Il ciclo cellulare: mitosi, meiosi e riproduzione sessuata

Il cariotipo e i cromosomi

Il cariotipo di un organismo è la rappresentazione dell’insieme dei suoi cromosomi così come appaiono durante la tarda profase e la metafase, quando ogni cromosoma è ben visibile, permettendo dunque di valutare i cromosomi delle cellule.

Funzioni della mitosi

La mitosi porta a due cellule geneticamente identiche alla madre ed ha tre funzioni:

1. La riproduzione asessuata: costituzione di un clone identico per DNA al genitore; molti organismi unicellulari e pluricellulari, pur in grado di riprodursi sessualmente, utilizzano la riproduzione asessuata: è il caso della frammentazione o la gemmazione.

2. Crescita e sviluppo: la mitosi favorisce la crescita di un organismo che avviene tramite l’aumento delle sue cellule.

3. Sostituzione cellule danneggiate: quando una cellula risulta danneggiata è sostituita da una nuova.

Riproduzione sessuata e variabilità genetica

La riproduzione sessuata è una forma di riproduzione che comporta la partecipazione di due individui diversi che trasmettono i loro cromosomi. Il vantaggio di essa è proprio la variabilità genetica, il suo svantaggio sta nella complessità. I due genitori devono produrre cellule sessuali specializzate per la funzione riproduttiva, i gameti (spermatozoi – cellule uovo). Il gamete maschile deve entrare in contatto con quello femminile e fondersi con esso (fecondazione): ciò da origine a uno zigote, prima cellula del nuovo organismo. Tutte le cellule di un organismo ad esclusione dei gameti sono dette somatiche e sono diploidi perché possiedono due copie di ogni cromosoma omologhi. I gameti sono invece aploidi perche hanno la metà dei cromosomi rispetto alle cellule somatiche. Lo zigote è una cellula diploide dotata di due serie di cromosomi: tramite la fusione di cellule aploidi (gameti) in una sola diploide (zigote) la fecondazione fonda corredi genetici diversi.

Meiosi e formazione dei gameti

I gameti si formano con la meiosi, un tipo di divisione che avviene negli organismi pluricellulari a carico solo di alcune cellule di organi specializzati. Essa rende aploidi i gameti, mantenendo un numero costante di cromosomi nella prole e in oltre rimescola i geni e i cromosomi della cellula diploide che da origine ai gameti, aumentando la variabilità genetica. Le cellule diploidi può sintetizzare proteine doppie rispetto a una cellula aploide e esse, poiché la cellula omologa può contenere geni leggermente diversi, sono sintetizzate in due versioni diverse.

Processo della meiosi

La meiosi è una forma di divisione cellulare in cui a partire da una cellula diploide si formano quattro cellule aploidi: essa si divide in meiosi I e miosi II, ognuna delle due comprende le stesse quattro fasi della mitosi, solo la prima però è preceduta dalla duplicazione del DNA (interfase). Nella prima divisione le coppie di cromosomi omologhi si separano in modo che ciascuna delle due cellule figlie riceve uno dei due cromosomi di ogni coppia: da una cellula diploide se ne ottengono due aploidi, ognuna contenente un solo cromosoma omologo. Nella profase però vi’è un evento esclusi ovo della meiosi, i due cromosomi omologhi di ogni coppia si appaiano, in modo che ogni gene di ogni cromosoma si trova accanto al gene corrispondente dell’altro. Mentre essi si trovano vicini può accadere che due cromatidi non fratelli si scambino nello stesso punto: ciò è detto crossing-over. Le cellule aploidi entrano nella meiosi II durante la quale i cromatidi dei cromosomi si separano dando origine a nuovi cromosomi: le due cellule aploidi danno origine a quattro cellule aploidi che diventano o spermatozoi (quattro di uguale dimensione) o cellule uovo ( una e tre globuli polari che degenerano). Durante le metafase I le coppie di cromosomi si dispongono all’equatore del fuso in modo casuale e indipendente: per ogni coppia una cellula figlia può ricevere con la stessa probabilità il cromosoma materno o paterno. La meiosi I produce anche il rimescolamento tra i cromosomi di origine materna e paterna, questo è detto assortimento indipendente dei cromosomi. Se la mitosi avviene per creare cellule dello stesso tipo, la meiosi produce i gameti necessari per la riproduzione sessuata. Nell’uomo si ha nei testicoli dalla pubertà sino alla morte, nella donna nelle ovaie sino alla menopausa.

Alternanza di fasi aploidi e diploidi

Ogni individuo che si riproduce per via sessuata presenta un’alternanza tra fase aploide e diploide. Nella maggior parte degli animali le cellule sono diploidi durante la fase adulta e alcune di esse si specializzano per la funzione riproduttiva subendo la meiosi e diventando aploidi. Per molte alghe marine e funghi la fase adulta è caratterizzata da cellule aploidi che produce gameti per mitosi: due gameti danno vita a uno zigote diploide che con la meiosi produce cellule aploidi. Altri organismi presentano cellule sia aploidi che diploidi