Biologia, semestre filtro

RIEPILOGO STRUTTURE COINVOLTE NEL FUSO MITOTICO

• Centrosomi: organizzatori del fuso mitotico, contengono i centrioli.

• Microtubuli astrali: si estendono verso la periferia e aiutano nel posizionamento del fuso.

• Microtubuli interpolari: si sovrappongono al centro della cellula e stabilizzano il fuso.

• Microtubuli del cinetocore: si legano ai cinetocori e trainano i cromatidi.

• Cinetocori: strutture proteiche localizzate sui centromeri, punto di attacco per i

microtubuli.

• Coesine: proteine che tengono uniti i cromatidi fino all’anafase.

• Chinesine e Dineine: motori molecolari che permettono il movimento dei cromosomi e dei

centrosomi.

LA MEIOSI: DIVISIONE RIDUZIONALE E PRODUZIONE DI CELLULE APLOIDI

La meiosi è un tipo di divisione cellulare che avviene esclusivamente nelle cellule germinali

e ha lo scopo di generare gameti aploidi (spermatozoi e ovociti nell’uomo) a partire da

cellule diploidi. Questo processo è essenziale per la riproduzione sessuata, perché consente

di mantenere costante il numero cromosomico tra generazioni e di introdurre variabilità

genetica attraverso il riassortimento e il crossing-over.

A differenza della mitosi, la meiosi comporta due divisioni cellulari consecutive ma una sola

duplicazione del DNA, portando da una cellula diploide (2n) a quattro cellule aploidi (n).

La meiosi si divide in due grandi fasi:

1. Meiosi I: divisione riduzionale → da una cellula 2n a due cellule n (cromosomi ancora

duplicati) 2. Meiosi II: divisione equazionale → separazione dei cromatidi fratelli (simile alla

mitosi)

MEIOSI I: DIVISIONE RIDUZIONALE

1. PROFASE I

È la fase più lunga e complessa dell’intera meiosi. Qui avviene il crossing-over e

l’appaiamento dei cromosomi omologhi. La profase I è suddivisa in cinque sottofasi:

• Leptotene: i cromosomi iniziano a condensarsi e diventano visibili. Ogni cromosoma è

formato da due cromatidi fratelli uniti dalle coesine.

• Zigotene: inizia l’appaiamento dei cromosomi omologhi (uno paterno e uno materno),

processo chiamato sinapsi. Questo è mediato da una struttura proteica detta complesso

sinaptonemico.

• Pachitene: avviene il crossing-over, ovvero lo scambio di segmenti di DNA tra cromatidi

non fratelli di cromosomi omologhi. Questo processo, mediato da enzimi come le

endonucleasi e le ligasi, aumenta la variabilità genetica.

• Diplotene: i cromosomi omologhi iniziano a separarsi, ma rimangono uniti nei punti di

crossing-over chiamati chiasmi. In alcune cellule (es. ovociti), il diplotene può durare anni.

• Diacinesi: i cromosomi si condensano ulteriormente, il nucleolo scompare, e l’involucro

nucleare inizia a frammentarsi. Si formano i microtubuli del fuso meiotico.

In questa fase i cromosomi non sono ancora disposti in singole copie: sono ancora duplicati

(due cromatidi fratelli per ciascun cromosoma), ma omologhi si sono appaiati e pronti a

essere separati.

2. METAFASE I

• Le tetradi (coppie di cromosomi omologhi appaiati) si allineano lungo il piano equatoriale

della cellula.

• I microtubuli del fuso meiotico si attaccano ai cinetocori di ciascun cromosoma.

• A differenza della mitosi, qui i cromatidi fratelli restano uniti: ciò che si separa sono i

cromosomi omologhi.

• L’orientamento dei cromosomi sulla piastra metafasica è casuale, portando al

riassortimento indipendente dei

cromosomi materni e paterni → un’altra fonte di variabilità genetica.

3. ANAFASE I

• Gli omologhi vengono separati e trascinati verso poli opposti della cellula.

• I cromatidi fratelli restano insieme, legati dalle coesine nella regione centromerica.

• Le coesine presenti sui bracci dei cromosomi vengono degradate, ma quelle nella

regione centromerica vengono protette da proteine come shugoshin.

4. TELOFASE I E CITODIERESI• I cromosomi arrivano ai poli, e talvolta si forma un

involucro nucleare transitorio.

• Segue la citodieresi, che dà origine a due cellule aploidi (n), ma i cromosomi sono ancora

duplicati (formati da due cromatidi).

Le cellule entrano poi rapidamente in meiosi II, senza una nuova sintesi di DNA.

MEIOSI II: DIVISIONE EQUAZIONALE

Questa fase è molto simile a una mitosi, ma avviene in cellule aploidi che possiedono

cromosomi ancora duplicati.

1. PROFASE II

• I cromosomi si condensano nuovamente, se si erano decondensati.

• Si forma un nuovo fuso meiotico in ciascuna delle due cellule.

• L’involucro nucleare, se presente, si dissolve

2. METAFASE II

• I cromosomi duplicati (formati da due cromatidi fratelli) si allineano lungo la piastra

metafasica.

• I cinetocori dei cromatidi fratelli si attaccano a microtubuli di poli opposti (a differenza

della meiosi I).

3. ANAFASE II

• Le coesine centromeriche vengono degradate, e i cromatidi fratelli vengono separati.

• Ora ciascun cromatide è considerato un cromosoma indipendente, che viene trascinato

verso i poli.

4. TELOFASE II E CITODIERESI

• I cromosomi raggiungono i poli, si decondensano.

• Si riforma l’involucro nucleare.

• La citodieresi conclude la meiosi.

Alla fine della meiosi II, da ogni cellula che ha iniziato la meiosi I si ottengono quattro cellule

figlie aploidi (n), ognuna con un set di cromosomi non duplicati e geneticamente

diverso.CONCLUSIONI E FUNZIONE BIOLOGICA DELLA MEIOSI

La meiosi ha due scopi principali:

1. Ridurre il numero cromosomico da diploide a aploide, così che alla fecondazione si

ricostituisca il corretto numero diploide.

2. Generare variabilità genetica, tramite:

• Crossing-over nella profase I

• Assortimento casuale dei cromosomi durante la metafase I

Questi meccanismi assicurano che ogni gamete sia geneticamente unico, rendendo la

meiosi essenziale per

l’evoluzione e la diversità biologica.

LA MORTE CELLULARE E L’OMEOSTASI TESSUTALE

La morte cellulare non è un semplice evento distruttivo, ma un processo regolato e

fondamentale per l’omeostasi tissutale, ovvero il mantenimento dell’equilibrio strutturale e

funzionale dei tessuti. Questo equilibrio si basa su un bilancio tra proliferazione,

differenziamento e morte cellulare.

Durante lo sviluppo embrionale, nei processi immunitari, nel ricambio cellulare e nella

risposta a danni o infezioni, la morte cellulare è essenziale per eliminare cellule inutili,

danneggiate o potenzialmente pericolose (es. cellule tumorali). Esistono diversi tipi di morte

cellulare, ciascuno con meccanismi distinti e con diverse conseguenze per i tessuti

circostanti.

1. APOPTÒSI – MORTE CELLULARE PROGRAMMATA

L’apoptosi è un tipo di morte cellulare programmata, geneticamente controllata, che avviene

in modo ordinato, silenzioso e non infiammatorio. Può essere considerata un “suicidio

cellulare altruista” perché serve all’interesse dell’organismo nel suo complesso, eliminando

cellule che non servono più o che possono diventare dannose.

Caratteristiche morfologiche:

• Condensazione della cromatina

• Riduzione del volume cellulare• Formazione di corpi apoptotici

• Mantenimento dell’integrità della membrana plasmatica (nessun rilascio di contenuti nel

tessuto)

• Eliminazione da parte di fagociti, senza infiammazione

Meccanismo molecolare – Le caspasi

L’apoptosi è mediata da una cascata proteolitica irreversibile, guidata da enzimi detti caspasi

(cisteina-aspartato proteasi). Le caspasi esistono in forma inattiva (procaspasi) e vengono

attivate tramite taglio proteolitico.

• Caspasi iniziatrici (es. caspasi-8, -9): attivate da segnali esterni o interni

• Caspasi esecutrici (es. caspasi-3, -6, -7): degradano substrati cellulari chiave

Vie di attivazione dell’apoptosi

Esistono due principali vie di attivazione dell’apoptosi:

• Via estrinseca (da segnali esterni):

Attivata dal legame di ligandi (es. FasL, TNF) ai recettori di morte della membrana. Questo

attiva la caspasi-8, che avvia la cascata.

• Via intrinseca (da segnali interni):

Innescata da stress cellulari (danno al DNA, ROS, mancanza di fattori di sopravvivenza).

Coinvolge i mitocondri, che rilasciano citocromo c, attivando la caspasi-9 tramite il

complesso apoptosoma.

Geni regolatori dell’apoptosi

Il bilanciamento tra proteine pro-apoptotiche e anti-apoptotiche regola la sensibilità della

cellula all’apoptosi:

• Famiglia Bcl-2:

• Antiapoptotiche: Bcl-2, Bcl-xL (inibiscono rilascio del citocromo c)

• Proapoptotiche: Bax, Bak (favoriscono il rilascio mitocondriale)

• p53: attivato in caso di danno al DNA, stimola l’apoptosi

2. NECROSI – MORTE CELLULARE ACCIDENTALE

La necrosi è una morte non programmata, generalmente causata da traumi, ischemia,

infezioni o tossine. A differenza dell’apoptosi, la necrosi è caotica e

infiammatoria.Caratteristiche:

• Gonfiore cellulare

• Rottura della membrana plasmatica

• Rilascio del contenuto citoplasmatico

• Attivazione della risposta infiammatoria

La necrosi può causare danni ai tessuti circostanti ed è considerata una morte passiva e

disordinata.

3. FERROPTOSI

La ferroptosi è un tipo di morte cellulare regolata, ma distinta da apoptosi e necrosi. È

dipendente dal ferro e caratterizzata da accumulo tossico di perossidi lipidici.

Caratteristiche principali:

• Dipendenza da ferro (Fe²⁺)

• Blocco del sistema antiossidante (es. glutatione perossidasi 4, GPX4)

• Perossidazione dei lipidi di membrana

• Morfologia mitocondriale alterata (mitocondri ristretti, con creste ridotte)

È implicata in patologie neurodegenerative, ischemia e tumori. L’inibizione della ferroptosi è

oggetto di studio in ambito terapeutico.

4. PIROPTOSI

La piroptosi è una morte cellulare programmata e infiammatoria, spesso in risposta a

infezioni batteriche o virali.

Caratteristiche:

• Attivazione di inflammasomi (complessi multiproteici che rilevano pericoli)

• Attivazione della caspasi-1 (e talvolta caspasi-4, -5, -11)

• Produzione e rilascio di citochine infiammatorie (es. IL-1β, IL-18)

• Rottura della membrana plasmatica, rilascio del contenuto cellulare

• Attivazione della proteina gasdermina D, che forma pori nella membranaLa piroptosi è

una forma di suicidio cellulare difensivo che ha lo scopo di eliminare cellule infettate e

avvisare il sistema immunitario.

SUICIDIO CELLULARE “ALTRUISTA”

Il termine “suicidio altruista” descrive la morte volontaria di una cellula per proteggere

l’organismo. È un concetto che si applica in particolare all&