Ciclo Cellulare: Genoma, Geni, Fasi e Controllo, Schemi e mappe concettuali di Biologia Umana

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Ciclo Cellulare Periodo che intercorre fra l’origine di una cellula da una divisione e il momento in cui questa, a sua volta si divide Genoma e geni negli eucario9 •  Genoma: insieme dei geni di un organismo •  Gene: sequenze di DNA che sintetizza una molecola di RNA che potrà essere un mRNA (codificante) o rRNA e tRNA (entrambi non codificanti) •  Gene strutturale: sequenza di DNA che sintetizza mRNA •  Geni regolatori: sequenza di DNA che non codifica per proteine o rRNA o tRNA ma svolgono funzioni di controllo della trascrizione Geni regolatori e sequenze regola9ve Sono geni e sequenze che non sintetizzano per RNA ma svolgono funzioni essenziali per la vita e che identificano siti di controllo della trascrizione L’interazione con specifiche proteine induce attivazione o repressione della trascrizione (es. siti di inizio duplicazione, siti di taglio all’estremità 3’, siti di splicing, sequenze telomeriche) Tabella 9.1 Frazioni di DNA nel nucleo degli eucarioti e loro caratteristiche 5 È Numero di copie 3 Localizzazione Frazione Subfrazione nel genoma Funzione iomasonica DNA a sequenza 1 0 poche Geni strutturali In varie aree unica dei cromosomi DNA mediamente Da 100 ad alcune ripetuto migliaia DNA altamente ripetuto Trascritto Sequenze regolative Sequenze a funzione sconosciuta DNA satellite DNA minisatellite DNA microsatellite Fino a 40.000.000 Geni per rRNA, tRNA, piccoli RNA nucleari, istoni Promotori, intensificatori, silenziatori, origini di replicazione Pseudogeni non maturati Elementi mobili: trasposoni; retroposoni virali e non virali (LINE; SINE; pseudogeni maturati) Sconosciuta, forse strutturale Sconosciuta Sconosciuta In aree specifiche dei cromosomi In varie aree dei cromosomi Intersperso Eterocromatina costitutiva Intersperso Intersperso LINE, long interspersed element (elementi dispersi lunghi; SINE, short interspersed element (elementi dispersi corti). •  La divisione cellulare svolge due funzioni principali: •  Ogni cellula del nostro corpo si è originata in seguito a ripetute divisioni di un’unica cellula uovo fecondata (il corpo umano ha in media 10 mila miliardi di cellule) •  Le cellule figlie sono iden9che alla cellula madre •  Prima della divisione, la cellula madre duplicherà i cromosomi o  sostituzione delle cellule morte e/o danneggiate o  permette l’accrescimento dell’organismo Ciclo Cellulare Quantità relativa di molecole Sintesi molecole durante il ciclo cellulare Proteine non istoniche Istoni I ' Ss Fasi del ciclo cellulare G. Controllo del ciclo cellulare Cdk (cyclin-dependent kinasi) Attiva trascrizione e sintesi ciclina G1/S Attiva trascrizione e sintesi cicline S M-Cdk1=MPF Trascrizione e sintesi cicline M Attivato da Cdc25 * * * Punto di controllo danno DNA Fase G1: sintesi dei vari tipi di RNA ganasce in doppia RNA polimerasi configurazione chiusa elica di DNA ribonucleotidi 7 trifosfati direzione .) di trascrizione | pinna in - . posizione # canale di tunnel dei chiusa uscita sito attivo ribonucleotidi 5° dell'RNA trifosfati trascritto di RNA breve regione appena sintetizzato di elica DNA/RNA Fase S: duplicazione del DNA eliminazione primer e duplicazione porzione telomerica eliminazione primer e d u p l i c a z i o n e t r a t t i compresi tra fr. Okazaki Fil. principale: duplicazione fino a estremità 5’ Fil. secondario: eliminazione ultimo primer e duplicazione porzione telomerica 5’ I telomeri Il prolungamento a filamento singolo di una delle due eliche si ripiega inserendosi in una zona a doppia elica a formare il cosiddetto t-loop. I telomeri vengono duplicati da un particolare enzima detto telomerasi e sono definiti orologi mitotici Senescenza replicativa: nelle cellule somatiche la lunghezza dei telomeri diminuisce progressivamente a ogni fase S fino a una lunghezza soglia che non permetterà la formazione del t- loop bloccando le cellule definitivamente in fase G1. Fase S: duplicazione del DNA Durante il ciclo cellulare, sebbene il numero diploide rimanga costante, la quantità totale di DNA per nucleo può variare. Dimensione genoma (contenuto DNA) 2C Dimensione genoma (contenuto DNA) 4C Dimensione genoma (contenuto DNA) 2C Cellula madre Cellula madre dopo fase S Cellule figlie -  la mitosi inizia al termine della fase G2 e viene suddivisa in 5 fasi: profase, prometafase, metafase, anafase e telofase -  richiede la formazione di un par9colare apparato, apparato mito*co, capace di determinare i movimen9 necessari per la segregazione dei cromosomi -  la citocinesi inizia del termine della mitosi e comporta la divisione del citoplasma cellulare per formare due cellule Fase M: mitosi e citocinesi Fusi mitotici visti al microscopio ottico , pa  Fuso mitotico visto al microscopio elettronico c= centrioli ff=fibre del fuso Ch= cromosomi La profase Cromatidi fratelli del cromosoma duplicato PROFASE Frammenti di involucro nucleare Fuso mitotico in sviluppo {b) Le lunghe fibre di cromatina si condensano in compatti cromosomi mitotici, ciascuno costituito da due cromatidi uniti a livello dei centromeri. Il citoscheletro si disassembla e si forma il fuso mitotico tra i centrioli, che sono migrati ai poli della cellula. L'involucro nucleare comincia a sparire. Tratto condensato di cromatina Cromosoma metafasico Tratto disteso/decondensato di cromatina Fibre di cromatina con nucleosomi addensati Organizzazine a “collana di perle” DNA a doppia elica 2 nm 11 nm 30 nm 300 nm 700 nm 1400 nm Il fuso mitotico ——— Piastra metafasica (piano equatoriale della cellula) Microtubulo del cinetocore microtubulo del fuso) Microtubuli astrali Materiale pericentriolare Microtubulo fratelli 10 um 771 (a) Un'estremità di ciascun microtubulo di questa cellula animale è collegata ad uno dei poli. | microtubuli astrali (in verde) si irradiano in ogni direzione formando l'aster, quelli del cinetocore (in rosso) collegano i cinetocori ai poli, quelli polari (in blu) si sovrappongono sul piano equatoriale. (b) Cellula animale in metafase, osservata in fluorescenza, con il fuso mitotico e gli aster ben evidenti (i cromosomi sono in arancio, i microtubuli in verde). CNAI/Phototake, NYC Cromosomi sulla piastra equatoriale durante la metafase Dimeri Microtubuli cinetocorici } Microtubuli astrali Microtubuli interpolari Microtubuli non connessi con il cinetocore v Sq Cromosoma Metafase e anafase ANAFASE K dt "7 Cromosomi figli (e) | cromatidi fratelli si separano a livello dei loro centromeri. Un gruppo di cromosomi si muove verso ciascun polo della cellula. | poli del fuso si allontanano ulteriormente. Interazione microtubuli del fuso e cinetocore Metafase Anafase A Cromatidi Cinetocore Proteine del cinetocore Coesina Microtubulo a Dimeri di tubulina Cinetocore