Fisioterapia e professioni sanitarie - Appunti di biologia

BIOLOGIA APPLICATA - I CICLI DI DIVISIONE CELLULARE

Virchow affermò nella seconda metà dell'Ottocento che le cellule derivano soltanto da divisioni di cellule preesistenti.

Differenze fondamentali ai fini della divisione cellulare fra cellule batteriche ed eucariotiche:

• Numero dei cromosomi: Mentre i batteri hanno un solo cromosoma, gli eucarioti hanno molti cromosomi (ad esempio noi ne abbiamo 23).
• Forma e complessamento dei cromosomi: I singoli cromosomi eucariotici sono lineari e molto più lunghi di quelli batterici. Il DNA è avvolto intorno a proteine (istoni) e forma i nucleosomi.
• Numero di copie di ciascun cromosoma: Molte cellule eucariotiche sono diploidi, ovvero hanno due copie di ciascun cromosoma.
• Scansione temporale: La replicazione dei cromosomi eucariotici e la loro ripartizione fra cellule figlie avvengono in stadi diversi del ciclo cellulare.

DIVISIONE CELLULE BATTERICHE: Un organismo unicellulare...

Come un batterio, si riproduce per scissione binaria: la cellula madre duplica il proprio materiale genetico, contenuto nel cromosoma batterico, e quindi si divide in due cellule figlie, ognuna delle quali contiene una copia del cromosoma duplicato.

Le cellule figlie sono perciò identiche tra loro e alla cellula madre (che non esiste più).

Il cromosoma batterico è a contatto con la membrana cellulare quando si replica. A tal proposito sembra che alcune regioni della membrana, note come mesosomi, giochino un ruolo importante nel processo di duplicazione.

Subito dopo aver duplicato il DNA la cellula batterica si divide in due cellule figlie -> UNA SOLA FASE. La scissione binaria avviene per cui in un tempo più o meno breve. Ad esempio, Escherichia coli impiega 20 minuti a compiere una divisione cellulare.

Inoltre, nelle cellule batteriche mentre avviene la trascrizione avviene anche la traduzione -> non c'è membrana nucleare.

Evoluzione

delladiversità genetica all'interno di una popolazione batterica.- La ricombinazione genetica, che consiste nel mescolamento di materiale genetico proveniente da due individui diversi nel genoma di un solo individuo, avviene nei batteri mediante tre processi diversi:

• Trasformazione
• Consiste nell'assorbimento di materiale genetico estraneo da parte di una cellula "competente" che, di conseguenza, acquisisce le proprietà legate alla presenza di tale materiale.
• La competenza dipende dalla secrezione di un fattore di competenza che stimola la sintesi di specifici recettori di membrana in grado di internalizzare il DNA estraneo.
• Il materiale genetico estraneo deriva solitamente da altre cellule batteriche che sono andate incontro a lisi (Principio trasformante di Griffith).
• Trasduzione
• La variabilità genetica è prodotta dall'infezione da parte di batteriofagi.

BIOLOGIA APPLICATA

Attraverso l'infezione, i batteriofagi trasferiscono porzioni del materiale genetico batterico da una cellula all'altra, determinando un aumento della variabilità genetica della popolazione.

Durante l'assemblaggio di nuovi fagi all'interno della cellula infettata, il cromosoma batterico viene frammentato. Frammenti del DNA batterico possono essere inseriti nella testa del capside del virus e trasferiti a un altro batterio quando il fago liberato in seguito a lisi infetterà altre cellule "riceventi".

La trasduzione viene definita:

• generalizzata se il trasferimento dei frammenti di DNA avviene in modo casuale;
• specializzata se il DNA fagico si inserisce sempre nel medesimo punto del cromosoma batterico, e quindi al momento dell'escissione trasdurrà sempre gli stessi frammenti di DNA.

Coniugazione

La coniugazione è il trasferimento diretto di materiale genetico tra due cellule.

Le cellule eucariotiche si dividono attraverso un processo chiamato divisione cellulare. Questo processo è essenziale per la crescita, lo sviluppo e la riparazione dei tessuti nel corpo degli organismi eucariotici.

MITOSI

Premessa

Ciascun cromosoma omologo contiene geni corrispondenti ma alleli diversi. Un cromosoma omologo è formato da due cromatidi fratelli congiunti in un punto detto centromero: si vengono pertanto a formare 2 bracci p (corti) e 2 bracci q (lunghi).

Ciascun cromatidio è una molecola di DNA lineare di 45-285 Mb con 1000-2000 geni, un centromero e due telomeri.

Le cellule del nostro corpo si dividono più o meno frequentemente in base alla loro tipologia.

Per esempio, le cellule dell'epidermide si dividono frequentemente mentre le cellule nervose e muscolari non si dividono mai.

Alcuni termini da conoscere...

• Centromero: punto di attacco delle fibre del fuso, unisce due cromatidi.
• Centrosoma: centro di organizzazione dei microtubuli.
• Centriolo: organulo cilindrico e cavo, contribuisce durante la mitosi alla formazione del fuso.
• Cinetocore: struttura proteica presente nel centromero.

In metafase vi si attaccano le fibre del fuso.

Nucleolo sede della costruzione delle subunità ribosomiali.

Nucleosoma subunità strutturale della cromatina.

Nucleoide regione contenente il DNA procariotico.

Linea somatica vs linea germinale

Cellule somatiche: tutte le cellule diverse dai gameti (la maggior parte del soma), prodotte per mitosi.

Gameti: prodotti per meiosi dalla linea germinale.

NB: solo i cambiamenti che interessano la linea germinale sono trasmessi alla prole.

BIOLOGIA APPLICATA

Fasi del ciclo cellulare somatico

• Le cellule di mammifero attraversano un ciclo di divisione in 20-24h.
• Ogni ciclo comprende una lunga interfase (19-23h) e una breve fase di mitosi (meno di 1h) in cui la cellula si divide.

L'interfase si divide in:

• Fase G1 (Gap1) -> 7-9 h
• Fase S (sintesi) -> 8-10 h

Durante la fase S il DNA si replica e passa da 2n, 2C a 2n, 4C*.

Fase G2 (Gap2) ->

che va da 4 a 6 h- Durante l'interfase il nucleolo (proteine legate a un RNA) e l'eterocromatina rimangono condensati.

La vita di una cellula non si conclude sempre con la riproduzione.

In molti casi si assiste alla morte cellulare che può avvenire secondo due diversi meccanismi:

• Necrosi cellulare -> cause accidentali (es. danno ad un tessuto)
• Apoptosi -> morte programmata (es. sviluppo embrionale)

Cosa vogliono dire n e c?

n: indica l'assetto cromosomico della cellula: una cellula somatica ha sempre un assetto cromosomico 2n perché diploide. I gameti sono gli unici che hanno un corredo aploide.

c: rappresenta la quantità di DNA contenuta in una cellula, ovvero il numero di cromatidi. In una cellula somatica (diploide) in fase G1, il numero di cromatidi sarà 2c mentre in fase G2, dopo la replicazione, il numero di cromatidi sarà 4c.

Ricorda: negli eucarioti diploidi la PLOIDIA (numero di genomi)

è 2n (2n = 46) per tutto il ciclo cellulare delle cellule somatiche. Il contenuto di DNA per cellula oscilla tra 2C (G1) e 4C (G2 e M).

› FASE G1- Segue la precedente divisione cellulare.- La cellula cresce di dimensioni, moltiplica gli organuli e svolge le sue funzioni caratteristiche.

› FASE G0- Alcune cellule in fase G1 escono dal ciclo cellulare entrando in uno stato di quiescenza detto fase G0.- Queste cellule possono rientrare nel ciclo cellulare ed avviarsi alla fase S sotto lo stimolo di FATTORI DI CRESCITA.

› FASE S- Durante la fase S avviene la sintesi del DNA e di conseguenza la duplicazione dei cromosomi.

› FASE G2- La cellula organizza le strutture necessarie alla divisione.

› FASE M- La fase M del ciclo cellulare prevede la divisione della cellula.- Questa fase avviene in un periodo di tempo piuttosto breve; ciò nonostante, la complessità degli eventi che si verificano rende utile suddividere la fase M in quattro momenti.

principali: profase, metafase, anafase etelofase.- Al termine della mitosi si verifica la separazione delle due cellule figlie, processo detto CITODIERESI.- Il DNA si fa sempre più spiralizzato passando dalla profase alla metafase.

BIOLOGIA APPLICATA

1. PROFASE
   • I cromosomi, già duplicati durante l'interfase, si ispessiscono e diventano ben visibili: ogni cromosoma appare formato da due cromatidi uniti tramite il centromero.
   • La membrana nucleare e i nucleoli si dissolvono.
   • Si forma il fuso mitotico, costituito da fibre di microtubuli, che dalle due estremità della cellula (policellulari) convergono verso il centro. Nelle cellule animali il fuso mitotico origina dai due centrioli (aipoli).
2. METAFASE
   • È caratterizzata dall'allineamento dei cromosomi sul piano equatoriale della cellula (piastra metafasica) e d...