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Biología II, Unidad 3: La Meiosis, La Gametogénesis y la Fecundación

• La unidad 3 cubre la meiosis, la gametogénesis y la fecundación

Reproducción Asexual

• Un solo progenitor produce dos o varios individuos.
• La reproducción asexual resulta en descendientes clónicos
• Es un proceso rápido y eficiente.
• Este tipo de reproducción ahorra tiempo y energía.
• Formas:
  • Escisión, bipartición o división simple: la célula madre se divide en dos células hijas iguales, común en bacterias.
  • Gemación: la célula madre produce células hijas más pequeñas o yemas, que se desprenden y forman células semejantes; frecuente en levaduras..
  • Esporulación: el núcleo se divide muchas veces, formando una célula polinucleada que origina numerosas células hijas; se da en protozoos.

Reproducción Sexual

• Dos progenitores son necesarios para producir un único descendiente.
• Es lenta y más costosa en términos energéticos.
• Genera variaciones genéticas.
• Promueve la variedad genética, permitiendo una mayor capacidad de adaptación.
• Permite la eliminación de mutaciones dañinas.

Meiosis

• Tipo de división celular que reduce el número de cromosomas de 2n a n.
• Interfase:
  • Una célula 2n tiene cuatro cromosomas no duplicados, en dos pares homólogos.
• Replicación de ADN:
  • resultan cuatro cromosomas, cada uno con dos cromátidas hermanas.
• Meiosis I:
  • Los pares de cromosomas homólogos se separan.
• Meiosis II:
  • Las cromátidas hermanas se separan.
• El resultado final son cuatro células haploides (n), cada una con dos cromosomas no duplicados.
• Interfase:
  • es la fase que precede a la meiosis y en la que se replica el ADN.
• Meiosis I - Profase I intermedia:
  • Se produce el desarrollo del huso meiótico.
• Meiosis I - Profase I tardía:
  • Hay sinapsis de cromosomas homólogos e intercambio de segmentos por entrecruzamiento.
  • La envoltura nuclear se fragmenta.
• La sinapsis resulta en una tétrada
• En una célula humana existen 23 tétradas.
• Los centrómeros de los cromosomas homólogos quedan separados.
• Se favorece el entrecruzamiento: las enzimas rompen y unen moléculas de ADN.
• Los cromosomas homólogos permanecen unidos solo por las quiasmas (cohesinas) en la profase I tardía.
• El complejo sinaptotémico se ha desensamblado.
• Metafase I:
  • Las tétradas se alinean sobre el plano medio de la célula.
  • Las tétradas se mantienen juntas en los quiasmas.
• Anafase I:
  • Los cromosomas homólogos se separan y se mueven a polos opuestos.
  • Las cromátidas hermanas permanecen unidas a sus centrómeros.
• Telofase I:
  • Un miembro de cada par de cromosomas homólogos está en cada polo.
  • Ocurre la citocinesis.
• Meiosis II
  • Es similar a una mitosis
• Profase II:
  • Los cromosomas se vuelven a condensar tras un breve periodo de intercinesis.
  • El ADN no se replica nuevamente.
• Metafase II:
  • Los cromosomas se alinean en el plano medio de la célula.
• Anafase II:
  • Las cromátidas hermanas se separan, y los cromosomas se mueven a polos opuestos.
• Telofase II:
  • Se forman núcleos en polos opuestos de cada célula; ocurre la citocinesis.
  • El resultado final son cuatro gametos (animales) o cuatro esporas (vegetales).
• Por cada célula hija, se tiene una combinación diferente de genes:
  • 1. Recombinación genética
  • 2. Separación Aleatoria de Cromosomas Homólogos
• La meiosis involucra dos divisiones nucleares y citoplásmicas que generan hasta 4 células.
• El ADN y otros componentes cromosómicos solo se duplican una vez.
• Las células hijas son haploides.
• Se produce recombinación.
• En células somáticas, una división celular resulta en dos células hijas.
• En células germinales o sexuales, dos divisiones producen cuatro células hijas.
• En la mitosis, el número de cromosomas en el núcleo se mantiene.
• En la meiosis, el número se reduce a la mitad en el producto de la meiosis.
• El proceso es conservativo, donde los genotipos de las células hijas y parentales son iguales en la mitosis.
• Se promueve variación en los productos de la meiosis. Por lo que las gametas son de distinta carga genotípica.
• Los cromosomas homólogos no se aparean en la mitosis, pero sí en la meiosis, específicamente durante la profase I.
• No hay cruce o entrecruzamiento en la mitosis, pero sí en la meiosis entre los homólogos.
• Los centrómeros están divididos en la anafase en la mitosis. Los centrómeros no se dividen en la anafase I en la meiosis, pero si en la anafase II.
• La célula original es diploide en ambos procesos.

Ciclos de vida

• Cada especie tiene un número característico de cromosomas que no cambia.
• En cada ciclo de vida, la duplicación de cromosomas que ocurre durante la fertilización se compensa por la reducción en el número cromosómico que sucede durante la meiosis.
• En animales, la meiosis resulta en gametos (n), que luego participan en la fertilización para formar un cigoto (2n), que luego experimenta mitosis.
• En la mayoría de los hongos y muchos protistas, la mitosis resulta en un organismo haploide unicelular o multicelular (n), que luego experimenta mitosis para formar gametos (n), seguido de fertilización para formar un cigoto (2n), y finalmente meiosis.
• En plantas, algunas algas y algunos hongos, la meiosis resulta en esporas (n) que llevan a un gametofito (n) (organismo haploide multicelular) con mitosis para producir gametos (n) que luego son fertilizados para llevar a un cigoto (2n). La mitosis resulta en un esporofito (2n) (organismo diploide multicelular).

Gametogénesis

• Proceso de formación de gametos a partir de células germinales.
• Involucra la meiosis para reducir el número de cromosomas a la mitad, resultando en células haploides (n).

Espermatogénesis

• Es el proceso por el cual los espermatogonios (2n) se transforman en espermatocitos primarios (2n).
• Luego en dos espermatocitos secundarios (n), que llevan a cuatro espermátidas (n) que maduran en cuatro espermatozoides maduros (n).
• Células de Sertoli:
  • Proporcionan nutrientes para el desarrollo de las células espermáticas.
  • Secretan hormonas y otras moléculas de señalización.
  • Fagocitan el citoplasma del espermatozoide.
  • Forman una barrera sangre-testículo.
  • Forman compartimentos que separan las células espermáticas en varias etapas de desarrollo.
• Capacitación:
  • Es la fase final de maduración del espermatozoide en el tracto reproductivo femenino.
  • Esto le permite adquirir habilidad para fecundar al ovocito.
  • El espermatozoide sufre modificaciones que le permiten unirse a la zona pelúcida del ovocito y llevar a cabo la reacción acrosómica.
  • Aumenta su movilidad y modifica su patrón de movimiento adquiriendo un movimiento oscilante más potente.
  • espermatocito primario -> primera división meiótica -> espermatocito secundario -> segunda división meiótica -> espermátidas -> células espermáticas maduras

Ovogénesis

• (Oogénesis): oogonia (diploide) → oocito primario (diploide) → [meiosis] oocito secundario + primer cuerpo polar (ambos haploides) → [tras la fertilización] óvulo+ segundo cuerpo polar (ambos haploides)
• Ovocito primario -> Profase -> Primera división meiótica -> oocito secundario -> Segunda division meiótica -> Cuerpos polares -> Óvulo

Fecundación o Fertilización

• Es la unión de espermatozoide y óvulo para producir el cigoto.
• Consecuencias básicas:
  • Restauración del número de cromosomas.
  • Determinación del sexo de la descendencia.
• Etapas:
  • El espermatozoide entra en contacto con el óvulo y ocurre reconocimiento.
  • El espermatozoide o el núcleo espermático entra en el óvulo (sólo uno).
  • Bloqueo de poliespermia.
  • El óvulo se activa.
  • Los núcleos se unen.
• El espermatozoide atraviesa la corona radiada (capa de células procedentes del folículo), por movimiento.
• Invasión de la zona pelúcida (capa externa de glicoproteínas), con especie-específica a la zona pelúcida.
• Fusión de membranas.
• El espermatozoide se une y reacciona con el óvulo
• Bloqueo de poliespermia:
  • Bloqueo de membrana: se modifica la receptividad al esperma por la membrana del óvulo.
  • Bloqueo en la zona pelúcida: la fusión del esperma con el óvulo induce una señal de Ca2+ que activa al óvulo para realizar la reacción cortical que modifica los receptores espermáticos en la zona pelúcida del óvulo.
  • Reacción cortical: exocitosis de los gránulos corticales localizados justo debajo de la membrana del óvulo, y que contienen enzimas.
• Tras la liberación de calcio, el óvulo se activa: 
  • La respiración aeróbica se incrementa.
  • Ciertas enzimas y proteínas maternas se vuelven activas.
  • Ocurre una ráfaga de síntesis de proteínas.
  • El núcleo del óvulo es estimulado para completar la meiosis
• Los núcleos se unen
  • El pronúcleo masculino se hincha al entrar en el óvulo.
  • Los pronúcleos se fusionan para formar el núcleo diploide del cigoto, que replica el ADN preparándose para la primera división celular.

Gemelos vs Mellizos

• Gemelos: un óvulo fecundado.
• Mellizos: dos óvulos fecundados.
• Gemelos semiidénticos: el óvulo se divide en dos y son fecundados por espermatozoides distintos.
• Gemelos: 1 óvulo fecundado. Pueden generarse gemelos si el óvulo se divide entre los días 1-3 (Mórula: Bicorial y Biamniótico), días 4-8 (Blastocito: Monocorial y Biamniótico), días 8-13 (Blastocito: Monocorial y Monoamniótico). Si se dividen tras el día 13, generan siameses.
• Gemelos idénticos: se originan 1 mismo óvulo y 1 espermatozoide, que se divide. Siempre tiene el mismo sexo y son parecidos o idénticos físicamente. Comparten el 100% de los genes, y tienen el mismo tipo sanguíneo. 30% de probabilidad. Pueden tener 1 o 2 placentas y 1 o 2 bolsas (sacos amnióticos), y sus combinaciones.
• Mellizos: se originan 2 óvulos y 2 espermatozoides. Pueden tener sexo diferente y parecerse como hermanos. Comparten el 50% de genes. 70% de probabilidad. Pueden tener el mismo tipo sanguíneo o no. Siempre tienen 2 placentas y dos bolsas (sacos amnióticos)

Determinación del sexo

• El gen SRY: “Sex-determining Region Y” que resulta en la proteina TDF (“testis-determining factor”).
• La proteina TDF resulta en el desarrollo de los testículos.
• Tras el desarrollo de los testículos, se da la producción de testosterona resultando en otras características masculinas.
• El gen SRY es único del cromosoma Y, sin homólogo en el cromosoma X.
• El 95% del cromosoma Y es específicamente masculino. Los cromosomas sexuales no son verdaderamente homólogos: distinta forma, tamaño y constitución genética.
• Los Cromosomas Y sólo tienen pequeñas “regiones de apareamiento” homólogas que permiten la sinapsis y el intercambio de material genético con el cromosoma X durante la meiosis.
• Se conciben más hombres que mujeres, y más hombres mueren antes del nacimiento. Nace alrededor de 106 niños por cada 100 niñas