La Divisione Cellulare: Mitosi e Meiosi, Dispense di Biologia

Scarica La Divisione Cellulare: Mitosi e Meiosi e più Dispense in PDF di Biologia solo su Docsity! Introduzione La  teoria cellulare  afferma che ogni cellula deriva da una cellula pre-esistente. Questa  proprietà è dovuta alla capacità delle cellule di riprodursi. La divisione cellulare è il processo grazie al quale la cellula si divide dando origine a cellule "figlie". Esistono alcune caratteristiche comuni tra la divisione cellulare dei procarioti e degli eucarioti (ad esempio la duplicazione del DNA), ma il processo di divisione nella cellula eucariote è molto più complesso. Inoltre, nella cellula eucariote esistono due  tipi di divisione cellulare, che vengono utilizzati per scopi e in momenti molto diversi: - mitosi: divisione che genera due cellule geneticamente identiche tra loro; negli organismi unicellulari porta all'aumento numerico della popolazione ed è l'evento chiave della riproduzione asessuata; - meiosi: una cellula con un corredo genetico diploide genera quattro cellule geneticamente diverse tra loro, con un corredo genetico aploide; viene usata esclusivamente in alcune tappe della riproduzione sessuata. In questo modulo troverai descritta la serie di eventi che,  nel corso del  ciclo cellulare,  consentono alle cellule procariote ed eucariote di generare nuove cellule attraverso la divisione cellulare. Duplicazione cellulare Un importante principio della biologia recita: "ogni cellula deriva da una cellula preesistente". La capacità di riprodursi è infatti una delle caratteristiche che meglio distinguono gli esseri viventi dai non viventi. Questo significa che il perpetuarsi della vita stessa si basa sulla riproduzione delle cellule, cioè sulla  divisione cellulare. Esistono tuttavia delle differenze nella funzione della divisione cellulare in un organismo : - unicellulare:  procarioti ed eucarioti, la  divisione cellulare  coincide con la  riproduzione  dell’intero organismo; quando la cellula si divide, viene generato un nuovo individuo; - pluricellulare: la divisione cellulare serve in genere per l’accrescimento dell’organismo e per rinnovare le cellule invecchiate o danneggiate. Nella  riproduzione asessuata  gli organismi si riproducono senza ricorrere a gameti.  Si tratta in genere di organismi unicellulari,  procarioti o eucarioti, ma anche le piante utilizzano frequentemente questa modalità di riproduzione (ad esempio le fragole quando formano stoloni). Gli individui che si formano in seguito alla riproduzione asessuata ereditano il DNA di un solo genitore, di cui sono dunque copie esatte. Il tipo di divisione cellulare responsabile della riproduzione asessuata è la  fissione o scissione binaria  (nei procarioti) e la mitosi (negli eucarioti). Gli organismi eucarioti pluricellulari, come l'uomo,  utilizzano sempre la  riproduzione sessuata. I figli nati dalla riproduzione sessuata assomigliano ai loro genitori, ma non sono identici a loro, poiché ogni figlio eredita una combinazione esclusiva di geni alla quale corrisponde una combinazione altrettanto esclusiva di caratteri somatici. La riproduzione sessuata prevede una forma molto particolare di divisione cellulare, la meiosi. La divisione cellulare avviene se si verificano tre eventi fondamentali: - la duplicazione del DNA, che permette a ciascuna delle due cellule figlie di ottenere il materiale genetico necessario per vivere e svolgere le sue funzioni autonomamente; - la segregazione del DNA, ovvero la equa distribuzione del materiale genetico duplicato fra le due nuove cellule; - la citodieresi, la separazione delle due nuove cellule. La  divisione cellulare  non avviene mai in maniera casuale, ma solo quando è necessaria: le cellule si duplicano solamente se sono stimolate da un segnale generato all'interno o all'esterno della cellula. Tali segnali, negli organismi pluricellulari dipendono dai bisogni dell'intero organismo. L'insieme degli eventi compresi tra la formazione di una cellula e la sua divisione in due cellule figlie, oppure la sua morte, prende il nome di ciclo cellulare. Divisione cellulare → Nei procarioti I procarioti possiedono in genere un solo cromosoma circolare formato da una singola molecola di DNA ripiegata e legata a proteine. Nei procarioti la divisione cellulare serve a riprodurre l’intero organismo: la cellula cresce di dimensioni, duplica il proprio DNA e poi si divide in due. Tale processo prende il nome di scissione binaria: 1. Il cromosoma batterico comincia a duplicarsi da una regione chiamata regione ori ed essendo molto lungo (il cromosoma di Escherichia coli è circa 500 volte più lungo della cellula stessa) si srotola e si duplica pezzo per pezzo; 2. La segregazione delle due copie del cromosoma ha inizio mentre il DNA si sta ancora duplicando: la cellula si allunga e le regioni ori delle due molecole di DNA si spostano verso le estremità della cellula; 3. In seguito alla duplicazione del DNA avviene la citodieresi: nizialmente la membrana plasmatica forma una strozzatura, simile ad un anello, che va stringendosi sempre più fino a portare alla separazione completa delle due cellule. Le due nuove cellule sono organismi unicellulari distinti, ma geneticamente identici e potranno, anche in tempi brevi, andare incontro ad una nuova scissione binaria. Fattori esterni, quali le condizioni ambientali o la concentrazione di sostanze nutritive, fungono da segnali che danno il via alla scissione binaria nei procarioti. Questo processo può avvenire in maniera molto rapida e a ritmo costante. → Negli eucarioti unicellulari La mitosi In una pianta o in un animale i segnali per la divisione cellulare non dipendono dalle esigenze di una singola cellula, ma dai bisogni dell’intero organismo. fecondazione, due gameti aploidi si fondono e formano un nuovo individuo diploide, lo zigote. Come la mitosi, la meiosi è preceduta da un’interfase  che comprende una  sottofase  S durante la quale avviene la  duplicazione del DNA  (cioè dei cromosomi). All'inizio della meiosi ogni cromosoma è pertanto formato da due cromatidi fratelli.  Mitosi e meiosi sono processi molto diversi tra loro sia per gli eventi che li caratterizzano, sia per i tempi nei quali si realizzano: la mitosi richiede raramente più di un’ora o due, mentre la meiosi necessita di tempi più lunghi.    Le due divisioni cellulari della meiosi vengono dette meiosi I e meiosi II e sono entrambe suddivise in fasi:              • MEIOSI I - profase I:  i cromosomi omologhi si appaiano aderendo tra loro per tutta la lunghezza, si formano le sinapsi, durante le quali i quattro cromatidi di ciascuna coppia di omologhi formano una  tetrade  e si formano i  chiasmi  (=struttura a croce), cioè degli incroci tra parti di cromatidi adiacenti appartenenti a differenti cromosomi della coppia di omologhi; a livello del chiasma avviene il crossing- over, cioè lo scambio di materiale genetico fra cromatidi appartenenti a cromosomi omologhi; ciò accresce la  variabilità genetica  della cellula poiché rimescola l’informazione genetica all'interno delle coppie di omologhi; - prometafase I:  la membrana nucleare e i nucleoli si dissolvono, si forma un fuso al quale i cromosomi si attaccano. I cromatidi fratelli di ciascun cromosoma si attaccano dalla stessa parte del fuso, quindi migreranno verso un solo polo della cellula; -metafase I:  i cromosomi si allineano sulla piastra equatoriale; le coppie di cromosomi omologhi sono ancora tenute insieme dai chiasmi; -anafase I: i cromosomi omologhi si separano, migrando verso i poli opposti della cellula. Le cellule figlie prodotte da questa prima divisione contengono una sola serie di cromosomi, ognuno formato da due cromatidi fratelli: ciascuna possiede quindi un contenuto doppio di cromatina rispetto al contenuto che rimarrà al termine della divisione mitotica. • MEIOSI II - profase II: i cromosomi si condensano nuovamente; - metafase II:  nei due nuclei prodotti dalla meiosi I i cromosomi si allineano; i centromeri dei due cromatidi fratelli si separano; - anafase II:  i due cromatidi fratelli migrano verso i poli opposti; le cellule si dividono dando origine a quattro cellule figlie aploidi. Grazie alla riproduzione sessuata e alla variabilità genetica degli individui che ne derivano, una parte della progenie potrà avere caratteristiche che la rendono più adatta alla sopravvivenza e alla riproduzione. La riproduzione sessuata svolge quindi un ruolo importantissimo nell'evoluzione degli esseri viventi. CONFRONTO MITOSI-MEIOSI Profase Metafase Anafase Telofase MITOSI Cellula madre Duplicazione Cromosomi dei cromosomi duplicati Cellule figlie della mitosi 2n= Sito del crossing over MEIOSI I Profase | Duplizione Appaiamento delle dei cromosomi 6 coppie di cromosomi ‘omologhi Metafase | sei Cellule figlie della meiosi Il =) MEIOSI Il SOMMARIO [Caratteristiche Mitosi Duplicazione del DNA Numero di divisioni Sinapsi dei cromosomi ‘omologhi Numero di cellule figlie e corredo genetico Ruolo nel corpo umano Avviene durante l’interfase prima che inizi la mitosi. Una, caratterizzata da profase, metafase, anafase e telofase. Non avviene Due, diploidi (2n) e geneticamente identiche alla cellula madre. Provvede alla crescita dell'organismo, alla riparazione dei tessuti e, in alcune specie, alla riproduzione asessuale. Avviene durante l’interfase prima che inizi la meiosi |. Due, ognuna caratterizzata da profase, metafase, anafase e telofase. Avviene durante la profase | con il crossing over tra cromatidi non fratelli; si formano delle tetradi formate da due coppie di cromosomi omologhi. Quattro, aploidi (n), contengono la metà dei cromosomi della cellula madre; geneticamente diverse dalla cellula madre e dalle altre cellule. Produce i gameti; riduce della metà il numero dei cromosomi e introduce variabilità genetica tra i gameti.