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Divisione cellulare e cromosomi, Sintesi del corso di Biologia

Una panoramica dettagliata sulla divisione cellulare, sia nei procarioti che negli eucarioti. Vengono spiegati i principali processi della mitosi e della meiosi, inclusi i concetti di cellule aploidi e diploidi, la formazione dei gameti e le mutazioni cromosomiche e genomiche. Il testo approfondisce gli aspetti chiave della biologia cellulare, come la duplicazione del dna, la segregazione dei cromosomi e la citocinesi, illustrando il ruolo fondamentale della divisione cellulare nei processi di riproduzione, sviluppo e rinnovamento tissutale degli organismi viventi.

Tipologia: Sintesi del corso

2023/2024

Caricato il 23/08/2024

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Biologia Capitolo 2 - Divisione cellulare e cromosomi
La divisione cellulare è il processo che permette a una cellula di dare origine a due cellule
figlie, prima di ogni divisione cellulare il DNA si duplica, così ognuna delle due cellule avrà
informazione identica a quella della cellula ‘madre’.
Per gli organismi unicellulari la divisione cellulare coincide con la riproduzione, cioè la
formazione di altri esseri viventi della stessa specie; mentre nei pluricellulari oltre alla
riproduzione permette lo sviluppo dell’embrione, l’accrescimento e il rinnovamento dei
tessuti delle cellule morte o danneggiate, che ogni giorno vengono sostituite.
Divisione cellulare nei procarioti
Le cellule procariotiche sono fornite di un’unica molecola circolare di DNA, libera nel
citoplasma (cromosoma batterico), si trova associata alla membrana in corrispondenza di
una piega della membrana stessa, il mesosoma.
Si dividono per semplice scissione binaria (o fissione). 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 (identica molecola DNA).
Ciclo cellulare degli eucarioti
Una cellula eucariotica vive ed esplica le proprie funzioni finché non si divide, oppure muore.
Il ciclo vitale di una cellula eucariotica (ciclo cellulare) è suddiviso in 4 fasi, di cui le prime tre
(G1S G2) costituiscono l’interfase, precedente alla divisione cellulare
- G1(gap)è la prima fase del ciclo, in questa fase la cellula raddoppia le proprie
dimensioni e produce nuovi organelli, oltre agli enzimi necessari per la duplicazione
del DNA che avrà luogo nella fase:
- S (sintesi) si ha la replicazione del DNA
- G2la cellula continua a crescere e formare nuovi organelli, in vista della divisione
La durata del ciclo cellulare varia da cellula a cellula: lievito 1,5-3 ore; cellule di un
mammifero è 18-24 ore; nell’uomo le cellule degli epatociti (cellule del fegato) 1 anno; le
cellule dell’epitelio intestinale e le cellule precursore del sangue 12 ore.
Le cellule che non si dividono (fine dello sviluppo o programmata) si trovano nella fase G1 in
questo caso detta G0; la morte delle cellule si può verificare per processo:
-necrosi: quando parte delle cellule che formano un tessuto muore per processo patologico
ie. infezione o non riceve abbastanza ossigeno
-apoptosi: morte cellulare programmata geneticamente (esigenze fisiologiche e di sviluppo)
Il controllo cellulare
Per innescare i cambiamenti che danno vita alla fase S e poi alla mitosi è fondamentale le
chinasi ciclina dipendenti (Cdk). Sono enzimi che catalizzano il passaggio di un gruppo
fosfato da una molecola di ATP a una proteina (enzima) che viene fosforilata, che poi può
essere attivata o inattivata.
Le Cdk non sono sempre attive, ma vengono attivate dalle cicline.
La mitosi può anche essere indotta da fattori esterni, come ormoni o fattori di crescita.
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Biologia Capitolo 2 - Divisione cellulare e cromosomi La divisione cellulare è il processo che permette a una cellula di dare origine a due cellule figlie, prima di ogni divisione cellulare il DNA si duplica, così ognuna delle due cellule avrà informazione identica a quella della cellula ‘madre’. Per gli organismi unicellulari la divisione cellulare coincide con la riproduzione, cioè la formazione di altri esseri viventi della stessa specie; mentre nei pluricellulari oltre alla riproduzione permette lo sviluppo dell’embrione, l’accrescimento e il rinnovamento dei tessuti delle cellule morte o danneggiate, che ogni giorno vengono sostituite. Divisione cellulare nei procarioti Le cellule procariotiche sono fornite di un’unica molecola circolare di DNA, libera nel citoplasma (cromosoma batterico), si trova associata alla membrana in corrispondenza di una piega della membrana stessa, il mesosoma. Si dividono per semplice scissione binaria (o fissione). 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 (identica molecola DNA). Ciclo cellulare degli eucarioti Una cellula eucariotica vive ed esplica le proprie funzioni finché non si divide, oppure muore. Il ciclo vitale di una cellula eucariotica (ciclo cellulare) è suddiviso in 4 fasi, di cui le prime tre (G 1 S G 2 ) costituiscono l’interfase, precedente alla divisione cellulare

  • G 1 (gap)è la prima fase del ciclo, in questa fase la cellula raddoppia le proprie dimensioni e produce nuovi organelli, oltre agli enzimi necessari per la duplicazione del DNA che avrà luogo nella fase:
  • S (sintesi) si ha la replicazione del DNA
  • G 2 la cellula continua a crescere e formare nuovi organelli, in vista della divisione La durata del ciclo cellulare varia da cellula a cellula: lievito 1,5-3 ore; cellule di un mammifero è 18-24 ore; nell’uomo le cellule degli epatociti (cellule del fegato) 1 anno; le cellule dell’epitelio intestinale e le cellule precursore del sangue 12 ore. Le cellule che non si dividono (fine dello sviluppo o programmata) si trovano nella fase G1 in questo caso detta G0; la morte delle cellule si può verificare per processo: -necrosi: quando parte delle cellule che formano un tessuto muore per processo patologico ie. infezione o non riceve abbastanza ossigeno -apoptosi: morte cellulare programmata geneticamente (esigenze fisiologiche e di sviluppo) Il controllo cellulare Per innescare i cambiamenti che danno vita alla fase S e poi alla mitosi è fondamentale le chinasi ciclina dipendenti (Cdk). Sono enzimi che catalizzano il passaggio di un gruppo fosfato da una molecola di ATP a una proteina (enzima) che viene fosforilata, che poi può essere attivata o inattivata. Le Cdk non sono sempre attive, ma vengono attivate dalle cicline. La mitosi può anche essere indotta da fattori esterni, come ormoni o fattori di crescita.

Il cromosoma eucariote A differenza dei procarioti, il DNA degli eucarioti è sempre associato a diverse proteine, e il complesso formato è detto cromatina. Un cromosoma è una lunga molecola di DNA, associata a specifiche proteine, ed è avvolta su se stessa. Le proteine più abbondanti sono gli istoni (+) che si legano al DNA (-) e la loro funzione è di compattare i lunghi filamenti di DNA, si avvolge intorno a gruppi di 8 istoni, formando i nucleosomi (unità base della cromatina). Il numero di cromosomi presenti nel nucleo delle cellule di organismi della stessa specie è caratteristico e costante, è uguale per tutte le cellule tranne quelle riproduttive che ne contengono la metà. Mitosi Processo tramite il quale il nucleo della cellula eucariote si divide, dando origine a due nuclei figli, dotati entrambi di una serie completa di cromosomi. Segue poi generalmente la divisione del citoplasma indicata come citodieresi (citochinesi,citocinesi). All’inizio della mitosi i cromosomi (despiralizzati durante l’interfase) sono un ammasso di cromatina; ogni cromosoma in seguito alla duplicazione (S) contiene 2 filamenti di DNA identici (cromatidi fratelli) che sono uniti nel centromero e le estremità sono dette telomeri.

  • profase: DNA si spiralizza e si condensa, la membrana nucleare si dissolve e i nucleoli scompaiono. Contemporaneamente nel citoplasma i due centrosomi (contenenti coppia di centrioli, duplicati in fase S) migrano nei 2 poli opposti della cellula, dando origine al fuso mitotico, cioè un insieme di fibre, cotituite da microtubuli che attraversa tutta la cellula e collega le due coppie, dai centrioli di diramano corti microtubuli disposti a raggio, che formano l’aster.
  • metafase: i cromosomi (condensati al massimo) si allineano sul piano equatoriale della cellula originando la piastra metafisica dopo aver aderito alle fibre del fuso per mezzo di dei cinetocori (strutture proteiche presenti nel centromero)
  • anafase: i centromeri si dividono in 2 e i 2 cromatidi fratelli di ogni cromosoma si separano migrando verso i poli opposti della cellula grazie al’’accorciamento delle fibre del fuso mitotico.
  • Telofase: il fuso scompare gradualmente, i cromatidi, ormai nuovi cromosomi delle cellule figlie, si despiralizzano e assumono la forma distesa tipica dell’interfase, si riforma la membrana nucleare e ricompare il nucleolo. La citodieresi, divisione citoplasma che segua la mitosi e porta alla formazione di due cellule figlie, avviene diversamente in cellule animali (solco che diventa sempre più profondo fino alla divisione) e nelle cellule vegetali (parete cellulare rigida quindi viene diviso da un diaframma, la piastra cellulare, che si origina al centro della cellula, dalla fusione di vescicole membranose originate dal Golgi e si estende fino alla membrana).
  • Profase II : centrioli migrano ai poli opposti della cellula e si riforma l’apparato del fuso
  • Metafase II : i cromosomi si allineano sul piano equatoriale
  • Anafase II : i cromatidi fratelli di ogni cromosoma si separano e si muovono verso i due poli opposti, diventando i nuovi cromosomi delle cellule figlie
  • Telofase II : si formano due nuclei e si ha la citodieresi con la formazione di due cellule figlie La prima riduzione meiotica è di tipo riduzionale (dimezzamento n cromosomi) mentre la seconda è di tipo equazionale (non si ha alcuna variazione del n cromosomico). Crossing-over Durante la profase I della meiosi i cromatidi omologhi (non fratelli) possono subire il crossing-over, cioè rompersi in punti esattamente corrispondenti scambiandosi dei segmenti, il punto di scambio è detto chiasma. Si chiamano ricombinanti quelli che partecipano allo scambio e parentali quelli che rimangono uguali. -permette il rimescolamento tra parti di cromosoma, nuove combinazioni tra alleli -rende possibile la separazione degli alleli dei geni localizzati sullo stesso cromosoma (associati o incatenati) aumentando le combinazioni di alleli -la frequenza di combinazione fra due caratteri può essere utilizzata come unità di misura della distanza tra i geni; è possibile comprendere l’ordine di allineamento dei geni sul cromosoma e costruire una mappa cromosomica. Mutazioni cromosomiche e genomiche Sono alterazioni del patrimonio genetico che possono essere: -mutazioni cromosomiche: rottura di un cromosoma, il frammento può andare perduto (delezione), attaccarsi al cromosoma omologo (duplicazione), a un cromosoma non omologo (traslocazione) o riattaccarsi al cromosoma originale dopo aver ruotato 180° (inversione) -mutazioni genomiche: perdita o 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), dovuta a una non disgiunzione (mancata separazione di due cromosomi omologhi durante la meiosi I) es. aneuploidia (sindrome di Down/trisomia 21) Gametogenesi Processo di formazione dei gameti e avviene nelle gonadi (spermatozoi e cellule uovo) Spermatogenesi: gli spermatogoni (2n) si differenziano in spermatociti primari (2n) che vanno incontro alla prima divisione meiotica, originando cellule aploidi di uguale dimensione, spermatociti secondari (n). Vanno incontro alla seconda divisione meiotica producendo spermatidi che matureranno in spermatozoi. Ovogenesi : gli ovogoni (2n) si differenziano in ovociti primari (2n) che vanno incontro alla prima divisione meiotica che produce un ovocita secondario e una piccola cellula detta globulo polare, che può andare incontro a una seconda divisione oppure degenerare e morire, l’ovocita secondario se si verifica la fecondazione , va incontro alla seconda divisione meiotica, producendo cellula uovo e un altro globulo polare.

Mitosi - da origine a due cellule figlie identiche con stesso numero di cromosomi Meiosi - da origine a quattro cellule figlie diverse con il num di cromosomi dimezzato