Divisione e riproduzione cellulare: dal processo di mitosi al meiosi, Sintesi del corso di Biologia

Scarica Divisione e riproduzione cellulare: dal processo di mitosi al meiosi e più Sintesi del corso in PDF di Biologia solo su Docsity! La divisione e la riproduzione cellulare LA DIVISIONE CELLULARE NEI PROCARIOTI E NEGLI EUCARIOTI LA DIVISIONE CELLULARE PREVEDE UNA SEQUENZA DI QUATTRO EVENTI il processo grazie al quale una cellula si divide dando origine a due cellule figlie identiche alla cellula madre è chiamato divisione cellulare. La divisione cellulare si basa su 4 fasi fondamentali che devono svolgersi con estrema precisione:  Il segnale riproduttivo  La replicazione (DNA)  La segregazione (viene spartito equamente il DNA)  La citodieresi (distacco delle cellule figlie con aumento di membrana cellulare e sintesi di enzimi e organuli) LE CELLULE PROCARIOTICHE SI DIVIDONO PER SCISSIONE BINARIA nelle cellule dei procarioti avviene una semplice divisione in quanto è presente solo una molecola di DNA circolare. Nei procarioti la divisione cellulare prende il nome di scissione binaria: la cellula cresce di dimensioni, replica il proprio DNA e poi si divide, producendo due nuove cellule identiche alla cellula madre. Ci sono 3 fasi di questa scissione: 1. La molecola di DNA (molto lunga) man mano che si decompatta e despiralizza si replica. 2. La molecola di DNA si allunga e si divide nelle due estremità. 3. Avviene la citodieresi cioè la divisione del citoplasma attraverso la strozzatura della membrana plasmatica che forma un anello che si ristringe e divide le due cellule. Le due cellule figlie sono geneticamente identiche tra di loro e alla cellula madre. Nei procarioti i segnali per l’inizio della divisione cellulare dipendono soprattutto da fattori esterni In alcuni eucarioti può avvenire una divisione simile che avviene per gemmazione in quanto nella cellula madre si forma una protuberanza che poi si stacca e origina una nuova cellula. LA MITOSI NELLE CELLULE EUCARIOTICHE LA MITOSI È UNA FASE DEL CICLO CELLULARE negli eucarioti pluricellulari le cellule non si dividono in continuazione, ma solo per necessità dell’organismo di sostituirne alcune vecchie o danneggiate. Il ciclo cellulare è l’insieme degli eventi compresi tra la formazione di una cellula e la sua divisione in due cellule figlie. Nelle cellule eucariotiche la segregazione è molto più complessa di quella delle cellule procariotiche, in quanto bisogna spartire molto più DNA che si trova sotto forma di cromosomi lineari. Il ciclo cellulare comprende due grandi fasi, l’interfase e la fase mitotica: - L’interfase si divide a sua volta in tre sottofasi:  La sottofase G1, nella quale la cellula sintetizza molecole, si accresce e svolge le proprie attività.  La sottofase S, nella quale duplica il proprio materiale genetico.  La sottofase G2, nella quale i cromosomi si spiralizzano, finisce la duplicazione dei centrioli e iniziano ad assemblarsi strutture proteiche utili nella divisione cellulare (fuso mitotico  separa i cromosomi tra le due cellule figlie). - La fase mitotica è la divisione della cellula e comprende due processi:  La mitosi corrisponde alla divisione del nucelo nella quale scompare la membrana nucleare e il DNA va alle due parti opposte della cellula e si formano i due nuovi nuclei.  La citodieresi corrisponde alla partizione del citoplasma e di tutti gli organuli, in due cellule distinte. LA DIVISIONE CELLULARE È REGOLATA ATTRAVERSO I FATTORI DI CONTROLLO l’entrata nella fase M comporta una precisa preparazione da parte della cellula che viene regolata da fattori di controllo:  La dipendenza dall’ancoraggio, secondo la quale la cellula inizia la divisione cellulare solo se in contatto con una superficie solida, se ciò non accadesse, nei vasi sanguigni, le cellule si riprodurrebbero all’infinito creando ammassi che bloccherebbero vene e arterie.  L’inibizione al contatto, per cui si blocca la divisione cellulare quando le cellule moltiplicandosi entrano in contatto tra di loro. NELL’INTERFASE IL DNA SI REPLICA E SI COMPATTA PER FORMARE I CROMOSOMI il DNA ha una lunghezza molto rilevante, che difficilmente entrerebbe all’interno di un nucleo, ma grazie alla spiralizzazione ci riesce: la spiralizzazione del DNA consiste in una serie di ripiegamenti della molecola, che si avvolge ordinatamente su sé stessa grazie all’azione di proteine chiamate istoni. Nel corso del ciclo cellulare però, il grado di spiralizzazione è diverso. - Durante la fase G1 il DNA è poco spiralizzato infatti vediamo un groviglio di filamenti che costituiscono la cromatina 2 Le tappe principali della meiosi I sono:  La profase I  i cromosomi omologhi si compattano e si appaiano (sinapsi) che si protrae fino alla Metafase I, ciascuna coppia di cromatidi forma una struttura tetrade nella quale si legano in alcuni punti e assumono una forma ad X (chiasmo).  Crossing over  consiste in uno scambio di frammenti identici tra i cromatidi, aumenta la variabilità genetica.  La prometafase I  la membrana nucleare e il nucelo si dissolvono formando un fuso di microtubuli che si attaccano ai cromosomi. Ogni cromosoma composto da due cromatidi andrà verso una parte della cellula.  La metafase I  tutti i cromosomi raggiungono la piastra metafasica. Fino a questo momento i cromosomi omologhi sono ancora a chiasmo.  L’anafase I  i cromosomi omologhi si separano. Ciascuno dei due nuclei figli prodotti dalla prima divisione meiotica contiene quindi una sola serie di cromosomi, ognuno dei quali è ancora formato da due cromatidi.  La telofase I  si riforma la membrana nucleare, viene seguita dalla intercinesi. LA MEIOSI II PRODUCE QUATTRO CELLULE APLOIDI la meiosi II è molto simile alla mitosi, la sua funzione infatti è separare i cromatidi di ogni cromosoma.  Profase II  i cromosomi si condensano nuovamente  Metafase II  i cromosomi si allineano lungo la piastra equatoriale  Anafase II  i centromeri dei cromatidi fratelli si separano e i cromosomi figli migrano verso i poli opposti  Telofase II  i cromosomi si despiralizzano e si riformano la cromatina e la membrana nucleare Alla fine della meiosi II si ottengono 4 nuclei aploidi. Se nella meiosi I non avvenisse il crossing over i quattro nuclei sarebbero geneticamente uguali. Dopo la meiosi II avviene la citodieresi per la quale si forma la membrana plasmatica e si divide il citoplasma. SOLTANTO DOPO LA MITOSI LE CELLULE POSSONO ANCORA DIVIDERSI Mitosi Meiosi Comporta una sola divisione del nucleo e produce due cellule diploidi Comporta due divisioni del nucleo e produce quattro cellule aploidi I cromatidi fratelli di un determinato cromosoma sono identici Se durante la profase I è avvenuto il crossing over i cromatidi fratelli possono essere diversi Ciascun cromosoma di comporta in modo indipendente dal suo omologo, durante l’Anafase, sono i cromatidi a essere trascinati ai poli opposti della cellula e non i cromosomi. Durante la Metafase I i cromosomi materni si appaiono con i loro omologhi paterni per poi dividersi nell’Anafase I, in modo che ogni cellula abbia una serie completa di cromosomi. 5 LA GAMETOGENESI È UN PROCESSO COMPLESSO CHE AVVIENE IN MANIERA DIVERSA NEL MASCHIO E NELLA FEMMINA la produzione di gameti è chiamata gametogenesi ed è diversa nel maschio e nella femmina: - La spermatogenesi avviene nei testicoli e partendo da uno spermatocita primario durante la meiosi I si formano due spermatociti secondari aploidi che dopo la meiosi II diventano 4 spermatidi aploidi che si differenzieranno in spermatozoi. - L’oogenesi avviene nelle ovaie e a partire da un oocita primario, durante la meiosi I si formano due nuovi oociti secondarti e dopo la meiosi II si otterranno una cellula uovo e tre corpuscoli polari. Il processo di oogenesi richiede tempi molto più lunghi, infatti, la prima divisione avviene durante la vita embrionale e si arresta nella Profase I, al raggiungimento della pubertà l’oocita completa la Meiosi I e viene rilasciato nelle ovaie dove può essere fecondato e può compiere la Meiosi II, se non avviene alcun tipo di fecondazione la Meiosi II non si terminerà mai. LA MEIOSI GARANTISCE LA VARIABILITÀ ALL’INTERNO DELLA SPECIE nella riproduzione sessuata vi è una variabilità intraspecifica che dipende sia dalla meiosi che dalla fecondazione. La prima ragione è il crossing over che avviene nella profase I, la seconda ragione è che quando i cromosomi omologhi si separano durante l’anafase I, vanno casualmente in un nucleo o in un altro. Tutto ciò dipende dalla disposizione casuale delle coppie di cromosomi omologhi durante la metafase I (assortimento indipendente). L’assortimento indipendente aumenta le possibili combinazioni cromosomiche al crescere del numero di cromosomi. Se a questa variabilità si aggiunge il rimescolamento genetico del crossing over il numero di combinazioni diventa infinito. IL CARIOTIPO E GLI ERRORI DELLA MIOSI IL CARIOTIPO È L’ASSETTO CROMOSOMICO DI UN INDIVIDUO il cariotipo mostra il numero, la forma e la dimensione dei cromosomi di un individuo. Nel caso di cellule diploidi, il cariotipo è formato da un certo numero di coppie di cromosomi omologhi. Nel caso della specie umana sono presenti 46 cromosomi quindi, 23 coppie di cui 22 formati da autosomi e la ventitreesima formata dai cromosomi sessuali X e Y. Nel caso della femmina saranno XX mentre nel caso del maschio saranno XY. 6 LE ANOMALIE CROMOSOMICHE DERIVANO DA ERRORI NELLA MEIOSI la meiosi non prosegue sempre correttamente infatti è possibile che ci siano degli errori come, ad esempio, se i cromosomi omologhi non si separino durante l’anafase I o nell’Anafase II i due cromatidi possono rimanere uniti a causa della mancata apertura del centromero. Questo fenomeno è la non disgiunzione. Quando si verifica una non disgiunzione, si forma l’aneuploidia, ovvero la formazione di gameti con un cromosoma in eccesso o in difetto. In generale la mancanza di uno o più cromosomi è incompatibile con la vita e l’embrione muore precocemente. In alcuni casi però un cromosoma in più non limita la crescita dell’embrione. Un esempio è la sindrome di Down o la trisomia 21 che consiste nella presenza di un triplo cromosoma 21. La persona con la trisomia 21 presenta un grave ritardo soprattutto nello sviluppo fisico, mentale e motorio. LE MALATTIE GENETICHE DOVUTE A ERRORI NEL NUMERO DI CROMOSOMI SESSUATI le anomalie riguardanti i cromosomi sessuali sono molto più compatibili con la vita e possono essere: - La sindrome di Klinfelter  XXY - La sindrome XYY  XYY - La sindrome della tripla X  XXX - La sindrome di Turner  X0 7