1

Reproducció cel·lular. Reproducció cel·lular. Cicles biològics. MeiosiCicles biològics. Meiosi

2

Tema 5: La reproducció asexual i Tema 5: La reproducció asexual i sexual. La meiosisexual. La meiosi

5.1. La funció de reproducció

Pasteur va demostrar que era impossible la generació espontània.

La subsistència d’un individu depén de les funcions de relació i nutrició.

La subsistència d’una espècie depén de la funció de reproducció

Tota reproducció requereix:a) replicació o duplicació del material genètic (ADN)b) reproducció cel·lular

3

5.1. La funció de reproducció

Les cèl·lules comencen a dividir-se en algunes condicions determinades:• Nivell crític Superfície/volum o Vcit/Vcel• Presència de determinades substàncies• Pèrdua del control genètic

Reproducció: Procés de donar lloc a un nou individu

Les cèl·lules que tenen aquesta funció (en un organisme pluricel·lular) s’anomenen cèl·lules reproductores (localitzades en òrgans especialitzats o gònades), les altres s’anomenen cèl·lules somàtiques

4

5.1. La funció de reproducció

Tipus de reproducció:• Reproducció asexual: quan no es requereix un altre

organisme• Reproducció sexual: requereix de dos individus

5

5.2. La reproducció asexual1. La bipartició

La reproducció asexual també s’anomena vegetativa.

Els organismes que en surten són genèticament iguals als progenitors (excepte possible mutació)

També ho poden fer per:• Gemmació• Pluripartició• Esporulació• Fragmentació

6

5.2. La reproducció asexual2. La gemmació

7

5.2. La reproducció asexual3. L’esporulació

8

5.2. La reproducció asexual4. La fragmentació

9

5.2. La reproducció asexual5. La regeneració

10

5.2. La reproducció asexual6. Avantatges i inconvenients

Avantatges:1. únicament fa falta 1 individu (pot estar aïllat)2. Procés molt senzill i ràpid3. Nombre de descendents molt elevat

Inconvenients:En ser idèntics als progenitors (cap millora ni variabilitat) si canvien condicions ambientals poden morir tots.

11

5.3. La reproducció sexual

Reproducció en la que intervenen dos individus (una cèl·lula especialitzada de cadascú).

Sexualitat: quan entre dos individus un dóna (masculi o +) material genètic a un altre que el rep (femení o -)

Pot existir sexualitat sense reproducció

Pot existir reproducció sense sexualitat

12

5.3. La reproducció sexual1. Morfologia i classificació dels gàmetes

Els gàmetes (productes meiòtics o mitòtics que contenen la meitat del material genètic) es produeixen en un procés anomenat gametogènesi. S’originen en òrgans especialitzats. Tenen una viabilitat molt baixa.

MEB d’un túbul seminífer humà

13

5.3. La reproducció sexual1. Morfologia i classificació dels gàmetes

Segons el seu origen es poden classificar en: * gàmetes masculins homogamètics ZZ Aus

heterogamètics XY Mamífers

* gàmetes femenins homogamètics XX Mamífers heterogamètics ZW Aus

Tipus d’òrgan Nom de l’òrgan Nom del gàmetaGònada masculina animal Testicle EspermatozoideGònada femenina animal Ovari ÒvulGametangi masculí vegetal Anteridi AnterozoideGametangi femení vegetal Arquegoni OosferaGametangi femení fongs Oogoni“Isogàmetes”

14

5.3. La reproducció sexual2. Tipus i variabilitat

Segons el tipus de gàmeta:• Reproducció isogàmica:

bacteris, protoctist i fongs

b) Reproducció heterogamètica:animals i vegetals

Algunes variants:* Hermafroditisme* Partenogènesi* Heterogònia

15

5.3. La reproducció sexual2. Reproducció isogàmica. Bacteris

Els bacteris poden tenir intercanvi de material genètic (conjugació) o altres fenòmens parasexuals.

Conjugació: s’intercanvien un tros de material genètic circular anomenat plasmidi o factor F que pot contenir: * informació addicional (resistències) * informació que facilita la transferència (formació d’un pili o cili modificat) d’un bacteri + a un bacteri -.

Aixó comporta una certa recombinació

16

5.3. La reproducció sexual2. Reproducció isogàmica. Bacteris

Fenòmens parasexuals en bacteris que permeten adquirir resistència

Restes de material genètic d’un bacteri mort s’introdueix en el interior d’un altre augmentant el material genètic

Un virus en sortir d’un bacteri que ha patit bacteriolisi ha incorporat material i l’introdueix en infectar un altre bacteri

17

5.3. La reproducció sexual2. Reproducció isogàmica. Ciliats

Ciliats en conjugació

Els ciliats poseeixen 3 nuclis de diferent grandària:• 1 macronucli• 2 micronuclis

En contacte sexual, o pont citoplasmàtic, es produeix una meiosi en els micronuclis (8) degeneren 7 i el que queda es duplica i forma dos gàmetes que es fusionen i es divideixen …

18

5.3. La reproducció sexual2. Reproducció isogàmica. Altres

Alguns protoctist generen gàmetes iguals o isogàmetes.

En organismes superiors hi trobaren heterogàmia casi sempre.

19

5.3. La reproducció sexual3. Reproducció heterogàmica. Hermafroditisme

Presència dels dos tipus de gàmetes en un mateix individu produïts en gònades diferents o en una de comuna (ovotestis).

Les espècies que en presenten s’anomenen monoiques (majoria de les plantes amb flors, cargols i alguns peixos).

Les espècies en que els individus únicament poden produir un tipus de gàmeta s’anomenen dioiques

Encara així normalment fan fecundació encreuada per augmentar la diversitat

Per evitar l’autofecundació hi ha dos mecanismes:• Bisexualitat (gònades separades)• Hermafroditisme successiu (maduració sexual en moments diferents)

20

5.3. La reproducció sexual4. Reproducció heterogàmica. Partenogènesi

Un gàmeta, que prové normalment d’una meiosi, conté la meitat de la informació genètica pròpia de l’espècie i, en conseqüència, no es pot desenvolupar.

Excepcions:• Quan una cèl·lula resultant d’una meiosi dòna lloc el gàmeta

a un individu adult, s’anomena meiòspora.

2. Si el gàmeta no és de fecundat i es desenvolupa (prové d’un òvul i dóna lloc a un mascle) sense fecundació s’ha produït un fenomen partenogenètic

21

5.3. La reproducció sexual4. Reproducció heterogàmica. Heterogònia

22

5.3. La reproducció sexual5. Avantatges i inconvenients

AvantagesEls individus resultants són diferents (gran diversitat i augment de

l’adaptabilitat al medi) dels progenitors:* hi ha barreja entre el material femení (óvul) i masculí (espermatozoide)* hi ha recombinació genètica durant la meiosi (gametogènesi) de cada individu possibilitant que gens que estaven en cromosomes homòlegs diferents es recombinin i passin a estar en el mateix cromosoma que pot portar el gàmeta

Desavantatges o inconvenients• Es necessita el contacte entre dos individus de diferent sexe• Es requereix compatibilitat dels òrgans copuladors• Es requereix compatibilitat química gamètica

23

5.4. Els cicles vitals1. Cicle haplobiont

Es produeix una meiosi zigòtica i únicament trobem organismes aduls haploides que produeixen mitogàmetes.

Cicle primitiu propi de protists (fonamentalment algues) i molts fongs.

24

5.4. Els cicles vitals2. Cicle diplobiont

Tenen una meiosi prezigòtica i donen lloc a gàmetes n (fase haploide) amb variabilitat genètica que formen al zigot per fecundació i a un individu adult diploide.Present en animals, algunes algues i alguns fongs.

25

5.4. Els cicles vitals3. Cicle diplohaplont

Tenen una meiosi esporogènica (donen unes meiòspores) que produeixen un organisme adult haploide (gametòfit). Per mitosi es generen els gàmetes que en fusionar-se donen lloc a un zigot que es desenvolupa donant lloc a l’esporòfit.És propi de la majoria de les algues

26

5.5. La meiosi

És un procés reproductiu cel·lular especial en el qual una cèl·lula amb dotació cromosòmica diploide dòna lloc a 4 cèl·lules haploides.

La cèl·lula mare s’anomena gametògena i els productes meiòtics s’anomenen gàmetes (no donan lloc a organismes adulst menys per partenogènesi) o meiòspores (si es poden desenvolupar donant lloc a un individu adult).

Són dues divisions (posteriors a una prèvia duplicació) reduccionals

1ª Divisió: 1 cèl·lula 2n cromosomes 2 cèl·lules n cromosomes

27

5.5. La meiosi

La segona divisió és com la mitòtica però sense prèvia duplicació del material genètic

Amb freqüència passa bastant temps entre una i l’altreEn aquesta no hi haurà ni:

- recombinació genètica- ni separació de cromosomes homòlegs

2 cèl·lules n cromosomes 4 cèl·lules amb n cromàtides

28

5.5. La meiosi

Diferències mitosi-meiosi

3. Mitosi dòna lloc a 2 cèl·lules. Meiosi dòna lloc a 4 productes meiòtics.

2. Les cèl·lules mitòtiques són genèticament iguals a la mare. Els productes meiòtics tenen el material genètic recombinat.

3. La mitosi té una duplicació i una divisió. La meiosi té una duplicació i 2 divisions.

4. La mitosi genera cèl·lules somàtiques per crèixer o substituir-ne de mortes. La meiosi les cèl·lules són sexuals.

29

5.5. La meiosi

Observa la meiosi d’una cèl·lula 2n = 6Inicialment hi havia 6 cromàtides que en duplicar-se el material genètic passa a observar-se 6 cromosomes (3 parells d’homòlegs) que en trencar-se en la segona divisió s’obtindran cèl·lules amb 3 cromosomes o cromàtides.

Observa la meiosi d’una cèl·lula 2n = 4

Al final podem observar que s’han obtingut 4 cèl·lules amb la meitat del material genètic (2 cromosomes = n) recombinats.

30

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Profase I

Característiques generals1. Prèvia duplicació del material genètic. Fase S2. Duplicació i trasllat d’un diplosoma al pol oposat3. Trencament de la membrana nuclear al final

31

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Profase I

Característica particularEls cromosomes homòlegs s’apareen i s’intercanvien alguns fragments (recombinació o crossing-over)

32

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Profase I

Leptotè i Zigotè

Els cromosomes homòlegs encara units a la membrana nuclear fan una sinapsis proteïques

33

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Profase I

Paquitè

Es formen els nòduls protèics de recombinació entre cromàtides no germanes (1-3, 1-4, 2-3, 2-4)

34

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Profase I

Diplotè

Els cromosomes homòlegs comencen a separar-se, s’encreuen (s’observen els quiasmes)

35

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Profase I

Diplotè

En aquest moment ja estan recombinats els gens. Normalment hi ha 1 quiasma (1 recombinació) per parell de cromosomes homòlegs

36

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Profase I

Diacinesi

Els cromosomes homòlegs relativament separats es desenganxen de la membrana nuclear. Els centríols estan polaritzats i comencen a fabricar fus acromàtic.

37

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Metafase I

La placa equatorial separa els cromosomes homòlegs per als quiasmes. S’observen les tètrades o bivalents en la zona central o equador de la cèl·lula

38

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Anafase I

Trencament dels quiasmes amb la separació dels cromosomes homòlegs recombinats.

No se separen cromàtides germanes si no cromosomes homòlegs

39

5.5. La meiosi1. La primera divisió meiòtica. Telofase I

Quan cada cromosoma transportat pel fus acromàtic arriba al pol corresponent el fus començá a desfer-se i es comença de nou a reconstruir-se la membrana nuclear

Resulten 2 cèl·lules amb la meitat dels cromosomes sensers però recombinats

40

5.5. La meiosi2. La segona divisió meiòticaInterfase II

En aquesta etapa poden romandre anys fins continuar la divisió entrant en la segona divisió meiòtica.

41

5.5. La meiosi2. La segona divisió meiòticaProfase II

A partir d’ara les etapes són com la mitosi.

• Els cromosomes es tornen a condensar, • la membrana nuclear desapareix, • es dupliquen els centríols i es traslladen mentre comecen a formar l’ús acromàtic

42

5.5. La meiosi2. La segona divisió meiòticaMetafase II

Els diplosomes (centríols) estan en els pols cel·lulars i han produït tot el fus acromàtic fins que les fibres centromèriques ordenen els cromosomes en la placa equatorial que separa les diferents cromàtides pels centròmers

43

5.5. La meiosi2. La segona divisió meiòticaAnafase II

Les fibres centromèriques es contrauen i trenquen els cromosomes per als centròmers produïnt cromàtides en el què el vèrtix queda enfocat al pol cel·lular (forma de V)

44

5.5. La meiosi2. La segona divisió meiòticaTelofase II

Es tornen a formar les membranes nuclears mentre que les fibres es desfan i comença la desespiralització de les cromàtides per donar lloc a cromatina que quedarà enganxada a la membrana nuclear.

45

5.5. La meiosi2. La segona divisió meiòticaCitocinesi II

Aquesta etapa de separació s’anomena també citodièresi.

En les cèl·lules animals es fa per estrangulació i donarà lloc a gàmetes immadurs (com les espermàtides masculines sense flagel)

En les cèl·lules vegetals per fragmentació amb vesícules de l’aparell de Golgi

1 cèl·lula 2n 4 gàmetes n recombinats

46

5.5. La meiosiImportància

En haver-hi recombinació genètica en cada individu (barreja entre el material genètic de la seva mare i el seu pare) i barreja entre gàmetes amb origen diferent la variabilitat és màxima i aixó comporta que encara que l’ambient fluctui podem trobar alguns individus que sobrevisquin i es puguin reproduir mantenint l’espècie