Appunti di Biologia

- PROTEINE DI LEGAME O RECETTORI

Legano ormoni o fattori di crescita (interazione funzionale biologica)

- TOSSINE

Proteine tossiche che derivano dai processi di degradazione cellulare e che vengono

eliminate nel sangue e nelle urine

4. CICLO CELLULARE

Divisione cellulare



Ogni cellula si riproduce portando avanti una sequenza ordinata di eventi in cui essa

raddoppia i suoi componenti e poi si divide in due

Organismi unicellulari: ogni divisione cellulare produce un intero organismo nuovo

Organismi pluricellulari: la divisione cellulare riguarda sia le cellule somatiche sia le

gametiche

Gametiche = cellule per la riproduzione sessuata, e si riproducono tramite la meiosi

Somatiche = tutte le altre cellule del nostro corpo, e si riproducono tramite la mitosi

Ciclo cellulare mitotico



Il ciclo cellulare prevede che le cellule generate da una mitosi inizino e completino il loro ciclo

cellulare con la successiva mitosi.

Il ciclo cellulare si divide in due periodi: l’interfase e la fase M

L’interfase rappresenta l’intervallo tra una fase M e la successiva e occupa una ampia parte

del ciclo vitale. L’interfase viene suddivisa in tre stadi G1, S, G2

La fase M include la Mitosi e la citodieresi (divisione del citoplasma).

Le cellule in base alla loro capacità di dividersi si suddividono in tre categorie:

- Cellule in continua divisione cellulare:

cellule che rimangono in ciclo (es. epidermide)

- Cellule stabili:

Cellule che dopo la differenziazione escono dal ciclo ed entrano in una fase

quiescente detta G0 (G zero) dalla quale possono ritornare in ciclo se opportunamente

stimolate.

(es. epatociti)

- Cellule perenni:

Cellule che dopo la differenziazione escono definitivamente dal ciclo entrando in una

fase detta GZ (es. neuroni).

Esiste una correlazione negativa tra duplicazione e specializzazione, cioè in generale, più una

cellula è specializzata meno andrà incontro a divisione

Cellula procariotica

La divisione cellulare è rapida e semplice.

I batteri non hanno un nucleo e contengono un solo cromosoma di DNA circolare attaccato

alla membrana plasmatica dove resta mentre si duplica.

I due cromosomi si separano durante la crescita della cellula.

Quando essa ha raggiunto dimensioni pressoché doppie, si divide per scissione semplice

(scissione binaria)

Cellula eucariotica

La divisione cellulare è assai più complessa:

il DNA è complesso con proteine e si organizza prima della divisione in strutture dette

cromosomi.

Il citoplasma contiene un ampio corredo di organelli da distribuire equamente tra le cellule

figlie

La divisione cellulare (mitosi o meiosi) ha luogo quindi mediante una successione continua di

eventi coordinanti e sincroni che vengono chiamati ciclo cellulare

Interfase (G1, S, G2)

Fase G1

La cellula entra dapprima in fase G1 (durata 0-20 h)

La cellula raddoppia il suo volume, svolge le funzioni a lei deputate e nella tarda fase G1

attiva i geni responsabili della duplicazione del DNA

Fase S

Durata: 6-8 h; la cellula duplica fedelmente il DNA e i centrioli

Fase G2

Durata: 3-4 h; viene reclutata la tubulina per il fuso, si sintetizzano e si attivano i fattori

proteici necessari per la mitosi

Il DNA si condensa e si iniziano ad evidenziare i cromosomi

Fase M

Durata: 0,5-1 h; dopo di che le due cellule che derivano dall’evento di divisione entrano nello

stadio G1 dell’interfase successiva.

Regolazione del ciclo cellulare



Per il ciclo cellulare vale il concetto dell’unidirezionalità e dell’irreversibilità.

Gli eventi del ciclo cellulare devono avvenire in una certa sequenza che va mantenuta,

anche se una delle fasi si protrae più del previsto.

Esistono dei freni molecolari capaci di arrestare il ciclo a vari “posti di blocco”, detti punti di

controllo (check points), che evitano il passaggio alla fase successiva se la precedente deve

ancora concludersi

Primo check point

In G1 c’è un primo punto di controllo precoce che tiene conto:

- Della massa cellulare (dimensioni sotto la soglia critica)

- Del rapporto ottimale nucleo/citoplasma

- Delle condizioni del DNA

Tale punto di controllo arresta il sistema e non permette alla cellula di proseguire in G1

se non si verificano le precedenti condizioni o se il DNA è danneggiato.

Superato il primo punto di controllo la cellula deve essere stimolata da fattori proteici esogeni

e deve trovare condizioni ambientali opportune per progredire nel ciclo.

Gli stimoli sono rappresentati in primo luogo da:

- Fattori di crescita di competenza

(PDFG, FGF…) che agiscono nella prima parte di G1 (azione irreversibile)

- Fattori di crescita di progressione

(EGF, insulina…) che agiscono solo se preceduti da fattori di competenza.

In cultura cellulari è stato dimostrato che le cellule smettono di dividersi se manca loro lo

spazio (inibizione da contatto); in questo caso diminuisce la sintesi proteica e la cellula

smette di proliferare.

Il ritmo della sintesi proteica è determinato anche da importanti trasformazioni del

citoscheletro.

Secondo check point

Un secondo punto di controllo è presente nella fase tardiva di G1 punto di restrizione (R),

superato il quale la cellula è in grado di passare alla fase S.

Il punto R: è un punto di controllo superato il quale la cellula va verso la divisione e

completerà il suo ciclo con i suoi specifici tempi, non più determinata dalle condizioni

esterne.

Terzo check point

Un terzo e ultimo punto di controllo si ha nella parte finale di G2, dove la cellula si può

fermare prima di entrare in mitosi.

Questo controllo consente alla cellula di verificare se la replicazione è completa, il DNA è

integro e le dimensioni cellulari superano la soglia critica.

Il ritmo della divisione cellulare è controllato da meccanismi molecolari ancora non del tutto

conosciuti che permettono ad una cellula di dividersi solo se sono necessarie altre cellule.

Il sistema di controllo molecolare consiste principalmente in una serie di complessi proteici,

ciascuno composto da una subunità regolatrice detta ciclina e una subunità catalitica detta

protein chinasi ciclina-dipendente (cdk)

Le cdk si legano ad una specifica ciclina formando un eterodimero (ciclina-cdk) in grado di

fosforilare proteine bersaglio. Nelle cellule proliferanti le cdk persistono in tutte le fasi,

tuttavia vengono attivate dalle cicline solo in momenti ben definiti del ciclo per essere

disattivate rapidamente subito dopo per la degradazione della corrispondente ciclina.

L'attivazione e la disattivazione di questi complessi regolano le transizioni

G1→S, S→G2, G2→M

Tra i vari complessi che regolano i vari passaggi tra gli stadi del ciclo ricordiamo:

- Il complesso ciclina-cdk di fase S che induce la celllula ad entrare in fase S

- MPF (mitosis-promoting factor) complesso ciclina-cdk mitotic oche induce la cellula

ad entrare in mitosi.

Fattori che modificano il ciclo cellulare

Il ciclo cellulare è regolato da stimoli provenienti da fattori proteici esogeni.

Tra questi ricordiamo gli ormoni, capaci di agire per via endocrina, e i fattori di crescista,

capaci di agire per via endocrina paracrina e/o autocrina (fattori di competenza e

progressione).

Tutti i fattori che arrivano ad una cellula possono agire perché la cellula (cellula bersaglio)

possiede RECETTORI specifici per determinati fattori.

Es. Le cellule nervose presentano un recettore specifico per il fattore di crescita del nervo

NGF (neuronal growth factor) capace di promuove la crescita degli assoni.

Apoptosi (morte cellulare programmata)

Il numero delle cellule di un determinato tessuto è regolato dalla proliferazione dal

differenziamento, dall’arresto della crescita e dalla morte cellulare.

Infatti, le cellule normalmente dopo circa 30-50 generazioni perdono la capacità replicativa e

vanno incontro alla morte cellulare programmata detta apoptosi.

L’apoptosi è caratterizzata da frammentazione del nucleo e rottura del DNA in piccoli

frammenti. Alla fine del processo il citoplasma, con alcuni frammenti del nucleo inclusi,

forma i corpi apoptotici.

Sono stati individuati alcuni geni che producono proteine che regolano il processo di

apoptosi.

Tali geni che promuovono l’arresto della crescita cellulare sono detti geni oncosoppressori

(es. p53).

Il processo apoptotico viene eseguito tra 15-60 minuti, mentre la decisione della cellula di

entrare in apoptosi può durare da pochi minuti ad alcune ore.

L’apoptosi non deve essere confusa con la necrosi che è una morte non programmata, ma

accidentale. Quest’ultima provoca danneggiamento del tessuto ed è caratterizzata dalla

dissoluzione di tutti gli organelli primi fra tutti i mitocondri.

5. Meccanismi di comunicazione intra ed

intercellulari

Le cellule elaborano i segnali provenienti dall’ambiente

I tipi di segnale possono essere:

- Stimoli fisici (luce)

- Sostanze chimiche

- Provenienti dall’esterno dell’organismo

- Provenienti dall’interno dell’organismo stesso (organismi pluricellulari)

Per rispondere a un segnale, la cellula deve avere un recettore specifico che lo passa rilevare

Via di trasduzione del segnale: sequenza di eventi molecolari e reazioni chimiche che porta

la cellula a rispondere a un segnale

Esse variano in base a modalità specifiche, ma comporta sempre l’interazione tra il i)

SEGNALE e il ii) RECETTORE, da cui ne conseguono una serie di iii) PASSAGGI INTERNI alla

cellula aventi EFFETTO SUL FUNZIONAMENTO della cellula

Si riscontrano una gran quantità di interazioni crociate (crosstalk) tra diverse vie di

trasduzione

I segnali chimici



Le cellule ricevono segnali dall’ambiente fisico e da altre cellule

Una cellula di un organismo pluricellulare riceve segnali da cellule vicine e dai fluidi

extracellulari circostanti segnali chimici prodotti in una pate del corpo e giungono alla



cellula target tramite diffusione locale o tramite circolazione del sangue (animali) o linfa

(piante)

Segnali chimici presenti in concentrazioni minime e si distinguono in:

- Autocrini: interessano le cellule stesse che li producono (es. tumori)

- Giustacrini: influiscono sulle cellule adiacenti a quella che li produce (durante

sviluppo embrionale)

- Paracrini: influiscono su cellule vicine a quelle che li producono (es. cellule nervose)

- Ormoni: segnali che viaggiano attraverso il sistema circolatorio (animali) o linfatico

(piante)

Ruolo del recettore e risposta



Solo le cellule con i recettori adatti possono rispondere a un segnale selettività di



comunicazione inter-cellulare

Risposta coinvolge attivazione di:



A. Enzimi (=protei