La metafase è una delle fasi della mitosi e della meiosi, che sono i due tipi di divisione cellulare. Durante la mitosi, vengono prodotte cellule geneticamente identiche al genitore, o cloni. Viene utilizzato per la riproduzione asessuata, la crescita di organismi pluricellulari e per riparare e sostituire i tessuti danneggiati. La meiosi è la divisione cellulare utilizzata per produrre cellule per la riproduzione sessuale. La mitosi avviene in tutte le cellule, mentre la meiosi si verifica solo negli organi sessuali di un organismo, ad esempio i testicoli e le ovaie dei mammiferi o le ovaie e le antere delle piante da fiore.
Sia la mitosi che la meiosi sono processi continui, ma sono descritti ciascuno come una serie di fasi. Durante la mitosi, ci sono quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase, che si verificano in quest’ordine. La meiosi ha due divisioni, meiosi I e meiosi II, ciascuna composta dagli stessi quattro stadi della mitosi. C’è un ulteriore stadio per entrambi i processi chiamato interfase. L’interfase si verifica prima delle fasi di divisione ed è quando le cellule crescono e si preparano a dividersi replicando il loro DNA.
Tutte le cellule hanno un ciclo cellulare che inizia quando sono state prodotte attraverso la divisione cellulare e termina quando si dividono per produrre cellule identiche. La mitosi è il periodo di divisione cellulare e il resto del ciclo cellulare è interfase. L’interfase è comunemente chiamata fase di riposo, ma è un momento di grande attività cellulare. Durante questa fase, la cellula cresce e produce organelli e proteine. Il DNA nel nucleo viene replicato in preparazione alla mitosi e continua a crescere e a produrre organelli duplicati.
Durante la profase, i cromosomi nel nucleo si accorciano e si ispessiscono, si condensano e diventano visibili. Ogni cromosoma sembra avere due cromatidi uniti da un centromero. I centrioli si formano e si spostano alle estremità opposte delle cellule dove si sviluppano i microtubuli per formare una struttura a forma di stella chiamata aster. Alcuni dei microtubuli, o fibre del fuso, attraversano la cellula da un capo all’altro per formare il fuso. Infine, il nucleolo e la membrana nucleare si rompono in modo che i cromosomi siano liberi di fluttuare nel citoplasma.
La fase successiva della divisione dopo la profase è la metafase. Durante questa fase, i cromosomi si allineano lungo il centro della cellula. Ciascuno dei cromosomi è attaccato a una fibra del fuso al loro centromero. I cromatidi vengono quindi allontanati leggermente a causa della contrazione dei microtubuli. Anafase e poi telofase seguono la metafase.
Durante l’anafase, le fibre del fuso sono completamente contratte in modo che i cromatidi separati di ciascun cromosoma vengano tirati su entrambi i lati della cellula. Una volta che i cromatidi raggiungono i poli della cellula, attorno ad essi si forma una nuova membrana nucleare, che indica l’inizio della telofase. Le fibre del fuso si rompono, i cromosomi si srotolano e si allungano, il nucleolo si riforma e, infine, la cellula si divide in due terminando la divisione mitotica.
La meiosi è simile alla mitosi, ma avvengono due divisioni. Coinvolge la divisione dei cromosomi seguita da due divisioni del nucleo e della cellula. La meiosi I differisce dalla mitosi durante la profase, ma la meiosi II è una tipica divisione mitotica, come descritto sopra. Il risultato finale della meiosi sono quattro nuove cellule che hanno metà delle informazioni genetiche della cellula madre.
La differenza chiave nella meiosi I si verifica durante la profase I quando le coppie di cromosomi si uniscono per formare un bivalente invece di ciascun cromosoma che forma un cromatide. Durante la metafase I, i bivalenti si allineano casualmente lungo il centro della cellula da separare. Questo orientamento casuale porta ad una maggiore varietà genetica. Ogni cromosoma della coppia ha geni che determinano le stesse caratteristiche, ma non sono sempre lo stesso gene. La distribuzione casuale e il successivo assortimento indipendente dei cromosomi crea nuove combinazioni genetiche nelle cellule.
I cromosomi vengono tirati alle estremità opposte della cellula durante l’anafase I e intorno a loro si forma una membrana nucleare nella telofase I. Le due cellule risultanti ora hanno la metà del materiale genetico della cellula madre. La meiosi II segue lo stesso processo della mitosi, in cui i cromosomi formano una coppia di cromatidi uniti da un centromero. Si allineano lungo il centro della cellula e sono tirati dai loro centromeri alle estremità opposte della cellula. Una volta raggiunti i poli, la divisione cellulare si completa risultando in quattro nuove cellule, ciascuna con metà del materiale genetico della cellula originale.