Appunti completi Fondamenti neurobiologici e genetici

NUCLEO

CITOPLASMA ORGANELLI MITOCONDRI

RER E REL

APPARATO DI GOLGI

VESCICOLE SECRETORIE

LISOSOMI

PEROSSISOMI

RIBOSOMI

CITOSOL CITOSCHELETRO (CENTRIOLI,

MICROTUBULI,

MICROFILAMENTI, FILAMENTI

INTERMEDI)

INCLUSIONI

CITOPLASMATICHE

MATRICE EXTRACELLULARE

Nell’ECM sono presenti glicoproteine prodotte dalla cellula stessa, come la fibronectina, il collagene

(funzione strutturale) e le integrine. Vi sono inoltre giunzioni intercellulari occludenti, deesmosomi e

giuntzioni comunicanti.

MEMBRANA CELLULARE

La membrana cellulare è composta da una parte lipidica, ovvero da fosfolipidi e colesterolo; da una

parte proteica, e cioè da proteine che contribuiscono a determinare la struttura; da una parte di

carboidrati, catene di monosaccaridi che si trovano sulla superficie esterna della membrana

citoplasmatica, coinvolte nella struttura e nelle funzioni dei recettori di membrana.

NUCLEO

All’interno del nucleo ci sono una doppia membrana – carioteca, involucro nucleare, dai pori nucleari

(permettono il passaggio di molecole nel citoplasma), dal nucleoplasma, dal nucleolo (sede della sintesi

di RNA ribosomiale e dell’assemblaggio dei ribosomi), dall’eterocromatina, dall’eucromatina e dagli

spazi perinucleari.

CITOPLASMA

All’interno del citoplasma sono presenti i mitocondri (al cui interno è presente il genoma mitocondriale,

e sede della sintesi delle proteine), i cloroplasti/leucoplasti, il reticolo endoplasmatico ruvido (sede

esteriormente della sintesi delle proteine) e il reticolo endoplasmatico liscio (sede della produzione di

alcuni lipidi, della sintesi del glicogeno e di altri carboidrati, ma anche della trasformazione dei prodotti

chimici esogeni). Vi sono poi l’apparato di Golgi e alcune vescicole secretorie, con funzione di ricevere

le proteine e i lipidi sintetizzati nella cellula e provenienti dal REL, e di sintetizzarli. Riceve il lavoro

iniziato per la maturazione di lipidi e proteine e li ingloba in vescicole che li distribuiscono in altre parti

della cellula e verso la superficie cellulare.

I lisosomi sono l sede della digestione cellulare, autofagia: un lisosoma aggredisce un altro organulo o

una piccola porzione di citosol, gli enzimi lisosomiali scindono il materiale inglobato e i monomeri

organici così ottenuti tornano successivamente liberi le citoplasma. I perossisomi nascono all’interno

dell’apparato di Golgi, e al loro interno sono presenti enzimi che producono perossido di idrogeno,

sostanza tossica per la cellula che viene però decomposta ad acqua e ossigeno.

Per quanto riguarda la parte fluida dobbiamo prendere in considerazione il citoscheletro, la cui funzione

è di fornire il supporto meccanico alla cellula e mantenerne costante la forma.

Vi sono tre tipi di strutture fibrillari che formano il citoscheletro: i microtubuli, i centrioli, i microfilamenti

e i filamenti intermedi.

IL CICLO CELLULARE

Nel 1885 Virchow sostiene che il perpetuarsi della vita si basi sulla riproduzione delle cellule o

DIVISIONE CELLULARE. Per gli organismi unicellulari rappresenta la riproduzione, per quelli pluricellulari

formazione e accrescimento dei tessuti se in sviluppo, oppure rinnovamento e riparazione.

Il ciclo cellulare è il processo attraverso cui una cellula cresce, si replica e si divide in due cellule figlie.

Si suddivide in quattro fasi principali:

1. Fase G1 (Gap 1): La cellula cresce, produce proteine e organelli, e si prepara per la

replicazione del DNA. Qui decide se proseguire o entrare in uno stato quiescente (G0).

2. Fase S (Sintesi): Avviene la duplicazione del DNA, con la formazione di due copie

identiche per ogni cromosoma.

3. Fase G2 (Gap 2): La cellula continua a crescere e verifica che il DNA duplicato sia integro,

correggendo eventuali errori.

4. Fase M (Mitosi): La cellula si divide. La mitosi si articola in sottostadi (profase, metafase,

anafase, telofase) e termina con la citodieresi, che separa il citoplasma formando due cellule figlie.

Queste fasi sono regolate da un complesso sistema di segnali molecolari, come le cicline e le chinasi

ciclina-dipendenti (CDK), che garantiscono un controllo rigoroso del ciclo cellulare.

La cariocinesi è la divisione del nucleo cellulare durante la divisione cellulare. Può avvenire tramite due

processi distinti: mitosi e meiosi. Ecco una spiegazione dettagliata:

MITOSI

La mitosi è il processo di divisione che produce due nuclei figli geneticamente identici al nucleo della

cellula madre. È fondamentale per la crescita, la riparazione dei tessuti e la sostituzione delle cellule

morte.

Fasi della mitosi:

1. Profase:

• La cromatina si condensa in cromosomi visibili, ciascuno composto da due cromatidi

fratelli uniti dal centromero.

• Il nucleolo scompare e la membrana nucleare si dissolve.

• Si forma il fuso mitotico (struttura di microtubuli).

2. Metafase:

• I cromosomi si allineano al centro della cellula, formando la piastra metafasica.

• I microtubuli del fuso mitotico si attaccano ai centromeri attraverso i cinetocori.

3. Anafase:

• I cromatidi fratelli si separano, diventando cromosomi indipendenti.

• I cromosomi migrano verso i poli opposti della cellula grazie al raccorciamento dei

microtubuli.

4. Telofase:

• I cromosomi si decondensano, tornando allo stato di cromatina.

• Si riformano la membrana nucleare e il nucleolo in ciascun nucleo figlio.

5. Citodieresi (divisione del citoplasma):

• Si completa la divisione cellulare con la separazione del citoplasma, formando due cellule

figlie.

MEIOSI

La meiosi è un processo di divisione che riduce il numero di cromosomi della cellula madre della metà,

producendo quattro cellule aploidi (gameti). È essenziale per la riproduzione sessuata.

Si svolge in due divisioni consecutive: meiosi I (riduzionale) e meiosi II (equazionale).

Meiosi I:

1. Profase I:

• I cromosomi omologhi si appaiano (sinapsi) formando tetradi.

• Avviene il crossing-over, uno scambio di segmenti di DNA tra cromatidi non fratelli, che

genera variabilità genetica.

• Il fuso mitotico si forma e la membrana nucleare scompare.

2. Metafase I:

• Le tetradi si allineano al centro della cellula, con i cromosomi omologhi orientati verso

poli opposti.

3. Anafase I:

• I cromosomi omologhi si separano e migrano ai poli opposti, mantenendo i cromatidi

fratelli uniti.

4. Telofase I:

• Si formano due nuclei con metà del numero di cromosomi originali (aploidi).

• La citodieresi completa la divisione, formando due cellule figlie.

Meiosi II (simile alla mitosi):

1. Profase II:

• I cromosomi si condensano di nuovo, la membrana nucleare si dissolve, e si forma un

nuovo fuso mitotico.

2. Metafase II:

• I cromosomi (composti da cromatidi fratelli) si allineano sulla piastra metafasica.

3. Anafase II:

• I cromatidi fratelli si separano e migrano ai poli opposti.

4. Telofase II: • Si formano quattro nuclei aploidi

distinti, ognuno con un set unico di

cromosomi.

• La citodieresi finale produce

quattro cellule figlie geneticamente diverse.

IL CONTROLLO DEL CICLO CELLULARE

Esiste un sistema di controllo del ciclo cellulare, le cui fasi sono scandite da fluttuazioni ritmiche

dell’attività di alcune proteine chiamate cicline.

Il controllo del ciclo cellulare è regolato da un sistema di segnali molecolari che garantiscono che

ciascuna fase del ciclo avvenga in modo corretto e nell’ordine giusto. È essenziale per prevenire errori

come duplicazioni anomale o divisioni non controllate, che possono portare a malattie come il cancro.

Punti di controllo principali:

1. Punto di controllo G1/S (Start checkpoint):

• Controlla se la cellula ha dimensioni adeguate, risorse sufficienti e DNA non danneggiato.

• Una volta superato, la cellula si impegna a duplicare il DNA.

2. Punto di controllo G2/M:

• Verifica che la duplicazione del DNA sia completa e priva di errori.

• Consente l’ingresso nella mitosi.

3. Punto di controllo del fuso mitotico (M):

• Controlla che i cromosomi siano correttamente attaccati al fuso mitotico e allineati sulla

piastra metafasica, per assicurare una corretta separazione.

Molecole regolatrici:

• Cicline: Proteine che oscillano durante il ciclo cellulare e attivano specifiche chinasi.

• Chinasi ciclina-dipendenti (CDK): Enzimi attivati dalle cicline che guidano il ciclo cellulare.

• Proteine inibitorie (es. p21, p53): Bloccano il ciclo cellulare in caso di danno al DNA,

permettendo la riparazione o inducendo l’apoptosi.

Questo sistema assicura che le cellule si dividano solo quando è sicuro farlo.

LE CELLULE TUMORALI

Le cellule proliferano quando vi è necessità, le cellule tumorali derivano da quelle “normali”. Queste

mutazioni sono indotte da agenti cancerogeni esterni, ma possiedono comunque una fonte di

maturazione endogena. Le cellule tumorali non rispondono in modo normale ai meccanismi di controllo

del ciclo cellulare, in quanto si dividono eccessivamente e invadono gli altri tessuti. Il problema ha inizio

quando na singola cellula di un tessuto va incontro a una trasformazione: il sistema immunitario

riconosce una cellula trasformata come estranea e la distrugge. Tuttavia se le cellule tumorali sfuggono

alla distruzione possono proliferare per formare un tumore. Se le cellule anormali rimangono nel sito di

origine abbiamo un tumore primario (solitamente benigno); se invece le cellule anormali acquisiscono

la capacità d'invadere altri tessuti avremo delle metastasi, tumori secondari, capaci di danneggiare le

funzioni di più organi (cancro).

I geni che regolano il ciclo cellulare sono proto-oncogeni, fattori di crescita fondamentali che se mutano

se ne perde il controllo; hanno una funzione essenziale per le cellule normali, e rappresentano uno

stimolo per la divisione cellulare. Inoltre, ci sono i geni soppressori del tumore, che codificano per le

proteine che impediscono alla cellula di crescere in modo incontrollato.

LA GENETICA - MENDEL

Il primo esperimento di Mendel si concentrò sull’incrocio di piante di pisello (Pisum sativum) che

differivano per un singolo tratto. Mendel studiò sette caratteristiche facilmente osservabili, come il

colore dei fiori, la forma dei semi e il colore dei semi.

Per il primo esperimento scelse il colore dei fiori:

1. Generazione P (parentale): Incrociò piante a fiori viola con piante a fiori bianchi (linee

pure, cioè che producevano sempre fiori di quel colore attraverso l’autofecondazione).

2. Prima generazione filiale (F1): Tutte le piante risultanti avevano fiori viola. Da questo

Mendel dedusse che il viola era un tratto dominante, mentre il bianco era recessivo.

3. Seconda generazione filiale (F2): Lasci&ograv