Il Ciclo Cellulare e la Regolazione del Divisimento Cellulare, Appunti di Biologia

Scarica Il Ciclo Cellulare e la Regolazione del Divisimento Cellulare e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! CELLULE STAMINALI e CELLULE DIFFERENZIATE CELLULE STAMINALI = sono cellule indifferenziate, che hanno la potenzialità di differenziarsi in tipi cellulari differenti. Ad esempio, in un embrione ai primi stadi di formazione le cellule sono ancora tutte uguali e ciascuna di loro potrebbe diventare muscolo, pelle, fegato o osso... etc. Queste cellule hanno la capacità di dividersi formando delle cellule figlie anch’esse staminali; potenzialmente, la divisione può avvenire un numero infinito di volte. CELLULE DIFFERENZIATE = sono cellule che hanno perso la loro «staminalità», poiché si sono differenziate in un tipo cellulare specifico (cioè sono diventate muscolo, pelle, fegato o osso... etc.). Queste cellule hanno ancora la capacità di dividersi, ma lo fanno solo per un numero limitato di volte. Quindi, il differenziamento cellulare è un processo irreversibile che porterà inevitabilmente la cellula alla morte dopo un certo numero di divisioni. CELLULE TERMINALMENTE DIFFERENZIATE = sono le cellule che non possono più dividersi e, dopo aver svolto la loro funzione specifica per un certo periodo di tempo, andranno incontro alla morte cellulare. Alcuni esempi di cellule del corpo umano differenziate in maniera terminale sono i neuroni, le cellule muscolari e quelle cardiache. IL CICLO CELLULARE La vita di ogni cellula eucariotica e, in particolare, la sua capacità di dividersi e di differenziarsi sono determinate da una serie ordinata di eventi che costituiscono il CICLO CELLULARE. INTERFASE = costituisce la maggior parte della vita della cellula ed è ulteriormente suddivisa in 3 fasi: G1*, fase di crescita e normali attività metaboliche S, fase di duplicazione del DNA G2*, fase di crescita e preparazione alla mitosi *G sta per gap (intervallo) MITOSI = è il processo di DIVISIONE CELLULARE, in cui il DNA e gli organuli precedentemente duplicati vengono suddivisi tra 2 cellule figlie. La mitosi è ulteriormente suddivisa in 4 sottofasi: PROFASE, METAFASE, ANAFASE, TELOFASE. FASE G0 = Negli organismi pluricellulari alcune cellule (es. epatociti) possono “uscire” dal ciclo cellulare ed entrare in uno stato quiescente chiamato G0. La cellula può rimanere in G0 per giorni, settimane o anche anni prima di riprendere la proliferazione. Alcuni tipi cellulari restano permanentemente in G0, queste sono le cellule terminalmente differenziate. REGOLAZIONE DEL CICLO CELLULARE Il ciclo cellulare è rigidamente regolato, in modo che ogni cellula affronti le diverse fasi nei momenti giusti. Come fa la cellula a sapere quando passare da una fase all’altra del ciclo e quando uscirne? Esiste un sistema di segnalazione specifico che indica alla cellula quale fase della sua vita deve intraprendere. Questi segnali vengono creati da dei complessi molecolari chiamati complesso ciclina-Cdk. Le Cdk (chinasi ciclina-dipendente) sono degli enzimi che fosforilano alcune proteine (cioè catalizzano lo spostamento di un gruppo fosfato dall’ATP alla proteina in questione), attivandole e facendo così iniziare una nuova fase del ciclo. Ciclina è una proteina dalla quale dipende l’attivazione di una specifica Cdk. Quindi i vari complessi ciclina-Cdk regolano l’entrata e l’uscita della cellula nelle/dalle diverse fasi del ciclo cellulare, funzionando come dei «posti di blocco». La corretta regolazione del ciclo cellulare è di estrema importanza, poiché le cellule che riescono a sfuggirne potrebbero diventare tumorali. IL CICLO CELLULARE: la fase S La fase S (di sintesi) è la fase in cui il DNA presenta nella cellula viene duplicato (= ne vengono fatte 2 copie), perché successivamente (durante la mitosi) ciascuna delle 2 copie sarà distribuita ad una delle 2 cellule figlie. Ma che cos’è il DNA e a cosa serve? Il DNA (acido deossiribonucleico) è una macromolecola polimerica, i cui monomeri sono i NUCLEOTIDI. Ciascun nucleotide è formato da: 1 zucchero (il deossiribosio), 1 base azotata (che può essere A, T, C o G) e 1 gruppo fosfato. Il numero di molecole di DNA/per cellula (corredo cromosomico) è tipico per ogni specie. Ad esempio, nel nucleo di ciascuna cellula del corpo umano ci sono 46 molecole di DNA, uguali a due a due (quindi 23 coppie di cromosomi). I gatti hanno 19 coppie di cromosomi per cellula, mentre i moscerini hanno solo 4 coppie. RICERCAChi ha scoperto la struttura tridimensionale del DNA? Ma che cos’è il DNA e a cosa serve? Complessivamente le 46 molecole di DNA presenti in una sola cellula umana hanno una lunghezza di circa 2 metri!! Quindi il DNA deve essere accuratamente «impacchettato» per poter entrare nel nucleo. Per la maggior parte della vita della cellula, il DNA si trova sotto forma di CROMATINA. La cromatina è costituita da DNA unito a specifiche proteine che servono per mantenere la giusta spiralizzazione della molecola, cioè per «impacchettarlo» nel modo giusto, ma mantenendolo comunque accessibile e permettendo così lo svolgimento delle sue funzioni. Solo durante la mitosi, ciascuna molecola di DNA si condensa ulteriormente formando i CROMOSOMI. Questa forma iper-spiralizzata serve soltanto per garantire che durante la divisione il DNA 1) non si rompa, 2) venga equamente distribuito tra le due cellule figlie. Ma che cos’è il DNA e a cosa serve? È di fondamentale importanza che il DNA sia integro e completo in ogni sua parte all’interno di ciascuna cellula perché svolge delle funzioni essenziali. Il DNA è, infatti, la sede dell’ informazione genetica: la sequenza dei singoli nucleotidi presenti nelle molecole di DNA costituisce un codice che contiene le informazioni necessarie per costruire l’organismo (continuamente, non solo prima della nascita) e per permettere lo svolgimento di tutte le sue funzioni. L’informazione contenuta nel DNA, sotto forma di sequenza nucleotidica, dirige la sintesi di un altro acido nucleico, l’RNA, durante un processo chiamato TRASCRIZIONE. Esistono diversi tipi di RNA. Alcuni di questi (es. RNA ribosomiale ed RNA transfer) hanno specifiche funzioni di regolazione; mentre uno specifico tipo di RNA, che è l’RNA messaggero, ha il compito di essere utilizzato come sequenza guida per costruire le proteine, durante un processo chiamato TRADUZIONE (o sintesi proteica) IL CICLO CELLULARE: la fase S Come fa la cellula a creare una copia identica del suo DNA? Corredo cromosomico DIPLOIDE o APLOIDE Cellule germinali: quelle che si trovano negli organi riproduttivi e la cui divisione per meiosi porta alla formazione dei gameti. Cellule somatiche: tutte le altre cellule del corpo. Le cellule somatiche hanno un corredo cromosomico DIPLOIDE: significa che il loro DNA è formato da un certo numero di cromosomi (tipico per ogni specie), uguali (o quasi) a coppie; questi vengono chiamati cromosomi omologhi. Negli esseri umani il corredo diploide è costituito da 46 cromosomi, omologhi a due a due, quindi da 23 coppie. Le singole coppie non sono esattamente identiche, ma appunto omologhe. Significa che contengono gli stessi geni, ma in ciascun cromosoma della coppia ogni gene può essere presente in due varianti, dette alleli. I gameti sono APLOIDI, cioè contengono una sola serie di cromosomi, costituita da un solo omologo di ciascuna coppia. Negli esseri umani lo spermatozoo (gamete maschile) e la cellula uovo (gamete femminile) hanno 23 cromosomi. La produzione di gameti: la MEIOSI Le cellule della linea germinale affrontano un lungo periodo di interfase (G1 + S + G2), come tutte le altre cellule, poi però anziché andare incontro a mitosi affrontano un altro processo: la meiosi. La meiosi genera 4 cellule figlie APLOIDI, nessuna delle quali è geneticamente identica alle altre. Si divide in 2 step, che chiamiamo meiosi I e meiosi II; ciascuno di essi è suddiviso nelle stesse 4 fasi previste per la mitosi (profase, metafase, anafase, telofase). All’inizio della meiosi I, ogni cromosoma ha la forma di una X ed è costituito da 2 cromatidi fratelli (poiché nella precedente fase S il DNA si è duplicato). Una coppia di cromosomi omologhi è quindi formata da 4 cromatidi e, per questo, viene chiamata tetrade. MEIOSI I La MEIOSI I è riduzionale, poiché a partire da una cellula germinale diploide genera 2 cellule aploidi. PROFASE I: come avviene per la mitosi, il DNA si condensa a formare i cromosomi e le fibre citoscheletriche si organizzano per formare il fuso. I cromosomi omologhi si appaiano e avviene un processo chiamato crossing-over: gli omologhi si scambiano a vicenda alcune porzioni di DNA generando dei cromatidi ricombinanti. Questo processo è di fondamentale importanza per la variabilità genetica degli individui. METAFASE I: le tetradi si allineano sul piano equatoriale della cellula. ANAFASE I: i cromosomi omologhi (ciascuno ancora formato da 2 cromatidi) si separano e migrano ai poli opposti della cellula. Se un certo membro della coppia di omologhi andrà a finire in cellula figlia o nell’altra è del tutto casuale→ASSORTIMENTO INDIPENDENTE. TELOFASE I: ciascuno dei 2 corredi cromosomici, ormai aploidi, forma un nuovo nucleo; si formano 2 cellule figlie per citodieresi. In alcuni casi, questa fase viene saltata e si passa direttamente alla meiosi II. MEIOSI II Dopo la meiosi I vi è una breve interfase che non prevede la fase S, cioè il DNA non si duplica. La MEIOSI II è equazionale, poiché ciascuna delle 2 cellule già aploidi genera altre 2 cellule aploidi. Gli eventi della meiosi II sono uguali alla mitosi, con la differenza che ciascuna cellula che va incontro a meiosi II ha un corredo cromosomico aploide. Il crossing over e l’assortimento indipendente di ciascun cromosoma nelle cellule figlie sono i due fenomeni che permettono la creazione di gameti sempre diversi. La meiosi genera i GAMETI ♂ e ♀ GENETICA MENDELIANA Il DNA è un messaggio in codice, presente in tutte le cellule di ogni organismo vivente, e contiene le informazioni per costruire le cellule stesse (e l’intero organismo) e per farle funzionare. Oggi per noi è scontato che sia così ed è anche scontato il fatto che l’informazione contenuta nel DNA possa essere trasmessa di generazione in generazione. Inoltre, conosciamo nel dettaglio i meccanismi di trasmissione dell’informazione genetica mediante riproduzione sessuata (cioè la produzione di gameti, attraverso la meiosi, e la fecondazione). Ma non è stato sempre così: la scoperta della struttura del DNA e dei processi in cui esso è coinvolto è relativamente recente. Gli esperimenti di Mendel Nella seconda metà dell’800, Gregor Mendel, facendo esperimenti con le piante di Pisum sativum, comprese in che modo alcuni caratteri vengono ereditati e scrisse le sue 3 leggi. In quel periodo non si conosceva pressoché nulla sulle strutture cellulari e le sue scoperte vennero ignorate. I caratteri presi in considerazione da Mendel erano 7, ciascuno dei quali si presentava in due diverse forme (tratti): - Lunghezza dello stelo (lungo o corto) - Posizione del fiore sullo stelo (assiale o terminale) - Colore del fiore (viola o bianco) - Colore del seme (giallo o verde) - Forma del seme (liscio o rugoso) - Colore del baccello (giallo o verde) - Forma del baccello (pieno o irregolare) Mendel comprese che per avere risultati attendibili avrebbe dovuto utilizzare piante che fossero di LINEA PURA* per ciascun carattere, cioè aventi una linea di discendenza in cui quel carattere rimane costante per molte generazioni (sono quelle che oggi sappiamo essere omozigoti). Carattere = caratteristica fisica osservabile *Ottenne le linee pure per autoimpollinazione Gli esperimenti di Mendel 1° esperimento: incrocio artificiale di due linee pure che differiscono per 1 solo carattere. Generazione parentale (P) Prima generazione filiale (F1) Risultato → nella generazione F1 compare solo uno dei due tratti, per ciascun carattere. Ad esempio, considerando il carattere «colore del seme», le piante genitori producevano una semi gialli e l’altra semi verdi, mentre le piante figlie fecero solo semi gialli. Gli esperimenti di Mendel 2° esperimento: autoimpollinazione degli individui della F1. Risultato → I 3⁄4 degli individui della seconda generazione filiale (F2) manifestano lo stesso tratto presente nella F1. In 1⁄4 degli individui della F2 ricompare il tratto che era scomparso nella F1. Esempio: Le 2 piante genitrici sono una a fiori bianca e l’altra a fiori viola. Gli individui della F1 sono tutti a fiori viola. 3⁄4 degli individui della F2 sono a fiori viola, mentre 1⁄4 ha fiori bianchi.