La Cellula eucariote e procariote, Sintesi del corso di Fondamenti Anatomo-fisiologici dell'Attività Psichica

Scarica La Cellula eucariote e procariote e più Sintesi del corso in PDF di Fondamenti Anatomo-fisiologici dell'Attività Psichica solo su Docsity! LA CELLULA La teoria cellulare / cenni storici Robert Hooke (1635-1703) Scoperta grazie a microscopio perché il nostro occhio umano non ne ha la capacità. Scienziato e architetto inglese, Hooke osservò con il suo primitivo microscopio composto numerosi oggetti. L’analisi microscopica di una sottile sezione di sughero gli permise di osservare che esso era “all perforated and porous, much like a honeycombe”.—> sughero perforato e poro, come un alveare vide e descrisse ciò che resta delle cellule nel sughero: la sola parte cellulare. 
 In realtà Hooke non “vide” e non descrisse delle cellule, ma solamente quello che delle cellule rimane nel sughero, cioè la sola parete cellulare, “vuota”. 
 Microscopio ottico Nei primi decenni dell’800 furono disponibili agli studiosi di organismi viventi dei nuovi modelli microscopi composti, dotati di lenti di avanzata concezione ottica in grado di migliorare l’ingrandimento e soprattutto il potere di risoluzione del microscopio ottico. • Grazie a questi nuovi strumenti nacque un nuovo interesse per l’anatomia e la patologia microscopica che portarono alla scoperta e alla descrizione delle due componenti essenziali delle cellule: il nucleo e il citoplasma. Schleiden (1804-1881), Schwann (1810-1882) Schleiden – prima avvocato, poi botanico, sostenne e difese con vigore la tesi che le cellule sono unità di struttura, di funzione e di organizzazione degli esseri viventi. Schwann – fisiologo e zoologo tedesco – studiando al microscopio la struttura della chorda dorsalis della larva di rana e la struttura della cartilagine osservò che esse erano simili alla struttura “a cella” osservata nei vegetali ed estese agli organismi animali la concezione “cellulare” di Schleiden. Schleiden e Schwann confrontarono le loro osservazioni ed elaborarono successivamente una teoria generale della cellula come unità fondamentale di struttura e di funzione nei sistemi viventi Rudolf Carl Virchow (1821-1902) Virchow – patologo e microscopista tedesco – affermò con chiarezza e determinazione che tutte le cellule di un organismo derivano solo da cellule preesistenti: “Omnis cellula e cellula” 1855. Alla cellula viene così riconosciuto anche il ruolo di unità fondamentale della riproduzione degli organismi. Qualcosa di vivente può derivare solo da qualcosa di vivente. A Virchow, studioso di grande apertura intellettuale, è inoltre attribuito il merito di aver riformulato obiettivi e metodi dell’indagine patologica, fondando il concetto di “patologia cellulare”. —> ricondusse la patologia a un qualcosa di cellulare. LA TEORIA CELLUALRE La cellula è l’unità fondamentale di tutti gli organismi viventi. Tutti gli organismi sono costituiti da cellule. La cellula è l’unità fondamentale di: • STRUTTURA
 • FUNZIONE
 • RIPRODUZIONE Tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule. La cellula è l’unità fondamentale di struttura e funzione del vivente. E Tutte le cellule derivano da cellule preesistenti (la cellula è l’unità fondamentale di riproduzione). LA CELLULA E’ LA MINIMA STRUTTURA BIOLOGICA CHE POSSIEDE TUTTE LE CARATTERISTICHE DEI SISTEMI VIVENTI • Esistono degli organismi viventi “non cellulari”, i VIRUS, che non hanno struttura e organizzazione di tipo cellulare, non sono da considerare “organismi viventi”: possiedono un proprio patrimonio genetico, ma non sono in grado di riprodursi autonomamente, inoltre non sono auto- regolabili. Strumenti: Microscopio ottico—> funziona con la luce, perfezionato fino a risoluzioni inferiori al μ. Microscopio ottico e microtomo—> Alla fine dell’800 lo studio della cellula aveva fatto notevoli progressi e diverse strutture sub-cellulari erano state identificate attraverso l’osservazione di preparati istologici di buona qualità. Occorre ricordare l’importanza dell’invenzione del microtomo (1870), che permise l’ottenimento di preparati molto sottili, e dello sviluppo di tecniche di colorazione chimica dei preparati. La disponibilità di microscopi ottici perfezionati consentì di raggiungere, nell’osservazione delle strutture istologiche e citologiche, risoluzioni inferiori al micrometro. microtomo—> Permette tagliere tessuti in modo sottile Microscopio elettronico—> Con l’avvento del microscopio elettronico (il cui potere di risoluzione può superare di circa 1000 volte quello del microscopio ottico), inventato negli anni ‘30 e reso disponibile ai biologi a partire dagli anni ’40, si aprì una nuova appassionante fase di studi citologici, quella dell’indagine sulla cosiddetta ultrastruttura cellulare che continua tuttora con risultati importanti per la comprensione morfologica e fisiologica dei processi vitali. Fibroblasti umani in contrasto di fase Fibroblasti umani in fluorescenza Unità di misura microscopiche Alcune dimensioni biologiche aderenti. Fascetti di filamenti intermedi, formati dalla robusta proteina cheratina, rinforzano i desmosomi. 3. GIUNZIONI COMUNICANTI—>Sono dette anche giunzioni gap. Formano dei veri e propri canali citoplasmatici tra cellule adiacenti. Particolari proteine di membrana circondano ogni poro, il cui diametro è ampio a sufficienza per il transito di ioni di sali, zuccheri, amminoacidi e altre piccole molecole.Nel tessuto muscolare cardiaco, il flusso di ioni attraverso le giunzioni comunicanti coordina le contrazioni cellulari. B. MEMBRANA CELLULARE: Modello di membrana rappresentazione tridimensionale secondo il modello del “mosaico fluido”. Le nostre membrane hanno una componente lipidica, proteica e parte di carboidrati. 1 – doppio strato di fosfolipidi 2 – uniti attraverso le “code” idrofobiche 3 – e con le “teste” idrofile rivolte all’esterno della membrana 4 - proteine di membrana intrinseche 5 – proteine di membrana estrinseche Membrana cellulare costituzione chimica 1 – LIPIDI— >DETERMINANO LA STRUTTURA. I fosfolipidi sono disposti a formare un doppio strato, con le teste (polari, idrofile) esposte alla superficie della membrana (costituiscono le due facce, esterna ed interna rispetto alla cellula, della membrana) e le code (apolari, idrofobiche) rivolte le une verso le altre nello strato più profondo (interno) della membrana, nel quale si collocano anche le molecole di colesterolo (apolari, idrofobiche), che si ritiene contribuiscano a stabilizzare la struttura interna della membrana ed a renderla maggiormente plastica. Lo spessore della membrana plasmatica è di circa 70-90 Å. I lipidi presenti sono fosfolipidi e colesterolo. I fosfolipidi sono disposti a formare un doppio strato, con le teste (polari, idrofile) esposte alla superficie della membrana e le code (apolari, idrofobiche) rivolte le une verso le altre nello strato più profondo (interno) della membrana, nel quale si collocano anche le molecole di colesterolo (apolari, idrofobiche), che si ritiene contribuiscano a stabilizzare la struttura interna della membrana e a renderla maggiormente plastica. 2 - PROTEINE Secondo il modello del mosaico fluido, originalmente proposto da Singer e Nicholson negli anni ’70 e oggi largamente accettato, le proteine di membrana sono inserite, con vario grado di penetrazione, nel doppio strato fosfolipidico. Mentre i lipidi (fosfolipidi e colesterolo) contribuiscono principalmente a determinare la struttura, le funzioni specifiche (trasporto, recettorialità,..) della membrana dipendono in larga parte dalle proteine che sono presenti al suo interno e sulla superficie. Esistono 2 categorie principali di proteine di membrana. - proteine periferiche di membrana—> prive di gruppi idrofobi in superficie e non sono inserite nel doppio strato, hanno regioni polari o cariche che interagiscono con le parti esposte delle proteine. - Proteine integrasi si membrana —> sono parzialmente inserite nel doppio strato lipidico. Queste proteine hanno dei domini idrofili ovvero tratti di amminoacidi con catene laterali idrofobiche che conferiscono caratteri di polarità a certe regioni delle proteine. E i domini idrofobici: tratti con catene laterali idrofobiche che conferiscono caratteri di apolarità a certe regioni delle proteine. I GENI DI SUSCETTIBILITà DELLA SCHIZOFRENIA 3 - CARBOIDRATI—> PICCOLE CATENE DI ZUCCHERO CHE VENGONO AD ESSERE LEGATE ALLE PROTEINE Sono costituiti da catene, più o meno lunghe e ramificate, di monosaccaridi, che si trovano sulla superficie esterna (rispetto alla cellula) della membrana citoplasmatica; possono essere legate alle proteine (e vengono chiamate glicoproteine) o a fosfolipidi (che vengono detti glicolipidi). I carboidrati sono coinvolti nella struttura e nelle funzioni dei cosiddetti recettori di membrana, che riconoscono sostanze specifiche (permettendo alla cellula di ricevere messaggi chimici da diversi organi dell’organismo – ormoni ed altre molecole endogene – o di riconoscere molecole esogene) o altre cellule, e possono rilevare variazioni nella composizione chimica dell’ambiente circostanze. C. NUCLEO —> Rappresentazione tridimensionale 1 – Membrana esterna 2 – Membrana interna 3 - Pori nucleari 4 – Spazio perinucleare 5 – Frecce che ne indicano la continuità con il reticolo endoplasmatico rugoso (RER).—> LAMIN A E G —> mutazione gene lamia a :progeria 6 - Nucleolo—> sintetizza Rrna 7 – Ribosomi che aderiscono alla membrana esterna ed al RER—> dna associato a proteine basiche ovvero istoni. Nel dna c’è polimerici. Nel nucleo avviene la trascrizione. Nucleo è costituito da Un INVOLUCRO NUCLEARE (o CARIOTECA), composto da due membrane separate da uno spazio perinucleare. • La carioteca possiede dei PORI NUCLEARI, che si aprono nell’involucro nucleare per permettere il passaggio di molecole tra il nucleo e il citoplasma. • La carioteca racchiude il NUCLEOPLASMA, che contiene la cromatina ed il nucleolo. • Il NUCLEOLO (ve ne sono da uno a quattro per ogni nucleo), è la sede dove avviene la sintesi dell’RNA ribosomiale e l’assemblaggio dei ribosomi, per unione del rRNA con alcune proteine. Contiene eucromarina e eterocromatina. La membrana esterna ha zone di continuità con il RER, su cui aderiscono i ribosomi. D. CITOPLASMA : organuli + citosol. Sostanza compresa tra membrana plastica e membrana nucleare. Organelli—> strutture provviste di membrana che svolgono differenti funzoni. MITOCONDRI —> FORNISCON GRANDE QUANTITà DI ATP (ENERGIA ). Hanno una forma quasi sferica/ellissoidale/alllungata, sono presenti in numero variabile da poche unità o qualche migliaia in tutte le cellule eccedo i eritrociti. Il reticolo endoplasmatico (ER) è la sede di diversi, importanti PROCESSI METABOLICI che avvengono nella cellula. Cellule apatiche e renali hanno ser. Glicogeno Forma con cui viene immagazzinato glucosio a livello cellulare Granuli : dati da tanto glicogeno Nelle cellule (epatociti) di fegato 1 – Reticolo endoplasmatico liscio 2 – Reticolo endoplasmico rugoso 3 – Granuli 4- Aggregati di granuli, le “rosette”, costituiti da glicogeno APPARATO DI GOLGI —> Partecipa a divisione citoplasma in diversi momenti E’ costituito da un complesso di “pile” di sacchetti membranosi appiattiti, limitati da membrane e circondati da tubuli e da altre vescicole,(che portano all’apparato molecole che devono essere modificare e trasporranno molecole che escono nei vari lui dove devono compiere funzione ) e addossati uno contro l’altro in alcune regioni del citoplasma. Questa struttura fu messa in evidenza, nelle cellule nervose, da Camillo Golgi, biologo e medico dell’università di Pavia (Nobel 1906). L’apparato di Golgi è quell’organulo che apporta modifiche affinché possano svolgere funzioni. ha la funzione di ricevere le proteine e i lipidi sintetizzati nella cellula e provenienti dal reticolo endoplasmatico, di modificarli chimicamente e di inglobarli in vescicole che li distribuiscono in altre parti della cellula e verso la superficie cellulare. Alcune vescicole si muovono verso la membrana cellulare dove, fondendosi con essa, liberano successivamente il loro contenuto all’esterno (processo di esocitosi). 
 Apparato di Golgi rappresentazione tridimensionale 1 – Corpo di Golgi 2 – Tuboli che connettono le cisterne 3 – Cisterne
 4- Vescicole in formazione 5 – Vescicole secretorie formate Lato verso membrana citoplasmatica è il lato trans dell’apparato. Vescicole parte mobile dell’apparato di Golgi. Lisosomi e perossisomi Ricostruzione di microfotografia di epatocita di ratto 34000 X 1 – Lisosomi 2 – Perossisomi 3 – Mitocondrio 4- Corpo di Golgi 5 – Reticolo endoplasmatico liscio 6 – Reticolo endoplasmatico rugoso I LISOSOMI (originano da apparato Golgi )—> hanno funzione digestiva (digestione intracellulare)—> ce ne sono di 2 tipi . I lisosomi primari sono delle vescicole sferoidali, delimitate da una membrana singola, che originano dai corpi di Golgi e che contengono una varietà di enzimi idrolitici, in grado di scindere (demolire) proteine, polisaccaridi e lipidi. I lisosomi primari agiscono fondendosi con le vescicole che contengono le sostanze o i corpi (membrane, organelli....) da attaccare e demolire, e costituendo unità dette Lisosomi Secondari, dove ha luogo la digestione cellulare delle particelle. Gli enzimi si riversano nella vescicola e demoliscono le sostanze che contiene recuperando le sostanze di base che la compongono riutilizzabili. Al loro interno i secondari hanno enzimi idrolitici —> che hanno capacità di smontare molecole che entrano nel lisosoma. Affinché cellula possa recuperare molecole base. enzimi idrolitici funzionano a ph acido x queso devono rimanere in amo ante delimitato da membrana. •I lisosomi svolgono un processo noto come autofagia. Ciò si verifica ad esempio quando un lisosoma aggredisce un altro organulo o una piccola porzione di citosol. Gli enzimi lisosomiali scindono il materiale inglobato e i monomeri organici così ottenuti tornano successivamente liberi nel citoplasma per essere riutilizzati. • Grazie al ruolo dei lisosomi la cellula può così rigenerarsi continuamente. Una cellula epatica umana, ad esempio, ricicla circa metà delle proprie macromolecole ogni settimana. Processi di autogamia (celluala che mangia una parte di se stessa ) autofagai fa in modo che anche in condizioni di mancanza demolendo piccole parti della membrana cellulare possa recuperare mattonelle per produrre elementi essenziali alla vita cellulare. Il Premio Nobel 2016 per la Fisiologia e la Medicina è stato assegnato a Yoshinori Ohsumi, biologo cellulare giapponese che ha scoperto il meccanismo dell'autofagia (modello: lievito). L'autofagia è alla base di meccanismi fondamentali perché è un processo di degradazione con cui una cellula sacrifica alcune sue parti e le ricicla per garantire funzioni indispensabili. Fornisce "combustibile" alle cellule dove necessario, rinnova le componenti cellulare e può eliminare batteri e virus. 
 Un processo che avviene in qualsiasi momento in ogni tipo di essere vivente complesso e in ogni fase, dall'embrione alla senescenza. E se avviene in modo 
 deregolato, abbiamo lo sviluppo di una patologia. 
 «Historical landmarks of autophagy research» Yoshimori Ohsumi; Cell Research (2014) 24;9-23 Meccanismo dell’autofagia. Ci sono dei momenti in cii deve avvenire e altri no. Si ferma quando viene prodotta e si leva all’inizio della catena autofagica. E a cascata proteine. Autofagosoma —> Circola tutto ciò che deve ossee demolito , poi si fonde con lisosoma primario e gli enzimi idrolitici entrano in contatto all’interno dell’autofasgosoma e cominciamo a demolirli. PEROSSISOMI I perossisomi costituiscono un altro tipo di vescicole, a membrana singola e contenenti enzimi litici e due enzimi caratteristici di questi organelli: le perossidasi e la catalasi. —> servono a smaltire sostanza che viene prodotta in perossisomi e a decomporre il perossido di idrogeno. —-> infatti contengono enzimi che legano M ed O, reazioni che hanno diverse funzioni detossificsnti ne confronti di composti nocivi. • L’attività degli enzimi presenti nei perossisomi produce perossido di idrogeno (H2O2),una sostanza tossica per la cellula, che viene però decomposta ad acqua ed ossigeno per azione della perossidasi e della catalasi. • Permettono che si passi ad acqua ed ossigeno da H2O2. I perossisomi contengono regioni densamente osmiofile o anche delle piccole formazioni cristalline. Funzioni dei perossisomi I perossisomi contengono enzimi in grado di trasferire idrogeno da varie sostanze e di legarlo all’ossigeno con formazione di molecole di perossido di idrogeno. • Queste reazioni possono avere diverse funzioni: • 1. alcuni perossisomi usano l’ossigeno per scindere gli acidi grassi in molecole più piccole, che possono essere trasferite nei mitocondri e utilizzate come combustibile • 2. funzione detossificante nei confronti dell’alcool e di altri composti nocivi, trasferendo l’idrogeno di tali sostanze all’ossigeno. “Droplets” di lipidi —> funziona accumulare lipidi neutri per energia CITOSOL : parte fluida del citoplasma. Il citoscheletro —> scheletro delle cellule —> reticolo di fibre distribuite attraverso l’intero citopalsma , fornisce supporto meccanico alla cellula e ne mantiene la forma, fornisce un ancoraggio per i vari organuli e per molecole enzimatiche del citosol. È responsabile della motilità di numerosi tipi cellulari (contrazione muscolare: attiva e miosina). Le vescicole citoplasmatiche si spostano verso la loro specifica destinazione lungo binari forniti dl citoscheletro che può essere rapidamente smantellato in una determinata parte e ricostruito in una nuova disposizione. M: mitosi o meiosi L’interfase e le sue “fasi” Fasi del ciclo e “quiescenza” cellulare La durata del ciclo cellulare Per la maggior parte delle linee cellulari mantenute in vitro in condizioni nutrizionali ottimali e a 37°C, la durata complessiva del ciclo cellulare è compresa tra 10 e 30 ore. In vivo, nei tessuti normali dell’uomo, l’intervallo tra due successive divisioni cellulari è molto variabile: da circa 10 ore (cellule emopoietiche del midollo osseo) a oltre 200 ore (cellule dello strato basale dell’epidermide). Tali variazioni sono dovute a differenze nella lunghezza della fase G1. La durata delle altre fasi è invece relativamente costante: 6-8 ore per la S, 4-6 ore per la G2, e circa 1 ora per la M. Questi tempi si riferiscono solo alle cellule somatiche degli organismi adulti; negli embrioni il rapido accrescimento cellulare richiede cicli molto più brevi: la fase G1 scompare o è brevissima, la G2 è molto ridotta, e la S può iniziare anche prima che la mitosi sia completata (mentre la telofase è ancora in corso). La “quiescenza” cellulare (cellule non proliferanti) Tre le categorie principali: cellule labili, stabili e perenni: Le popolazioni di cellule labili sono caratterizzate da frequenti mitosi (ad esempio le cellule epiteliali delle cripte intestinali). Le cellule stabili vanno raramente incontro a divisioni mitotiche, ma possono essere stimolate a proliferare in particolari condizioni (ad esempio le cellule parenchimali epatiche e renali)capaci di metodi per esempio dopo incidente. Nei tessuti a cellule perenni (ad esempio il tessuto nervoso) di norma non si osservano eventi mitotici. Si formano, differenziano e arrivano in loco ,ma senza essere rigenerata. Fase G1 G=gap Durante questa fase, la cellula aumenta di dimensioni, attraverso una intensa sintesi di proteine strutturali ed enzimatiche e la moltiplicazione dei ribosomi, dei mitocondri, dei reticoli e di altre formazioni citoplasmatiche. quando riceve stimolo di divisione cellulare entra in g1 Fase S
 S= Synthesis Fase s : dna viene ad essere pubblicato ed anche gli istoni che regolano corretta formazione nucleosomi. E’ il periodo nel quale avviene la replicazione della molecola di DNA contenuta nel nucleo, con la formazione di due copie (che costituiranno i due cromatidi dei cromosomi) per ogni filamento. Vengono anche sintetizzate le molecole degli istoni e di alcune altre proteine associate al DNA. Fase G2 G=gap Nella fase G2, che precede immediatamente la mitosi, avvengono gli ultimi preparativi per la divisione cellulare: vengono sintetizzate ulteriori proteine strutturali ed enzimatiche necessarie per la riproduzione cellulare, e si completa la riproduzione dei centrioli, necessaria per avere una coppia di diplosomi, che si dispongono all’esterno della carioteca. Le fasi di quiescenza G 1 0 e G 2 0 E’ nella fase G1 che, normalmente, le cellule fanno una scelta tra proliferazione e quiescenza. Le cellule “quiescenti” abbandonano (temporaneamente o perennemente) il ciclo per entrare in una fase distinta chiamata G 0 ; evento questo che si verifica più frequentemente durante la fase G1 (e viene chiamata fase G1 0 ), ma che può avvenire anche nella fase G2 (e prende il nome di fase G2 0 ). Dalla fase G 0 le cellule possono, in determinati casi, rientrare nel ciclo cellulare. G2 avviene quando cellula va in contro a morte cellulare programmata (apoptosi , avviene quando c’è danno ) Quiescenza : non si sta preparando alla divisione. Fase m La divisione cellulare—> svolge diversi ruoli a seconda del tipo di cellule e di organismo che si considera. Es organuli unicellulare : riproduzione. Uomo in fase id sviluppo : formazione e accrescimento dei tessuti. —> organismo adulto : rinnovamento e riparazione dei tessuti. Organismi che si riproducono sessualmente : formazione dei gameti (meiosi). I due tipi di divisione cellulare (meiosi e mitosi )—> si differenziano per quanto riguarda la cariocinesi. Cellule diploidi e aploidi Durante il processo di cariocinesi, nella cellula eucariote i filamenti di DNA e le proteine della cromatina si presentano nella forma compatta e ben visibile, chiamata cromosoma . • Nelle cellule somatiche degli organismi eucarioti i cromosomi sono sempre presenti in coppie, ciascun cromosoma avendo un partner identico: i due cromosomi della coppia vengono chiamati CROMOSOMI OMOLOGHI, in quanto ciascuno di essi contiene nella struttura del suo DNA la stessa distribuzione di geni. cromaridi fratelli derivano da cromosoma duplicato. Nei cromosomi omologhi ciascuno costituito da cromatici fratelli. Cromosomi omologhi non significa identici: non sono l’esatta copia uno dell’altro. 
 Le cellule i cui nuclei contengono i cromosomi in coppie di omologhi sono dette CELLULE DIPLOIDI (o cellule 2n, dove n sono i cromosomi), e possiedono due sets (serie) completi di cromosomi, uno dei due sets è il contributo del gamete femminile e l’altro di quello maschile. 
 Diploide: abbiamo rappresentata 2 volte l’info genetica. Abbiamo per ciascuna proteina e per sintesi della proteina abbiamo una doppia info che derivano da gamete femminile e maschile. Per creare fibronectina abbiamo 2 copie. Copie che possono essere diverse o uguali avere alleni diversi o uguali. Oppure leggermene differenti. Rappresentazione schematica della distribuzione di alcuni geni in due cromosomi omologhi • A,B,C,D,E,F,G,.... sono regioni di DNA 
 corrispondenti ai geni 
 • A= o ≠A’ B= o ≠B’ ecc.. 
 Cellula diploide (2n, n=2) Anafase (avanzata) —>I due corredi identici di CROMATIDI appena separati ( i cromatidi si comportano ora come singoli cromosomi) si muovono velocemente verso i poli opposti del FUSO, abbandonando la regione centrale della cellula L’ana fase cominc ia improvv i samen te , ma contemporaneamente per tutti i cromosomi, perché vengono inattivate le proteine che tengono insieme i cromatidi fratelli di ciascun cromosoma. Non appena i cromatidi sono separati si muovono verso i poli opposti della cellula 
 Prove sperimentali fanno ipotizzare che i cinetocori siano provvisti di motori proteici che permettono al cromosoma di camminare lungo il microtubulo legato verso il polo più vicino. Contemporaneamente i microtuboli si accorciano attraverso la depolimerizzazione delle loro estremità legate al cinetocore (vi è l’utilizzo di ATP per questi spostamenti) 
 Telofase (iniziale) I cromatidi hanno ormai raggiunto i poli opposti del fuso, ed iniziano a despiral izzarsi progressivamente, assumendo l’aspetto diffuso della cromatina. Due nuovi involucri nucleari (carioteche) si formano attorno ai due “sets” di filamenti di DNA, e ricompaiono i nucleoli. Il fuso mitotico viene smantellato e le sue fibre si disperdono. Processo cariocinetico—> Attraverso il processo cariocinetico della mitosi, ogni cellula somatica dell’organismo pluricellulare riceve un set completo di informazioni genetiche, dato che il DNA nucleare viene duplicato prima di ogni divisione mitotica, nella fase S del ciclo cellulare. Ciascuna dei milioni di miliardi di cellule che costituiscono il corpo umano (ad eccezione dei gameti) hanno la stessa dotazione cromosomica e genetica, originando tutte dalla prima cellula dell’organismo (zigote) attraverso una successione di divisioni mitotiche. Le differenze morfologiche e funzionali derivano dalla diversa espressione del patrimonio genetico e dai fattori extracellulari che interagiscono con essa. 
 La citocinesi • La citocinesi, nelle cellule animali, avviene tramite un processo noto come scissione. Inizialmente compare un solco di scissione che appare come una leggera fessura sulla superficie della cellula vicino alla piastra metafasica. Sul lato citoplasmatico si trova un anello contrattile di microfilamenti costituiti da actina associata a molecole di miosina. La contrazione dell’anello di microfilamenti è simile all’azione di un laccio; il solco di scissione si approfondisce fino a strozzare in due la cellula madre e a produrre due cellule figlie completamente separate. LA REGOLAZIONE DEL CICLO CELLUALRE Tipi cellulari diversi presentano frequenze differenti di divisione cellulare; ad esempio, le cellule della pelle si dividono frequentemente per tutta la vita, mentre le cellule del fegato mantengono la loro capacità di dividersi ma non la impiegano fino a che non si presenti una determinata situazione, come la riparazione di una ferita. Alcune delle cellule maggiormente specializzate come le cellule nervose e le cellule muscolari di un uomo adulto non si dividono mai. • Queste differenze nel ciclo cellulare sono dovute ad una regolazione a livello molecolare. Un sistema di controllo molecolare dirige il ciclo cellulare.Un insieme di molecole ciclicamente attive all’interno della cellula innesca e coordina gli eventi chiave del ciclo cellulare. • Vi sono vari punti detti di controllo che sono punti ”critici” perché a livello di questi punti viene regolato il ciclo, poiché rappresentano segnali di arresto o di progressione. • I tre punti di controllo principali si trovano nelle fasi G1, G2 e M. Punto di “restrizione” • Per molte cellule il punto di controllo G1 è detto “punto di restrizione” e sembra essere il più importante. • Se una cellula riceve un segnale di ripartenza al punto di controllo G1, questa completerà il ciclo e si dividerà. • Se non riceve un segnale di ripartenza, la cellula uscirà dal ciclo cellulare e passerà in uno stato in cui non si divide, chiamato G0; moltissime cellule dell’organismo umano sono nella fase G0, ma possono essere richiamate a dividersi in risposta a segnali ambientali. Le cicline e le chinasi ciclina-dipendenti—> proteine prodotte ciclicamente • Le fasi del ciclo cellulare sono scandite da fluttuazioni ritmiche dell’attività di alcune particolari classi di proteine dette chinasi. Questi enzimi, le chinasi, sono attivi solo quando hanno legato una ciclina, una proteina la cui concentrazione varia ciclicamente. Cosa si può dire del pu to di controllo della fase g1? Ricerche recenti sembrano suggerire il coinvolgimento di almeno tre tipi di proteine CdK e di diverse cicline in questo punto di controllo. Le fluttuazioni di attività dei vari complessi ciclina-CdK sembrano controllare tutti gli stadi del ciclo. • Il complesso ciclina+chinasi ciclina-dipendente è detto MPF (=fattore di promozione della mitosi) poiché spinge la cellula a oltrepassare i il punto di controllo G2 per entrare nella fase M. Le chinasi quando non legano le ciclone ci sono , ma non operano nessun tipo di reazione . E legame ciclica e chinasi si attiva. Fase di restrizione • La chinasi ciclina-dipendente (CdK) rimane della cellula nella forma inattiva fino a quando si associa a una nuova molecola di ciclina Mfp—> passaggio tra g2 e mitosi (ciclina+chinasi+ ciclica-dipendente,) Un altro importante punto di controllo è quello in cui la cellula passa da g2 alla mitosi. Ancora una volta si forma in complesso ciclina+chinasi+ ciclica-dipendente, detto MPF (=fattore di promozione della mitosi poiché spinge la cellula a oltrepassare i ovvero il punto di controllo g2 per entrare nella fase M) E’ stato dimostrato che l’MFP dà inizio alla mitosi determinando la frammentazione dell’involucro nucleare, mediante la fosforilazione delle proteine della lamina nucleare. Nel periodo successivo alla fase M, l’MFP si inattiva, ciò comporta la degradazione della ciclina. Passaggio importante durante mitosi FASEM Il punto di controllo della fase M riguarda la metafase; tale punto non viene superato fino a che tutti i cromosomi non sono adeguatamente posizionati sulla piastra metafasica del fuso. I ricercatori hanno dimostrato che un segnale che ritarda l’anafase si origina dai cinetocori che non si sono ancora attaccati ai microtubuli del fuso. • Alcune proteine innescano un segnale che ritarda l’anafase. Questo segnale cessa solo quando tutti i cinetocori si sono attaccati al fuso. L’APC (complesso di promozione dell’anafase) diventa allora attivo e innesca l’inattivazione delle proteine che tengono uniti i cromatidi fratelli. Oltre alla regolazione molecolare le cellule ricevono—> Segnali esterni: fattori di crescita CHI DA IMPUT INIZIALE A DIVISIONE ? Fattore di crescita: un fattore di crescita è una proteina rilasciata da alcune cellule del corpo che stimola la divisione di altre cellule.—> fattori di crescita non vengono mai prodotti dalla cellula stessa ,ma da cellule e organi vicini. • Es: PDGF; viene prodotto dalle piastrine e stimola la divisione dei fibroblasti—> dopo ferita necessità rigenerarsi. I fattori di crescita danno impor a fibroblasti • Es: HGF; viene prodotto dalle cellule di Ito (mesenchimali) e stimola la divisione degli epatociti (epiteliali) legandosi al recettore (c- MET) Inibizione da contatto Quando si fanno crescere le cellule in coltura, esse si dividono sino a formare uno strato uniforme sulla superficie che hanno a disposizione, dopo di che la divisione si arresta. Questo fenomeno si chiama “inibizione da contatto” e mima la condizione “fisiologica” delle cellule dei tessuti nel nostro organismo. Dipendenza da ancoraggio La maggior parte delle cellule animali mostrano anche una dipendenza da ancoraggio. Per dividersi devono cioè essere ancorate ad un substrato, come la superficie interna di un recipiente di coltura o la matrice extracellulare di un tessuto • Diverse prove sperimentali suggeriscono che l’ancoraggio viene segnalato al sistema di controllo del ciclo cellulare, attraverso le proteine di membrana che hanno contatto con le proteine del citoscheletro. Le cellule tumorali—> non sono cellule che stanno male, ma sono degli Highlander. Sono power. Riguarda trasformazione maligna cellule del tessuto Le cellule tumorali non rispondono in modo normale ai meccanismi di controllo del ciclo cellulare. Queste si dividono eccessivamente (non presentano inibizione da contatto) e invadono gli altri tessuti (non presentano dipendenza da ancoraggio) portando, in alcuni casi, alla morte dell’organismo. • Le cause dell’insorgenza dei tumori sono molteplici, ma la trasformazione cellulare implica sempre l’alterazione di geni che influenzano il sistema di controllo del ciclo cellulare. Il tumore —> Il problema ha inizio quando una singola cellula di un tessuto va incontro a TRASFORMAZIONE, cioè quel processo che converte una cellula normale in una cellula tumorale. Il sistema immunitario del nostro organismo normalmente riconosce una cellula trasformata come estranea e la distrugge. Tuttavia se le cellule tumorali non sfuggono alla Meiosi e cicli vitali a riproduzione sessuata • Gli esseri viventi sono caratterizzati dalla loro capacità riproduttiva • La trasmissione dei caratteri da una generazione a quella successiva viene definita ereditarietà • Oltre alle somiglianze ereditarie, esiste una fenomeno di variabilità genetica; i figli ricevono i geni dai genitori mediante la trasmissione dei cromosomi (contenenti le sequenze dei geni) • Nella riproduzione umana (sessuata), i genitori producono una prole caratterizzata da combinazioni uniche di geni (provenienti dal loro patrimonio genetico) per cui ogni individuo (figlio) porta delle somiglianze con i genitori, ma è unico (non è un clone!). • La riproduzione sessuata assicura una grande variabilità 
 LA MEIOSI — >Un secondo, differente tipo di divisione delle cellule degli eucarioti comporta una modalità di cariocinesi diversa dalla mitosi, che viene chiamata MEIOSI. La meiosi è un fenomeno cariocinetico tipico di alcune cellule (quelle della linea germinale) degli organismi eucarioti che possono riprodursi per via sessuata, e costituisce il processo fondamentale della GAMETOGENESI (=formazione dei gameti, cellule specializzate destinate alla riproduzione sessuata). Il processo della meiosi—> CONSISTE IN UNA REPLICAZIONE DEL DNA , attraverso due successive divisioni nucleari (cariocinesi), genera quattro nuclei che contengono ciascuno la metà del numero dei cromosomi della cellula madre: da nuclei diploidi si ottengono nuclei con corredo cromosomico aploide (cariocinesi riduzionale). Inoltre, le cellule figlie che originano per successiva citocinesi dalla divisione meiotica dei nuclei non sono geneticamente tra loro identiche. ALLA FINE ABBIAMO 4 nuclei in cui il corredo cromosomi è apolide (è N non 2N). L a g e n e r a z i o n e d e g l i o rg a n i s m i p e r riproduzione sessuata Meiosi : divisione cellulare riduzionalwe. 2n—>n. Il passaggio da nuclei diploidi a nucleo apolidi non geneticamente identici. Con la riproduzione sessuata nel processo di fertilizzazione attraverso singamia il carioticpo divine lo stesso dei dell’organismo dei g e n i t o r i ( s p e c i e ) n e l n u c l e o d e l z i g o t e (oocita+spermatozoo)—> significato biologico : sviluppo della progenie. Si distinguono 2 varie fasi per divisioni successive: vedi dopo Alternanza di aploidia e diploidia cellulare nel ciclo vitale Funzione della Meiosi La meiosi consente al processo di riproduzione sessuata degli organismi di realizzare contemporaneamente, nel passaggio da una generazione all’altra, due importanti obiettivi: • 1)(rende possibile la continuità del caotico mamma 2n e figlio sarà ancora 2n) La invarianza del cariotipo: il numero e la morfologia dei cromosomi (cariotipo) rimangono inalterati nel corso delle generazioni, salvo occasionali errori che conducono ad aberrazioni cromosomiche. • 2) assicura che ciascun individuo di diverso. La variabilità del genotipo: aumenta la variabilità genetica per effetto di due fenomeni: a) i cromosomi omologhi si separano indipendentemente (casualmente) durante la metafase della meiosi I, “mescolando” così i cromosomi paterni e materni in nuove combinazioni; b) nel corso della profase I (stadio di pachitene) si formano nuove combinazioni di geni (ricombinazione genetica) sui cromosomi, attraverso uno scambio di segmenti corrispondenti tra cromatidi di cromosomi omologhi (processo di “crossing-over). Meiosi e invarianza del cariotipo La riproduzione sessuata, che si compie nel processo di fertilizzazione attraverso la singamia (fusione dei pronuclei derivati dai due gameti), richiede – affinchè il cariotipo di una specie resti costante di generazione in generazione – che i due gameti abbiano ciascuno un nucleo con un numero aploide di cromosomi: ciò è reso possibile dal processo di “divisione riduzionale” dei nuclei operato nel corso della meiosi. Riproduzione sessuata Meiosi e variabilità del genotipo: il processo di “crossing-over” —> scambio di pezzi di cromosomi omologhi. Se trasferisco tratti da omologo 2 materno a paterno riverbero stessa quantità e posizione —> scambio alla pari. Come i geni si “trasferiscono” da un cromosoma ad un altro, scambiandosi il “locus” tra un cromosoma ed il suo omologo E’ possibile osservare, attraverso lo studio della ereditarietà negli organismi che si riproducono sessualmente, che la composizione genetica dei singoli cromosomi (il tipo di geni – forme alleliche – che si ritrova in un determinato ordine su un determinato cromosoma) non è in tutto identica negli organismi “generati” (figli) e negli organismi “genitori”; esistono cioè delle combinazioni di tipi di geni (alleli) localizzati su uno stesso cromosoma, che sono diverse da quelle presenti sia sui corrispondenti cromosomi delle cellule paterne che su quelli delle cellule materne. Ricombinazione di geni —> All’inizio del cromosoma c’è proteina a,b,c sia nel femminile c h e n e l m a s c h i l e . O g n i c romosoma cont iene in fo diverse e specifiche. Come è possibile spiegare questo fenomeno di “mobilità” dei geni, che sembrano trasferirsi da un cromosoma, omologo ad un altro nel corso della riproduzione dell’organismo? • Il processo di “crossing-over” è dovuto ad un meccanismo di rottura e riunione dei filamenti di DNA che costituiscono i cromosomi. La divisione riduzionale dei cromosomi nella meiosi Meiosi, riproduzione sessuata e variabilità del genotipo Tutte le cellule (e gli organismi pluricellulari che “derivano” da esse nella riproduzione asessuata) ottenute ad opera della mitosi sono geneticamente identiche (salvo rare eccezioni) e costituiscono quello che viene chiamato un CLONE. Al contrario, la variabilità genetica negli individui generati per RIPRODUZIONE SESSUATA è enorme, e costituisce la “ricchezza genetica” di una specie. Essa è dovuta sia alla segregazione indipendente (casuale) dei cromosomi omologhi (uno paterno e l’altro materno) durante la metafase I della MEIOSI, che crea numerosissime diverse combinazioni di cromosomi nei nuclei aploidi, sia al fenomeno del “crossing-over” durante la profase I (pachitene). Il numero delle possibili combinazioni cromosomiche nei gameti è 2n (ove n è il numero dei cromosomi): nell’uomo, si hanno 223=8.388.608 possibili combinazioni per gli spermatozoi ed altrettante per gli oociti. Conseguentemente, nei figli generati da una coppia si potranno avere: 223x223=ca. 70.368.744.170.000 Diverse combinazioni genetiche (cromosomiche), alle quali vanno aggiunte quelle dovute al “crossing- over”. Stadi della Profase I della Meiosi I —> 1) LEPTOTENE —> durante questa fase c’è spiralizzazione. Ciascun cromosoma (costituito in realtà da due cromatidi, formatisi per duplicazione del DNA durante l’interfase) appare come un SINGOLO filamento sottile, che si evidenzia dalla cromatina, la quale sta cambiando aspetto. Può essere già visibile la zona del centromero che unisce i due cromatidi in ciascun cromosoma omologo. I cromosomi si mostrano molto “distesi” (di aspetto lungo e sottile: sono poco spiralizzati. 2) ZIGOTENE —> I cromosomi omologhi si avvicinano e si “accoppiano” (processo chiamato sinapsi) formando una TETRADE (4 cromatidi omologhi a due a due). I singoli filamenti cromatidi non sono però ancora ben distinguibili i microscopia ottica. Solitamente l”accoppiamento” comincia dal centromero e si estende poi verso le estremità (telomeri) dei cromosomi, ma può avere inizio anche in altre regioni. L’associazione degli omologhi porta alla costituzione di una struttura chiamata “complesso sinaptinemale”. 3) PACHITENE—> in questa fase avviene il crossing over. Ovvero scambio fisico di pezzetti di dna tra cromosomi. Lo scambio avviene tra omologhi. Perchè negli omologhi il tipo di informazione è la stessa. I filamenti aumentano visibilmente di spessore e i cromosomi omologhi si”attorcigliano” notevolmente l’uno intorno all’altro, mentre i cromatidi vengono tenuti insieme dalla struttura del complesso sinaptinemale. I 4 cromatidi che costituiscono la tetrade appaiono di solito – verso la fine dello stadio di pachitene – ben distinguibili e “intrecciati” tra di loro. Durante il pachitene avviene il fenomeno del crossing-over, lo scambio di regioni omologhe tra cromatidi della tetrade, che porta alla ricombinazione genetica del patrimonio cromosomico durante la meiosi. 4) DIPLOTENE—> I cromosomi omologhi (i cui cromatidi risultano sempre uniti dal centromero) iniziano a separarsi, e appaiono in “contatto” tra di loro solo in alcuni punti di “incrocio” (sono considerate le regioni nelle quali è avvenuto il crossing-over), detti CHIASMI. Il numero dei chiasmi tra cromatidi varia da uno ad un massimo, raramente raggiunto, di una dozzina. Durante lo stadio di diplotene inizia una forte “spiralizzazione” dei filamenti di DNA, che accorcia ed ispessisce i cromatidi. 5) DIACINESI —> E’ uno stadio molto ben individuabile in ogni profase I della meiosi. I cromosomi delle coppie di omologhi, sempre associati tra loro, appaiono fortemente spiralizzati e contratti (molto più che alla fine della profase mitotica), i punti d’”incrocio” (CHIASMI) si vanno spostando verso i telomeri dei cromatidi, e scompare l’involucro nucleare (carioteca). Scompare il nucleolo e si froma la struttura del fuso: le coppie di omologhi (tetradi) sono ora pronte per iniziare ad allinearsi nel piano equatoriale del fuso, come avverrà nella metafase I. Con assortimenti di omologhi e crossino over creiamo 1 serie di gameti con cariotipo variabile. Aspetti più importanti della genetica avvengono nella meiosi prima. Nella meiosi nelle 2 cellule si forma i fuso ,non c’è crossing over e cellulare sono in apolidia, ma il contenuto è 2n perchè ciascun cromosoma è formato da cromatici fratelli. METAFASE 1 —> VEDI MITOSI ANAFASE 1—> VEDI MITOSI, per la segregazione indipendente dei cromosomi omologhi la migrazione degli omologhi paterni e materni è casuale. Telofase : vedi mitosi e citodieresi. Può esserci una breve INTERFASE (senza duplicazione del dna) Meiosi II—> molto simile a mitosi Profase 2—> compare l’apparato del fuso Metafase 2—> come in mitosi Anafase—> separazione dei cromatici fratelli. Telofase —> nell’uomo 4 spermatozoi, nella donna 1 solo oocita raccoglie il citoplasma.