Biologia applicata, riassunto

Nella riproduzione asessuata o agamica i nuovi organismi originano da un unico

individuo per divisione cellulare. A meno di mutazioni spontanee, la prole è

geneticamente identica alla cellula madre. Questo tipo di riproduzione può avvenire in

tre modi: scissione binaria, che è una divisione in seguito a strozzatura della cellula;

gemmazione, che è una duplicazione del nucleo, seguita da divisione del citoplasma.

La nuova cellula può separarsi subito o restare attaccata e dividersi ancora e staccarsi

in seguito; partenogenesi, che è lo sviluppo di individui da cellule uovo non

fecondate, avviato da stimoli meccanici o fisici.

La riproduzione sessuata è l’incontro tra un gamete maschile, lo spermatozoo,

ed uno femminile, l’uovo. I gameti originano nelle gonadi o ghiandole genitali, che

sono il testicolo negli uomini e l’ovario nelle donne. La loro funzione è ciclica nelle

donne e continua nell’uomo. La riproduzione sessuata avviene per spermatogenesi,

ovogenesi e fecondazione. Spermatogenesi

La spermatogenesi è il processo di maturazione delle cellule germinali maschili che

avviene nei testicoli quando l’individuo ha raggiunto la pubertà. Il testicolo è

costituito da un compartimento germinativo e uno interstiziale. Quello germinativo è

formato da tubuli seminiferi contenenti le cellule germinali, gli spermatogoni, per la

produzione continua di spermatozoi. Questi, alla pubertà, si accrescono diventando

spermatociti di I ordine, con nucleo diploide, che si dividono per meiosi diventando

spermatociti di II ordine, con nucleo aploide e che si dividono ancora per meiosi II

formando quattro spermatidi. Questi diventeranno spermatozoi grazie a un processo

di spermioistiogenesi, che consiste nella condensazione del nucleo,

nell’eterocromatizzazione e nell’eliminazione del citoplasma in eccesso. Inoltre, il Golgi

diventa un sacchetto ricco di enzimi litici, detto acrosoma. Il risultato è uno

spermatozoo costituito da una testa con nucleo coperto dall’acrosoma, un collo pieno

di mitocondri, e una lunga coda. Il compartimento interstiziale comprende cellule

connettivali e quelle di Leydig, che secretano testosterone ad opera dell’ormone

luteinizzante: un meccanismo di retroazione spegne la stufa quando la temperatura

supera un valore prefissato, grazie a meccanismi di regolazione controllati

dall’ipotalamo. Il testosterone controlla lo sviluppo dello scheletro e della muscolatura

del maschio, il comportamento sessuale e il timbro della voce.

Ovogenesi

L’ovogenesi è il processo di produzione delle cellule uovo femminili. Essa avviene

nelle ovaie e si ripete con andamento ciclico, detto ciclo mestruale. L’ovario è

costituito da uno stroma connettivale rivestito da epitelio germinativo. Le cellule

germinali, dette ovogoni, diploidi, si moltiplicano per mitosi nei primi mesi di vita

fetale. Al termine della loro moltiplicazione gli ovogoni diventano ovociti di I ordine,

diploidi e circondati da cellule follicolari. Questi entrano in profase della meiosi I che

si blocca in diplotene, quando il citoplasma inizia ad accrescersi. Un solo ovocita

matura ogni 28 giorni circa, dalla pubertà alla menopausa. Le cellule follicolari si

moltiplicano e formano uno strato intorno all’ovocita, detto granulosa, in cui si forma

un antro pieno di liquido ricco di estrogeni, detto liquor folliculi: il follicolo diventa

follicolo di Graaf. Nell’antro sporge l’ovocita, che diventa cumulo ovoforo,

circondato da cellule follicolari che formano la corona radiata. Intanto l’ovocita di I

ordine completa la meiosi I e si arresta in metafase II, formando l’ovocita di II ordine

e il I globulo polare. Il follicolo scoppia, liberando l’ovocita di II ordine che viene

raccolto dall’ovidutto, nell’ovulazione. L’ovocita di II ordine completa la meiosi II,

formando la cellula uovo. L’ovogenesi forma quattro cellule aploidi, di cui solo

l’ovocellula può essere fecondata. Dopo l’ovulazione le cellule follicolari si trasformano

in corpo luteo, che secerne un altro ormone steroideo, il progesterone. La cellula

uovo è ricoperta da uno strato di glicoproteine che la protegge da traumi e da

spermatozoi di specie diverse. Gli estrogeni sviluppano i caratteri sessuali femminili e

controllano il ciclo uterino.

Il cariotipo umano e l’eredità legata al sesso

Il cariotipo è l’assetto cromosomico di un individuo. Le cellule somatiche umane

contengono 46 cromosomi. Il genoma umano è suddiviso in 22 cromosomi

autosomici, uguali in maschi e femmine, e in due cromosomi sessuali eterosomi,

che nelle femmine sono due uguali, detti X, nei maschi due diversi, uno X e uno Y. I

caratteri legati al sesso sono ereditari e regolati da geni trasmessi diversamente

rispetto alla teoria di Mendel. In molti animali il sesso è determinato da uno o da una

coppia di cromosomi sessuali. Nei Mammiferi l’eterocromosoma Y determina caratteri

sessuali maschili. Il cromosoma X, invece, deve essere presente in due copie nella

femmina affinché sia fertile. Tutte le uova avranno un cromosoma X, mentre metà

degli spermatozoi avrà l’X e metà l’Y: per questo il sesso femminile è omogametico,

quello maschile eterogametico. La probabilità del nascituro di essere dei due sessi

sarà la metà. Le femmine possono essere omozigoti o eterozigoti, mentre i maschi

solo emizigoti, cioè hanno un solo gene per quel carattere. La trasmissione di un

fenotipo recessivo legato al sesso prevede femmine portatrici con metà delle

probabilità di avere figli con lo stesso fenotipo. Per i maschi non esistono alleli

dominanti o recessivi, perché emizigoti. Inoltre, l’unico X dei maschi è materno. Se il

fenotipo recessivo costituisce una malattia, una donna portatrice sana eterozigote

avrà metà delle probabilità di generare un maschio malato, mentre se il marito è sano,

le figlie femmine saranno portatrici. Se il padre è malato e la madre sana omozigote,

le figlie femmine saranno portatrici, e nessun maschio malato. In caso di incrocio tra

femmina portatrice e maschio malato, la metà delle femmine sarà portatrice e metà

malata, mentre i maschi metà malati, visto che il padre non cede mai la propria X ai

figli maschi. Il crossing over

Il crossing over è il processo di ricombinazione del materiale genetico che assicura la

variabilità genetica. Avviene nella profase I, in particolare nel pachitene, in cui due

cromosomi omologhi si appaiano scambiandosi reciprocamente dei tratti di DNA e

formando quattro cellule diverse con nuove combinazioni alleliche, due più frequenti e

due meno. L’assetto originale degli alleli è detto parentale, quello nuovo è detto

ricombinante. L’avvenuto crossing over è dimostrato da figure caratteristiche, dette

chiasmi, che appaiono al microscopio ottico come accavallamenti tra due dei quattro

cromatidi. I chiasmi sono importanti nella segregazione dei cromosomi omologhi. Se

non ci fosse stato il crossing over si sarebbero formate quattro cellule con cromatidi

uguali, a danno della variabilità genetica.

I virus

I virus sono soggetti biologici dotati di un proprio materiale genetico e caratterizzati

dall’assenza di una struttura cellulare, dall’incapacità di accrescersi e moltiplicarsi

autonomamente. Per moltiplicarsi, devono penetrare in una cellula vivente e

sovvertirne il funzionamento. Sono parassiti genetici e in molti casi l’infezione virale si

conclude con la morte della cellula infettata. I virus sono costituiti da particelle dette

virioni, costituite da una o più molecole di un acido nucleico, che contengono

l’informazione genetica del virus, e da un involucro di proteine, detto capside, che

protegge l’acido nucleico e permette l’interazione con le cellule infettate. I virus si

presentano con forme diverse: bastoncelli cavi, poliedrici, o con una testa

poliedrica ed una coda retrattile. Si distinguono in: batteriofagi o fagi, che

infettano i batteri, virus animali, che infettano cellule animali, e virus vegetali, che

infettano cellule vegetali.

Il tropismo virale è l’interazione tra particelle virali e cellule infettate grazie a legami

tra proteine del capside e recettori della cellula infettata. I virus appartengono a due

categorie: virus a DNA e virus a RNA.

I genomi virali sono più piccoli di quelli cellulari. Poiché i virus non sono capaci di

muoversi, vengono sospinti da collisioni con altre molecole, fino ad incontrare una

cellula da infettare. Una volta avvenuto il legame ai recettori cellulari, inizia

l’infezione, grazie alla penetrazione della particella virale o del suo acido nucleico. Il

virus costringe a replicare il genoma virale, a sintetizzare le proteine del capside e

immette le particelle virali nell’ambiente extracellulare, provocando la morte della

cellula.

I batteriofagi si distinguono in virulenti, la cui infezione, detta ciclo litico, si

conclude con la rottura o lisi del batterio infettato e la liberazione di nuove particelle

virali, e temperati, la cui infezione instaura una convivenza tra virus e batterio

infettato, detta lisogenia.

I fagi virulenti più conosciuti sono quelli della serie T pari che infettano l’Escherichia

coli: questi, dopo aver colliso con una cellula batterica, si lega alla sua superficie

tramite fibre della coda, che si contrae e il suo tubo perfora la parete cellulare. Il DNA

della testa viene iniettato nella cellula. Iniziata l’infezione il virus scompare e i geni del

suo DNA sono trascritti in RNA messaggero dalla RNA polimerasi del batterio infettato,

per poi essere tradotti. I geni virali sono espressi in un secondo momento e sono detti

tardivi.

Tra i fagi temperati, il più conosciuto è quello che infetta l’Escherichia coli, il cui

cromosoma è rappresentato da una molecola di DNA lineare a doppia elica. L’infezione

inizia con l’iniezione del DNA virale nella cellula infettata e con la trasformazione del

cromosoma lineare del fago in una doppia elica circolare. Il DNA circolare del virus si

ricombina con quello del batterio, integrandosi. Il DNA virale diventa profago e il

batterio che lo contiene è detto lisogeno. Il DNA virale è replicato insieme al

cromosoma batterico e trasmesso da una generazione batterica all’altra. Nella

lisogenia la proteina virale reprime gli altri geni virali, effettuando una vera e propria

resistenza, che impedisce il verificarsi del ciclo litico. Il batterio lisogeno si moltiplica e

trasmette ai suoi discendenti l’informazione del DNA virale.

Nelle cellule eucariotiche, avvenuto il riconoscimento tra cellula e virus, il virione

penetra nella cellula, sia per endocitosi che per fusione dell&