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Riassunto alpha test capitolo “divisione cellulare e cromosomi”
Tipologia: Test d'ammissione
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La divisione cellulare è il processo che permette a una cellula di dare origine a due cellule figlie. Ogni cellula, contiene una gran mode di informazioni sotto forma di geni che dal punto di vista chimico sono tratti di DNA. Prima di ogni divisione cellulare il DNA si duplica e ognuna delle due cellule che si originano dalla divisione ricevono un’informazione identica a quella della cellula madre. Il processo di divisione deve garantire un’equa distribuzione di DNA, citoplasma e organuli cellulari. Lo studio della divisione cellulare riguarda il modo in cui il DNA è impacchettato nelle cellule e il modo in cui viene distribuito alle cellule figlie, con modalità diverse nei procarioti e negli eucarioti. La divisione cellulare nei procarioti è molto semplice perchè sono dotati di un’unica molecola di DNA. Negli eucarioti ci sono diverse molecole di DNA sotto forma di cromosomi per cui la divisione cellulare è un processo complesso che garantisce l’equa ripartizione del materiale genetico (mitosi) e del materiale citoplasmatico (citodieresi). Oltre alla mitosi, in tutti gli eucarioti che si riproducono in via sessuata sono presenti delle cellule germinali che attraverso la meiosi, forma le cellule riproduttive. DIVISIONE CELLULARE NEI PROCARIOTI Le cellule procariotiche sono fornite di un’unica molecola circolare di DNA, libera nel citoplasma. Questa molecola di DNA si trova associata alla membrana cellulare in corrispondenza di una piaga della membrana stessa detta mesosoma. I procarioti si dividono per scissione binaria. All'inizio del processo, la molecola di DNA circolare, attaccata alla membrana plasmatica, si duplica mentre la cellula si accresce. Successivamente, a partire dal mesosoma si forma un setto trasverso, che divide la cellula madre in due cellule figlie, ciascuna dotata di una molecola di DNA identica a quella della cellula madre. CICLO CELLULARE DEGLI EUCARIOTI Una cellula eucariotica vive ed esplica le proprie funzioni finché non si divide, oppure muove. Il ciclo vitale di una cellula eucariotica, definito ciclo cellulare è suddiviso in quattro fasi: G 1 S G 2 M Le prime tre fasi costituiscono l’interfase. La fase G 1 (G deriva dall’inglese gap=intervallo) è la prima fase del ciclo. In questo periodo la cellula raddoppia le proprie dimensioni e produce nuovi organelli.
Nella fase S (S significa sintesi) si ha la replicazione del DNA, necessaria durante la divisione cellulare per far si che ogni cellula figlia possa ricevere una copia completa del genoma. Durante la fase G 2 la cellula continua a crescere e a formare nuovi organelli.
caso è indicata come G 0 e può essere temporanea o permanente. La morte cellulare programmata o apoptosi , è un processo di autodistruzione cellulare e contribuisce a controllare il numero delle cellule che formano un tessuto. La necrosi si verifica quando parte delle cellule che formano un tessuto muore per un processo patologico: colpita da infezione o perchè non riceve ossigeno. IL CONTROLLO DEL CICLO CELLULARE Per determinare i cambiamenti che portano alla fase S e quelli che danno il via alla mitosi è fondamentale il ruolo delle chinasi ciclina-dipendenti (Cdk). Le chinasi sono enzimi che catalizzano il passaggio di un gruppo fosfato da una molecola di ATP a un enzima (proteina) che viene quindi fosforilato. La fosforilazione determina un cambiamento nella conformazione della proteina. Le Cdk non sono sempre attive ma vengono attivate da molecole ciclone prodotte dalla cellula e destinate a frantumarsi una volta svolta la propria azione. IL CROMOSOMA EUCARIOTE Il DNA degli eucarioti è sempre associato a proteine di vario tipo e il complesso formato da DNA e proteine è detto cromatina. Le proteine più abbondanti sono gli istoni carichi positivamente che si legano al DNA carico negativamente. La funzione degli istoni è quella di avvolgere i lunghi filamenti di DNA in modo da contenerli nello spazio nucleare. Il DNA si avvolge intorno a gruppi di otto istoni, formando nucleosomi cioè le unità di base della cromatina. Ogni cromosoma umano è una molecola di DNA che sarebbe lunga circa 3-4 cm. Le cellule umane contengono 46 cromosomi quindi la lunghezza del DNA contenuto in ogni cellula e circa 2 m. MITOSI La mitosi è il processo tramite il quale il nucleo di una cellula eucariote si divide dando origine a due nuclei figli. Generalmente alla divisione del nucleo segue la divisione del citoplasma cioè la citodieresi. All’inizio della mitosi, i cromosomi appaiono come un ammasso di cromatina, si condensano e iniziano a presentarsi sotto forma di crepuscoli corti e tozzi. Ogni cromosoma che entra in mitosi è costituito da due filamenti di DNA identici chiamati cromatidi fratelli.
La gemmazione, negli unicellulari consiste in una mitosi seguita da una divisione ineguale del citoplasma. La nuova cellula, più piccola, è destinata ad accrescersi successivamente. Si parla di gemmazione anche per i pluricellulari come spugne e meduse in cui sul genitore si formano delle protuberanze che in seguito si staccano dando origine a nuovi individui identici a quello di partenza. Con la sporulazione si intende la formazione di particolari cellule riproduttive cioè le spore. Queste spore sono dotate di una spessa parete che permette loro di resistere in condizioni ambientali avverse. RIPRODUZIONE SESSUATA La riproduzione sessuata prevede la partecipazione di cellule specializzate per questa funzione cioè i gameti prodotti generalmente da due individui di sesso diverso. La riproduzione ha luogo quando il gamete maschile si fonde con quello femminile. Dalla fusione dei due gameti detta fecondazione ha origine lo zigote che rappresenta la prima cellula del nuovo organismo da cui si formerà l'individuo adulto. CELLULE APLOIDI E DIPLOIDI I gameti si differenziano dalle altre cellule dell’organismo dette cellule somatiche. Le cellule somatiche sono diploidi cioè una doppia serie di cromosomi: ogni cromosoma è presente in due copie che costituiscono una coppia di cromosomi omologhi, uno di origine paterna e uno di origine materna. I cromosomi omologhi sono cromosomi aventi la stessa forma, le stesse dimensioni e la stessa sequenza di geni. Il numero diploide di cromosomi si indica con la sigla 2n. I gameti sono aploidi cioè possiedono un’unica serie di cromosomi: cioè contengono un unico cromosoma di ogni coppia. Un numero aploide di cromosomi si indica con la sigla n. I gameti contengono quindi un numero di cromosomi (n) pari alla metà di quello delle cellule somatiche (2n). Il meccanismo che consente la riduzione dei cromosomi è la meiosi che ha luogo nelle gonadi. Negli animali le gonadi femminili sono le ovaie, quelle maschili i testicoli. Nelle piante quelle femminili sono gli ovari, quelle maschili gli stami. La partenogenesi è un tipo di riproduzione che richiede la formazione dei gameti ma non la loro fusione. Questo processo è tipico di diversi invertebrati. MEIOSI Nelle gonadi ci sono delle cellule diploidi ( 2n) chiamate gameociti che vanno incontro alla meiosi, dando origine ai gameti aploidi ( n ).
Il processo consiste in due divisioni cellulari che a partire da una cellula diploide, ne producono quattro diploidi. Come la mitosi, ogni divisione è suddivisa in quattro fasi: Profase Metafase Anafase Telofase PROFASE I : la cromatina si condensa e i cromosomi diventano corpuscoli distinti. Si forma l’apparato del fuso e scompaiono la membrana nucleare e i nucleoli. I due cromosomi omologhi di ogni coppia si avvicinano e si appaiano. Ogni coppia di omologhi appaiati risulta formata da quattro cromatidi ed è chiamata tetrade o sinapsi. Tra i due omologhi di una coppia si verifica il crossing-over. METAFASE I : le tetradi si allineano sul piano equatoriale della cellula e ogni coppia di cromosomi omologhi si attacca a una fibra del fuso. ANAFASE I : i due cromosomi di ogni coppia si separano e si muovono verso i due poli opposti della cellula. TELOFASE I : la cellula di partenza si divide in due cellule figlie, ciascuna contenente un numero aploide di cromosomi.
Le mutazioni sono alterazioni del patrimonio genetico e possono interessare un solo gene, ma possono anche consistere nell’alterazione della struttura di un cromosoma ( mutazioni cromosomiche ) o in una variazione del numero di cromosomi ( mutazioni genomiche ). Le mutazioni cromosomiche sono dovute alla rottura di un cromosoma. Il frammento ottenuto può essere perso (delezione), attaccarsi al cromosoma omologo (duplicazione), attaccarsi a un cromosoma non omologo (traslocazione) oppure riattaccarsi al cromosoma originale ma dopo aver ruotato di 180° (inversione). Le mutazioni genomiche consistono nella perdita o l’acquisto di uno o più cromosomi, oppure una variazione dell’intero corredo cromosomico, per cui ciascun cromosoma risulta rappresentato da più di due omologhi (poliploidia). Un esempio di mutazione genomica è l’aneuploidia che consiste nella perdita o nell’acquisto di uno o più cromosomi. MALATTIE DOVUTE A MUTAZIONI CROMOSOMICHE E GENOMICHE La sindrome di Down o trisomia 21 rappresenta un caso di aneuploidia. Gli individui malati possiedono tre copie del cromosoma 21 e manifestano ritardo nello sviluppo sia fisico che mentale. Questa sindrome può essere provocata anche da una traslocazione di un frammento del cromosoma 21.
La sindrome di Edwards dovuta alla trisomia del cromosoma 18, è caratterizzata da orecchie deformi, difetti cardiaci, spasticità e altri danni e porta di solito alla morte entro il primo anno di vita. GAMETOGENESI È il processo di formazione dei gameti che avviene nelle gonadi. Negli animali i gameti maschili sono gli spermatozoi , quelli femminili le cellule uovo. La gametogenesi maschile è detta spermatogenesi , mentre quella femminile ovogenesi. SPERMATOGENESI Nelle gonadi maschili gli spermatogoni ( 2n) si differenziano in spermatociti primari (2n) che vanno quindi incontro alla prima divisione meiotica, originando cellule aploidi di uguale dimensione chiamate spermatociti secondari ( n ) che andranno incontro alla seconda divisione meiotica producendo cellule aploidi cioè gli spermatidi che matureranno in spermatozoi.