Divisione cellulare e cromosomi

La divisione cellulare è il processo permette ad una cellula di dare origine a due cellule figlie. Tutte le

cellule hanno origine dalla divisione di altre cellule. Ogni cellula contiene una gran mole di

informazioni sotto forma di geni, tratti di DNA. Prima di ogni divisione cellulare il DNA si duplica e

ognuna delle due cellule che si originano dalla divisione riceve una dotazione di informazioni identica

a quella della cellula madre. Il processo di divisione cellulare deve garantire la distribuzione equa di

DNA, citoplasma e organuli cellulari. La divisione cellulare è diversa nei procarioti e negli eucarioti.

Nei procarioti, dotati di un’unica molecola di DNA, è un processo molto semplice; negli eucarioti,

forniti di diverse molecole di DNA sotto forma di cromosomi, è un processo complesso che garantisce

l’equa ripartizione del materiale genetico (mitosi) e del materiale citoplasmatico (citodieresi). Oltre

alla mitosi, che permette l’accrescrimento e il rinnovamento dei tessuti, in tutti gli eucarioti che si

riproducono in via sessuata è presente una particolare linea cellulare, quella delle cellule germinali, che

attraverso una divisione, la meiosi, forma le cellule riproduttive.

1.Divisione cellulare nei procarioti

Le cellule procatioriche 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 piega della membrana stessa

detta mesosoma. I procarioti si dividono per semplice scissione binaria.

All’inizio del processo, la molecola di DNA circolare si duplica, mentre la

cellula si accresce. Successivamente, a partire dal mesosoma la cellula

madre si divide in due cellule figlie, ciascuna dotata di una molecola di

DNA.

2.Ciclo cellulare negli eucarioti

Una cellula eucariotica vive ed esplica le proprie funzioni finché non si divide, oppure muore. Negli

organismi pluricellulari, alcune cellule (come neuroni o globuli rossi) una volta raggiunta la maturità

perdono la capacità di dividersi, ma la maggior parte va incontro a

divisione. Le cellule che non si dividono rimangono bloccate nella

fase G1 e può essere temporanea o permanente.

Il ciclo vitale di una cellula eucariotica, definito ciclo cellulare, è

suddiviso in quattro fasi distinte, dette G1,S,G2, M.

Le prime tre costituiscono l’interfase, il periodo precedente alla

divisione cellulare, mentre nel quarto si verifica la mitosi.

•Fase G1, è un momento di intensa attività di crescita. In

questo periodo la cellula raddoppia e produce nuovi

organelli;

•Fase S, si ha la replicazione del DNA;

•Fase G2, la cellula continua a crescere e a formare nuovi organelli.

La morte delle cellule si può veirificare in seguitp a due diversi processi:

•necrosi si verifica quando parte delle cellule che formano un tessuto muore per un processo

patologico, perché colpita da infezione o non riceve sufficiente ossigeno;

•apoptosi è la morte delle cellule programmata geneticamente, che contribuisce a controllare il

numero di cellule che formano un tessuto

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Divisione cellulare e cromosomi La divisione cellulare è il processo permette ad una cellula di dare origine a due cellule figlie. Tutte le cellule hanno origine dalla divisione di altre cellule. Ogni cellula contiene una gran mole di informazioni sotto forma di geni, tratti di DNA. Prima di ogni divisione cellulare il DNA si duplica e ognuna delle due cellule che si originano dalla divisione riceve una dotazione di informazioni identica a quella della cellula madre. Il processo di divisione cellulare deve garantire la distribuzione equa di DNA, citoplasma e organuli cellulari. La divisione cellulare è diversa nei procarioti e negli eucarioti. Nei procarioti, dotati di un’unica molecola di DNA, è un processo molto semplice; negli eucarioti, forniti di diverse molecole di DNA sotto forma di cromosomi, è un processo complesso che garantisce l’equa ripartizione del materiale genetico ( mitosi ) e del materiale citoplasmatico ( citodieresi ). Oltre alla mitosi, che permette l’accrescrimento e il rinnovamento dei tessuti, in tutti gli eucarioti che si riproducono in via sessuata è presente una particolare linea cellulare, quella delle cellule germinali, che attraverso una divisione, la meiosi, forma le cellule riproduttive. 1.Divisione cellulare nei procarioti Le cellule procatioriche 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 piega della membrana stessa detta mesosoma. I procarioti si dividono per semplice scissione binaria. All’inizio del processo, la molecola di DNA circolare si duplica, mentre la cellula si accresce. Successivamente, a partire dal mesosoma la cellula madre si divide in due cellule figlie, ciascuna dotata di una molecola di DNA. 2.Ciclo cellulare negli eucarioti Una cellula eucariotica vive ed esplica le proprie funzioni finché non si divide, oppure muore. Negli organismi pluricellulari, alcune cellule (come neuroni o globuli rossi) una volta raggiunta la maturità perdono la capacità di dividersi, ma la maggior parte va incontro a divisione. Le cellule che non si dividono rimangono bloccate nella fase G 1 e può essere temporanea o permanente. Il ciclo vitale di una cellula eucariotica, definito ciclo cellulare , è suddiviso in quattro fasi distinte, dette G1,S,G2, M. Le prime tre costituiscono l’ interfase , il periodo precedente alla divisione cellulare, mentre nel quarto si verifica la mitosi.

Fase G 1 , è un momento di intensa attività di crescita. In questo periodo la cellula raddoppia e produce nuovi organelli;
Fase S , si ha la replicazione del DNA;
Fase G 2 , la cellula continua a crescere e a formare nuovi organelli. La morte delle cellule si può veirificare in seguitp a due diversi processi:
necrosi si verifica quando parte delle cellule che formano un tessuto muore per un processo patologico, perché colpita da infezione o non riceve sufficiente ossigeno;
apoptosi è la morte delle cellule programmata geneticamente, che contribuisce a controllare il numero di cellule che formano un tessuto

Per innescare I cambiamenti che portano alla fase S e quelli che danno vita alla mitosi è fondamentale il ruolo delle chinasi ciclica-dipendenti ( cdk). Le chinasi sono enzimi che catalizzano il passaggio di un gruppo fosfato da una molecola di ATP a una proteina (un enzima), che, quindi, viene fosforilata. La fosforilazione determina un cambiamento nella conformazione della proteina, che in tal modo può essere attivata o inattivata. Gli enzimi attivati vanno a catalizzare specifiche reazioni e in tal modo permettono l’innesco dei processi cellulari. Le cdk vengono attivate a loro volta da molecole dette cicline , prodotte dalla cellula. La mitosi può essere indotta anche da fattori esterni. Le piastrine, per esempio, producono un fattore di crescita che stimola la divisione delle cellule nei tessuti interessati da una ferita. 3.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 , cariche positivamente, che si legano al DNA, carico negativamente. La loro funzione è quella di avvolgere I filamenti di DNA in modo da poterli contenere nel ristretto spazio nucleare. Il DNA si avvolge intorno a otto istoni, formando I nucleosomi. Fra due nucleosomi si trova un’altra molecola di istone, che serve ad avvicinare I due nucleosomi successivi. Ogni cromosoma è una molecola di DNA che sarebbe lunga circa 3-4 cm, se fosse completamente distesa. Poiché le cellule umane contengono 46 cromosomi, la lunghezza totale del DNA contenuto in ogni cellula è di circa 2 m. 4.Mitosi La mitosi è il processo tramite il quale il nucleo di una cellula eucariote si divide, dando origine a due nuclei figli, ciascuno dotato di una serie completa di cromosomi. Alla divisione del nucleo segue generalmente la divisione del citoplasma, indicata come citodieresi.

Profase: Il DNA si spiralizza, si condensa e comincia ad assumere l’aspetto di corpuscoli visibili al microscopio ottico. La membrana nucleare si dissolve. Nel citoplsma, I due centrosomi iniziano a migrare verso I due poli opposti, dando origine al fuso mitotico, un insieme di fibre che attraversa tutta la cellula;
Metafase: I cromosomi si allineano sul piano equatoriale della cellula;
Anafase: I centromeri si dividono in due e I due cromatidi fratelli di ogni cromosoma si separano, migrando verso I poli opposti della cellula;

La partenogenesi è un tipo di riproduzione che richiede la formazione dei gameti ma non la loro fusione. In questo caso il nuovo individuo ha origine da una cellula uovo (gamete femminile) non fecondata, avviato da stimoli meccanici o fisici, anzichè dall’ingresso nell’uovo dello spermatozoo. Questo processo è tipico degli invertebrati. 8.Meiosi Nelle gonadi sono contenute cellule specializzate diploidi, chiamate gametociti , che vanno incontro alla meiosi, dando origine ai gameti aploidi. Il processo consiste in due divisioni cellulari successive, che a partire da una cellula diploide, ne producono quattro aploidi. Ogni divisione è suddivisa in quattro fasi:

Profase I: la cromatina si condensa, si forma l’apparato del fuso e scompare la membrana. I due cromosomi omologhi di ogni coppia si avvicinano e si appaiono. Ogni coppia di omologhi appaiati risulta formata da quattro cromatidi ed è perciò chiamata tetrade. Tra I due omologhi di una coppia si ha il fenomeno del crossing over ;
Metafase I: le tetradi si allineano 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 grazie all’accorciamento delle fibre;
Telofase I: la cellula di partenza si divide in due cellule figlie. I due prodotti della prima divisione meiotica non sono uguali al gametoito di partenza perchè sono aploidi; non sono inoltre uguali tra loro in quanto, per ciascun tipo di cromosoma, hanno ereditato l’uno la copia materna e l’altro la copia paterna. In seguito ognuna delle due cellule figlie va incontro alla meiosi II:
Profase II: I centrioli migrano verso I poli opposti della cellula e si forma il fuso;
Metafase II: I cromosomi si allineano;
Anafase II: I cromatidi fratelli di ogni cromosoma si separano e si muovono verso I due poli opposti della cellula, diventando I nuovi cromosomi delle due cellule figlie;
Telofase II: si formano due nuclei e si ha la citodieresi con la formazione di due cellule figlie. La prima divisione meiotica è di tipo riduzionale, cioè accompagnata dal dimezzamento del numero dei cromosomi, mentre la seconda è di tipo equazionale, cioè non si ha alcuna variazione del numero cromosomico.

9. Il crossing-over Durante la profase della meiosi I, I cromatidi di due cromosomi omologhi possono subire il crossing- over, cioè rompersi in punti esattamente corrispondenti, scambiandosi dei segmenti. Il punto di scambio è detto chiasma. Si noti che il crossing-over avviene tra due cromatidi non fratelli di una coppia di omologhi e non tra I cromatidi fratelli dello stesso cromosoma. 10. Mutazioni cromosomiche e genomiche Le mutazioni sono alterazioni del patrimonio genetico che possono interessare un singolo gene, oppure nell’alterazione della struttura di un cromosoma o in una variazione nel numero di cromosomi. Mentre le mutazioni geniche sono dovute a errori nella replicazione del DNA, le mutazioni cromosomiche e genomiche sono causate da errori nella meiosi. Spesso danno origine a gravi patologie. La sindrome di Down rappresenta un caso di aneuploidia , cioè l’acquisto di uno o pochi cromosomi. Questa mutazione è dovuta a una non disgiunzione , cioè a una mancata separazione di due cromosomi omologhi durante la meiosi I o di due cromatidi fratelli durante la meiosi II. 11. Gametogenesi Il processo di formazione dei gameti è detto gametogenesi e avviene nelle gonadi. Negli animali I gameti maschili sono gli spermatozoi , quelli femminili le cellule uovo. In particolare: - Spermatogenesi: nelle gonadi maschili gli spermatogoni (2n) si differenziano in spermatociti primari che vanno incontro alla prima divisione meiotica, originando cellule aploidi spermatociti secondari (n). Questi vanno incontro alla seconda divisione meiotica producendo cellule aploidi, gli spermatidi, che matureranno in spermatozoi; - Ovogenesi : nelle gonadi femminili gli ovogoni (2n) si differenziano in ovociti peimari che vanno incontro alla prima divisione meiotica con produzione di due cellule aploidi: un ovacita secondario e una piccola cellula, globulo polare. Mentre quest’ultimo va inontro a un seconda divisione, formando due nuovi globuli, l’ovocita secondario, se si verifica la fecondazione, va incontro alla seconda divisione meiotica, producendo una cellula uovo e un altro piccolo globulo polare.

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