Female And Male Gamete Cells: Called Sex Cells

by Daniel Nelson

Gamete cells, also known as sex cells, are the cells responsible for sexual reproduction. A male gamete is called sperm (spermatozoa) and is a haploid cell formed through Spermatogenesis. A female gamete is called an ova or egg cells (Oocytes), which are haploid cells carrying one copy of each chromosome.

Gametes are necessary for DNA to be passed from one organism down to the next generation. How exactly are gametes created, and how do they function? What differences are there between gametes and other types of cells in a body?
Gametes are divided into two different types, male and female. Though there are similarities between male and female gametes, both types of gametes also differ in key ways.

The Function of Gametes

Sperm cells penetrate into egg cells and form a zygote. Photo: Public domain, LadyofHats via Wikimedia Commons

Let’s take a look at the similarities between male and female gametes before moving on to the differences. Both types of gametes are sex cells, and both are involved in sexual reproduction. Both gametes are necessary to create a zygote, a clump of cells made out of the DNA from both gametes that will go on to become a fetus. Both male and female gametes contain a single set of chromosomes. The function of gametes is to combine with the other type of gamete and thus combine their single set of chromosomes to create a new complete double set of chromosomes.
Sperm cells have a layer called the “acrosome” which is made up of enzymes that let the sperm penetrate the membrane of an egg cell. Photo: Public domain

Male gametes are a type of haploid cell. Haploid cells are cells which only contain a single set of chromosomes. People’s cells contain 46 chromosomes normally, except for haploid cells which only contain 23. Male gametes, male sex cells, are called sperm cells. Sperm is created in the testes, and it is a tiny cell that can propel itself with a long flagellum. This gives it the ability to move towards a female sex cell. The “head” of a sperm cell is covered in a layer called “acrosome” which consists of a number of enzymes which enable the sperm and to penetrate the membrane of an egg cell. Since both male and female gametes are haploid cells, once the sperm cell does penetrate the egg cell the two cells fuse creating a diploid cell with 46 chromosomes.

Much like male gametes, gametes in females are haploid cells. In females, they are referred to as egg cells. In many species, including humans, male gametes are much smaller than female gametes. Female gametes also typically stationary, unlike the male gametes which can move with flagella. Egg cells are produced in the ovaries, and they are usually produced in small numbers, with a woman having all the egg cells she will have in her life by the time of puberty.

Eggs cells have a variier called zona pellucida, seen here as a thick clear girdle (the white space inbetween the egg and the cells of the corona radiata). Photo Public domain

Different types of life have different ways of combining sperm and egg cells. In mammals, sexual intercourse usually consists of the male ejaculating sperm into the female and the sperm then seeks out the female’s egg. Plants are stationary, and thus they use pollen to reproduce. Male gametes are produced within pollen sacs on the plant and are released into the environment. This pollen is frequently carried by the wind or by insects to the female gametes of another plant.

Meiosis

Most of the cells within the human body, as well as the bodies of other animals, reproduce through a system known as mitosis. Mitosis is what allows non-sex cells to reproduce, and create copies of themselves. In mitosis, one cell referred to as a mother cell divides itself to create two new cells, the daughter cells. Mitosis is typically divided into four different phases known as prophase, metaphase, anaphase, and telophase.

The job of mitosis is to ensure that the daughter cells receive a full set of 46 chromosomes as if something goes wrong and a cell has fewer chromosomes it frequently dies or causes cancer. While mitosis is responsible for creating the vast majority of cells within a person’s body, sex cells are created through a process known as meiosis.

Meiosis is similar to mitosis in some ways and different in others. Similar to mitosis, meiosis goes through different stages or phases which implement many of the same strategies that mitosis uses to replicate cells. Meiosis separates sister chromatids, which are the two different halves of the same chromosome, and it must also divide the pairs of nonidentical chromosomes that the cell received from its two parent cells. The chromosome pairs that a gamete received from its parent cells are referred to as homologous chromosomes.

While mitosis is divided into four categories, meiosis undergoes these four phases twice. The first instance of cell division separates homologous chromosomes and it is referred to as Meiosis I. The second round of cell division separates the sister chromatids, and it is referred to as Meiosis II. During Meiosis I, the diploid cell is converted into two haploid cells, and each haploid cells will have non-identical sister chromatids. This process is called chromosomal reduction, and it is important because if the chromosomes were not divided before reproduction, the offspring would have four identical sets of chromosomes instead of the desired one complete set with variation. Meiosis II is more like mitosis, and it produces four haploid daughter cells out of the two already existing mother haploid cells.

Fertilization

When both female and male gametes merge the process is referred to as fertilization. Fertilization occurs within the fallopian tubes, a region of the reproductive tract in females. During sexual intercourse, millions of sperm are released into the fallopian tubes and they will travel up to the egg. Typically only one sperm out of these millions will penetrate the egg, though rarely more than one sperm will manage to penetrate it. This happens because the egg is covered in a layer referred to as the “zona pellucida”. The zona pellucida transforms into a barrier once a sperm successfully penetrates the membrane and then begins to merge with the egg. If multiple sperm were to penetrate an egg, the condition is referred to as polyspermy and the result is that the zygote has extra chromosomes, in which case it is no longer viable.

Once fertilization happens the two haploid cells become one zygote, with a full 46 chromosomes. This zygote will continue to divide via the process of mitosis until it matures into a functioning baby. The sex of the individual is determined by which sex chromosomes the zygote inherits. A cell that inherits only one X chromosome will have a Y chromosome as well, and it will be a male. A zygote that inherited two X chromosomes will be a female.

After fertilization, the fertilized egg will remain in the fallopian tube for about 3 to 4 days where it rapidly divides into many different cells through mitosis. It will keep undergoing mitotic division as it moves through the fallopian tube and into the uterus, where it will attach to the uterine wall and continue to divide as it develops into a fetus.

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Origem dos Cromossomos Sexuais

Por: Marcus V. Cabral

Os cromossomos podem ser alossomos ou autossomos

Em espécies nas quais se observa sexos distintos, estas apresentam, geralmente, um gene responsável pelo processo que conduz à diferenciação celular, que difere quantitativa ou qualitativamente entre fêmeas e machos.


Os cromossomos nos quais se encontram estes genes são conhecidos na citogenética como cromossomos sexuais ou alossomos. Os demais cromossomos que integram o conjunto cromossômico recebem o nome de autossomos.


Em muitas espécies, os alossomos desenvolveram mecanismos capazes de bloquear a recombinação dos genes que se encontram em determinados segmentos cromossômicos (GUERRA, 1988). Durante a meiose, quando ocorre a formação dos bivalentes, é possível observar que uma parte do par de cromossomos permanece sem efetuar o pareamento, sendo estes segmentos chamados de “segmentos diferenciais”. Para o restante do par, o pareamento ocorre de maneira normal, sendo estes chamados de segmentos homólogos.


Em geral, esse processo de que promove a diferenciação dos cromossomos é geralmente acompanhado por alterações da morfologia de um dos cromossomos alossomos, originando a existência de formas diferenciadas frequente em cromossomos sexuais. Na espécie humana, por exemplo, sabemos que o cromossomo X é submetacêntrico e bem maior que o cromossomo Y.


Já em Drosophila melanogaster (mosca das frutas) o X é acrocêntrico e menor que o submetacêntrico Y.


Entretanto, existem aquelas espécies nas quais as diferenças de forma e tamanho não estão presentes ou são pouco evidentes, sendo praticamente impossível, neste caso, distinguir citogeneticamente os cromossomos sexuais dos autossomos. Podemos tomar como exemplo o lebiste, um peixe de aquário que ocorre com frequência em córregos e rios, não é possível observar diferença cromossômica qualquer entre machos e fêmeas.


Uma vez que se trata de uma espécie amplamente estudada, principalmente devido ao fato de se adaptar facilmente ao laboratório e também pela grande facilidade de reprodução e ciclo curto (GUERRA, 1988), foi possível demonstrar que algumas de suas características são transmitidas na forma de uma herança típica do cromossomo X. Seria algo similar ao que acontece no ser humano com o daltonismo e a hemofilia.


Já no que se refere à herança ligada ao cromossomo Y, observa-se nos machos a existência típica de um padrão de coloração, sendo que tais caracteres só são observados em machos, sendo transmitidos aos filhotes machos pelo pai. Segundo Guerra (1988), podemos concluir que nos lebistes existem cromossomos sexuais X e Y citologicamente indistinguíveis, porém identificados a partir de suas características fenotípicas.


Os diferentes níveis de diferenciação entre os cromossomos sexuais indicam que na maior parte das vezes a diferenciação se processa da seguinte forma (GUERRA, 1988):


1)Redução na frequência de recombinação em um par cromossômico durante o processo da meiose;
2)Heterocromatinização constitutiva, parcial ou total, do alossomo presente em apenas um dos sexos;
3)Diferenciação da morfologia do cromossomo heterocromatinizado;
4)Em alguns grupos de organismos, observações recentes demonstram uma correlação positiva entre o grau de especialização, entende-se aqui evolução, das espécies e o grau de diferenciação de seus alossomos. Dessa forma, sugere-se que, ao menos em relação a estes casos, a diferenciação dos cromossomos sexuais integra o processo de especialização geral do organismo.

Introdução - Leis de Mendel

Curso rápido - por Marcus V. Cabral

A Genética é o ramo da biologia que estuda as leis da transmissão dos caracteres.

Gregor Mendel nasceu na Áustria em 1822 e viveu até 1884. Aos 21 anos de idade entrou para um convento da Ordem de Santo Agostinho, e posteriormente foi enviado para Viena a fim de estudar história natural. Desenvolveu trabalhos geniais e tornou-se um dos maiores cientistas da humanidade.

Mendel desenvolveu estudos sobre hibridização, entre 1856 e 1863, usando como objeto de estudo ervilhas da espécie Pisum sativum. O critério de escolha foi encontrar plantas de caracteres distintos que ao cruzarem entre si pudessem gerar híbridos igualmente férteis e capazes de reproduzirem.

Informação Genética
A Genética é o ramo da biologia que estuda as leis da transmissão dos caracteres hereditários nos indivíduos, e as propriedades das partículas que asseguram essa transmissão. Com os estudos de Mendel a genética tomou um grande impulso, assim Mendel é considerado um dos pais da Genética moderna.

Todas as informações genéticas de um indivíduo estão em seus genes e são hereditárias, ou seja, transmitidas dos pais para seus descendentes (filhos), sendo que um gene sempre será transmitido pelo pai e o outro pela mãe. As informações genéticas são únicas, ou seja, não existem duas pessoas que apresentem informações idênticas, com exceção dos gêmeos idênticos (univitelinos) que são considerados clones.

Mendel afirmou que os genes não se misturam, e sim permanecem lado a lado após a fecundação, independente de se manifestarem ou não. Esses genes se separam para formar os gametas, indo um gene para cada gameta. Após a fecundação, os gametas se unem e o par de gene é novamente reconstituído.

Termos da Genética
A genética apresenta vários termos próprios, sendo necessário o conhecimento desses termos para um melhor entendimento deste curso. A seguir, serão citados e explicados os termos mais usuais. 

 

- Cromossomo:
O cromossomo constitui-se de uma longa sequência de DNA condensado, associado a proteínas; e contém vários genes. O genoma humano é constituído de 23 pares ou 46 cromossomos.

- Cromossomos homólogos:
São cromossomos advindos dos parentais, ou seja, do pai e da mãe.

- Cromossomos autossomos:
As células humanas contêm 46 cromossomos. Vinte e dois pares (22) pares ou quarenta e quatro (44) desses cromossomos são autossomos, já que são herdados dos dois genitores e contém essencialmente os mesmos genes.

- Cromossomos sexuais:
Os outros dois cromossomos (44 + 2 = 46), ditos sexuais, são o cromossomo X e o cromossomo Y. Todo indivíduo possui dois cromossomos sexuais que são responsáveis pela determinação do sexo. Assim, um indivíduo com cromossomos sexuais XX será mulher e o indivíduo com cromossomos sexuais XY será homem.

- Genoma:
O genoma é o conjunto dos cromossomos de um organismo, sendo seu tamanho variável de espécie para espécie.

- Gene:
O gene é um pedaço da molécula de DNA que contém toda informação genética de um indivíduo, ou seja, toda a informação necessária para produção de uma proteína.

- Genes letais:
Genes letais são aqueles que causam a morte pré ou pós-natal, ou que produzem uma deformidade significante.

- Alelo:
O alelo é cada uma das formas alternativas do mesmo gene, ocupando determinado locus num cromossomo. Como exemplo, é possível citar o gene que determina a cor da flor em várias espécies de plantas. Um único gene controla a cor das pétalas, podendo haver diferentes versões desse mesmo gene, sendo que essas diferentes versões resultam em diferentes cores. Ou seja, o gene que determina a cor das pétalas, pode ter um alelo que determina a cor vermelha e outro alelo que determina a cor branca.

 - Locus:
Locus é a posição de um gene ou de um marcador genético em um cromossomo.

- Genótipo:
Genótipo é a constituição gênica dos indivíduos, ou seja, o conjunto dos genes de um indivíduo.

- Fenótipo:
Fenótipo é cada variedade do caráter que pode aparecer no indivíduo, isto é, são as características observáveis visualmente no indivíduo. O fenótipo é o resultado da interação do genótipo com o meio ambiente. É possível citar como exemplo características como peso e estatura, que são determinados pelos genes, porém o fenótipo irá depender de fatores externos como a nutrição.

- Gametas:
Gametas são células sexuais dos seres vivos, que se fundem na fecundação formando o ovo ou zigoto, que irá se dividir e formar o embrião. Os gametas serão oriundos dos parentais (pai e mãe).

- Homozigoto:
Homozigoto é o mesmo que puro. Considera-se um indivíduo homozigoto para um caráter aquele que apresenta dois genes iguais para a característica, ou seja, uma dose dupla de um mesmo alelo (alelos idênticos presentes em um mesmo locus gênico). A homozigose pode ser dominante (1) quando os genes em dose dupla forem dominantes, e pode ser recessiva (2) quando os genes em dose dupla forem recessivos.

- Heterozigoto:
Heterozigoto é o indivíduo que possui dois alelos diferentes para certo caráter (característica).

 - Dominância:
A dominância é expressa em dose simples. Assim, consideramos um gene dominante quando havendo apenas um, (dose simples) se torna capaz de determinar o fenótipo. Ou seja, se consideramos o gene B responsável pela determinação da altura, sempre que ele aparecer, em dose simples (Bb) ou dose dupla (BB), ele irá caracterizar indivíduos altos, portanto, o B é um gene dominante. A ausência desse gene também mostra a ausência da característica, assim, quando o gene dominante não ocorrer a característica não se manifestará. Portanto, os indivíduos serão de pequena estatura (bb) - gene recessivo.

- Recessividade:
A recessividade é expressa sempre em dose dupla. Assim, consideramos um gene recessivo aquele que só expressa um fenótipo quando está em dose dupla, ou seja, repetido (bb). Quando esse gene recessivo está junto com um gene dominante (heterozigose) o mesmo não é expresso, comportando-se como inativo.

- Híbrido:
Híbrido é o produto do cruzamento de dois ou mais genitores distintos geneticamente.

- Cruzamento:
O cruzamento ocorre quando se cruza os genótipos de dois indivíduos (genitores) gerando um terceiro genótipo, o do descendente ou prole (chamado de F1).

- Cruzamento-teste:
Cruzamento entre um genótipo desconhecido e um genótipo recessivo.

  - Consanguinidade:
Consanguinidade é o grau de parentesco entre indivíduos de ascendência comum. À medida que expressa o quanto um determinado indivíduo é consanguíneo chama-se grau de consanguinidade. O coeficiente de consanguinidade será maior se houver mais de um ancestral comum na genealogia de um indivíduo.

- Genealogia:
A genealogia é uma ciência que estuda a evolução, história e disseminação das famílias. Ou seja, faz a correlação do parentesco das pessoas. Também é conhecida como a ciência da história da família, pois busca desvendar a origem das pessoas e famílias e suas relações interfamiliares.

- Haplóide:
Haplóide é uma célula que contém metade do número de cromossomos característicos da espécie. São produzidas a partir da meiose, e tem por finalidade a produção de gametas. A célula haplóide é representada por: (n).

- Diplóide:
Diplóide é uma célula que contém a informação em duplicado, ou seja, para cada característica existem pelo menos dois genes, estando cada um deles localizado num cromossomo homólogo. A célula diplóide é representada por: (2n), sendo que (n) é o número de cromossomos.

- Hereditariedade:
Hereditariedade é a transmissão das características genéticas paternas (considera-se o genitor) à prole através de genes específicos. A hereditariedade segue as leis mendelianas de transmissão, em homenagem a seu descobridor, Gregor Mendel.

- Clones:
Clones são indivíduos geneticamente idênticos. Assim, os gêmeos univitelinos são considerados exemplos de clones naturais.