Divisione cellulare: fasi della mitosi e meiosi, Sintesi del corso di Biologia

Scarica Divisione cellulare: fasi della mitosi e meiosi e più Sintesi del corso in PDF di Biologia solo su Docsity! Divisione cellulare e cromosomi La divisione cellulare è il processo che permette a una cellula di dare origine a due cellule figlie. Tutte le cell. hanno origine dalla divisione di altre cellule. Ogni cellula contiene una gran mole di informazioni sotto forma di geni che, del p. di vista chimico, sono tratti del DNA. Prima di ogni divisione cellulare il DNA si duplica e ognuna delle due cellule che si originano riceve una “dotazione” di informazioni identica a quella della cellula madre. Il processo di divisione cellulare deve garantire la distribuzione equa di DNA, citoplasma e organuli cellulari. *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 e delle cellule morte o danneggiate, che ogni gg devono essere sostituite in gran numero.* Lo studio della divisione cellulare riguarda il modo in cui il DNA è impacchettato nelle cellule e il modo in cui viene distribuito alle cellule figlie, con modalità diverse nei procarioti e negli e eucarioti: mentre nei procarioti, dotati di un unica molecola di DNA , la divisione cellulare è un processo molto semplice, negli eucarioti, forniti di diverse molecole di DNA sotto forma di cromosomi, la divisione cellulare è un processo complesso, che garantisce l’equa ripartizione del materiale genetico (mitosi) e del materiale citoplasmatico (citodieresi). Oltre alla mitosi, che permette l’accrescimento e il rinnovamento dei tessuti, è presente una particolare linea cellulare, quella delle cellule germinali, che attraverso una divisione cellulare di tipo diverso, la meiosi, forma le cellule riproduttive. *la mitosi e la meiosi sono due diverse modalità di divisione del nucleo cellulare.* Divisione cellulare nei procarioti. Le cellule procariotiche sono fornite di un unica molecola circolare di DNA, libera nel citoplasma. Questa molecola di DNA (definita a volte “cromosoma batterico”) si trova associata alla membrana cellulare in corrispondenza di una piega della membrana stessa, detta mesosoma. I procarioti si dividono per semplice scissione binaria (o fissione binaria). All’inizio del processo la molecola di DNA 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, ciascuna dotata di una molecola di DNA identica a quella della cellula madre. Questa modaità di riproduzione asessuata è semplice, veloce e permette ai batteri una successione di generazioni estremamente rapida. Ciclo cellulare degli eucarioti. Una cellula eucariotica vive ed esplicita le proprie funzioni finchè non si divide oppure muore. Negli organismi pluricellulari, alcune cellule (es. neuroni o globuli rossi) una volta raggiunto la maturità perdono la capacità di dividersi, ma la maggior parte dopo una vita + o - lunga, va incontro a divisione. Il ciclo di una cellula eu., definito ciclo cellulare, è suddiviso in 4 fasi distinte dette G , S, G e M. Le prime tre fasi costituiscono l’interfase, il periodo precedente alla divisione cellulare, mentre nel quarto stadio, la mitosi, si verifica la divisione cellulare. la fase G (deriva dall’inglese gap=intervallo) è la prima fase del ciclo ed è un momento di intensa attività • biosintetica e di crescita. In questo periodo la cellula raddoppia le proprie dimensioni e produce nuovi organelli, oltre agli enzimi necessari per la duplicazione del DNA che avrà luogo nella fase successiva. Nella fase S (significa sintesi) si ha la replicazione del DNA necessaria affinché durante la divisione • cellulare ogni cellula figlia possa ricevere una copia completa del genoma. Durante la fase G la cellula continua a crescere e a formare nuovi organelli, in vista della successiva • divisione. La durata del ciclo varia notevolmente da cellula a cellula. Le cellule che non si dividono, nella maggior parte dei casi, rimangono bloccate nella fase G che in questo caso è generalmente indicata come G e può essere temporanea o permanente. Quest’ultimo caso è rappresentato da una cellula che ha raggiunto la fine dello sviluppo e non si divide più, come per esempio i neuroni. La morte cellulare programmata, o apoptosi, è un processo di autodistruzione cellulare, programmato geneticamente, che contribuisce a controllare il numero di cellule che formano un tessuto. È di grande importanza durante lo sviluppo embrionale, nel corso della differenziazione dei tessuti, ma anche nell’adulto. *la morte delle cellule si può verificare in seguito a due diversi processi: la necrosi si verifica quando parte delle cellule che formano un tessuto muore per un • processo patologico, perchè colpita da infezione o perché non riceve sufficiente ossigeno; L’apoptosi è la morte cellulare programmata geneticamente, in base a esigenze • fisiologiche o disviluppo.* Riproduzione asessuata Oltre a permettere l’accrescimento e il rinnovo dei tessuti degli organismi pluricellulari, la mitosi è alla base dei meccanismi di riproduzione asessuata. Negli organismi a riproduzione asessuata la prole ha origine da un unico individuo senza l’intervento e la fusione di cellule specializzate per la riproduzione. Con la riproduzione asessuata la prole risulta geneticamente identica alla madre. Interessa sia organismi unicellulari che pluricellulari e può avvenire con diverse modalità tra cui: _scissione binaria_ quando, dopo la mitosi, la cellula si divide semplicemente in due parti uguali. In questo modo si riproducono organismi unicellulari come il paramecio. _gemmazione_ consiste in una mitosi seguita da una divisone ineguale del citoplasma. La nuova cellula, più piccola, è estimata ad accrescersi successivamente. (O. Unicellulari e alcuni pluricellulari come spugne e meduse) _sporulazione_ formazione di particolari cellule riproduttive, le spore, in seguito a mitosi, processo tipico dei funghi. Queste spore sono dotate di una spessa parete che permette loro di resistere in condizioni ambientali avverse, per poi generare un nuovo individuo quando l’ambiente diventa favorevole. Riproduzione sessuata La riproduzione sessuata prevede la partecipazione di cellule specializzate per questa funzione, i gameti, prodotti generalmente da due individui di sesso diverso, ognuno dei quali, con i propri cromosomi, contribuisce alla formazione del corredo genetico della progenie. La riproduzione ha luogo quando il gamete maschile si fonde con quello femminile; dalla fusione dei due gameti, detta fecondazione ha origine una cellula, lo zigote, che rappresenta la prima cellula del nuovo organismo, da cui si formerà l’individuo adulto, attraverso una serie i divisioni miotiche successive. La riproduzione sessuata comporta il rimescolamento di materiale genetico diverso. Per questo gli individui figli sono diversi dai genitori e tra loro. Consente perciò di ottenere un aumento della variabilità genetica. Cellule aploidi e diploidi Dato che lo zigote ha origine dalla fusione di due cellule, queste (i gameti) devono avere patrimonio e etico dimezzato rispetto a quello normale della specie. I gameti infatti si differenziano dalle altre cellule dell’organismo, dette cellule somatiche, per il numero di cromosomi: le cellule somatiche sono diploidi, cioè possiedono una doppia serie di cromosomi: ogni cromosoma è • presente in due copie che costituiscono una coppia i cromosomi omologhi, uno di origine paterna e uno materna. I cromosomi omologhi sono cromosomi aventi la stessa forma, le stesse dimensioni e la stessa sequenza di geni. Il possesso di un numero diploidi di cromosomi si indica con la sigla 2n. I gameti sono aploidi, cioè possiedono un unica serie di cromosomi: contengono cioè un solo cromosoma • di ogni coppia. Il possesso di un numero aploide si indica con la sigla n. i gameti contengono quindi un numero di cromosomi (n) pari alla metà di quello delle cellule somatiche (2n). Il mecccanismo che permette la riduzione del numero di cromosomi è la meiosi che ha luogo in organi particolari, le gonadi (ovaie e testicoli). *la riproduzione sessuata avviene attraverso l’alternarsi di meiosi, che consente di produrre i gameti, e della fecondazione, durante le quale i gemiti di uniscono originando il nuovo individuo.* Meiosi Nelle gonadi sono contenute cellule specializzate diploidi (2n) chiamate gametociti, che vanno incontro alla meiosi, dando origine ai gameti aploidi (n). Il processo consiste in due divisioni cellulari successive, che a partire da una cellula diploidi ne producono quattro aploidi; le due divisioni (meiosi I e II) sono simili a due mitosi, ma solo la prima è preceduta dalla replicazione del DNA. Come la mitosi, ogni divisione è suddivisa in quattro fasi: Profase: la cromatina si condensa e i cromosomi diventano corpuscoli distinti, si forma l’apparato del • fuso e scompaiono la membrana nucleare e i nucleoli. I due cromosomi omologhi di ogni coppia si avvicinano e si appaiano; ogni coppia di omologhi appaiati risulta formata da quattro cromatidi ed è perciò chiamata tetrade (o sinapsi). Talvolta, tra i due omologhi di una coppia si ha il fenomeno del crossing-over. Metafase: le tetradi si allineano sul piano equatoriale della cellula e ogni coppia di cromosomi omologhi si • attacca a una fibra del fuso. Anafase: i due cromosomi di ogni coppia si separano e si muovono verso i due poli opposti della cellula • grazie all’accorciamento delle fibre del fuso. A questo punto, ognuno dei due è ancora formato da due cromatidi fratelli uniti a livello del centromero. Telofase: la cellula di partenza si divide in due cellule figlie, ciascuna contenente un numero aploide di • cromosomi. Tra la prima e la seconda divisione meiotica può esserci un breve periodo di riposo (Interchinesi), durante il quale i cromosomi si despiralizzano parzialmente, oppure la meiosi II può seguire immediatamente la meiosi I. Ognuna delle cellule figlie va quindi incontro alla meiosi II, molto simile a una normale mitosi. profase II: i centrioli migrano a poli opposti della cellula e si riforma l’apparato del fuso. • metafase II: i cromosomi si allineano sul piano equatoriale della cellula. • anafase II: i cromatidi fratelli di ogni cromosoma si separano e si muovono verso i due poli opposti della • cellula, 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 divisione meiotica è di tipo riduzione le (accompagnata dal dimezzamento del numero dei cromosomi), mentre la seconda è di tipo equazionale (non si ha alcuna variazione del numero di cromosomi). In sintesi la meiosi porta a: _produzione di gameti necessari per la riproduzione sessuata; _dimezzamento del numero dei cromosomi nei gameti (da 2n a n); _riassorbimento tra cromosomi di origine paterna e materna per produrre nuove combinazioni. CROSSING OVER Durante la meiosi i cromatidi di due cromosomi possono subire il crossing over, cioè rompersi in unti esattamente corrispondenti, scambiandosi dei segmenti. Il punto di scambio è detto chiasma. Lo scambio non comporta né perdita né guadagno di materiale genetico ma solo uno scambio reciproco di segmenti corrispondenti. Avviene tra due cromatidi non fratelli di una coppia di omologhi e non tra i cromatidi fratelli di uno stesso cromosoma. Il crossing over: _permette il rimescolamento tra parti di cromosoma (ricombinazione) e quindi la comparsa di nuove combinazioni tra alleli di origine materna e paterna; _rende possibile la separazione degli alleli di geni localizzati sullo stesso cromosoma, aumentando ulteriormente il numero di possibili combinazioni di alleli; _è un evento casuale. Mutazioni cromosomiche e genomiche Le mutazioni sono alterazioni del patrimonio genetico che possono interessare un singolo gene, ma possono anche consistere nell’alterazione della struttura di un cromosoma o in una variazione del numero dei cromosomi. Mentre le mutazioni geniche sono dovute a errori nella replicazione del DNA, le mutazioni cromosomiche e genomiche sono causate da errori nel corso della meiosi. La mutazioni cromosomiche sono dovute sostanzialmente alla rotture di un cromosoma; il frammento ottenuto può andare perduto (delezione), attaccarsi al cromosoma omologo (duplicazione), a un cromosoma non omologo (traslocazione) oppure riattaccarsi al cromosoma originale, ma dopo aver ruotato di 180° (inversione). Le mutazioni genomiche comportano la perdita o l’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). Un esempio di mutazione genomica è l’aneuploidia, che consiste nella perdita o nell’acquisto di uno o pochi cromosomi. Questa mutazioni è dovuta a una non disgiunzione, cioè a una mancata separazione di due cromosomi omologhi durante la meiosi I o di due cromatidi fratelli durante la meiosi II; il risultato sono dei gameti anormali: dei 4 gameti prodotti, due contengono due copie di un cromosoma e due ne sono privi.