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Unità 7 – Riproduzione cellulare
Il ciclo cellulare è l’insieme di eventi che regolano la crescita della cellula e la sua divisione. Si suddivide in:
- Interfase (Fase G 1 , fase S, fase G 2 )
- Fase M
Durante l’interfase:
Nella fase G 1 avviene la crescita della cellula e la sintesi dei componenti necessari per la duplicazione del DNA, e la duplicazione di organuli citoplasmatici. Verifica, inoltre, se ci sono le condizioni per poter procedere alla fase successiva.
Nella fase S avviene la duplicazione del DNA, per cui nella fase M ogni cromosoma sarà formato da due cromatidi fratelli uniti tra loro grazie ad una proteina di adesione (coesina). In seguito la coesina si associa nel centromero. Oltre alla duplicazione del DNA avviene la duplicazione del centrosoma , organulo contenente una coppia di centrìoli e da cui si formano i microtubuli del fuso mitotico.
Nella fase G 2 la cellula sintetizza i componenti necessari alla successiva fase M. La fase G 2 sarà terminata quando i cromosomi saranno condensati.
In un organismo non tutte le cellule sono in ciclo: alcune cellule si trovano in fase G (^0) ovvero sono quiescenti in quanto non si replicano per un periodo di tempo indeterminato, ma ugualmente possono tornare a dividersi in qualsiasi momento. Altre cellule invece rimangono in fase G 0 perdendo ogni capacità proliferativa, ad esempio i neuroni. Altre cellule ancora invece non entrano in fase G 0 in quanto presentano un tasso di divisione alto, nel caso di cellule appartenenti ai tessuti sottoposti a continuo rinnovo.
Specifici punti di controllo: Durante le fasi del ciclo cellulare, sono presenti tre punti di controllo:
- Punto di controllo G 1 /S è definito “punto di restrizione”, e verifica che il DNA sia integro prima della sua duplicazione, e verifica se le condizioni cellulari ed extracellulari siano favorevoli (ovvero controlla la dimensione della cellula, e la presenza di fattori di crescita e nutrienti).
- Punto di controllo G 2 /M garantisce che il DNA si sia duplicato correttamente e che non presenti errori prima di avviarsi alla fase M.
- Punto di controllo Metafase/Anafase verifica l’assemblaggio del fuso mitotico e l’allineamento corretto dei cromosomi al fuso.
La fase M rappresenta la fase della divisione cellulare, la quale può avvenire per mitosi oppure per meiosi : Mitosi: La mitosi consiste in una divisione nucleare (le molecole di DNA si sono duplicate nella fase S, e saranno divise nelle due cellule figlie le quali saranno geneticamente identiche tra loro e alla cellula madre), seguito da citochinesi (o citodieresi), ovvero suddivisione equa del citoplasma e degli organuli in esso presenti. La mitosi si suddivide in cinque fasi:
- Profase consiste nella spiralizzazione del DNA che porterà alla formazione di cromosomi. Il processo non altera la cromatina ma piuttosto la organizza diversamente in modo da renderla facilmente divisibile nelle due cellule figlie. I cromosomi sono formati dai due cromatidi fratelli uniti tra di loro tramite le coesine in corrispondenza del centromero. Inoltre, i centrosomi duplicati nella fase S migrano ciascuno ad un polo della cellula, dando origine alle prime fibre del fuso mitotico.
- Prometafase consiste nella completa formazione del fuso mitotico, nella frammentazione dell’involucro nucleare e nella disposizione dei cromosomi al centro della cellula. I cromatidi fratelli si legano correttamente ai microtubuli del fuso in quanto i cinetocori, strutture proteiche all’interno del centromero, prendono contatto con le fibre del fuso.
- Metafase i cromosomi si dispongono sul piano equatoriale della cellula, formando la cosiddetta “piastra metafasica” oppure “piastra equatoriale”. In questa fase il fuso mitotico è costituito da tre tipi di microtubuli: microtubuli dell’aster (si dispongono verso l’area esterna del fuso), microtubuli cromosomici o microtubuli del cinetocori (si agganciano ai cinetocori dei cromosomi disponendoli sulla piastra metafasica) e microtubuli polari (si estendono oltre la piastra equatoriale e si legano ai microtubuli polari del polo opposto). La metafase rappresenta il momento più favorevole per lo studio dei
In particolare, dopo l’interfase, la meiosi 1 si suddivide in: Profase 1, Metafase 1, Anafase 1, Telofase 1, Citochinesi.
Profase 1:
La profase 1 comprende: leptotene, zigotene, pachitene, diplotene, diacinesi:
Durante la leptotène i cromosomi dicromatidici sono ancora lunghi filamenti ed iniziano ad ispessirsi, orientando la loro porzione terminale verso l’involucro nucleare mentre le porzioni rimanenti verso il centro del nucleo. Questa disposizione faciliterà l’appaiamento delle coppie di cromosomi omologhi (cromosoma omologo materno e cromosoma omologo paterno) a formare delle tetradi di cromatidi.
Durante lo zigotène si formano dei complessi sinaptonemali (complesso proteico costituito da coesina) che facilita l’appaiamento dei cromosomi omologhi in modo da formare tetradi di cromatidi.
Durante il pachitène disponiamo di tetradi di cromatidi ovvero di quattro cromatidi fratelli. Durante questa fase avviene il crossing-over , ovvero scambi di DNA dai cromosomi omologhi favorendo la ricombinazione genetica.
Durante il diplotène i cromosomi omologhi cominciano a separarsi dal centromero, ma rimangono uniti nei punti di “chiasmi”.
Durante la diacinèsi avviene la formazione del fuso mitotico, la spiralizzazione delle tetradi, la scomparsa del nucleolo (regione particolarmente densa di materiale genetico) e dell’involucro nucleare con liberazione delle coppie di omologhi nel citoplasma.
Metafase 1:
Le coppie di cromosomi omologhi migrano verso la piastra metafasica della cellula. Nel frattempo i chiasmi spariscono durante il passaggio da metafase ad anafase, per consentire la divisione delle coppie di cromosomi omologhi.
Anafase 1:
Avviene la disgiunzione delle coppie di cromosomi omologhi, che iniziano a migrare verso i poli opposti della cellula, così da trasferire alle due cellule figlie un corredo di cromosomi dimezzato, in cui ogni cromosoma è formato da due cromatidi fratelli.
Telofase 1:
A ciascun polo della cellula troviamo un corredo aploide di cromosomi. Inizia, dunque, a riformarsi l’involucro nucleare.
Citochinèsi:
La cellula madre si scinde in due cellule figlie, aventi entrambe corredo cromosomico dimezzato rispetto al corredo della cellula madre.
Questa divisione meiotica non è preceduta da fase S, ovvero da nuova duplicazione di DNA. Si tratta di una divisione “equazionale” in quanto il processo avviene a partire da cellule aploidi da cui nasceranno due cellule figlie aploidi.
Profase 2:
L’involucro nucleare formatasi in telofase 1 si dissolve, i cromosomi si condensano di nuovo, ed inizia a formarsi il fuso.
Metafase 2:
Si forma la piastra equatoriale in cui si dispongono i cromosomi.
Anafase 2:
I cromatidi fratelli di ciascun cromosoma si separano e migrano verso i poli opposti della cellula, lasciando inalterato il numero aploide di cromosomi per ciascuna cellula figlia, dove ciascun cromosoma è formato da un cromatidio.
Telofase 2:
Si riformano gli involucri nucleari.
Citochinèsi:
La cellula si divide in due cellule figlie, entrambi aploidi. La meiosi 2 è stata svolta partendo dalle due cellule e di conseguenza otterremo quattro cellule figlie, tutte e quattro aploidi.
Gametogenesi:
Con “gametogenesi” si intende il processo attraverso il quale si formano i gameti , spermatozoo e cellula uovo.
La gametogenesi avviene nelle gonadi maschili (testicolo) e femminili (ovaio).
Le cellule germinali primordiali (spermatogoni e ovogoni), prima di entrare in meiosi, attraversano una fase di numerose divisioni mitotiche che avvengono nelle gonadi, per poi avvenire la meiosi, che darà origine a partire da gamete maschile e femminile (aploidi) uno zigote, organismo diploide.
Lo zigote è caratterizzato da elevata variabilità genetica in quanto i gameti non sono tra di loro uguali, ed inoltre avviene il crossing-over nella profase 1 della prima divisione meiotica.
Uno spermatozoo è costituito da testa, parte intermedia, e lunga coda.
Quando avviene l’interazione tra spermatozoo e cellula uovo, in cui si ha la frammentazione della membrana acrosomiale (la testa della spermatozoo contiene acrosoma) esterna dello spermatozoo con conseguente rilascio di enzimi acrosomiali, i quali creano un percorso nello spessore dell’involucro primario dell’uovo che permette allo spermatozoo di raggiungere la membrana plasmatica dell’uovo. Una volta entrato lo spermatozoo nel citoplasma dell’ovocito secondario prosegue la meiosi 2.
