Chapter 13 LECTURE PRESENTATIONS For CAMPBELL BIOLOGY, NINTH EDITION Jane B. Reece, Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson Meiosis and Sexual Life Cycles Genes unidades de la herencia, y se componen de segmentos de ADN pasan a la siguiente generación a través de las células reproductoras llamadas gametos (espermatozoides y óvulos) Lectures by Erin Barley Kathleen Fitzpatrick Cada gen tiene una ubicación específica llamada un locus en un determinado cromosoma ADN está empaquetado en cromosomas Figure 13.2 0.5 mm Asexual= un solo individuo pasa genes a su descendencia sin fusión de gametos Un clon = grupo de individuos genéticamente idénticos al padre Parent Bud Sexual= dos padres dan lugar a crías que tienen combinaciones únicas de genes heredados de ambos padres (a) Hydra (b) Redwoods 1
Cromosomas humanos Figure 13.3 APPLICATION Células somáticas humanas (cualquier célula que no sea un gameto) tienen 23 pares de cromosomas Un cariotipo ordena los pares de cromosomas de una célula dos cromosomas de cada par se denominan cromosomas homólogos tienen la misma longitud y la forma llevan los genes que controlan los mismos caracteres hereditarios TECHNIQUE Pair of homologous duplicated Sister chromatids Metaphase chromosome 5 µm Cromosomas sexuales, determinan el sexo del individuo, se denominan X e Y hembras humanas tienen un par homólogo de cromosomas X (XX) machos humanos tienen un cromosoma X y un cromosoma Y. Los 22 pares de cromosomas restantes se denominan autosomas Cada par de cromosomas homólogos incluye un cromosoma de cada padre Los 46 cromosomas en una célula somática humana tiene hay 23 pares: uno de la madre y otro del padre Una célula diploide (2n) tiene dos de cada cromosoma Para los seres humanos, el número diploide es 46 (2n = 46) 2
En una célula en la que se ha producido la síntesis de ADN, cada cromosoma se replica Cada cromosoma replicado consta de dos cromátidas hermanas idénticas Figure 13.3b Figure 13.4 Key Pair of homologous duplicated 5 µm 2n = 6 Maternal set of (n = 3) Paternal set of (n = 3) Sister chromatids Sister chromatids of one duplicated chromosome Metaphase chromosome Two nonsister chromatids in a homologous pair Pair of homologous (one from each set) 3
Gametos (espermatozoides u óvulos) contienen un conjunto único de cromosomas =haploide (n) seres humanos, el número haploide es 23 (n = 23) Cada conjunto de 23 consta de 22 autosomicos y un solo cromosoma sexual óvulo no fertilizado esperma el cromosoma sexual es X el cromosoma sexual puede ser X o Y Figure 13.5 Key Haploid (n) Diploid (2n) Haploid gametes (n = 23) Egg (n) Ciclo de vida Meiosis reduce número de cromosomas de diploide a haploide Sperm (n) Meiosis ocurre en dos conjuntos de divisiones celulares, llamado meiosis I y meiosis II MEIOSIS FERTILIZATION Ovary Multicellular diploid adults (2n = 46) Testis Mitosis and development Diploid zygote (2n = 46) Cada célula hija tiene sólo la mitad de los cromosomas que la célula madre Al igual que la Mitosis, la Meiosis está precedida por la replicación de los cromosomas Las dos divisiones celulares dan lugar a cuatro células hijas, en lugar de las dos células hijas en la mitosis 4
Etapas de Meiosis Después de que los cromosomas se duplican, siguen dos divisiones: Meiosis I (división reduccional): homólogos se emparejan y se separan, dando lugar a dos células hijas haploides con cromosomas replicados La meiosis II (división ecuacional) cromátidas hermanas se separan El resultado es de cuatro células hijas haploides con cromosomas no replicados Figure 13.7-1 Interphase Pair of homologous in diploid parent cell Duplicated pair of homologous Sister chromatids Chromosomes duplicate Diploid cell with duplicated Figure 13.7-2 Interphase Figure 13.7-3 Interphase Pair of homologous in diploid parent cell Pair of homologous in diploid parent cell Duplicated pair of homologous Chromosomes duplicate Duplicated pair of homologous Chromosomes duplicate Meiosis I Sister chromatids Diploid cell with duplicated Meiosis I Sister chromatids Diploid cell with duplicated 1 Homologous separate Haploid cells with duplicated Meiosis II 1 Homologous separate Haploid cells with duplicated 2 Sister chromatids separate Haploid cells with unduplicated 5
Meiosis I es precedida por la interfase, cuando los cromosomas se duplican para formar cromátidas hermanas Las cromátidas hermanas son genéticamente idénticas y se unen en el centrómero Telofase I y citoquinesis Profase I Division meiosis I occure en 4 fases Metafase I El centrosoma se replica, formando dos centrosomas Anafase I Profase I 90% de tiempo de meiosis Cromosomas se comienzan a descondensar sinapsis, cromosomas homologos se aparean y alinean sen por gen crossing over (entrecruzamiento) Cromatidas no hermanas intercambian segmentos de DNA Cada par de cromosomas forma una tetrada, 4 cromatidas Quiasma regiones en forma de X donde ocurre entrecruzamiento 6
Metafase I Tetradas se alinean en placa metafasica Microtubules pegados a un cromosoma de cada tetrada Anafase I pares de cromosomas homólogos se separan Un cromosoma se desplaza hacia cada polo, guiada por huso Cromátidas hermanas permanecen unidas por el centrómero y se mueven unidas hacia el polo Telofase I and Citoquinesis En el comienzo de telofase I, cada celula tiene un set haploide de cromosomas; 2 cromatidas Cytokinesis forma 2 celulas hijas 7
Figure 13.8a Sister chromatids Prophase I Metaphase I Anaphase I Centrosome (with centriole pair) Homologous Chiasmata Spindle Fragments of nuclear envelope Duplicated homologous (red and blue) pair and exchange segments; 2n = 6 in this example. (with kinetochore) Microtubule attached to kinetochore Metaphase plate Chromosomes line up by homologous pairs. Sister chromatids remain attached Homologous separate Cleavage furrow Each pair of homologous separates. Telophase I and Cytokinesis Two haploid cells form; each chromosome still consists of two sister chromatids. Importante No ocurre replicacion al final de meiosis I y principio de meiosis II porque ya se replicaron Meiosis II 4 fases Profase II Metafase II Anafase II Telofase II y citoquinesis Meiosis II similar a mitosis Profase II Forma huso cromosomas (2 cromatidas) se mueve a la placa metafasica 8
Metafase II Las cromatidas hermanas se alinean en la placa metafasica Cromatidas no identicas Cromatidas hermanas se pegan a los microtubuls Anafase II Cromatidas hermanas se separan Cromatidas hermanas de cada cromosoma se mueven como 2 nuevos cromosomas individuales a polos opuestos Figure 13.8b Prophase II Metaphase II Anaphase II Telophase II and Cytokinesis Telofase II y Citoquinesis cromosomas van a polos opuestos Nucleo se forma, y se descondensan los cromosomas During another round of cell division, the sister chromatids finally separate; four haploid daughter cells result, containing unduplicated. Sister chromatids separate Haploid daughter cells forming 9
Figure 13.8b Prophase II Metaphase II Anaphase II Telophase II and Cytokinesis Citocinesis divide citoplasma 4 celulas hijas con set haploide de cromosomas no replicados Cada celula hija es geneticamente distinta de las demas y de la celula parental During another round of cell division, the sister chromatids finally separate; four haploid daughter cells result, containing unduplicated. Sister chromatids separate Haploid daughter cells forming Figure 13.9a Mitosis vs Meiosis MITOSIS Parent cell MEIOSIS Chiasma MEIOSIS I Prophase Duplicated chromosome Chromosome duplication 2n = 6 Chromosome duplication Prophase I Homologous chromosome pair Mitosis Conserva # cromosomas, celulas identicas a parental Meiosis Reduce # de cromosomas de 2 (diploide) a 1 (haploide), produce celulas diferentes geneticamente entre ellas y de la parental Metaphase Anaphase Telophase Daughter cells of meiosis I Metaphase I Anaphase I! Telophase I! Haploid n = 3 2n Daughter cells of mitosis 2n n n n n Daughter cells of meiosis II MEIOSIS II 10
Figure 13.9b SUMMARY Property Mitosis Meiosis DNA replication Number of divisions Synapsis of homologous Number of daughter cells and genetic composition Role in the animal body Occurs during interphase before mitosis begins One, including prophase, metaphase, anaphase, and telophase Does not occur Two, each diploid (2n) and genetically identical to the parent cell Enables multicellular adult to arise from zygote; produces cells for growth, repair, and, in some species, asexual reproduction Occurs during interphase before meiosis I begins Two, each including prophase, metaphase, anaphase, and telophase Occurs during prophase I along with crossing over between nonsister chromatids; resulting chiasmata hold pairs together due to sister chromatid cohesion Four, each haploid (n), containing half as many as the parent cell; genetically different from the parent cell and from each other Produces gametes; reduces number of by half and introduces genetic variability among the gametes Tres eventos exclusivos de meiosis, se producen en la meiosis l Sinapsis y entrecruzamiento en Profase I: Los cromosomas homólogos se conectan físicamente e intercambian información genética Cromosomas en la placa de la metafase, son homólogos (tétradas), en lugar de los cromosomas replicados individuales En la anafase I, cromosomas homólogos, en lugar de cromátidas hermanas se separan Cohesión de Cromátidas de un solo cromosoma permite que se mantengan juntas a través de la meiosis I proteínas llamadas cohesinas hermanas) 11
En mitosis, cohesinas se cortan al final de metafase En meiosis, cohesinas se cortan a lo largo de los brazos cromosómicos en anafase I (separación de homólogos) y en los centrómeros en la anafase II (separación de las cromátidas) Variación genetica Las mutaciones (cambios en el ADN de un organismo) son la fuente original de la diversidad genética mutaciones crean diferentes versiones de genes llamados alelos Reorganización de los alelos durante la reproducción sexual produce variación genética Sorteo Independiente de Cromosomas Pares de cromosomas homólogos se orientan al azar en la metafase I de la meiosis cada par de cromosomas homólogos sortea homologos maternos y paternos en las células hijas de manera independiente de los otros pares 12
Figure 13.10-1 Possibility 1 Possibility 2 El número de combinaciones posibles cuando los cromosomas se sortean independientemente en gametos es 2 n, donde n es el número haploide Para los seres humanos (n = 23), hay más de 8 millones (2 23 ) posibles combinaciones de cromosomas Two equally probable arrangements of at metaphase I Figure 13.10-2 Figure 13.10-3 Possibility 1 Possibility 2 Two equally probable arrangements of at metaphase I Possibility 1 Possibility 2 Two equally probable arrangements of at metaphase I Metaphase II Metaphase II Daughter cells Combination 1 Combination 2 Combination 3 Combination 4 13
Crossing Over Figure 13.11-1 Prophase I of meiosis Pair of homologs Nonsister chromatids held together during synapsis Crossing over produce cromosomas recombinantes, combina DNA heredado de cada padre Comienza en prophase I, cuando los homologos se aparean gen por gen Figure 13.11-2 Prophase I of meiosis Pair of homologs Nonsister chromatids held together during synapsis Figure 13.11-3 Prophase I of meiosis Pair of homologs Nonsister chromatids held together during synapsis Chiasma Chiasma TEM TEM Anaphase I 14
Figure 13.11-4 Prophase I of meiosis Pair of homologs Nonsister chromatids held together during synapsis Figure 13.11-5 Prophase I of meiosis Pair of homologs Nonsister chromatids held together during synapsis Chiasma Chiasma TEM TEM Anaphase I Anaphase I Anaphase II Anaphase II Daughter cells Recombinant 15