Ciclo cellulare

La divisione cellulare

La divisione cellulare è il processo grazie al quale una cellula madre si divide in due cellule figlie, uguali tra loro e identiche alla cellula madre.

Fa eccezione la meiosi, un particolare tipo di divisione cellulare tipica degli organismi a riproduzione sessuata e che genera cellule aploidi.

Tutte le cellule originano dalla divisione di cellule preesistenti garantendo la continuità della vita.

Negli organismi procarioti o eucarioti unicellulari, la divisione cellulare consente la diretta propagazione della specie.

Negli organismi eucarioti pluricellulari, la divisione cellulare svolge ruoli complessi: alla base dell’accrescimento, dello sviluppo, della riparazione, della rigenerazione, della riproduzione.

Negli organismi pluricellulari a riproduzione sessuata, tutto inizia con la fecondazione e con la produzione di uno zigote.

Lo zigote andrà incontro a un gran numero di divisioni cellulari, che daranno il via alla formazione del nuovo individuo (fase embrionale).

Le cellule poi si differenzieranno e si specializzeranno per formare tessuti e organi dell’individuo adulto.

L’individuo adulto potrà riprodursi e garantire la continuità della specie.

Cellule somatiche e germinali

Fin dall’inizio dello sviluppo dell’embrione, si differenziano due linee cellulari:

• Cellule somatiche coinvolte nella formazione e nella rigenerazione dei tessuti.
• Cellule riproduttive specializzate (germinali), da cui si formeranno i gameti (cellula uovo e spermatica; aploidi).

Le cellule somatiche si dividono per mitosi formando cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre e tra loro, per formare tutte le cellule del corpo del nuovo individuo.

Le cellule germinali, dopo una serie di cicli cellulari, in cui si dividono per mitosi, vanno incontro ad un ciclo cellulare differente (MEIOSI).

La meiosi produce cellule (GAMETI) contenenti la metà dei cromosomi rispetto alle cellule progenitrici, e geneticamente differenti tra di loro e dalla cellula madre.

Divisione cellulare negli organismi eucarioti

L’insieme degli eventi che definiscono il corso della vita di una cellula costituisce il ciclo cellulare.

È una serie di eventi coordinati e dipendenti tra loro.

Un ciclo, come il termine stesso indica, è un ripetersi di eventi “quasi perpetuo”.

Partendo da un qualsiasi punto del ciclo, il punto in cui si termina coincide con il medesimo punto di partenza, il ciclo potrà ripetersi.

È unidirezionale.

Il ciclo vale sia per le cellule unicellulari che per le cellule degli organismi pluricellulari.

La divisione cellulare

È il processo grazie al quale una cellula madre si divide in due cellule figlie, uguali tra loro e identiche alla cellula madre.

Fa eccezione la meiosi, un particolare tipo di divisione cellulare tipica degli organismi a riproduzione sessuata e che genera cellule aploidi.

Tutte le cellule originano dalla divisione di cellule preesistenti garantendo la continuità della vita.

Negli organismi procarioti e eucarioti unicellulari, la divisione cellulare consente la diretta propagazione della specie.

Negli organismi eucarioti pluricellulari, la divisione cellulare svolge ruoli complessi: alla base dell’accrescimento, dello sviluppo, della riparazione, della rigenerazione, della riproduzione.

Negli organismi pluricellulari a riproduzione sessuata, tutto inizia con la fecondazione e con la produzione di uno zigote.

Lo zigote andrà incontro a un gran numero di divisioni cellulari, che daranno il via alla formazione del nuovo individuo (fase embrionale).

Le cellule poi si differenzieranno e si specializzeranno per formare tessuti e organi dell’individuo adulto.

L’individuo adulto potrà riprodursi e garantire la continuità della specie.

Cellule somatiche e germinali

Fin dall’inizio dello sviluppo dell’embrione, si differenziano due linee cellulari:

• Cellule somatiche coinvolte nella formazione e nella rigenerazione dei tessuti.
• Cellule riproduttive specializzate (germinali), da cui si formeranno i gameti (cellula uovo e spermatozoi; aploidi).

Le cellule somatiche si dividono per mitosi formando cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre e tra loro, per formare tutte le cellule del corpo del nuovo individuo.

Le cellule germinali, dopo una serie di cicli cellulari, in cui si dividono per mitosi, vanno incontro ad un ciclo cellulare differente (MEIOSI).

La meiosi produce cellule (GAMETI) contenenti la metà dei cromosomi rispetto alle cellule progenitrici, e geneticamente differenti tra di loro e dalla cellula madre.

Divisione cellulare negli organismi eucarioti

L'insieme degli eventi che definiscono il corso della vita di una cellula costituisce il CICLO CELLULARE.

Ciclo cellulare.

È una serie di eventi coordinati e dipendenti tra loro.

Un ciclo, come il termine stesso indica, è un ripetersi di eventi “quasi perpetuo”.

Partendo da un qualsiasi punto del ciclo, questa si ritorna sempre su se medesimo.

All’interno della cellula il ciclo non può ripetersi in coordinata, con il ciclo cellulare delle cellule.

Il ciclo vale per le speciali per cellule pluricellulari e per le cellule degli eucarioti.

Fasi del ciclo cellulare

Il ciclo cellulare negli eucarioti è costituito dalla fase M (fase di divisione, che è quella di divisione vera e propria) e dalla interfase (fase di preparazione).

L'INTERFASE è il periodo che intercorre tra la fine di una divisione cellulare e l'inizio della successiva.

L'interfase è un periodo preparatorio ed è suddiviso in fase G1, S e G2.

Fase G1: elevata attività di sintesi di proteine e di RNA; la cellula raddoppia le dimensioni, aumenta il numero di enzimi e organuli e componenti utili alla fase successiva (durata assai variabile).

Fase S: sintesi e duplicazione del materiale genetico contenuto nel DNA; duplicazione dei centrioli (ove presenti) o dei centri.

Fase G2: il citoscheletro inizia a prepararsi per le imponenti modifiche che verranno attivate nella fase M.

La transizione da una fase del ciclo cellulare alla successiva è controllata da un complesso insieme di meccanismi.

Nel ciclo cellulare sono presenti dei punti di controllo o checkpoints, localizzati a livello delle transizioni G1/S e G2/M.

Intervengono due classi di proteine: le CHINASI (protein chinasi ciclina-dipendenti o CDK) e le CICLINE.

L'attività delle CDK è regolata dalle cicline con cui formano complessi in specifici momenti del ciclo.

II checkpoint: controllo della fosforilazione delle proteine per l'assemblaggio del fuso mitotico.

I checkpoint: controlla attività dei fattori di trascrizione, che regolano la sintesi del DNA.

In alcuni casi, la cellula non supera il checkpoint I ed entra in una fase G0, che può essere temporanea o perenne.

La fase G0 si può verificare in carenza di sostanze nutrizionali, opportuni fattori di crescita o in risposta a particolari stimoli antiproliferativi.

L'ingresso in fase G0 può rappresentare lo stimolo che consente alla cellula di iniziare un processo differenziativo.

II checkpoint.

I checkpoint.

Una volta superato il punto di restrizione la cellula dovrà forzatamente completare il ciclo.

Le fasi della mitosi

• Al termine della fase S, il DNA è duplicato, si duplicano i centrosomi (nelle cellule animali).
• Le cellule vegetali non hanno i centrioli ma una struttura con le medesime funzioni nei centrosomi.
• Verso la fine della fase G2, inizia la condensazione della cromatina con la formazione dei cromosomi (forma compatta facilita la distribuzione nelle cellule figlie).
• La formazione dei cromosomi visibili al microscopio segna l’inizio della profase.

Centrosomi

• 2 centrioli, perpendicolari tra loro, e composti ognuno da 9 triplette di microtubuli.
• Materiale pericentriolare.

Profase

I cromosomi formati da 2 cromatidi sono completamente condensati e uniti da COESINE per tutta la loro lunghezza.

Le coppie di centrioli dei centrosomi iniziano ad allontanarsi l'una dall'altra.

Si assiste al riarrangiamento dei microtubuli che si organizzano a formare gli ASTER.

Mentre migrano verso i poli opposti della cellula, iniziano a formare il fuso mitotico.

L'involucro nucleare inizia a disgregarsi.

Prometafase

L'involucro nucleare si disgrega permettendo ai cromosomi di interagire con i microtubuli del fuso mitotico.

I centrioli raggiungono i poli opposti della cellula e completa il fuso mitotico.

Si completa a livello dei centromeri la formazione dei cinetocori (strutture proteiche specializzate).

La coesina si disgrega e permane solo a livello del centromero.

La fibra del fuso proveniente da un centrosoma si lega ad un cinetocore di un cromosoma.

L'altro cinetocore si lega ad una fibra proveniente dall'altro centrosoma opposto.

I cromosomi legati iniziano a spostarsi verso il piano equatoriale della cellula.

Il fuso mitotico maturo

Metafase

I cromosomi si dispongono lungo il piano equatoriale, equidistanti da entrambi i poli e allineati sulla piastra metafasica.

I cromosomi assumono orientamento bipolare.

Tutti i microtubuli del fuso agiscono per mantenere lontani i centrosomi e allineare i cromosomi.

Anafase

In genere, è la fase più breve.

Anafase A: i cromatidi fratelli si separano e migrano verso i poli (cromosomi figli).

Anafase B: i poli sono allontanati per effetto di una combinazione di forze motrici.

L’anafase termina quando tutti i cromosomi di ciascuna serie raggiungono i poli.

Telofase

I cromosomi si despiralizzano.

Si ricostituisce l’involucro nucleare.

Il fuso si disgrega e si ricostituiscono gli organuli (Golgi, ER, etc.) e l’involucro nucleare intorno a ciascun set di cromosomi.

La formazione dei nuclei segna la fine della mitosi.

La citodieresi

La citodieresi prevede la divisione degli organuli eventualmente presenti e del citoplasma.

Nella cellula animale compare un SOLCO DI DIVISIONE sul piano mediano, grazie alla presenza di actina associata a miosina (anello contrattile).

L’anello si contrae fino a dividere in due metà la cellula madre.