Processi cellulari: dal DNA alla variabilità genetica

È importante introdurre tanto DNA all’interno del nucleo, che doveva avere un codice che permettesse di fare determinate azioni, e più ci si evolveva, più diventava complessa. Non è sintomo di evoluzione però il fatto che una cellula contiene tanto DNA, perché una cellula evoluta fa sì che uno stesso tratto possa svolgere diverse funzioni.

Struttura del DNA e livelli di organizzazione

Il DNA deve spiralizzarsi per poter entrare nel nucleo. Deve essere una cosa regolata da formazioni specifiche che abbiamo all’interno del DNA.

Primo livello: si avvolge intorno a proteine dette istoni. Abbiamo cinque istoni, di cui quattro sono globulari e si dispongono a coppie in un ottamero, quattro sopra e quattro sotto, intorno a cui il DNA si avvolge per due giri, e l’ultimo istoni sigilla in modo che l’avvolgimento rimanga compatto. Questa struttura si chiama nucleosoma, ovvero DNA associato a proteine.

Secondo livello: rappresenta il modo in cui gli istoni si legano tra loro. Anche gli stoni si attorcigliano tra di loro, creando delle strutture che mantengono una parte centrale vuota, creando una sorta di esagono, chiamata fibra solenoide. Nei primi due livelli, il DNA prende il nome di eucromatina. Qui però il DNA è troppo attorcigliato per poter essere letto

Terzo livello: il solenoide si attorciglia attorno a una proteina, e il DNA prende il nome di eterocromatina, e non può essere letto se non si stacca dalla proteine

Quarto livello: tutta la struttura che faceva da base nel terzo livello, adesso si avvolge ulteriormente a spirale.

Quinto livello: queste strutture si addensano creando un cromosoma.

un cromosoma non duplicato appare come un bastoncino detto cromatide, assume la tipica forma ad X solo quando è duplicato, quindi nella fase S. Lo strozzamento a metà del cromosoma prende il nome di centromero, costituito da proteine dette coesine. Al livello del centromero, lateralmente, ogni cromatidio ha delle placche dette cinetocori a cui si agganciano dei microtubuli, che serviranno per la divisione dei cromosomi. In base a dove si trova il centromero, abbiamo forme di cromosomi diversi, che ci permette di distinguerli. Possono esserci poi delle costrizioni che creano dei satelliti, ovvero dei rigonfiamenti lungo i bracci. La parte finale del cromosoma viene detto telomero, che è formato da sequenze ripetute di basi azotate, che determinano la vita del cromosoma, poichè più sono, e più aumenta la possibilità di garantire la vita del cromosoma.

Duplicazione del DNA e divisione cellulare

Ci troviamo all’interno della cellula. Nella fase S si duplicano i centioli. All’interno del nucleo, troviamo la duplicazione del DNA.
La prima fase si chiama profase, e in questa fase i centrosomi si posizionano ai poli opposti della cellula, e aumentano i microtubuli che collegano parte a parte. Si crea il fuso metodico, ovvero la struttura che si sta creando, che tiene uniti i centrosomi.

La coesina lega bene i cromosomi, in modo da controllare che non si separino i cromosomi.

Ora inizia la prometafase, dove i centrosomi sono arrivati nei poli opposti, e i microtubuli sono allungati, e ne troviamo tre tipi: gli aster, legano i centrosomi alla membrana cellulare, così che non si spostano. alcuni lunghi che collegano le due strutture, e altri intermedi che bloccheranno poi i cromosomi. Questo è il fuso mitotico.

Nella metafase, il nucleolo scompare, e i cromosomi sono liberi.

I microtubuli si legano sui cinetocori, disponendoli in verticale nella piastra equatoriale.

Nell’anafase, degli agenti chimici rompono la coesina, liberando il cromosoma. La tensione del microtubuli dividono i cromatidi, e la miosina tira i microtubuli verso una delle due parti polari della cellula. Nella parte centrale si creano delle strutture che permetteranno la divisione della cellula.

Nella telofase si ricreano due nuclei che saranno poi quelli delle due cellule figlie.

La citodieresi poi è l’effettiva divisione della membrana.

Meiosi e variabilità genetica

La cellula madre si divide due volte, prima in due, e poi queste appena formate, ancora una volta. Partendo da una cellula diploide (intero patrimonio genetico), abbiamo una prima divisione, in cui le figlie hanno metà patrimonio genetico, ma il DNA è già completo. Avviene il crossing over, ovvero lo scambio delle informazioni tra la coppia di cromosomi. Questo per creare individui non identici ai genitori, ed avviene in modo totalmente casuale. Avviene perché il DNA è estremamente appiccicoso.

Poi nella seconda divisione, le due cellule create si dividono, non duplicando il DNA, perché è già duplicato, producendo 4 cellule aploidi.

Nella prima profase, succede la stessa cosa che avviene in quella della mitosi, ma i cromosomi devono trovare gli omologhi, disponendosi a tetradi, ovvero quattro cromatidi. Qui avviene il crossing over, ovvero porzioni di un cromatidio scambiate con altre posizioni dell’altro cromatidio, e serve a creare variabilità nei figli, ed avviene solo in porzioni con la stessa funzione da svolgere. I due cromosomi rimangono ancora uniti nei chiasmi, ovvero le zone in cui è avvenuto lo scambio

La prometafase è uguale alla mitosi, solo che invece invece che dividere il cromosoma, dividono solamente le due coppie, portando solo metà patrimonio genetico.

La telofase ricrea la membrana cellulare grazie all’anello contrattile, composto da filamenti di actina e miosina, che si attivano con gli ioni calcio, in modo da far scorrere i filamenti e ottenendo due cellule con metà patrimonio genetico.

Ora che abbiamo le due cellule, avviene una mitosi, con la differenza che a duplicarsi sono solo i centrioli, visto che il DNA ha già una struttura ad X. Per il resto, tutti i passaggi sono identici. Otterremo alla fine 4 cellule aploidi.