La metafase è la terza delle cinque fasi della divisione cellulare biologica, o più specificamente, la divisione di ciò che è all'interno del nucleo di quella cellula. Nella maggior parte dei casi, questa divisione è la mitosi, che è il mezzo con cui le cellule viventi duplicano il loro materiale genetico (DNA o acido desossiribonucleico, in tutta la vita sulla Terra) e si dividono in due cellule figlie identiche. Le altre fasi sono, in ordine, prophase, prometaphase (questa parte è omessa da molte fonti), anaphase e telophase. La mitosi è a sua volta una parte dell'intero ciclo di vita cellulare, la maggior parte delle quali viene spesa in interfase. La metafase potrebbe essere concepita come un passo in cui gli elementi della cellula che presto si divideranno si sistemeranno in una formazione ordinata, come un piccolo plotone militare.

La maggior parte delle cellule del corpo sono cellule somatiche, il che significa che non svolgono un ruolo nella riproduzione. Quasi tutte queste cellule subiscono mitosi, fornendo nuove cellule per la crescita, la riparazione dei tessuti e altre necessità quotidiane. D'altra parte, i gameti, chiamati anche cellule germinali, derivano da un processo di divisione cellulare chiamato meiosi, che è diviso in meiosi I e meiosi II. Ciascuno di questi include a sua volta la propria metafase, opportunamente denominata metafase I e metaphase II. (Suggerimento: quando vedi una delle fasi della divisione cellulare seguita da un numero, la tua fonte sta descrivendo la meiosi piuttosto che la mitosi.)
DNA e la base della genetica

Prima di discutere i dettagli su un particolare intervenire nella divisione del materiale genetico di una cellula, è utile fare un passo indietro e rivedere ciò che avviene all'interno delle cellule per raggiungere anche questo punto.

Il DNA è uno dei due acidi nucleici, l'altro è acido ribonucleico (RNA ). Sebbene il DNA possa essere considerato il più fondamentale dei due, il DNA viene utilizzato come modello per produrre l'RNA. D'altra parte, l'RNA è più versatile ed è disponibile in numerosi sottotipi. Gli acidi nucleici sono costituiti da lunghi monomeri (elementi ripetuti identici nella struttura) di nucleotidi, ciascuno dei quali comprende tre elementi: uno zucchero a cinque atomi di carbonio in forma di anello, un gruppo fosfato e una base ricca di azoto.

Questi nucleici gli acidi differiscono in tre modi chiave: il DNA è a doppio filamento, mentre l'RNA è a filamento singolo; Il DNA contiene lo zucchero desossiribosio, mentre l'RNA contiene ribosio; e mentre ogni nucleotide di DNA ha come base azotata o adenina (A), citosina (C), guanina (G) o timina (T), in RNA, l'uracile (U) prende il posto della timina. È questa variazione nelle basi tra i nucleotidi che produce le differenze tra gli individui, e anche ciò che consente il "codice" genetico messo in uso da tutti gli organismi. Ogni sequenza di base a tre nucleotidi contiene il codice per uno dei 20 aminoacidi e gli aminoacidi sono assemblati in altre parti della cellula in proteine. Ogni striscia di DNA che include tutto il codice necessario per un singolo prodotto proteico unico è chiamato un gene.
Panoramica su cromosomi e cromatina

Il DNA nelle cellule esiste sotto forma di cromatina, che è una lunga , sostanza lineare costituita da circa un terzo di DNA e due terzi di molecole proteiche chiamate istoni. Queste proteine hanno la funzione vitale di costringere il DNA a arrotolarsi e attorcigliarsi su se stesso in misura così notevole che una singola copia di tutto il tuo DNA in ogni cellula, che raggiungerebbe i 2 metri di lunghezza se allungata da un capo all'altro, può essere schiacciata in uno spazio largo solo uno o due milionesimi di metro. Gli istoni esistono come ottameri o gruppi di otto subunità. Il DNA si snoda attorno a ciascun ottagono istonico come un filo che avvolge una bobina circa due volte. Al microscopio, questo dà alla cromatina un aspetto fragile, con il DNA "nudo" che si alterna al DNA che racchiude i nuclei di istone. Ogni istone e il DNA che lo circonda formano una struttura chiamata nucleosoma.

I cromosomi non sono altro che distinti pezzi di cromatina. Gli umani hanno 23 cromosomi diversi, 22 numerati e uno cromosoma sessuale, X o Y. Ogni cellula somatica del tuo corpo contiene una coppia di ciascun cromosoma, uno di tua madre e uno di tuo padre. I cromosomi accoppiati (ad es. Il cromosoma 8 di tua madre e il cromosoma 8 di tuo padre) sono chiamati cromosomi omologhi o omologhi. Questi sembrano molto identici al microscopio, ma differiscono notevolmente in termini di sequenze di nucleotidi.

Quando i cromosomi si replicano o ne fanno copie in preparazione alla mitosi, il cromosoma modello rimane unito al nuovo cromosoma in un punto chiamato centromero. I due cromosomi uniti identici sono chiamati cromatidi. I cromosomi sono generalmente asimmetrici lungo il loro asse lungo, il che significa che c'è più materiale su un lato del centromero che sull'altro. I segmenti più corti di ciascun cromatide sono chiamati p-arms, mentre quelli più lunghi sono chiamati q-arms.
Il ciclo cellulare e divisione cellulare

I procarioti, molti dei quali sono batteri, replicano le loro cellule tramite un processo chiamato fissione binaria, che ricorda la mitosi ma è notevolmente più semplice a causa della struttura meno complessa del DNA e delle cellule batteriche. Tutti gli eucarioti, d'altra parte - piante, animali e funghi - subiscono sia la mitosi che la meiosi.

Una cellula eucariotica di nuova fabbricazione inizia un ciclo di vita che comprende le seguenti fasi: G _{1 (prima fase di gap ), S (fase sintetica), G 2 (seconda fase di gap) e mitosi. In G 1, la cellula crea duplicati di ogni componente della cellula ad eccezione dei cromosomi. In S, che dura circa 10-12 ore e consuma circa la metà del ciclo vitale nei mammiferi, tutti i cromosomi si replicano, formando i cromatidi fratelli come descritto sopra. In G 2, la cellula essenzialmente controlla il suo lavoro, scansionando il suo DNA per errori derivanti dalla replicazione. La cellula entra quindi nella mitosi. Chiaramente, la funzione principale di ogni cellula è replicare copie precise di se stesso, specialmente del materiale genetico, e questo sposta l'intero organismo verso il mantenimento e la riproduzione della sopravvivenza.}

Quando i cromosomi non si dividono attivamente, esistono come allentati forme di se stessi, diventando diffuse, piuttosto come minuscole palle di capelli. Solo all'inizio della mitosi si condensano nelle forme familiari a chiunque guardi una microfotografia dell'interno di un nucleo cellulare presa durante la divisione cellulare.
Sintesi della mitosi

Il G _{Le fasi 1, S e G 2 sono definite collettivamente interfase. Il resto del ciclo cellulare si occupa della divisione cellulare: mitosi nelle cellule somatiche, meiosi nelle cellule specializzate delle gonadi. Gli stadi della mitosi e della meiosi sono collettivamente chiamati fase M, introducendo potenzialmente confusione.}

In ogni caso, nella porzione prophase della mitosi, che è il più lungo dei cinque stadi mitotici, l'involucro nucleare si disintegra e il scompare il nucleo all'interno del nucleo. Una struttura chiamata centrosoma si divide e i due centrosomi risultanti si spostano sui lati opposti della cellula, in una linea perpendicolare a quella lungo la quale il nucleo e la cellula si divideranno presto. I centrosomi estendono le strutture proteiche chiamate microtubuli verso i cromosomi che si sono condensati e si stanno allineando vicino al centro della cellula; questi microtubuli formano collettivamente il fuso mitotico.

In prometafase, i cromosomi si allineano attraverso i loro centromeri lungo la linea di divisione, chiamata anche piastra metafase. Le fibre del fuso dei microtubuli si collegano ai centromeri in una posizione chiamata cinetocoro.

Dopo la metafase corretta (discussa in dettaglio a breve) è anafase. Questa è la fase più breve e in essa i cromatidi fratelli vengono separati dalle fibre del fuso nei loro centromeri e attratti verso i centrosomi posizionati in modo opposto. Ciò si traduce nella formazione di cromosomi figlie. Questi sono indistinguibili dai cromatidi fratelli a parte il fatto di non essere più uniti dal centromero.

Infine, in telofase, una membrana nucleare si forma attorno a ciascuna delle due nuove aggregazioni di DNA (che, ricordate, è costituito da 46 figlie singole) cromosomi per cellula formante). Ciò completa la divisione nucleare e la cellula stessa si divide in un processo chiamato citochinesi.
Sintesi della meiosi

La meiosi nell'uomo si verifica nelle cellule specializzate dei testicoli negli uomini e nelle ovaie nelle donne. Mentre la mitosi crea cellule identiche all'originale per sostituire le cellule morte o contribuire alla crescita dell'intero organismo, la meiosi genera cellule chiamate gameti progettati per fondersi con gameti del sesso opposto allo scopo di creare prole. Questo processo si chiama fecondazione.

La meiosi è divisa in meiosi I e meiosi II. Come la mitosi, l'insorgenza della meiosi I è preceduta da tutti i 46 replicati dei cromosomi di una cellula. Nella meiosi, tuttavia, dopo che la membrana nucleare si è dissolta in prophase, i cromosomi omologhi si accoppiano, fianco a fianco, con l'omologo derivato dal padre dell'organismo da un lato della piastra metafase e quello dalla madre dall'altro. È importante sottolineare che questo assortimento relativo alla piastra metafase si verifica in modo indipendente, vale a dire 7 omologhi forniti da maschi potrebbero finire su un lato e 16 omologhi forniti da femmina dall'altro, o qualsiasi altra combinazione di numeri che somma fino a 23. Inoltre, il armi degli omologhi ora in contatto con materiale commerciale. Questi due processi, assortimento indipendente e ricombinazione, assicurano la diversità nella prole e quindi nell'intera specie.

Quando la cellula si divide, ogni cellula figlia ha una copia replicata di tutti i 23 cromosomi, piuttosto che i cromosomi derivati creato in mitosi. La meiosi I, quindi, non comporta il distacco dei cromosomi dai loro centromeri; tutti i 46 centromeri rimangono intatti all'inizio della meiosi II.

La meiosi II è essenzialmente una divisione mitotica, poiché ciascuna delle cellule figlie della meiosi I si divide in un modo che vede i cromatidi fratelli migrare verso i lati opposti della cellula . Il risultato di entrambe le parti della meiosi sono quattro cellule figlie in due diverse coppie identiche, ciascuna con 23 cromosomi singoli. Ciò consente di preservare il numero "magico" 46 quando i gameti maschili e quelli femminili si fondono.
Metafase nella mitosi

All'inizio della metafase nella mitosi, i 46 cromosomi sono più o meno allineati con l'un l'altro, con i loro centromeri che formano una linea abbastanza dritta dalla cima della cella verso il basso (prendendo le posizioni dei centrosomi come i lati sinistro e destro). "Più o meno" e "abbastanza", tuttavia, non sono abbastanza precisi per la sinfonia della divisione cellulare biologica. Solo se la linea che attraversa i centromeri è esattamente diritta i cromosomi si dividono precisamente in due insiemi identici, creando così nuclei identici. Ciò si ottiene contrastando i microtubuli dell'apparato mandrino che svolgono una sorta di conflitto di tiro alla fune, fino a quando ciascuno applica una tensione sufficiente per mantenere in posizione il cromosoma specifico che ciascun microtubulo sta gestendo. Ciò non accade per tutti i 46 cromosomi contemporaneamente; quelli fissati all'inizio oscillano leggermente attorno al loro centromero fino a quando l'ultimo non si allinea, impostando la tabella per l'anafase.
Metafase I e II in Meiosi

Nella metafase I della meiosi, la linea di demarcazione corre tra appaiati cromosomi omologhi, non attraverso di loro. Alla fine della metafase, tuttavia, è possibile visualizzare altre due linee rette, una che passa attraverso i 23 centromeri su un lato della piastra metafase e una che passa attraverso i 23 centromeri sull'altro.

La metafase II ricorda metafase della mitosi, tranne per il fatto che ogni cellula partecipante ha 23 cromosomi con cromatidi non identici (grazie alla ricombinazione) anziché 46 con cromatidi identici. Dopo che questi cromatidi non identici sono correttamente allineati, segue l'anafase II per trascinarli alle estremità opposte dei nuclei figli.