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Proprietà Elettive delle Cellule: divisione cellulare (mitosi & meiosi) e morte cellulare
Divisione Cellulare: i processi di mitosi e meiosi hanno significati diversi:
❖ MITOSI : processo di divisione cellulare che assicura la produzione di cellule diploidi e il mantenimento dell’ EUPLOIDIA (quantità di DNA utile alla cellula) è un processo che riguarda le CELLULE SOMATICHE ❖ MEIOSI : avviene solo esclusivamente nelle CELLULE GERMINALI presenti nelle gonadi, cellula diploidi che vanno incontro alla formazione di cellule aploidi (patrimonio genetico dimezzato). Ha anche il compito di creare VARIABILITÀ GENETICA attraverso crossing-over (ricombinazione genica tra cromosomi omologhi) e assortimento indipendente dei cromosomi omologhi.
Ciclo di Divisione Cellulare (o Riproduttivo): sequenza ordinata di eventi per cui una cellula
duplica il suo contenuto e si divide. Deve replicare tutto il DNA per dividerlo in parti uguali alle due cellule figlie. La cellula affronta un’attività biosintetica molto intensa e consuma molta energia. Tutti questi passaggi saranno coordinati nel tempo e nello spazio e devono essere controllati da specifici meccanismi.
Interfase: lunga serie di eventi di durata variabile che precede la MITOSI (o FASE M ). È suddivisa in:
❖ FASE G1 : la più lunga e la più variabile in fatto di tempo. In questa fase si effettua un controllo dell’ambiente esterno: se non vi sono stimoli non potrà avvenire la fase S. Da questa fase c sono delle cellule che vanno incontro alla fase di quiescenza ( G0 ) e ciò comporta l’arresto temporaneo o permanente del ciclo. ❖ FASE S: sintesi e replicazione di tutto il materiale informativo. È la fase più delicata perché c’è rischio di mutazioni. ❖ FASE G2: controllo del genoma. Se nella fase S vi sono mutazioni, la cellula non può entrare in quest’ultima fase, questo perché la cellula cerca di riparare l’errore.
Classificazione Bizzozero:
❖ CELLULE PERENNI : stanno perpetuamente nella fase G0 perché sono già differenziate. Non sono in grado di rientrare nel ciclo cellulare (es. neuroni e cellule muscolari) ❖ CELLULE STABILI : possono sospendere l’attività riproduttiva per molto tempo, ma non in maniera definitiva; quindi, mediante stimoli esterni possono entrare di nuovo nel ciclo (es. epatociti) ❖ CELLULE LABILI : entrano ed escono nel ciclo continuamente perché rinnovano d continuo (es. tessuti e mucose) Attualmente però si ritiene che in quasi tutti i tessuti ci siano cellule capaci di rinnovamento, anche se in misura differente, derivato dalle CELLULE STAMINALI , le quali hanno la capacità di: ❖ Compiere un numero illimitato di cicli replicativi, mantenendo il medesimo stadio differenziativo ❖ Produrre progenie differenziate, attraverso divisioni asimmetriche ❖ Ripopolare il tessuto di origine se trapiantata in un sito ricevente danneggiato (medicina rigenerativa) Le cellule possono entrare in G0 per diversi motivi: ❖ Carenza di sostanze nutritive o fattori di crescita ❖ Risposta a stimoli antiproliferativi/differenziativi Se la cellula non si differenzia, può entrare in uno stadio di SENESCENZA REPLICATIVA , cioè rallenta la sua capacità riproduttiva ed entra in G0 in modo indeterminato, oppure morire. LE CELLULE SI DIVIDONO SOLO SE NECESSARIO , ossia quando ricevono STIMOLI MITOGENI (induttori della mitosi): ❖ Fattori chimici o segnali esogeni solubili (ormoni) o fattori proteici (EGF, Epidermal Growth Factor ) ❖ Stimoli originati nelle giunzioni cellula-cellula e/o con la matrice extracellulare Esistono anche fattori che controllano il ciclo dall’interno, come l’espressione di specifici geni quali ONCOGENI , ONCOSOPPRESSORI e INIBITORI SPECIFICI. Le proteine specifiche che aiutano la cellula ad entrare nel ciclo si chiamano CICLINE, le quali si legano all’enzima CHINASI CICLINA- DIPENDENTE.
Quando osserviamo la avvenuta duplicazione del DNA? Il processo di duplicazione avviene nella fase S, dove ogni molecola di DNA (46) viene replicata. Perciò possiamo osservare la avvenuta replicazione quando possiamo intravedere i cromosomi nella fase M. Quando osserviamo al microscopio ottico i cromosomi, durante la fase M, è già avvenuta la duplicazione del DNA; perciò, in ogni cromosoma sono presenti due molecole identiche di DNA ( CROMATIDI FRATELLI ), uniti in corrispondenza di una strozzatura detta CENTROMERO. RICORDA! PLOIDIA: numero di serie di cromosomi presenti in una cellula ❖ UNA SOLA SERIE di cromosomi avrà ploidia 1 e si dirà APLOIDE ❖ DUE SERIE di cromosomi avrà ploidia 2 e si dirà DIPLOIDE 1956 (Tijo & Levan): le cellule somatiche umane sono diploidi (ploidia 2) e contengono 46 cromosomi. Esse hanno due copie di ognuno dei cromosomi chiamati CROMOSOMI OMOGLOGHI (una materna e una paterna, derivate alla fecondazione).
Cariogramma Umano: rappresentazione dei cromosomi umani (
coppie di AUTOSOMI e una coppia di ETEROCROMOSOMI , o CROMOSOMI DEL SESSO ).
Cariotipo Umano: corredo cromosomico di un individuo o della specie a
cui appartiene; indica il numero e anche il sesso. es. 46, XX (cariotipo donna) o 46, XY (cariotipo uomo).
Gene: tratto di DNA corrispondente ad una informazione che occupa una
posizione ( LOCUS ) lungo il cromosoma. I cromosomi omologhi, simili per dimensione, forma e posizione del centromero, portano sul DNA l’informazione per il controllo degli stessi caratteri genici, anche se possono avere varianti alleliche.
Allele: indica le due o più forma alternative dello stesso gene, che si trovano nella stessa posizione su
ciascun cromosoma omologo
Mitosi: processo di divisione delle cellule somatiche in cui da una cellula diploide si
ottengono due cellule diploidi geneticamente uguali tra loro e alla cellula madre. Durante l’interfase, all’interno della cellula sono stati duplicati sia il DNA che i CENTROSOMI , ossia i centri organizzatori dei microtubuli che garantiscono la riorganizzazione del citoscheletro nella fase M.
Viene suddivisa in 5 FASI riconoscibili osservando forma, compattazione e posizione dei cromosomi:
1. Profase: condensazione della cromatina in cromosomi dicromatici,
scomparsa del nucleolo, riorganizzazione dei microtubuli a partire dai due centrosomi, frammentazione del RE disassemblaggio in vescicole dell’apparato del Golgi
2. Prometafase: disgregazione dell’involucro nucleare, la quale permette il RILASCIO dei
cromosomi nel citoplasma. Questi si agganceranno ai microtubuli (fuso mitotico).
Organizzazione del Fuso:
❖ MICROTUBULI CINETOCORICI: ruolo nel vincolare i cromosomi ad entrambi i poli e poi di trascinare ognuno verso i poli stessi CINETOCORE: struttura proteica la cui formazione inizia dopo la replicazione, ma il completamento si ha durante la prometafase. ➢ Regione di contatto tra microtubuli e cromosomi ➢ Genera e controlla le forze utili al movimento dei cromosomi ➢ Controlla la separazione del DNA ❖ MICROTUBULI ASTRALI: ruolo di orientare il fuso secondo l’asse di divisione cellulare ❖ MICROTUBULI INTERPOLARI: ruolo nel separare i centrosomi duplicati, nel mantenere la struttura e nel separare i cromosomi
3. Metafase: fase più lunga della mitosi, in cui i microtubuli cinetocorici
dispongono i cromosomi allineati in una zona piatta centrale ( PIASTRA METAFASICA ). La fase successiva non avviene fino a che tutti i cinetocori non siano legati ai microtubuli che originano da entrambi i poli (verifica effettuata dal checkpoint CONTROLLO TRA METAFASE-ANAFASE )
❖ OVOGENESI : inizia con la fase mitotica (termina nella menopausa), in cui si sviluppano gli OOGONI , i quali si differenziano in OOCITI PRIMARI che entrano in meiosi. Nella fase meiotica gli oociti primari si fermano nella profase I e il processo riprende a partire dalla pubertà, formando l’ OOCITA SECONDARIO che completerà la sua seconda divisione meiotica solo nel caso in cui avvenga la fecondazione. Produzione di una sola OVOCELLULA che andrà incontro alla fecondazione
Ciclo Vitale: è affidato ai GAMETI il compito di realizzare la continuità della specie umana attraverso
la FECONDAZIONE.
Gameti (cellula uovo e spermatozoo): cellule riproduttive aploidi attraverso le quali l’organismo
vivente si riproduce. Possiedono un PATRIMONIO INFORMATIVO (che ci appartiene come specie ed individuo) costituito da 23 molecole di DNA. Essi si formano nelle GONADI (o CELLULE GERMINALI , ovaia e testicolo).
Fecondazione: l’ovocita viene raggiunta da diversi spermatozoi; ma l’importante è che ne penetri
solamente uno, in modo tale da non andare incontro al fenomeno di POLIPLOIDIA , il quale porta ad un ABORTO SPONTANEO. Ciò è impedito dall’ovocita attraverso la REAZIONE CORTICALE. Attraverso la fecondazione si forma lo ZIGOTE , cellula diploide contenente 46 molecole di DNA. Esso viene considerato come una CELLULA TOTIPOTENTE , poiché in grado di dare origine a tutte le popolazioni cellulari si un organismo attraverso il processo mitotico.
Meiosi (dal greco diminuzione ): processo di divisione delle CELLULE GERMINALI che i realizza in una
singola duplicazione del DNA seguita a due divisioni cellulari successive: Meiosi I e Meiosi II.
Due Significati:
❖ Portare alla APLOIDIA , premessa indispensabile per la fecondazione ❖ Aumentare la VARIABILITÀ GENETICA attraverso crossing-over e assortimento indipendente dei cromosomi paterni e materni.
Meiosi I: divisione riduzionale con formazione due gameti già aploidi
❖ Profase I: fase molto lunga nella specie umana e viene divisa in 5 FASI :
➢ Leptotene ( leptos “sottile” + tenos “fibra”): compattazione della cromatina in
cromosomi
➢ Zigotene ( zygon “unione”): inizio dell’appaiamento dei cromosomi omologhi a
realizzare dei collegamenti stretti detti SINAPSI
➢ Pachitene ( pachus “robusto”): completo appaiamento dei cromosomi omologhi, i quali
creano delle TETRADI (4 molecole di DNA). Perciò se avrò 46 cromosomi, le tetradi saranno 23 (22 autosomi e 1 sessuale). Il complesso che tiene uniti i cromosomi omologhi è detto COMPLESSO SINAPTONEMALI (o SINAPTONEMICO ). Altro aspetto importante di questa fase è quello che viene definito crossing-over , ossa uno scambio di materiale genetico di cromosomi omologhi, in particolare tra cromatidi non fratelli. Questo processo ha due ruoli fondamentali: o GENETICO : ossia la variabilità genetica o BIOLOGICO : segregazione corretta dei cromosomi alla meiosi
➢ Diplotene ( duplos “doppio”): scompare il complesso sinaptinemale, si allontanano i
cromosomi omologhi e rimane l’unione nei punti ( CHIASMI ) in cui è avvenuto il crossing-over
➢ Diacinesi: i cromatidi si accorciano e le tetradi vanno a disporsi nella piastra
equatoriale, frammentando l’involucro nucleare.
❖ Metafase I: sulla piastra metafasica si posizionano i cromosomi omologhi
appaiati, cioè coppie ancora legati nei chiasmi. I cinetocori si comportano come se fossero un unico cinetocore, legando i microtubuli proveniente da un singolo polo del fuso. Questi microtubuli non si agganceranno ai singoli cromatidi, ma all’interno cromosoma.
