Descrizione dettagliata del ciclo cellulare, mitosi e meiosi

3.1 Il ciclo cellulare

Il ciclo cellulare è il periodo della vita della cellula in cui essa da uno stato indifferenziato passa a uno stato differenziato o va incontro a divisione.

Tipologie di cellule

Esistono 3 tipologie di cellule:

- Cellule meristematiche, cioè che continuano a dividersi per mitosi o per meiosi;

- Cellule differenziate, che svolgono funzioni specifiche in base al tessuto di cui fanno parte, e acquisiscono caratteristiche tipiche;

- Cellule totipotenti, sono tutte quelle cellule che sono differenziate, ma che possono comunque operare un processo di divisione.

Divisioni cellulari: mitosi e meiosi

Le due tipologie di divisioni cui la cellula va incontro sono la meiosi e la mitosi. La mitosi è una divisione tipica delle cellule somatiche, e da una cellula diploide 2n si otterranno due cellula diploidi 2n. La meiosi è invece tipica di cellule sessuali animali e vegetali, e da una cellula madre diploide 2n si ottengono quattro cellule aploidi n.

Interfase e sue sottofasi

Il ciclo cellulare tipico è costituito dalla mitosi e da un periodo che intercorre tra le divisioni, detto interfase. L’interfase si divide in 3 sottofasi:

- Fase G1 (gap 1), fase preparatoria, in cui la cellula ha un intensa attività metabolica, si preparano gli enzimi necessari per la sintesi delle molecole fondamentali per la cellula. In questa fase sul DNA non agiscono enzimi per la sua duplicazione. Può accadere che determinati stimoli ambientali inibiscano la divisione cellulare, in questa fase la divisione può essere interrotta, e tutto ciò che era stato precedentemente creato viene idrolizzato. C’è quindi un’intensa attività metabolica (prosintesi dei nucleotidi);

- Fase S (sintesi), fase in cui vi è la sintesi del DNA. Avviene la sintesi di nucleotidi e cromosomi. Il ciclo non può essere interrotto in questa fase.

- Fase G2 (gap 2), è la fase più lunga, e se nella fase S ci sono stati degli errori di copiatura del DNA allora

tutto il processo può essere interrotto (per poi ricominciare nuovamente dall’inizio).

La fase G2 termina con la mitosi, a cui segue nella maggior parte dei casi la citocinesi o citodieresi, cioè la divisione effettiva della cellula nelle due cellule figlie.

3.2 La mitosi

Descrizione della mitosi

La mitosi si divide in diverse sottofasi, che saranno descritte in sintesi di seguito. Per una spiegazione più approfondita, si rimanda alle due pagine seguenti, in cui sono presenti anche immagini. Alla fine della fase G2 il DNA è decondensato nel nucleo, e i cromosomi, seppur siano stati già duplicati, non sono visibili singolarmente.

- Profase, le fibre di cromatina si condensano a formare i singoli cromosomi, che saranno ora osservabili al microscopio ottico. I cromatidi sono tenuti insieme dal centromero, e formano il cromosoma. Inizia a formarsi il fuso mitotico, dato da una riorganizzazione del citoscheletro.

- Prometafase, l’involucro nucleare si frammenta, e i microtubuli si legano al centromero dei cromosomi. Si forma ora il cinetocore, una struttura specializzata di natura proteica nella regione del centromero. I microtubuli non sono lunghi da un polo all’latro, ma ogni microtubulo arriva a livello del piano equatoriale, e si lega al centromero di un cromosoma per operare un’equa divisione.

- Metafase, in cui i cromosomi si dispongono a livello della piastra metafasica (piano equatoriale), e i cinetocori di ciascun cromosoma sono attaccati ai microtubuli che provengono dai poli opposti della cellula.

- Anafase, in cui i microtubuli iniziano a tirare, a scatti, verso i due poli i cromosomi. La cellula inizia ad allungarsi.

- Telofase, in cui la membrana nucleare inizia a riformarsi, i cromosomi sono sempre meno condensati e gli organelli si ripartiscono in uguale modo nelle due cellule in prossimità di dividersi.

- Citodieresi, che nelle cellule animali, prive di parete, avviene per strozzatura del citoscheletro (che forma un anello contrattile che separa le cellule), mentre nelle cellule vegetali la divisione avviene per apposizione della parete cellulare. Il primo strato è quello della lamella mediana, depositata nella zona di divisione. La creazione di questa struttura è permessa dal citoscheletro, che crea un sistema di trasporto di vescicole specifiche.

3.3 La meiosi

Meiosi: concetti e differenze

La meiosi avviene a carico delle cellule degli organi riproduttivi. Come già detto, da una cellula 2n si arriva a quattro cellule n. Concettualmente la meiosi è analoga alla mitosi, saranno di seguito spiegate le principali differenze nelle fasi. La differenza sostanziale è che la meiosi si divide in due sottofasi, la meiosi I e la meiosi II. Anche in questo caso le immagini seguenti spiegheranno più in dettaglio la meiosi.

- Meiosi I, in cui vi è la separazione dei cromosomi omologhi. Da una cellula diploide 2n di partenza, si arriva a due cellule diploidi 2n. Essendo le due cellule costituite dai cromosomi fratelli, è più corretto dire che il patrimonio genetico sia n+n, piuttosto che 2n.

o Profase I, si caratterizza per il crossing over, fenomeno nel quale le code di due cromosomi omologhi si legano in un punto specifico detto chiasma e si scambiano porzioni omologhe di materiale genetico. Questo comporta un rimescolamento del DNA, molto importante per la biodiversità.

o Metafase I;

o Anafase I, in cui i cromosomi vengono spinti ai due poli della cellula;

o Telofase I e citodieresi.

Tra la meiosi I e II non avviene la duplicazione del materiale genetico.

- Meiosi II, in cui da ogni cellula (n+n) risultante dalla meiosi I si formano due cellule aploidi n.

o Profase II;

o Metafase II;

o Anafase II;

o Telofase II e citodieresi.

3.4 Fenotipo e genotipo

Genotipo e fenotipo

Il genotipo è l’insieme dei geni di un individuo. Il fenotipo è l’insieme di tutti i caratteri visibili, è l’espressione del genotipo in funzione delle condizioni ambientali. Quindi di può dire che F=G+A.