Processi di divisione cellulare: mitosi, meiosi e riproduzione

PROCESSI DI DIVISIONE CELLULARE

LA MITOSI

E' la divisione cellulare con formazione di due cellule figlie (cellule somatiche), ciascuna contiene lo stesso numero e lo stesso tipo di cromosomi della cellula madre; per questo motivo sono due cloni.

E’ una delle fasi del CICLO CELLULARE: ciclo di accrescimento e divisione che contraddistingue la vita della maggior parte delle cellule eucariote.

• Essa ha il compito di dirigere lo spostamento dei cromosomi duplicati, in modo che ogni nuova cellula ne riceva un corredo completo;

• Inizia al termine dell’INTERFASE del ciclo cellulare.

La cellula cresce di dimensioni, raddoppia più o meno il numero dei suoi componenti citoplasmatici e infine duplica il suo DNA.

- G₁ → periodo di accrescimento cellulare che precede la duplicazione de DNA;

- S → periodo in cui viene duplicato il DNA (ma non i cromosomi);

- G₂ → la cellula si prepara a dividersi.

PROTEINE nel ciclo cellulare

Ciclo cellulare e proteine

Il DNA delle cellule eucariote (protisti, funghi, piante e animali) è strettamente associato a numerose proteine, tra cui gli istoni, i quali interagiscono con il DNA, formando unità strutturali complesse denominate nucleosomi. Al loro interno brevi porzioni di acido nucleico sono avvolte intorno a un gruppo di proteine, otto istoni. Durante la divisione cellulare, le interazioni fra istoni e DNA provocano il ripetuto avvolgimento del materiale cromosomico su sé stesso, aumentando notevolmente il diametro complessivo del cromosoma.

Un cromosoma acquista la forma e le dimensioni che lo caratterizzano alla fine della profase, è quindi ben visibile il centromero; al suo livello si trovano piccole strutture discoidali, i cinetocori che servono all’ancoraggio dei microtubuli del fuso. Contengono due proteine motrici: la dineina e la chinesina.

- fase G₁: sintesi di molecole di carboidrati, lipidi e proteine;

- fase S: duplicazione del DNA e sintesi di altri componenti cromosomici, come le proteine . istoniche;

- fase G₂: sintesi delle proteine necessarie alla mitosi.

FASI DELLA MITOSI

Prima fase → PROFASE

E' la fase più lunga, 3/5 dell’intero processo, perché ci sono tanti processi che richiedono l’attività enzimatica e la sintesi proteica. Le cellule che appartengono a diversi tessuti hanno periodi di interfase differenti; nel caso in cui l’ interfase sia breve, la cellula si riproduce velocemente (come nel caso delle cellule della pelle e del fegato). I neuroni rimangono sempre in interfase quindi non si dividono più e possono però aumentare le sinapsi. Ecco i passaggi fondamentali di tale fase:

- la cromatina si condensa a tal punto da far diventare ben visibili (al microscopio ottico) i singoli cromosomi

- In questo stadio inizia la costruzione delle fibre del fuso che si irradiano dai centrioli;

- Nella fase conclusiva della profase, la membrana nucleare si disperde in piccoli frammenti;

- I centrioli vanno a posizionarsi ai due poli opposti della cellula;

- Le fibre polari del fuso si irradiano verso la regione equatoriale della cellula, attaccandosi ai cinetocori, mentre altre fibre ancorano i centrioli ai poli della celulla.

Seconda fase → METAFASE

- I microtubuli si agganciano ciascuno al centromero di un cromosoma e lo tirano verso la zona equatoriale del fuso, i cromosomi si dispongono così in modo ordinato sul piano equatoriale della cellula;

Terza fase → ANAFASE

Fase che avviene più rapidamente nel seguente modo:

_ Inizialmente i due cromatidi di ogni cromosoma (che fino a questo punto erano mantenuti uniti dal centromero) si separano;

- Ogni cromatidio diventa quindi un cromosoma indipendente;

- I due corredi identici di cromosomi si dirigono verso i poli opposti del fuso;

Quarta fase → TELOFASE

- Inizia la demolizione del fuso;

- I cromosomi si decondensano e riacquistano l’aspetto filiforme che avevano prima della profase;

- Le vescicole del vecchio involucro nucleare si fondono tra loro per formare un nuovo involucro che separa ciascun gruppo di cromosomi dal citoplasma compaiono quindi i NUCLEOLI; Ciascun nuovo nucleo contiene lo stesso numero di cromosomi della cellula madre (aploide), se la cellula di partenza era diploide, invece contiene due cromosomi di ciascun tipo.

LA CITODIERESI

Citodieresi nelle cellule

Processo di divisione del citoplasma che inizia verso la fine della telofase mitotica e divide la cellula in due parti quasi uguali. Nelle cellule animali, all’inizio della telofase, la membrana cellulare comincia a restringersi lungo la circonferenza della cellula, nella zona corrispondente all’equatore del fuso, a causa della formazione di un anello di microfilamenti; in seguito appare un solco sulla superficie che diventa più profondo per via delle contrazioni dell’anello; infine la connessione tra le cellule figlie si riduce a un sottile filamento che poi si rompe. Le cellule vegetali hanno una parete cellulare rigida che impedisce qualsiasi divisione del citoplasma. La citodieresi avviene tramite la formazione di una piastra cellulare: vescicole piene di materiale che serve per la costruzione della parete cellulare si fondono tra loro e, con i residui del fuso mitotico, formano questa struttura discoidale; si deposita poi la cellulosa fino a formare una parete trasversale che separa le due cellule figlie (processo più lungo, perché bisogna costruire anche la parete cellulare).

MEIOSI

RIPRODUZIONE ASESSUALE E SESSUALE

Riproduzione asessuale e sessuale

La riproduzione asessuale è il processo attraverso cui un individuo riceve i cromosomi, quindi i geni, da un unico genitore. Si tratta di un tratto di DNA che contiene le istruzioni per produrre o influenzare un certo carattere ereditario della prole. I nuovi individui generati per via asessuale sono sempre copie geneticamente identiche, o cloni, del genitore. Questo tipo di riproduzione si avvale di divisioni cellulari micotiche.

La RIPRODUZIONE SESSUALE

Essa è una forma di riproduzione in cui, negli eucarioti, il materiale genetico dei due organismi si combina con la fusione di due gameti aploidi per formare uno zigote diploide. Ciascuno dei due genitori trasmette alla prole solo un esemplare di ogni coppia di geni che possiede, quindi la prima cellula di un nuovo individuo riceve due geni, uno da ciascun genitore e per ogni carattere ereditario.

Di ogni gene possono esistere alcune forme alternative chiamate alleli, che esprimono cose leggermente diverse su come un determinato carattere ereditario debba essere espresso in un nuovo individuo; queste differenze sono responsabili di migliaia di caratteri ereditari diversi.

Attraverso la riproduzione sessuale la prole eredita nuove combinazioni degli alleli esistenti che si manifestano nella variabilità dei caratteri. La meiosi è un meccanismo che interessa le cellule germinali, ovvero le cellule destinate a dare origine ai gameti (spermatozoi e cellule uovo) che intervengono nella riproduzione sessuale; queste cellule si sviluppano dentro strutture o organi deputati alla riproduzione e hanno lo stesso numero di cromosomi delle altre cellule del corpo, le cellule somatiche.

I cromosomi sessuali, generalmente indicati con X e Y, differiscono tra loro nella forma e nei geni che recano, ma si comportano come omologhi (hanno uguale lunghezza e forma e contengono alleli degli stessi geni).

Alla base della riproduzione sessuata c’è la fecondazione, ovvero quel processo tramite cui le cellule sessuali, o gameti, di due genitori si fondono, unendo i loro contributi genetici per formare una nuova cellula: lo zigote (2n);

La cellula così formata si riproduce attraverso la mitosi per dare origine all’organismo adulto.

Affinchè dopo la fecondazione lo zigote abbia il corretto numero di cromosomi (diploide 2n), è necessario che i gameti che si uniscono abbiano entrambi la metà dei cromosomi necessari (corredo aploide) Per questo motivo i gameti si formano grazie a un tipo speciale di divisione nucleare che dimezza il numero dei cromosomi, chiamato meiosi.Si hanno due divisioni nucleari successive: la meiosi I e la meiosi II, ciascuna delle quali si articola in quattro fasi.

MEIOSI I

1) PROFASE I

- La cromatina si addensa e diventano visibili i cromosomi già duplicati, costituiti da due cromatidi identici;

- Secondo un processo, chiamato sinapsi, i cromosomi omologhi si appaiano portando alla formazione di strutture dette tetradi;

- Dato che ogni cromosoma è costituito da due cromatidi, l’appaiamento coinvolge quattro cromatidi; la formazione delle tetradi permette il CROSSING-OVER, lo scambio di porzioni di DNA tra cromosomi omologhi (il punto in cui è avvenuto lo scambio è chiamato chiasma). In questo modo il cromosoma di origine materna riceve porzioni del cromosoma omologo di origine paterna e viceversa importante meccanismo di ricombinazione del materiale genetico proveniente dai due genitori.

- Al termine della profase I, la membrana nucleare si dissolve e da ciascuno dei due centrioli si iniziano a formare le fibre del fuso.

2) METAFASE I Avviene un rimescolamento dei cromosomi, prima che questi vengano ripartiti nei due nuovi nuclei; le coppie di cromosomi omologhi si allineano lungo il piano equatoriale della cellula.

3) ANAFASE I Le coppie di cromosomi omologhi si separano: i cromatidi di ogni cromosoma restano uniti tra loro.

4) TELOFASE I I cromosomi vengono tirati dalle fibre del fuso fino a raggiungere i poli opposti della cellula; ogni gruppo di cromosomi ha ora un corredo aploide, perché contiene la metà dei cromosomi di partenza anche se ogni cromosoma è ancora formato da due cromatidi.

Le cellule entrano in INTERFASE, riformando la membrana nucleare e despiralizzando i cromosomi.

MEIOSI II

1) PROFASE II I cromosomi si compattano, si ha la scomparsa della membrana nucleare e la formazione delle fibre del fuso;

2) METAFASE II Le coppie di cromatidi si allineano lungo il piano equatoriale di ciascuna cellula;

3) ANAFASE II I cromatidi si separano al livello del centromero e migrano verso i poli opposti delle due cellule; da questo momento possono essere chiamati cromosomi.

4) TELOFASE II Le fibre del fuso scompaiono e una nuova membrana nucleare si forma intorno a ciascun gruppo di cromosomi;

Con la citodieresi si ha la separazione delle due cellule in quattro cellule aploidi; i quattro nuclei risultano tra loro diversi a causa del crossing-over (avvenuto durante la profase I)

DAI GAMETI ALLO ZIGOTE

Gametogenesi e ciclo vitale

Tutti i gameti si formano in modo molto simile, in un processo detto gametogenesi e in un preciso momento durante il ciclo vitale dell’organismo, in seguito alla meiosi. Il ciclo vitale comprende:

- una fase aploide che va dalla meiosi, attraverso la formazione dei gameti, fino alla fecondazione

- Una fase diploide che va dalla fecondazione, attraverso la crescita per mitosi, fino alla meiosi per la riproduzione di gameti

Nel ciclo vitale delle piante la produzione dei gameti non segue immediatamente la meiosi; nell’ intervallo possono inserirsi altri eventi come la formazione delle spore, cellule aploidi, provviste di parete, molto resistenti condizioni ambientali avverse, quando ritornano le condizioni favorevoli, le spore germinano, riprendono la loro crescita e si sviluppano in una struttura aploide che produce i gameti (il gametofito). Dopo la fecondazione si forma uno zigote che si sviluppa nella struttura diploide dello sporofito che produce le spore.