biologia, argomenti base, Appunti di Fisica

Scarica biologia, argomenti base e più Appunti in PDF di Fisica solo su Docsity! 1 LA DIVISIONE CELLULARE E LA RIPRODUZIONE DEI VIVENTI Tutti gli esseri viventi, unicellulari e pluricellulari, sono caratterizzati dalla capacità di riprodursi, cioè di dare vita a nuovi individui della propria specie. Più correttamente, quando interessa le singole cellule, la riproduzione è chiamata divisione cellulare Durante questo processo una cellula “madre” dà origine a due cellule “figlie” geneticamente identiche tra loro e alla cellula di partenza . Prima di dividersi in due la cellula madre duplica i propri cromosomi, le strutture che contengono gran parte del DNA dell’organismo.. poi durante la divisione un cromosoma viene trasferito in ognuna delle cellule figlie. (tutte le cellula presenti nel nostro corpo sono il risultato di ripetute divisioni). La divisione cellulare svolge un ruolo di primaria importanza La divisione cellulare: sostituisce cellule deteriorate o perse, permette la crescita dell’organismo, svolge un compito vitale nella riproduzione. riproduzione nell’organismo: Gli organismi unicellulari, come le amebe, si riproducono dividendosi a metà e dando origine a figli che sono repliche genetiche del genitore: questo tipo di riproduzione è chiamato riproduzione asessuata . Anche molti organismi pluricellulari possono riprodursi per via asessuata. Per esempio, alcune specie di stelle marine sono in grado di generare nuovi individui partendo da singoli frammenti del proprio corpo Molte piante coltivate possono nascere per via asessuata da talee, cioè frammenti di foglie o rami potati da piante già adulte e collocati nella terraù La riproduzione sessuata prevede il coinvolgimento di gameti, vale a dire cellule uovo e spermatozoi Queste cellule sessuali sono frutto di una diversa divisione cellulare, chiamata meiosi, che ha luogo solo all’interno di specifici organi (come i testicoli e le ovaie negli esseri umani) Quindi gli organismi a riproduzione sessuata utilizzano: -la meiosi per produrre le cellule coinvolte nella riproduzione -la mitosi per lo sviluppo e la sostituzione di cellule Il ciclo cellulare e la mitosi: In una cellula eucariote: -quasi tutti i geni (circa 20 000 negli esseri umani) si trovano nei cromosomi all’interno del nucleo cellulare -un ridotto numero di geni forma le piccole molecole di DNA dei mitocondri e dei cloroplasti I cromosomi della cellula eucariote Nelle cellule eucariote, ogni cromosoma è costituito da una molecola di DNA molto lunga che, di solito, contiene migliaia di geni. Il numero dei cromosomi in una cellula eucariote dipende dalla specie a cui un organismo appartiene. I cromosomi: -sono formati da cromatina, una combinazione di DNA e molecole proteiche -per la maggior parte del tempo, si trovano sotto forma di una massa diffusa di fibre lunghe e sottili: quando una cellula non è in divisione, i cromosomi sono indistinguibili in una microfotografia Figura 3 Le due forme dei cromosomi Questa fotografia al microscopio ottico mostra quattro cellule vegetali, due delle quali (in alto) stanno iniziando la divisione. Nelle due cellule in basso, che non si stanno dividendo, i cromosomi sono in forma di cromatina diffusa, mentre nelle due in alto, all’inizio della divisione, l'avvolgimento della cromatina ha prodotto cromosomi compatti, chiaramente distinguibili In ogni cromosoma il DNA è spiralizzato, cioè è avvolto e ripiegato più volte secondo uno schema preciso. Negli eucarioti il DNA spiralizzato è associato a piccole proteine chiamate istoni Osservato con il microscopio elettronico a trasmissione, il complesso DNA-istoni ha l’aspetto di un filo di perle. Ogni “perla”, indicata come nucleosoma, è costituita da DNA avvolto intorno a molecole di istoni Figura 4 La spiralizzazione del DNA in un cromosoma eucariote. Livelli successivi di spiralizzazione del DNA e delle proteine associate rendono i cromosomi molto compatti. La duplicazione dei cromosomi Prima di iniziare la divisione, la cellula duplica tutti i propri cromosomi: il DNA di ciascuno di essi viene cioè copiato e vengono aggiunte nuove molecole di istoni. Quando questa operazione è conclusa, ogni cromosoma risulta costituito da due cromatidi fratelli, cioè due copie del cromosoma contenenti geni identici I due cromatidi fratelli sono uniti saldamente in un punto più sottile chiamato centromero . Alcune cellule tumorali possono entrare nel sistema circolatorio o linfatico e muoversi verso altre parti del corpo: la propagazione di queste cellule oltre il loro sito originale è chiamata metastasi. Figura 9 Lo sviluppo di un tumore maligno al seno e la formazione di una metastasi. Le terapie per combattere il cancro Molti tumori possono essere curati con successo ricorrendo a tre tipi di interventi -la chirurgia consiste nella riduzione della massa tumorale -la radioterapia le parti del corpo che presentano tumori sono esposte a radiazioni ad alta energia in grado di distruggere le cellule tumorali - la chemioterapia al paziente vengono somministrati farmaci che inibiscono la proliferazione delle cellule tumorali La prevenzione del cancro Alcuni cambiamenti dello stile di vita permettono di ridurre il rischio di sviluppare tumori -non fumare -svolgere regolare attività fisica -evitare un’esposizione prolungata al Sole -seguire una dieta ricca di fibre e povera di grassi -usare tecniche di autoanalisi ed effettuare regolari visite mediche LA MEIOSI: LA BASE DELLA RIPRODUZIONE SESSUATA I figli generati con la riproduzione sessuata presentano un corredo genetico che è unico e deriva dalla somma dei geni ereditati dai genitori . Da ogni combinazione unica di geni deriva una combinazione unica di caratteri: ecco perché due fratelli possono apparire molto diversi tra loro e i genitori. La riproduzione sessuata è legata ai processi della meiosi e della fecondazione, che avvengono a livello cellulare . I cromosomi omologhi Se esaminassimo le cellule di diversi individui appartenenti a una singola specie scopriremmo che tutti hanno lo stesso numero e tipo di cromosomi Negli esseri umani una cellula somatica è una tipica cellula del corpo ed ha 46 cromosomi. I cromosomi, colorati artificialmente, possono essere fotografati durante la metafase della mitosi e poi disposti uno accanto all’altro in modo da formare uno schema chiamato cariotipo Nel cariotipo ogni cromosoma è nella sua forma duplicata ed è composto da due cromatidi molto ravvicinati I cromosomi di ciascuna coppia sono detti cromosomi omologhi perché contengono geni che controllano le stesse caratteristiche ereditarie e derivano uno dalla madre e uno dal padre Due cromosomi omologhi possono presentare versioni differenti, dette alleli, dello stesso gene Figura 11 Coppie di cromosomi omologhi in un cariotipo maschile. Questo cariotipo mostra 23 coppie di cromosomi: 22 coppie di autosomi e una coppia di cromosomi sessuali, in questo caso X e Y. A eccezione dei cromosomi X e Y, i cromosomi omologhi di ogni coppia hanno dimensioni, posizioni del centromero e schemi di colorazione corrispondenti. Gli autosomi e i cromosomi sessuali Un cariotipo umano comprende 46 cromosomi suddivisi in 23 coppie: 22 coppie sono formate da cromosomi chiamati autosomi, l’ultima coppia comprende due cromosomi sessuali. Il ciclo vitale degli organismi con riproduzione sessuata e i gameti In un organismo pluricellulare indichiamo come ciclo vitale la sequenza ciclica di passaggi che porta dagli adulti di una generazione agli adulti della generazione successiva. Figura 12 Il ciclo vitale degli esseri umani. In ogni generazione, il numero diploide di cromosomi che deriva dalla fecondazione viene dimezzato durante la meiosi. Gli esseri umani (così come la maggior parte degli animali e delle piante) sono definiti diploidi: -le loro cellule contengono coppie di cromosomi omologhi -ogni cellula del corpo contiene due insiemi di cromosomi, uno ereditato dalla madre e l’altro dal padre -Questo “corredo” cromosomico viene indicato con il numero 2n Esiste un’eccezione rappresentata dai gameti (cellule uovo e spermatozoi) che hanno un corredo cromosomico aploide indicato con il numero n, costituito da 23 cromosomi, di cui 22 autosomi e un cromosoma sessuale, X o Y. Il ciclo vitale di tutte le specie con riproduzione sessuata comporta un’alternanza di stadi diploidi e aploidi. Durante la fecondazione, una delle tappe del ciclo vitale, uno spermatozoo aploide paterno si fonde con una cellula uovo materna . La cellula che deriva da questo processo è detta zigote ed è diploide: in essa, infatti, i cromosomi di origine paterna si fondono con quelli di origine materna La produzione di gameti aploidi per mezzo della meiosi fa sì che il numero di cromosomi non raddoppi a ogni generazione. Figura 13 La meiosi dimezza il numero dei cromosomi: interfase. La meiosi dimezza il numero dei cromosomi: meiosi I. La meiosi dimezza il numero dei cromosomi: meiosi II. Le tappe della meiosi La meiosi: è il processo che permette agli organismi diploidi di produrre cellule aploidi , sottopone la cellula a due divisioni consecutive, meiosi I e meiosi II, comprende il crossing over, uno scambio di materiale genetico, ossia di parti di cromosomi, che avviene tra cromosomi omologhi . Figura 14 Gli stadi della meiosi: interfase e meiosi I: profase I, metafase I, anafase I, telofase I e citodieresi. Figura 14 Gli stadi della meiosi: Meiosi II: profase II, metafase II, anafase II, telofase e citodieresi II. In sintesi: mitosi e meiosi a confronto Tanto nella mitosi quanto nella meiosi i cromosomi si duplicano una sola volta, durante l’interfase che precede la divisione . La mitosi prevede una sola divisione del nucleo e del citoplasma, e la formazione di due cellule diploidi . La meiosi comporta due divisioni del nucleo e del citoplasma e la formazione di quattro cellule aploidi . Tutti gli eventi distintivi della meiosi avvengono durante la meiosi I. La meiosi II è identica alla mitosi, anche se genera cellule figlie con corredo cromosomico aploide . Le origini della variabilità genetic I figli generati con la riproduzione sessuata sono geneticamente diversi l’uno dall’altro e dai genitori. L’assortimento indipendente dei cromosomi Nel corso della metafase I, quando i cromosomi omologhi (ciascuno formato da due cromatidi fratelli) sono allineati, la loro disposizione è frutto del caso. Nel caso di specie con più di due coppie di cromosomi, come gli esseri umani, ogni coppia nella metafase I si orienta indipendentemente da tutte le altre In ogni specie, il numero totale di combinazioni possibili dei cromosomi nei gameti è: 2n dove n corrisponde al numero aploide Per un essere umano: n = 23 ci sono 223 possibili combinazioni, cioè circa 8 milioni. Figura 16 Il risultato della disposizione casuale dei cromosomi nella metafase della meiosi I. (3) La disposizione dei cromosomi nella metafase I determina quali cromosomi si ritroveranno nei gameti aploidi. La casualità della fecondazione