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CICLO CELLULARE
I principali portatore dell’informazione genetica negli eucarioti sono i CROMOSOMI , contenuti nel nucleo cellulare. Sono costituiti da cromatina , un materiale composto da DNA, e proteine ( istoni ) a esso associate che formano delle strutture, i nucleosomi , che impediscono al DNA di aggrovigliarsi. Quando una cellula non è in divisione, la cromatina si trova sotto forma di lunghi e sottili filamenti parzialmente srotolati. Al momento della divisione cellulare, le fibre di cromatina si condensano e i cromosomi si rendono visibili come strutture distinte. Gli stadi attraverso i quali una cellula passa da una divisione cellulare alla successiva costituiscono il CICLO CELLULARE , la cui durata nelle cellule animali e vegetali in attiva crescita è compresa tra le 8 e le 20 ore. Si divide in: interfase e mitosi/citodieresi.
INTERFASE
La cellula trascorre la maggior parte della propria vita in questa fase, in cui è metabolicamente attiva poiché sintetizza proteine e organuli ed organizza le strutture necessarie alla divisione mitotica che avviene nella successiva fase M. L’interfase si divide in:
- Fase G1 : è la fase più lunga. Le cellule iniziano un periodo di riposo di lunghezza variabile durante il quale non si attua la sintesi di DNA, ma la sintesi di enzimi e proteine, e quindi vi è una crescita e attività metabolica normale. Inoltre, le cellule che non si dividono si arrestano in questa fase e si trovano in uno stadio G0 (come i neuroni).
- Fase S : è la fase di sintesi, in cui vengono sintetizzati acidi nucleici e istoni, per la duplicazione dei cromosomi, e avviene la duplicazione del DNA. - Fase G2 : è la fase più breve. Si ha un aumento della sintesi proteica e il DNA della cellula è il doppio. Le cellule, in base al loro ciclo cellulare, vengono classificate in:
- Stabili , cioè che permangono per anni nella fase G1 e presentano divisione cellulare solo se stimolata da particolari fattori (es. cellule epatiche)
- Labili , alcune cellule si dividono attivamente (G1 breve) e altre seguono la via del differenziamento cellulare e poi la morte (es. cellule epiteliali)
- Perenni , cioè le cellule, raggiunta la crescita, non si dividono mai (es. neuroni)
MITOSI e CITODIERESI
La MITOSI è un processo continuo, senza pause, in cui da una cellula somatica diploide (2n) se ne formano due con lo stesso patrimonio cromosomico. Ciò è possibile in quanto prima della mitosi il DNA raddoppia e ogni cromosoma si duplica. Comprende le seguenti fasi:
- PROFASE Avviene la compattazione della cromatina in CROMOSOMI. Ogni cromosoma, che è stato duplicato durante la fase S, consiste di una coppia di unità identiche chiamate cromatidi fratelli****. Questi sono legati fisicamente da un complesso proteico, detto coesina , che si estende per tutta la lunghezza dei cromatidi, ma è particolarmente abbondante in una specifica regione, chiamata centromero. In base alla posizione del centromero, i cromosomi si distinguono in: - acrocentrico (centromero in posizione terminale), - telocentrico (centromero in posizione apicale), - submetacentrico (centromero in posizione submediana), - metacentrico (centromero in posizione mediana).
- TELOFASE I cromosomi arrivano ai poli e vi è un ritorno a una condizione simile a quella di interfase. I cromosomi si decondensano despiralizzandosi. Attorno a ogni serie di cromosomi, si sviluppa un involucro nucleare; i microtubuli del fuso scompaiono e i nucleoli divengono visibili. La CITODIERESI è la divisione del citoplasma in due , per produrre due cellule figlie, e inizia prima che la mitosi sia completa. - Negli animali, in corrispondenza della linea equatoriale si forma una sorta di solco plasmatico che stringe la cellula fin quando le due cellule si separano formando due cellule del tutto indipendenti. - Nelle piante, le vescicole citoplasmatiche provenienti dall’apparato di Golgi si posizionano in corrispondenza della piastra equatoriale formando una piastra cellulare che diventerà la parete interposta tra le cellule figlie.
PUNTI DI CONTROLLO DEL CICLO CELLULARE
- Alla fine della fase G1, poco prima della fase S, e garantisce che la cellula abbia tutti i fattori di crescita, nutrienti ed enzimi per sintetizzare il DNA.
- Alla fine della fase G2, prima della fase M, e garantisce che la replicazione del DNA sia terminata prima che inizi la mitosi. Se il DNA è alterato questo punto di controllo non consente alla cellula di andare in mitosi.
- Alla fine della metafase ed impedisce l’inizio dell’anafase fino a quando i cinetocori non sono tutti attaccati alle fibre del fuso.
RIPRODUZIONE SESSUATA
Nella RIPRODUZIONE ASESSUATA , un singolo genitore, di solito attraverso un processo di scissione, gemmazione o frammentazione, da origine a due o più individui. Tutte le cellule sono prodotte per mitosi , cosicché i loro geni e i caratteri ereditati sono identici a quelli del genitore. Un tale gruppo di organismi geneticamente identici è chiamato clone. La RIPRODUZIONE SESSUATA comporta l’unione di due cellule sessuali specializzate, i gameti , per formare un’unica cellula chiamata zigote. Di solito, i gameti derivano da due diversi genitori, ma in alcuni casi un singolo genitore li fornisce entrambi. Questo tipo di riproduzione genera variabilità genetica all’interno della prole, poiché da origine ad individui geneticamente diversi rispetto ai genitori. In questo modo alcune cellule figlie possono essere in grado di sopravvivere a variazioni ambientali o ad altri stress meglio dei genitori, mentre altri che presentano una diversa combinazione di caratteri possono essere meno adatti a sopravvivere. I cromosomi di solito sono presenti in coppie nelle cellule somatiche delle piante superiori e degli animali. I membri di una coppia, chiamati cromosomi omologhi , sono simili per dimensione, forma e posizione dei loro centromeri. I 46 cromosomi delle cellule dell’uomo costituiscono 23 coppie diverse. Se una cellula o un nucleo contiene due serie di cromosomi si dice che possiede un corredo cromosomico diploide ; se invece è presente solo un cromosoma di ogni coppia di omologhi si dice che il corredo è aploide. Un individuo che presenta nel suo corredo tre o più serie di cromosomi è poliploide. Nell’uomo, il numero diploide di cromosomi è 46 e il numero aploide è 23. Quando l’uovo e lo spermatozoo si fondono alla fecondazione, ogni gamete fornisce una serie aploide di cromosomi. Il numero diploide viene perciò ristabilito nell’uovo fecondato (zigote). Quando lo zigote si divide per mitosi per formare le prime due cellule dell’embrione, ogni cellula figlia riceve un numero diploide di cromosomi e questo si ripete nelle successive divisioni mitotiche. In questo modo, le cellule somatiche dono diploidi.
MEIOSI
È il meccanismo di divisione mediante il quale una cellula eucariote con corredo cromosomico diploide (2n) da origine a quattro cellule con corredo cromosomico aploide (n). Avviene nelle cellule germinali e ha come scopo quello di generare cellule gametiche aploidi, ossia spermatozoi e cellule uovo nel caso di esseri animali, cellule polliniche e oociti nel caso di esseri vegetali. La meiosi consiste di due divisioni nucleari e citoplasmatiche denominate meiosi I e meiosi II.
Anafase II ® i cromosomi , attaccati alle fibre del fuso tramite i loro cinetocori, si separano e
migrano ai poli opposti.
Telofase II ® c’è un componente di ciascuna coppia di omologhi a ogni polo. L’involucro
nucleare si ricostituisce e i cromosomi progressivamente si despiralizzano per formare i filamenti di cromatina. Ciascuna cellula aploide risultante possiede una diversa combinazione di geni. Questa variabilità genetica ha due origini:
- Segmenti di DNA vengono scambiati tra gli omologhi materni e paterni durante il crossing- over - Durante la meiosi, i cromosomi materni e paterni di ciascuna coppia di omologhi si separano indipendentemente e un componente di ogni coppia viene casualmente scelto e portato a un polo all’anafase I.
VARIABILITA’ GENETICA
- Assortimento indipendente di cromosomi : orientamento casuale delle coppie di cromosomi analoghi nella metafase I. - Crossing-over : avviene nella profase I. - Fecondazione casuale : il gamete maschile e femminile rappresentano una delle 8,4 milioni di combinazioni di cromosomi dovute all’assortimento indipendente. Lo zigote presenta una delle 70.000 miliardi (2^23 x 2^23 ) di possibili combinazioni diploidi.
DIFFERENZE TRA MITOSI E MEIOSI
Caratteristiche Mitosi Meiosi Replicazione del DNA Si svolge durante l’interfase, prima dell’inizio della mitosi Si svolge durante l’interfase, prima dell’inizio della meiosi I Numero di divisioni 1 2 Sinapsi dei cromosomi omologhi No Si svolge durante la profase, insieme al crossing-over fra cromatidi fratelli Numero di cellule figlie e composizione genetica 2 diploidi, geneticamente identiche alla cellula progenitrice 4 aploidi, geneticamente diverse tra loro e tra la cellula progenitrice Ruolo nell’organismo animale Sviluppo di individuo adulto pluricellulare a partire dallo zigote Produce i gameti dimezza il numero dei cromosomi ed introduce la variabilità genetica nei gameti
