Ciclo Cellulare e Divisione Cellulare: Mitosi e Meiosi, Appunti di Citologia

Scarica Ciclo Cellulare e Divisione Cellulare: Mitosi e Meiosi e più Appunti in PDF di Citologia solo su Docsity! CICLO CELLULARE Il ciclo cellulare consiste nell'insieme di eventi che separano una divisione cellulare dall'altra grazie a questo processo fondamentale gli esseri viventi hanno la possibilità di riprodursi crescere o sostituire le cellule danneggiate o logorate. Processo attraverso il quale una cellula si divide dando origine a 2 cellule figlie che hanno un patrimonio genetico perfettamente identico a quello della cellula madre, In quanto in questo processo la cellula madre si accresce e replica il proprio DNA per poi dividerlo in modo equo alle cellule figlie. Questo processo si divide in 5 fasi: Punto di controllo _—! di G2 *. Dimensione la cellula del DNA mplstamento la replicazione G1 (gap o intervallo): + fase più lunga, durante questo periodo la cellula prepara tutto quello che gli serve per svolgere la fase successiva ovvero per replicare il proprio DNA. Quindi durante la fase G1 vengono sintetizzate tutte quelle proteine necessarie per svolgere la fase S. Una volta conclusa la fase G1 le cellule entrano in fase S. S (sintesi DNA):+ quindi le DNA polimerasi che vengono prodotte nel citoplasma entrano nel nucleo si vanno a legare a livello delle origini di replicazione e inizia il processo di duplicazione del DNA quando il DNA è stato tutto duplicato in modo corretto quindi non sono state introdotte delle mutazioni o delle alterazioni cromosomiche la cellula può uscire dalla fase S ed entrare nella 62. G2:- durante questa fase del ciclo cellulare la cellula continua la sintesi di materiali citoplasmatici e si prepara alla mitosi. Mitosi (M): + nel corso della quale: - Il materiale nucleare si condensa in cromosomi che, insieme agli organuli citoplasmatici, sono ripartiti equamente nelle due cellule figlie. Quindi alla fine della mitosi avremo due cellule figlie con lo stesso patrimonio genetico della cellula madre. Le figlie a questo punto entrano in una fase del ciclo cellulare che prende nome di GO GO: — fase in cui la cellula decide se entrare nuovamente in un altro ciclo cellulare quindi continuare a proliferare oppure arrestarsi. La cellula può arrestarsi in 2 modi: = Transitorio: quando nel suo programma genetico c'è scritto che deve proliferare che deve entrare in un nuovo ciclo cellulare tuttavia si trova in condizioni ambientali sfavorevoli, che non gli permettono di svolgere il ciclo cellulare in modo corretto (mancano delle sostanze nutrienti oppure mancano dei fattori di crescita). Dunque la cellula si arresta in modo temporaneo in quanto basta che le condizioni ambientali diventino compatibili con il ciclo cellulare per poter rientrare nel ciclo cellulare e quindi continuare la Stato di quiescenza # e Nero proliferazione n - Permanente: quando somi al fuso inizia un processo che prende il nome di differenziamento Punto di controllo terminale: quando la cellula acquisisce î . specifiche proprietà Dimensione della cellula diGi strutturali funzionali che non sono compatibili con la proliferazione (sono le fibre muscolari oppure i neuroni cellule è così specializzate che non sono più in grado di entrare nel ciclo cellulare e quindi di proliferare). — Interfase o intercinesi: le fasi G1 S G2 sono definite interfase, sono infatti la fase di preparazione per la mitosi. — La durata del ciclo cellulare dipende dal tipo di cellula, dalla durata della fase G1, e da | diversi sistemi di controllo. (le cellule dello stesso organismo la fase S e la fase G2 e la fase M hanno una durata sempre uguali). La durata della fase G1 può invece variare e quindi influenzare tutta la durata del ciclo cellulare. Ad esempio le cellule staminali (le prime cellule che vanno a formare embrione) che hanno origine della divisione dello zigote sono cellule che replicano molto velocemente, hanno un ciclo cellulare molto corto questo perché la fase G1 estremamente corta quasi assente. Quindi durante le prime fasi dello sviluppo embrionale le cellule usano per replicarsi le proteine che sono state accumulate all'interno della cellula uovo, tra queste troviamo tutte quelle necessarie per la replicazione del DNA. Una volta che la cellula uovo viene fecondata dallo spermatozoo e si origina uno zigote questo si può replicare velocemente proprio perché all'interno della cellula uovo sono state immagazzinate tutte quelle proteine necessarie per svolgere la fase S. Se escludiamo le cellule embrionali che si replicano velocemente, in genere la fase G1 dura intorno alle 10 12 ore. — nel il ciclo cellulare abbiamo anche i cosiddetti punti di controllo o checkpoint, che hanno lo scopo di controllare che il ciclo cellulare sta procedendo in modo corretto. Dunque se questo non avviene questi punti bloccano la proliferazione cellulare, blocco che può essere temporaneo o portare alla apoptosi (morte cellulare). Esistono tre importanti punti di controllo: e il primo è un checkpoint che si trova tra la fase G1 alla fase S che ha lo scopo di controllare che effettivamente la cellula sia pronta per entrare in S quindi per replicare proprio DNA. se non è pronta si arresta quindi o entrano in uno stato di quiescenza quindi nella fase GO o può andare incontro alla morte cellulare. * puntidi controllo che si trova tra la G2 e la fase M questo ha lo scopo di controllare che la replicazione del DNA e la preparazione per la mitosi se venuto in modo corretto. Se ciò non è avvenuto la cellula si arresta. e unaltro importante punto di controllo è alla fine della mitosi ha lo scopo di verificare che effettivamente la separazione del patrimonio genetico in mitosi è venuto in modo corretto. MITOSI: La mitosi è il meccanismo di divisione che le cellule usano comunemente per riprodursi. Durante la fase m del ciclo cellulare avvengono due importanti processi: * la mitosi: conosciuta anche come divisione nucleare durante questo processo il patrimonio genetico che è stato replicato in fase S viene diviso in modo equo in due nuclei che si vanno a mettersi ai poli opposti della cellula. Essa si divide a sua volta in 5 fasi: - profase e prometafase - metafase - anafase - telofase *. citochinesio citodieresi: — la divisione citoplasmatica che consiste nella divisione del citoplasma della cellula in due cellule distinte che contengono i due nuclei che si sono originati durante la mitosi. risultato finale è che da una cellula Quindi la cellula si divide in 2 cellule figlie di uguali dimensioni, ognuna munita di un proprio nucleo e proprio compartimenti citoplasmatici. I cromosomi delle cellule somatiche a livello delle loro regioni terminali presentano delle regioni chiamate telomeri le quali sono composte da brevi sequenze altamente ripetute di DNA il cui compito è quello di proteggere le informazioni genetiche nel cromosoma dai danni potenzialmente indotti dalle esonucleasi. Alla fine di ogni divisione cellulare | telomeri subiscono un accorciamento graduale che si pensa sia correlato con l'invecchiamento cellulare cioè la senescenza rappresentano quindi un vero e proprio orologio biologico che segna il numero massimo di divisioni oltre la quale la cellula è destinata l'apoptosi. Tuttavia le cellule staminali le cellule tumorali rappresentano un'importante eccezione a questa regola esso infatti possiede un enzima chiamato telomerasi il quale è capace di ricostruire il DNA te lo medico che viene perso dopo ogni duplicazione impedendo così la senescenza della cellula ciò contribuisce a spiegare perché le cellule tumorali vengono spesso definite come potenzialmente immortali . All’inizio del ciclo cellulare (fase G1) la cellula contiene all’interno del suo nucleo un numero diploide di cromosomi (46) ognuno dei quali formato da 1 singolo cromatidio (quindi 46 cromatidi). Successivamente Il materiale genetico viene applicato durante la fase S la cellula sarà sempre diploide ma ogni cromosoma sarà costituito da due cromatidi in totale quindi 92 cromatidi quindi entrando in profase mitotica la cellula cos'è un corredo cromosomico bicromatidico. Alla fine invece della mitosi Il materiale genetico sarà stato equamente diviso tra le due cellule figlie così da avere due cellule diploidi in cui i cromosomi saranno formati da un singolo cromatidio 46. MEIOSI: E° il processo di divisione cellulare tramite il quale una cellula germinale diploide forma 4 cellule apolidi chiamate gameti: cellule destinate alla riproduzione sessuata. Esistono due tipi di gameti: e gameti maschili conosciuti anche come spermatozoi e gameti a femminile conosciuto anche come cellule uovo Il processo che porta alla loro formazione è rispettivamente la spermatogenesi e l'ovogenesi che si verificano a livello delle gonadi: testicoli e ovaie. Gli animali si possono riprodurre sostanzialmente mediante due strategie produttive: * la riproduzione asessuata:- strategia riproduttiva attraverso la quale si ha la formazione di un nuovo individuo da un singolo organismo. È una strategia riproduttiva che non richiede i due sessi ma solo un individuo. Alla base di questa riproduzione troviamo la mitosi dunque gli individui che si originano con questa strategia riproduttiva hanno un genotipo (patrimonio genetico) simile se non identico a quello del genitore. Ed essa può avvenire: - gemmazione - rigenerazione Contribuisce poco all’ evoluzione della specie poiché crea poca variabili genetica e quindi poca variabilità fenotipica. (fenotipo= insieme delle caratteristiche strutturali morfologiche anatomiche che un individuo= * la riproduzione sessuata:— strategia riproduttiva attraverso la quale l'individuo si forma dall'unione di un gamete maschile (spermatozoo) con un gamete femminile (cellula uovo). Questi gameti si ottengono mediante un processo di divisione meiotica che fa sì che i gameti non solo abbiano un patrimonio genetico dimezzato rispetto alle cellule somatiche che formano il corpo dei genitori ma fa sì anche il patrimonio genetico di queste cellule sia diverso da quello dei genitori. Favorendo quindi tanta variabilità genetica. Durante la riproduzione sessuata, la cellula uovo e lo spermatozoo si fondono, fondendo anche il loro patrimonio genetico= fecondazione. Che porta alla formazione di uno zigote che ha un patrimonio genetico diploide proprio perché proviene dalla somma del patrimonio genetico aploide della cellula uovo con il patrimonio genetico aploide dello spermatozoo. Patrimonio genetico (zigote) che andrà incontro una serie di divisioni cellulari mediante mitosi che porteranno la formazione di un nuovo individuo. Importante sottolineare che anche nella meiosi, la cellula madre comincia il ciclo dai vari step dell’interfase (G1 S G2) per poi andare in contro alla divisione meiotica. Essa è suddivisibile in 2 processi differenti: e meiosi l:— detta divisione riduzionale perché la cellula passa da essere diploide ad essere aploide e meiosi Il:> detta divisione equazionale perché (analoga alla mitosi) si separano | cromatidi fratelli delle cellule aploidi Gli eventi principali della meiosi sono: * il crossing-over Entrambe gli eventi si verificano ® assortimento casuale dei cromosomi omologhi durante la prima divisione meiotica. Tra la | e la Il divisione meiotica NON abbiamo la duplicazione del DNA e proprio l'assenza di ciò fa sì che al termine della meiosi le cellule che ottenute ovvero i gameti hanno un patrimonio genetico dimezzato rispetto a quello della cellula madre. MEIOSI l: PROFASE: è la fase più complessa, durante la quale si verificano: il fuso meiotico, crossing over, l'assortimento casuale del cromosomi omologhi / \ La profase si divide in diverse sottofasi: RSETO. oo Cc APLOIDS, 1. leptotene: — | cromosomi iniziano a condensarsi e spiralizzarsi orientano i propri telomeri quindi le proprie estremità verso un polo della cellula e aderenti all’involucro nucleare dando origine a una struttura a forma di bouquet. 2. zigotene: — | cromosomi omologhi si appaiano e stabilizzano grazie alla formazione di una struttura proteica detto: complesso sinaptinemale (sinapsi). Tale processo porta alla formazione di strutture dette tetradi (4 cromatidi). 3. pachitene:- una volta che | cromosomi vengono a stretto contatto avviene il crossing-over: dunque lo scambio di materiale genetico tra cromosomi omologhi (cromatidi non fratelli). Scambio seguito da un taglio nel punto di incrocio e successiva saldatura. Ciò porta alla formazione di nuovi cromatidi che sono la causa della variabilità genetica. 4. diplotene:-il complesso sinptinemale viene riassorbito questo fa si che cromosomi omologhi si possano separare rimanendo in contatto solo nel punto o punti in cui si è verificato il crossing over, regioni che prendono il nome di chiasmi. 5. diacinesi:— il complesso scompare completamente e i cromosomi rimangono appaiati a livello dei chiasmi completano la loro condensazione, e sono visibili sotto forma di tetradi. METAFASE l:le tetradi guidate di microtubuli si allineano sulla piastra metafasica in modo che ogni omologo sia rivolto verso un polo della cellula. La disposizione dei cromosomi avviene in modo casuale. ANAFASE l:le fibre del fuso si contraggono separando | cromosomi omologhi (non | cromatidi fratelli come nella mitosi), trascinandoli ai poli opposti della cellula. TELOFASE | e CITODIERESI: come nella telofase della mitosi, si riassembla la AEREO visbie Frammentazione un chiasma dell'involucro nucleare ta T Scomparsa Nocisolo: Preso ‘del nucleolo in formazione membrana nucleare, ricompare il nucleo e la cromatina inizia a despiralizzarsi. Quindi la cellula si divide in 2 cellule aploidi perché contengono solo 23 cromosomi e 46 cromatidi. Microlubulo del cinetocore Cromatidi frateli ) MEIOSI ati asta Lesa Il: PI cel fuso Nuclei tn Le 2 figli cellule aploidi SAGA A che hanno Micfotubulo \ polare LL completato la meiosi | andranno subito incontro alla meiosi Il senza che vi sia un'altra replicazione del DNA, in questo processo essendo i cromosomi ancora bicromatici si * assonema: struttura tipica di un flagello ovvero presenta un'organizzazione in microtubuli detta 9+2 in quanto è formata da una coppia di microtubuli centrale completa (ogni coppia formata da 13 protofilamenti) e da 9 coppie incomplete di microtubuli che si dispongono intorno a quella centrale. Le coppie incomplete si riconoscono: - microtubulo A: formato da 13 protofilamenti - microtubulo B: che si trova più distante rispetto la coppia centrale è formato da 11 protofilamenti più 4 prontofilamenti che vengono dati dal microtubulo A. il microtubulo A e B sono legati fra di loro tramite una proteine che prendono il nome di e dineine che sono in grado di favorire il loro scorrimento mediante l'uso di ATP. Scorrimento che determina il movimento dello spermatozoo. Il movimento è molto simile a quello di una ciglia e consiste in due fasi: e un colpo di partenza dove il flagello si piega in basso spostando gran parte del liquido che si trova attorno * eun colpo di ritorno dove flagello ritorna nella sua posizione originaria ripiegandosi riducendo in questo modo il volume di liquido spostato Ricordato che gli spermatozoi acquisto la loro struttura attraverso un processo di maturazione processo di maturazione che viene a livello delle gonadi maschili= testicoli, in particolar modo avviene a livello la regione di testicoli dove troviamo le cellule del sertoli. — II processo che porta alla formazione delle cellule uovo ovvero dei gameti femminili prende il nome di ovogenesi. Inizia durante le prime fasi dello sviluppo embrionale per poi arrestarsi durante la prima divisione meiotica. Durante questo periodo molte cellule uovo andranno incontro a un processo di degenerazione.: 1. inizia tutto da una cellula staminale diploide che prende nome di ovogonio, che dividendosi per mitosi si differenzia in ovocita primario 2. ovocita primario entra poi nel ciclo cellulare e subito va incontro alla prima divisione meiotica formando 1 ovocita secondario riceve la totalità del citoplasma e dei sui organelli, e un globulo polare, un ammasso di materiale genetico che non può essere fecondato e il cui destino può essere quello di: - andare incontro a degenerazione - di dividersi tramite meiosi Il in 2 globuli polari 3. successivamente l’ovocita secondario va incontro alla seconda divisione meiotica formando 1 cellula uovo e rilasciando un altro globulo polare. (la meiosi Il e o 7\® n, 2) oogonio Seeta = diploide SO, Giotuli polari Cellule uovo primario b) formazione dei gameti nella femmina Ovocita secondario (aploide) dell’ovocita si verifica subito dopo la fecondazione a livello delle tube uterine. La cellula uovo è di forma sferica ed ha dimensioni eterogene che dipendono alla quantità di sostanze nutritive che vengono accumulate all'interno di essa. Possiede una grande quantità di citoplasma, ricco di ribosomi e sostanze nutritive, come lipidi e proteine. La membrana della cellula uovo è rivestita da una zona pellucida: protegge l'uovo da danni meccanici e forma una barriera per l'ingresso dello spermatozoo. È formata da glicoproteine che giocano un ruolo importante nel processo di fecondazione in quanto permettono il riconoscimento specie-specifico ovvero permettono la cellula uovo di essere fecondata solo dallo spermatozoo che proviene dalla stessa specie. Abbiamo poi la corona radiata che anche essa contribuisce a formare una barriera protettiva per l'ovocellula, ed è formata da cellule follicolari. Come avviene la fecondazione ? Nei mammiferi, una volta che gli spermatozoi raggiungono la cellula uovo (protetta dall corona e dalla zona pellucida) vanno incontro alla reazione acrosomale, ovvero lo spermatozoo libera all'esterno gli enzimi litici contenuti nell'acrosoma che favoriscono la disgregazione della corona della cellula uovo. A questo punto se la zona pellucida riconosce lo spermatozoo (deve provenire dalla stessa specie), esso può entrare dentro la membrana cellulare e disporsi con la testa in modo tangenziale al di sotto della membrana cellulare stessa. + a questo punto viene indetta la reazione corticale dunque lo spermatozoo stimola la cellula uovo a rilasciare delle sostanze contenute all'interno di vescicole che rendono la zona pellucida non penetrabile ad altri spermatozoi. (reazione molto importante perché ha lo scopo di evitare la polispermia ovvero l'entrata di due o più spermatozoi all'interno della cellula uovo. Evento che sarebbe che sarebbe letale per la cellula uovo stessa poiché essa avrebbe un corredo cromosomico che non sarebbe compatibile con lo sviluppo embrionale). Una volta che lo spermatozoo ha trasferito il proprio patrimonio genetico all'interno della cellula uovo i 2 patrimoni genetici aploidi si fondono dando origine a un nucleo diploide. Dunque la cellula uovo fecondata prende il nome di zigote. Lo zigote poi può andare incontro a una serie di divisioni cellulari che porteranno alla formazione dell' embrione ovvero di una struttura dotata di vita propria. Lo sviluppo embrionale si divide in diverse fasi: * La fase di segmentazione: inizia subito dopo la fecondazione: l'uovo fecondato (zigote) comincia a dividersi. All' inizio va incontro ad una serie di numerose divisioni mitotiche che portano alla formazione di una morula e, successivamente, di una blastula: struttura di forma sferica all'interno della quale troviamo una cavità che prende il nome di blastocele delimitato da uno strato di cellule che prendono il nome di blastomeri che si formano dalla divisione dello zigote. * Lo stadio della gastrulazione: — dove la blastula diviene poi gastrula. Nella gastrula le cellule dell'embrione sono disposte a formare tre strati di tessuto, detti foglietti embrionari: - Ectoderma - Endoderma - Mesoderma Da questi ultimi traggono origine tutti i tessuti. Durante questa fase si assiste a un aumento delle reazioni metaboliche e alla sintesi di molte nuove proteine. *. Organogenesi:— Lo sviluppo embrionale si considera concluso intorno all'ottava settimana, dopo di che inizia l'organogenesi e l'embrione prende il nome di feto. L'organogenesi è l'insieme dei processi di formazione degli organi nell'embrione a partire dai tre foglietti embrionari.