Fotosintesi clorofilliana, mitosi e meiosi

La maggior parte delle cellule autotrofe, organismi in grado di prodursi autonomamente il nutrimento, è in grado, grazie all'energia solare, di svolgere il processo di fotosintesi e sintetizzare così le proprie proprie molecole organiche; tale processo avviene nei cloroplasti, attraverso un gran numero di reazioni chimiche, ognuna delle quali è controllata da un enzima specifico. Il cloroplasto ha al suo interno una soluzione densa, chiamata stroma, in cui sono immersi i grani costituiti da pile di tilacoidi, membrane specializzate su cui si trovano la clorofilla e gli altri pigmenti fotosintetici. È suddiviso in due fasi: fase luce-dipendente e fase luce-indipendente.

Fasi della fotosintesi

La fase luce dipendente avviene nei tilacoidi e si svolge sono in presenza della luce del sole, attraverso i fotopigmenti. Durante questa fase si generano le molecole energetiche NADPH e ATP, grazie alle quali potranno avvenire le successive reazioni chimiche del ciclo di Calvin. Le molecole di clorofilla contenuta nei fotosistemi catturano la luce solare, l'energia solare viene utilizzata per costruire molecole di ATP e per scindere molecole di H O nei loro componenti: idrogeno e ossigeno. L'ossigeno si libera nell'ambiente mentre l'idrogeno viene catturato da una speciale molecola di NADP che si trasforma in NADPH dopo una serie di reazioni di ossido riduzioni. La cellula ora è ricca di molecole cariche di energia e termina la fase luce-dipendente.

Ciclo di Calvin

La fase luce-indipendente invece si svolge nel ciclo di Calvin, che avviene nello stroma. È detto anche fase luce-indipendente perché la sintesi del glucosio non utilizza direttamente la luce solare, ma sfrutta l'energia accumulata dalla cellula durante la fase luce-dipendente. La sintesi glucosio avviene a partire dall'anidride carbonica e dall'idrogeno trasportato dal NADPH con un consumo di ATP, secondo l'equazione complessiva:

Divisione cellulare nei procarioti

La divisione cellulare è un processo in cui da una cellula madre si formano due cellule figlie perfettamente identiche: nei procarioti e negli eucarioti unicellulari la divisione cellulare determina l'aumento del numero di individui di una popolazione; mentre negli eucarioti pluricellulari è il processo che permette all'organismo di aumentare le proprie dimensioni o di riparare tessuti danneggiati.

Nei procarioti la divisione comporta la duplicazione del cromosoma batterico e la migrazione delle due molecole ai lati opposti della membrana: quando la cellula si allunga i cromosomi si trovano ancorati alla membrana in due punti opposti. Al termine del processo di allungamento la membrana e le pareti si ripiegano al centro formando due cellule figlie perfettamente identiche alla cellula madre.

Ciclo cellulare degli eucarioti

nel ciclo cellulare dei eucarioti si alternano periodi di crescita e di divisione (mitosi): per indicare la divisione dei cromosomi (46 nel corpo umano) è una fase delicata e la cellula deve fare in modo che vengano spartiti equamente tra le cellule figlie.

Il ciclo può essere suddiviso in cinque fasi: G1, S, G2, mitosi, citodieresi.

Nei vari organismi il ciclo può completarsi in tempi diversi, che vanno da poche ore a parecchi giorni a seconda sia del tipo di cellula che da fattori esterni, come la temperatura e le sostanze nutritive disponibili. Prima che una cellula possa iniziare la mitosi e dividersi, deve duplicare il DNA, sintetizzare le proteine associate ad esso, produrre organuli sufficienti alle cellule figlie e assemblare le strutture necessarie per effettuare mitosi e citodieresi.

Questi processi avvengono durante le fasi G1, S e G2, che compongono l'interfase.

Fasi del ciclo cellulare

fase G1: Segue la citodieresi e precede la fase S. La cellula raddoppia le sue dimensioni e aumentano gli enzimi, si formano nuovi organuli, nelle cellule eucariote i due centrioli (se sono presenti) cominciano a separarsi e a duplicarsi.

Fase S: (sintesi) avviene la duplicazione del DNA e la sintesi di molte delle proteine associate ad esso.

Fase G2; avvengono gli ultimi preparativi per la divisione cellulare. I cromosomi appena duplicati assumono una forma a spirale e e si condensano in una forma compatta, le due coppie di centrioli duplicati si dispongono fuori dalla membrana nucleare.

Processo di mitosi

La mitosi è una fase in cui cromosomi vengono ripartiti nei due nuclei delle cellule figlie. È suddivisa in momenti chiamati "fasi" caratterizzati ognuno da un evento particolare, quattro tappe: profase, metafase, anafase, telofase.

prima della mitosi:

interfase: si duplicano il DNA e i cetrioli, organuli che alla fine della fase G2 stanno addossati al nucleo e stendono dei fili in cui si appendono ai cromosomi, si duplicano sintetizzando una copia identica a se stessi.

profase: la cromatina si condensa e i cromosomi sono ora visibili al microscopio ottico. Vengono disassembati i microtubuli del citoscheletro che formeranno il fuso (fibre polari). Le coppie di cetrioli migrano verso i poli, comincia la formazione del fuso e sparisce il nucleo. E cromosomi si accorciano, cambiando struttura e diventando così a forma a spirale, non si distinguono bene i singoli racchiusi da una membrana nucleare.

metafase: (iniziale): i cromosomi formati da due cromatidi iniziano a spostarsi verso il piano equatoriale della cellula manovrati dalle fibre del fuso e scompare la membrana.

Il cromosoma è fatto da due unità ed ciascuna unità è detta cromatidio.

(tardiva): i cromosomi si dispongono sul piano equatoriale della cellula e ogni cromosoma è legato alle membrane del fuso.

anafase: i cromatici si separano ognuno tirato dalle fibre del fuso verso i poli, ogni cromatidio costituisce ora un cromosoma singolo.

telofase: i cromosomi hanno raggiunto i poli opposti, il fuso comincia a disperdersi. Durante la tarda telofase si formano nuove membrane nucleari. Ai poli della cellula si formano i nuclei, i cromosomi riassumono la loro forma poi si ridividono le cellule.

La citodieresi è il processo di divisione del citoplasma, segue la mitosi e avviene dopo la telofase, divide la cellula in due parti uguali formando le cellule figlie.

Fattori influenzanti la divisione cellulare

Fattori che influenzano la divisione cellulare

Dipendenza dall'ancoraggio: processo di regolazione che permette alla cellula di dividersi solo quando sono a contatto con una superficie solida.

Inibizione da contatto: induce un arresto della divisione quando le cellule entrano in contatto tra loro.

Dipendenza da fattori di crescita: stimolano la divisione cellulare, fattori di crescita sono ad esempio: eritropoietine che agiscono stimolando il midollo osseo a produrre globuli rossi, interleuchine prodotte dai globuli bianchi e indispensabili per il funzionamento del sistema immunitario, o i fattori prodotti dalle piastrine, che si concentrano nella zona della lesione per favorire il processo di coagulazione del sangue.

Riproduzione sessuata

Nella maggior parte degli organismi pluricellulari la riproduzione avviene per via sessuata: i genitori producono i gameti, cellule specializzate con corredo cromosomico apolide, cioè hanno la metà del numero di cromosomi delle cellule somatiche dell'organismo (cellula somatica è ogni cellula del corpo escluso quelle sessuali). Con la fecondazione, lo spermatozoo si unisce a una cellula uovo dando origine allo zigote diploide, che formerà il nuovo individuo. Il patrimonio genetico del nuovo individuo è una combinazione del patrimonio genetico dei genitori.

Meiosi e diversità genetica

Il numero di cromosomi presenti nei gameti è detto numero apolide (corredo singolo) e quello delle cellule somatiche è detto numero diploide (corredo doppio).

È il processo tramite il quale il numero di cromosomi tipico della specie si dimezza. La meiosi si realizza attraverso due divisioni successive: la prima è preceduta dalla duplicazione delle DNA, all'inizio del processo ogni cromosoma è costituito da due cromatidi identici, uniti a livello del centromero. Sì suddivide in: profase I, metafasi I, anafase I, telofase I.

Profase I: Durante la profase i cromosomi si duplicano e cambiano forma restando sempre nella membrana nucleare. I due cromatici di ogni cromosoma possono contenere materiale genetico differente.

Metafase I: le coppie di cromosomi omologhi si allineano sul piano equatoriale della cellula, scompare la membrana e i cromosomi sono legati al fuso.

Anafase I: i cromosomi omologhi, ognuno costituito da due cromatidi si separano tirati dalle fibre delle cinetocore migrando verso i poli opposti della cellula.

Telofase I: i cromosomi omologhi sono migrati ai poli opposti, in maniera da assumere un assetto aploide ma ogni cromosoma è ancora formato da due cromatidi.

interfase: i cromosomi possono perdere parzialmente la forma a spirale e con eventuale formazione di membrane nucleari e divisione del citoplasma.

Profase II: i cromosomi non duplicati assumono forme spirali compattandosi di nuovo. Appaiono costituiti ciascuno da due cromatidi uniti nella regione del centromero.

Metafase II: i cromosomi si dispongono sul piano equatoriale.

Anafase II: i cromatidi si separano livello del centromero, da questo momento vengono chiamati cromosomi che migrano verso uno dei due poli.

Telofase II: il fuso scompare, si riforma la membrana nucleare, i quattro nuclei contengono ciascuno un numero aploide di cromosomi. alla telofase segue la citodieresi dove le cellule si dividono. i quattro nuclei contengono materiale genetico rimescolato e perciò le cellule figlie non saranno mai identiche alla cellula madre.

La diversità dei gameti è assicurata dai seguenti processi:

• il crossing over, che è un processo che porta di solito a un'alterazione dell'assetto genetico dei cromosomi, è un importante meccanismo di ricombinazione del materiale genetico proveniente dai due genitori;

• l'assortimento casuale di cromosomi omologhi, cioè la loro separazione indipendente;

• l'assortimento casuale dei cromatidi fratelli.

Spermatogenesi e ovogenesi

nel maschio in età fertile, per ogni meiosi si formano quattro spermatozoi. La spermatogenesi avviene in continuazione a ogni eiaculazione (emissione di sperma) contiene circa 300/400 milioni di spermatozoi, maturi solo quando si formano le code.

Nella femmina durante la prima divisione meiotica, da ogni oocita primario si formano un oocita secondario più grande e un corpo polare molto piccolo, questa differenza è dovuta al fatto che il citoplasma durante la citodieresi si distribuisce in modo diseguale. nella seconda divisione meiotica viene prodotta soltanto una cellula uovo, l'ovulo, insieme a tre corpi polari, i quali di solito degenerano.

Anomalie cromosomiche

non-disgiunzione: i cromosomi omologhi non si separano e quindi un individuo avrà un cromosoma in più oppure un cromosoma in meno (sindrome di Down).

traslocazione: un frammento di cromosoma si stacca e si unisce ad un altro cromosoma.

deselezione: Durante il Crossing over i segmenti di cromosoma si staccano senza che si attacchi l'omologo.

duplicazione: Durante il Crossing over il segmento si stacca da un cromosoma e si attacca all'omologo.

Sindrome è un termine che indica una malattia che si manifesta in una serie di sintomi visibili in più organi.

Sindrome di Down e altre sindromi

sindrome di Down: si manifesta quando un individuo eredito tre cromosomi 21 invece di due; l'anomalia numerica è quindi detta trisomia 21. La causa dell'anomalia genetica è la non-disgiunzione che può avvenire nella prima o nella seconda divisione meiotica, durante la formazione del gamete di uno dei due genitori.

Sindrome di Edwards: è dovuta a una trisomia della 18ª coppia di autosomi, l'aspettativa di vita è breve: tre mesi per i maschi e nove mesi per le femmine.

Sindrome di Patau: detta trisomia della 13ª coppia di autosomi, in cui gli individui raramente sopravvivono più di tre o quattro mesi.

Sindrome di Klinefelter: comporta la presenza nel patrimonio genetico di un cromosoma sessuale X soprannumerario (XXY) e colpisce circa un neonato maschio su 1000. Gli individui presentano alla nascita dei testicoli molto piccoli, la crescita è normale ma alla pubertà non avviene lo sviluppo degli organi genitali o sono poco sviluppati.

Maschi XYY: una sindrome nella quale i maschi hanno 47 cromosomi, cioè un normale assetto maschile più un cromosoma Y.

Femmine XXX: la sindrome nella quale le donne hanno tre cromosomi X: presentano ritardo mentale più o meno grave e nella maggior parte dei casi hanno cicli mestruali e sono fertili. I figli di queste donne hanno sorprendentemente un cariotipo normale.

Sindrome di Turner: ne sono affette le donne portatrici di un solo cromosoma X (X0), il loro cariotipo è costituito da 45 cromosomi: 22 coppie di autosomi e un unico cromosoma X.