La Meiosis

La Meiosis és un procés de duplicació cel·lular imprescindible per a la reproducció sexual. Succeeix en les cèl·lules germinals i la seva funció és produir els gàmetes tant masculins com a femenins que desprès s'uniran per obtenir un nou individu.
En aquest sentit ens trobem que les cèl·lules somàtiques del nostre cos tenen una dotació genètica de 2n cromosomes, és a dir, tenim sempre dos cromosomes homòlegs, un del pare i un altre de la mare que codifiquen la mateixa informació genètica. Si fessim servir la mitosis per elaborar els gàmetes ens trobaríem amb el problema que els gàmetes tindrien 2n cromosomes i per tant en unir-se duplicaríem la dotació cromosòmica de l'individu. Així, en tenir un cariotip diferent, per cada nova generació, obtindríem una espècie diferent. Sabem que això no és així doncs el cariotip, la dotació cromosòmica pròpia de cada espècie és manté constant. Així doncs, la meiosis soluciona aquest problema, doncs mitjançant aquest procés aconseguim dividir entre dos la dotació cromosòmica de manera que quan ambdós gàmetes s'uneixen obtenim el cariotip propi de les cèl·lules somàtiques.

Però la meiosis no sols aporta aquesta avantatge en front la mitosis. Mentre que la mitosis aporta cèl·lules filles idèntiques a les cèl·lules mares (tret que hi hagi hagut alguna mutació durant el procés de replicació genètica) en la meiosis les cèl·lules filles són sempre diferents, genèticament parlant, a les cèl·lules mares. La recombinació genètica que es produeix durant la primera fase de la meiosis permet aquesta variabilitat genètica clau que suposa la gran variabilitat genètica que trobem a la natura.
Veiem les fases de la Meiosis:
Meiosis I o fase reductora:
Profase I
La fase més llarga i complexa. Apareixen els cromosomes, desapareix la membrana cel·lular, el centrosoma migra als pols de la cèl·lula.

Els cromosomes homòlegs s'uneixen mitjançant el centròmer en les anomenades tètrades. Es dóna el procés de recombinació genètica entre cromosomes homòlegs. En aquesta fase, com podeu veure en les imatges, els cromosomes es barregen entre sí donant lloc a cromosomes amb dotació genètica diferent de la original.

Metafase I
Les tètrades se situen en el pla equatorial de la cèl·lula. El fus meiòtic creix des de els centrosomes i s'uneix amb els centròmers de les tètrades.

Anafase I
El fus meiòtic es contrau. Les tètrades se separen, cada cromosoma homòleg migra a un dels pols de la cèl·lula. En aquest punt, la dotació cromosòmica es divideix per la meitat.

Telofase I
Apareix una nova membrana nuclear envoltant els cromosomes, es dóna el procés de citocinesi.

Immediatament després de la telofase I comença una nova divisió cel·lular de manera que el DNA no pot replicar-se. Aquest nou procés conegut amb el nom de Meiosis II és molt similar a la mitosis:

Profase II
Desapareix la membrana nuclear, els centrosomes migren als pols de la cèl·lula.

Metafase II
Els cromosomes es situen al pla equatorial de la cèl·lula. El fus meiòtic creix des de els centrosomes i s'uneix al centròmer de cada cromosoma.

Anafase II
El fus meiòtic es contrau, les cromàtides germanes se separen i migren als pols de la cèl·lula.

Telofase II
Apareix la membrana nuclear, es dupliquen els orgànuls i es produeix la citocinesi.

Si us fixeu en les imatges, com a resultat hem obtingut 4 cèl·lules filles, haploides (amb la meitat de cromosomes) i amb una dotació genètica diferent de la cèl·lula mare.

El cicle cel·lular i la mitosis

El cicle cel·lular de les cèl·lules eucariotes implica dos fases ben diferenciades:

• Interfase: És la fase més llarga de la vida d'una cèl·lula i la més activa ja que és el moment que la cèl·lula aprofita per fer les funcions de nutrició i relació. Cap al final de la interfase es produeix la replicació del DNA, pas previ a la divisió cel·lular.

• Fase M o fase de divisió cel·lular. En les cèl·lules somàtiques el procés s'anomena Mitosis, en les cèl·lules germinals la divisió cel·lular s'anomena Meiosis. En aquest post parlarem únicament de la divisió cel·lular pròpia de les cèl·lules somàtiques, és a dir, de la Mitosis.

Les fases de la Mitosis són:

• Profase: La membrana nuclear desapareix. El DNA es condensa en forma de cromosomes i es dupliquen els centríols.

• Metafase: Els cromosomes es situen al pla equatorial de la cèl·lula, els centríols migren als pols de la cèl·lula i comença a formar-se el fus meiòtic que acabarà unint-se al centròmer dels cromosomes.

• Anafase: Els filaments del fus meiòtic comencen a contraure's. Es separen les cromàtides que es desplaçaran als pols de la cèl·lula.

• Telofase i citocinesi: Apareix la membrana nuclear, els cromosomes es descondensen i el fus meiòtic es dissol. La citocinesi, que succeeix durant la última fase de la mitosi, succeeix de forma diferent segons sigui una cèl·lula animal o cèl·lula vegetal. En les cèl·lules animals es dupliquen els orgànuls i la membrana s'estrenyeix fins que apareixen les dues cèl·lules. En les vegetals es dupliquen els orgànuls i la paret cel·lular creix des dels marges fins a formar les dues noves cèl·lules.

En la mitosis el número de cromosomes es manté sempre constant de manera que una cèl·lula diploide genera dues cèl·lules diploides.

El fet que la mitosis succeeixi únicament en les cèl·lules somàtiques de l'organisme fa que les funcions de la mitosis sigui:

• Regenerar els teixits
• Creixement de l'organisme

La cèl·lula eucariota

Les cèl·lules eucariotes es caracteritzen per tenir el material genètic tancat en una estructura membranosa anomenada nucli, ser més grans i complexes que les cèl·lules procariotes i tenir tota una sèrie d'orgànuls especialitzats en fer una funció determinada que treballen coordinadament per desenvolupar les funcions cel·lulars.

Es pensa que van aparèixer per endosimbiosis de cèl·lules procariotes fa més de 2000 milions d'anys.

Existeixen tres tipus de cèl·lules eucariotes:

• La cèl·lula eucariota animal
• La cèl·lula eucariota vegetal
• La cèl·lula eucariota dels fongs, aquesta última no l'estudiarem.

Cèl·lula eucariota animal

Es caracteritza per tenir centrosoma i vesícules i no presentar paret cel·lular.

Cèl·lula eucariota vegetal

Es caracteritza per presentar paret cel·lular de cel·lulosa, vacúol i cloroplasts i no presentar centrosoma.

Descripció dels orgànuls:

• Nucli: estructura esfèrica constituïda per una doble membrana porosa que tanca el material genètic, el manté en bones condicions afavorint la replicació i l’expressió genètica. La major part de l'ADN està ubicat en el nucli de la cèl·lula i és aquest el que codifica la informació genètica de l'individu. L’ARN, d'altra banda, és un material genètic que podem trobar al nucli i al citoplasma i que té la funció, junt amb altres molècules, fabricar proteïnes.
• Cromatina: És el ADN parcialment descondensat. Es necessita que adopti aquesta estructura per a poder caber dintre del nucli de la cèl·lula.
• Nuclèol: Està format per proteïnes i ADN condensat. 
• Reticle endoplasmàtic rugós (RER): Estructura membranosa formada per sàculs interconnectats que embolcalla el nucli i hi està connectat. En la seva superfície membranosa conté ribosomes. La seva funció principal és sintetitzar i empaquetar proteïnes en vesícules.
• Reticle endoplasmàtic Llis (RELL): Estructura membranosa formada per sàculs interconnectats amb el RER. Sintetització i empaquetament en vesícules de lípids.
• Vesícules: estructures esfèriques membranoses que contenen diverses substàncies.
• Lisosomes: Estructures esfèriques membranoses que contenen enzims digestius.
• Aparell de golgi: Estructura membranosa formada per sàculs aplanats que s’encarrega de l’empaquetament, transformació i transport de proteïnes i lípids.
• Ribosomes:  Estructura no membranosa formada per ARN ribosòmic que té la funció de fabricar proteïnes. 
• Citoesquelet: estructura proteica formada per microtúbuls que tenen una funció esquelètica a la cèl·lula.
• Membrana: Bicapa lipídica semipermeable que envolta la cèl·lula, la protegeix i regula el pas de susbtàncies. L’aigua, els gasos i les sals minerals passen sense dificultat perquè són molècules petites. Les més grans, com els glúcids, els lípids o les proteïnes requereixen altres mecanismes de transport.
• Mitocondri: Els mitocondris són orgànuls constituïts per una doble membrana: una membrana externa i una interna amb invaginacions i ADN mitocondrial. La seva replicació no està dirigida pel nucli de la cèl·lula i el seu origen és degut a l’endosimbiosis de bacteris heteròtrofs aeròbics que vivien en simbiosi amb les cèl·lules eucariotes primitives. S’hereten per via materna ja que són aportats pel l’òvul. La seva funció és la fabricació d'energia química, ATP (Adenosín trifosfat), a partir de l’oxidació de la glucosa.

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + ATP +6H2O (Respiració cel·lular)

• Cloroplast: Els cloroplasts són orgànuls constituïts per una doble membrana amb sàculs aplanats plens de clorofil·la i DNA propi. La seva replicació no està dirigida pel nucli de la cèl·lula i el seu origen és degut a l’endosimbiosis de bacteris fotosintètics aeròbics que vivien en simbiosis amb cèl·lules eucariotes primitives. La seva funció és la fabricació de glucosa i oxigen a partir d’aigua, diòxid de carboni i l’energia solar. Exclusius de les cèl·lules vegetals.

6H2O + 6CO2 = 6O2 + C6H12O6 (glucosa) (Fotosíntesi)

• Vacúol: Orgànul membranós present exclusivament a la cèl·lula vegetal que té la funció d’emmagatzemar substàncies com l’aigua o el midó i donen turgència a la cèl·lula.
• Paret de cel·lulosa: Present exclusivament a la cèl·lula vegetal. Està constituïda per cel·lulosa (un tipus de glúcid) que dona estructura a la cèl·lula. 
• Centrosoma: Exclusiu de la cèl·lula animal. És una estructura formada per una agrupació de microtúbuls en forma de T. Estan implicats en la distribució dels cromosomes durant la reproducció cel·lular.

La cèl·lula procariota

Els membres del súper regne Procaryota, són tots aquells éssers vius majoritàriament unicel·lulars que no presenten una membrana nuclear que tanqui el material genètic (ADN) sino que aquesta molècula, circular i petita, es troba dispersa pel citoplasma.
Es creu que van aparèixer a la Terra fa entre 4000 i 3800 milions d'anys i que van ser la forma de vida dominant sobre la Terra durant al menys 3000 milions d'anys.
Formen part d'aquest grup tots els Bacteris (inclosos els cianobacteris) i els arqueus, tenen una mida d'entre 0,5 i 3,0µm i a nivell morfològic es poden presentar com:

• Cocs: Tenen forma esfèrica o lleugerament el·lipsoïdal. Aquests bacteris es solen agrupar ja sigui per parelles (diplococs), de quatre en quatre (tetracocs), en estructura cònica (sarcines), cadenes llargues (estreptococs) i cadenes ramificades (estafilococs)
• Bacils: cèl·lules allargades que no no acostumen a agrupar-se.
• Espirils: Tenen forma d'espiral i es presenten de forma separada.
• Vibrions: Tenen forma de coma i es presenten de forma separada.

Així mateix a nivell estructural els bacteris presenten una estructura poc complexa:

• Càpsula: Capa més externa i no sempre present en tots els bacteris. Pot variar molt el seu gruix. Actua com a protecció de l'entorn.
• Paret bacteriana: Capa intermèdia situada entre la càpsula bacteriana i la membrana. Rígida i de gruix variable dóna forma a la cèl·lula i la protegeix de la pressió osmòtica i regula el pas d'ions a través seu. No sempre és present.
• Membrana plasmàtica: Capa interna constituïda per lípids i proteïnes. En el cas dels bacteris l'estructura i composició és similar a la resta de cèl·lules eucariotes: bicapa de fosfolípids. D'altra banda els arqueus presenten una membrana única amb una composició completament diferent (enllaços d'èter i no ester, cadenes d'isoprè i la presència de L-glicerol en lloc del D-glicerol) 
• Flagels: Apèndix llarg i prim amb possibilitat de rotar que permet el desplaçament bacterià pel medi.
• Fímbries: També anomenats pels bacterians. No són presents en tots els bacteris i tenen una funció de fixació al substrat.
• Citoplasma: es tracta d'un espai continu que no presenta compartimentació interna ni orgànuls delimitats per membranes a diferència de les cèl·lules eucariotes. El fluid aquós i ple substàncies dissoltes conté enzims lliures que intervenen en el metabolisme cel·lular.
• Nucleoide o regió nuclear: és la regió del citoplasma on es troba confinada la molècula de l'ADN que constitueix el material genètic del bacteri.
• Ribosomes: Orgànul no membranós que intervé en la síntesis de proteïnes.
• Plasmidis: Molècules de DNA petites.
• Inclusions: Acumulacions de substàncies diverses.

Funció de nutrició

Actualment, les evidències de la biologia evolutiva apunten a que els primers procariotes van ser éssers vius amb una nutrició quimiolitoautòtrofa, és a dir, que obtenien l'energia i la seva pròpia matèria orgànica a partir de reaccions químiques amb els gasos inorgànics present a les fonts hidrotermals profundes (fumaroles marines). Posteriorment van aparèixer formes de nutrició molt diverses que es poden agrupar en les quatre grans estratègies metabòliques de nutrició bacteriana segons d'on obtenen el carboni i l'energia que necessiten per funcionar:

• Fotoautòtrofs (o fotolitòtrofs): Són bacteris que obtenen l'energia a partir de la llum solar i que fixen el diòxid de carboni ambiental per fabricar les molècules orgàniques que necessiten (fotosíntesi). Exemple: cianobacteris.
• Quimioautòtrofs (o quimiolitòtrofs): Són bacteris que obtenen l'energia a partir de reaccions químiques d'oxidació de molècules inorgàniques (com l'amoníac, l'hidrogen, el ferro o el sulfur d'hidrogen) i fixen el diòxid de carboni ambiental per tal de fabricar les molècules organiques que necessiten per funcionar. Exemple: bacteris del nitrogen (Nitrosomonas).
• Fotoheteròtrofs (o fotoorganòtrofs): Són bacteris que obtenen l'energia a partir de la llum solar i la matèria orgànica a partir de substàncies fabricades per altres éssers vius (àcids gràsos, carbohidrats o alcohols) per fabricar les seves estructures.
• Quimioheteròtrofs (o quimioorganòtrofs): Són bacteris que obtenen l'energia a partir de reaccions químiques que transformen la matèria orgànica que consumeixen de l'exterior (altres éssers vius) en substàncies més senzilles (degradació). És la mateixa nutrició que tenen els animals i els fongs. Dintre d'aquest grup podem trobar tres grans grups:
• Bacteris sapròfits: són aquelles que s'alimenten de matèria orgànica morta o en descomposició (com fulles, cadàvers o excrements). Secreten enzims a l'exterior per digerir la matèria i desprès absorbeixen els nutrients. Són els grans recicladors dels ecosistemes ja que transformen la matèria orgànica en matèria inorgànica. Exemple els lactobacillus que transformen la llet en iogurt.
• Bacteris parasitaris: Són les que viuen a costa d'un altre ésser viu (l'hoste) del qual obtenen nutrients i li causen un perjudici o malaltia. Exemple la salmonella que produeix infeccions alimentàries.
• Bacteris simbiòtics: són les bacteries que viuen associades a un altre ésser viu en una relació de cooperació mútua on ambdós surten beneficiats. La bacteria obté l'aliment a canvi d'aportar beneficis vitals a l'hoste. Exemple els bacteris de la flora intestinal.

Funció de relació
Els bacteris són sensibles a una gran quantitat d'estímuls i tenen la capacitat d'adaptar-se en funció de l'entorn. Existeixen bacteris que poden canviar el seu metabolisme i altres que enfront la dessecació poden formar una espora de resistència. La variabilitat és molt gran fins al punt que podem trobar bacteris en condicions ambientals extremes:

• Temperatures superiors a 100º: fonts termals
• Condicions d'acidesa i toxicitat extrema: Rio Tinto
• Condicions de radiació extrema: centrals nuclears
• Condicions de salinitat molt elevada: salines
• Condicions en absència d'oxigen, atmosfera i radiació solar: En aquest cas les espores d'alguns bacteris poden sobreviure durant un temps determinat en estat de latència.

Funció de reproducció

Els bacteris es reprodueixen per bipartició o fissió binària, un procés asexual que dóna lloc a cèl·lules filles idèntiques a les cèl·lules mares.
Repliquen el DNA, aquest es fixa en un punt d'ancoratge a la membrana en forma d'un únic cromosoma, creix la cèl·lula i es divideix.

Aquest mètode de reproducció no permet variabilitat genètica, tret que apareguin mutacions durant la replicació del DNA. Així doncs, com ha estat possible tanta variabilitat genètica?
Doncs bé, els bacteris tenen sistemes per intercanviar ADN anomenats processos parasexuals i així augmentar la seva diversitat:

• Transformació natural: Els bacteris absorbeixen restes de ADN que poden arribar a incorporar en el seu propi material genètic. 
• Conjugació bacteriana: Es dóna quan dos bacteris intercanvien ADN de forma directa.
• Transducció: Es dóna quan un virus vector, és a dir, un virus que ha incorporat ADN d'un altre bacteri, infecta el bacteri i l'inocula part del ADN del bacteri anterior. Aquest sistema s'utilitza sovint en l'enginyeria genètica.