio de la meiosis II. La meiosis II es esencialmente una división mitótica, ya que cada una de las células hijas de la meiosis I se divide de una manera que ve a las cromátidas hermanas migrar a lados opuestos de la célula. . El resultado de ambas partes de la meiosis es cuatro células hijas en dos pares idénticos diferentes, cada uno con 23 cromosomas individuales. Esto permite la preservación del número 46 "mágico" cuando los gametos masculinos y femeninos se fusionan. Metafase en mitosis Al inicio de la metafase en mitosis, los 46 cromosomas están más o menos alineados con uno al otro, con sus centrómeros formando una línea bastante recta desde la parte superior de la célula hasta la parte inferior (tomando las posiciones de los centrosomas como los lados izquierdo y derecho). "bastante" no son lo suficientemente precisos para la sinfonía de la división celular biológica. Solo si la línea a través de los centrómeros es exactamente recta, los cromosomas se dividirán con precisión en dos conjuntos idénticos, creando así núcleos idénticos. Esto se logra al oponer los microtúbulos del aparato del huso que juegan una especie de concurso de tira y afloja, hasta que cada uno aplique suficiente tensión para mantener en su lugar el cromosoma específico que maneja cada microtúbulo. Esto no sucede para los 46 cromosomas a la vez; los que se arreglaron temprano oscilan ligeramente alrededor de su centrómero hasta que el último se alinea, estableciendo la tabla para la anafase. En la metafase I de la meiosis, la línea divisoria corre entre pares cromosomas homólogos, no a través de ellos. Sin embargo, al final de la metafase, se pueden visualizar otras dos líneas rectas, una que pasa a través de los 23 centrómeros en un lado de la placa de metafase y otra que pasa a través de los 23 centrómeros en el otro. La metafase II se parece a la metafase de mitosis, excepto que cada célula participante tiene 23 cromosomas con cromátidas no idénticas (gracias a la recombinación) en lugar de 46 con cromátidas idénticas. Después de que estas cromátidas no idénticas se alinean correctamente, sigue la anafase II para llevarlas a los extremos opuestos de los núcleos hijos.
Metafase I y II en Meiosis
