Biologia generale

PROFASE:

In questa fase vi è la CONDENSAZIONE DELLA CROMATINA, che avviene grazie alla presenza di proteine istoniche che fungono da centri primari di organizzazione del riavvolgimento del DNA (primo ordine di spiralizzazione) e della topoisomerasi II, che, oltre alla sua funzione catalitica, agisce come centro di organizzazione del secondo ordine di spiralizzazione. Segue un terzo ordine di cui non si conoscono le proteine implicate; forse è conseguenza della tensione accumulata dalle precedenti spiralizzazioni. Questo grosso superfilamento viene impaccato formando delle anse che si riuniscono formando il cromosoma visibile. Ogni cromosoma visibile (che negli esseri umani ha la tipica forma a X ad eccezione del piccolo cromosoma sessuale y) è composto in realtà da due cromatidi fratelli identici, i quali possono essere considerati a loro volta un cromosoma. Intanto il centrosoma si duplica ed entrambi cominciano a dirigersi ai poli opposti della cellula. Da essi

si originano i microtubuli (filamenti formati da dimeri di sub-unità proteiche tubulina alfa e beta) che andranno a formare il fuso mitotico, la struttura che dirigerà tutti i successivi movimenti dei cromosomi.

• PROMETAFASE
• I microtubuli cromosomici si collegano al centromero del cromosoma
• I cromosomi si muovono verso l'equatore del fuso
• METAFASE

Questa fase inizia attraverso una sub-fase (chiamata prometafase) in cui avviene "l'improvvisa" DISSOLUZIONE DELLA MEMBRANA NUCLEARE, che si frammenta in tante vescicole. Questo processo viene innescato dalla fosforilazione, attraverso delle chinasi, delle proteine delle lamine (filamenti intermedi) che costituiscono la lamina nucleare; in conseguenza della fosforilazione i filamenti si dissociano negli elementi costitutivi.

I due CENTROSOMI, giunti ai poli opposti della cellula, agiscono come centri di organizzazione microtubulare, catalizzando l'allungamento ed assicurando il

Il corretto orientamento dei microtubuli che andranno a legarsi ai cromosomi avviene nella regione chiamata CENTROMERO. Ogni centrosoma si lega ad uno dei due cromatidi fratelli per ogni cromosoma. In questa fase si possono verificare degli errori e due microtubuli si possono agganciare allo stesso cromatidio, dando poi origine ad una cellula figlia con un diverso numero di cromosomi che in genere è mutilata e non vitale.

Le coppie di cromatidi vengono portate nella parte mediana della cellula, dove si allineano formando la piastra equatoriale. Un piano immaginario, passante per i centromeri, divide le coppie di DNA. Questo è il momento più favorevole per lo studio dei cromosomi, che sono ora al massimo della loro spiralizzazione (condensazione) ed affiancati ordinatamente lungo la piastra equatoriale posta al centro della cellula.

ANAFASE: Durante l'anafase, i cromatidi fratelli si separano tra loro e migrano verso i due centrosomi ai poli opposti della cellula.

Riconoscono due momenti, chiamati anafase A e anafase B. Nella prima si assiste alla separazione dei due cromatidi fratelli ad opera di un enzima, chiamato SEPARASI, con relativa migrazione degli stessi grazie a proteine motorie (tipo dineine citoplasmatiche) presenti al livello del cinetocore. Nell'anafase B si assiste al reciproco scorrimento dei microtubuli polari del fuso mitotico con conseguente allontanamento dei due centrosomi verso direzioni opposte. Pertanto si ottiene il ripristino, per ogni polo, del numero originario di cromosomi.

TELOFASE

In quest'ultima fase della mitosi, i cromosomi si despiralizzano (decondensano). Intorno ai due nuovi complessi cromosomici ricompaiono le membrane nucleari e gli organuli si ricompongono. La telofase si conclude con una sottofase: la CITODIERESI, in cui si separa il citoplasma in modo equivalente in entrambe le nuove cellule. La cellula si divide al centro formando due cellule figlie, esattamente identiche alla cellula madre ma più piccole.

Questo avviene grazie ad un anello di actina creatosi al centro della cellula madre che, contraendosi, stringe la cellula al centro. A tal punto le proteine specializzate operano la fusione e la separazione della membrana in punti specifici e le due cellule si separano.

In alcune cellule si verifica una MITOSI MUTILATA: la telofase non avviene e si accumulano all'interno di uno stesso nucleo di una stessa cellula da due ad alcune decine di corredi cromosomici. Questo tipo di cellule si chiama plasmodio. L'esempio principale sono i protozoi del genere plasmodium come il P. malariae. Anche cellule umane vanno incontro a questo processo o patologicamente, come le cellule tumorali, o fisiologicamente come nel megacariocita.

CITODIERESI O CHITOCHINESI

In genere, la mitosi è seguita dalla citodieresi, un processo che divide il citoplasma ripartendolo in due nuove cellule, ciascuna contenente non solo un nucleo completo di tutti i cromosomi, ma anche metà circa del citosol.

cellula madre diploide (2N) segue una sequenza di due divisioni meiotiche, chiamate meiosi I e meiosi II. Durante la meiosi I, i cromosomi omologhi si appaiano e si scambiano segmenti di DNA attraverso un processo chiamato crossing-over. Questo scambio di materiale genetico contribuisce alla variabilità genetica delle cellule figlie. Durante la meiosi II, i cromosomi si separano e si formano quattro cellule aploidi (N), ognuna con metà del numero di cromosomi della cellula madre. La meiosi è fondamentale per la riproduzione sessuata, in quanto consente la formazione di gameti con una diversità genetica che favorisce l'adattamento alle variazioni ambientali. Inoltre, la meiosi contribuisce alla variabilità genetica all'interno di una specie, permettendo la ricombinazione dei geni dei genitori. La divisione cellulare meiotica è diversa dalla mitosi, che produce due cellule figlie identiche alla cellula madre. La meiosi, invece, produce quattro cellule figlie con una diversità genetica maggiore. Questa diversità genetica è fondamentale per la sopravvivenza delle specie, in quanto permette loro di adattarsi a nuovi ambienti e di evolversi nel corso del tempo.

duplicazione del materiale genetico nelle cellule germinali, che avviene nella fase pre-meiotica S, corrispondono due divisioni nucleari:

1. Fase riduzionale: prima divisione meiotica o meiosi I
2. Fase equazionale: seconda divisione meiotica o meiosi II

FASE MEIOTICA S O INTERFASE I

Avviene la duplicazione del materiale genetico: da ogni cromosoma risultano due chromatidi fratelli identici, attaccati in corrispondenza dei centromeri mediante molecole di coesina. Quindi, in totale avremmo una duplicazione del corredo genetico. Avremmo quindi un organismo con il doppio dell'usuale corredo genetico.

MEIOSI I

La prima divisione meiotica o meiosi I è chiamata riduzionale poiché da una cellula (4n) si generano due cellule aploidi (dal punto di vista informazionale), ma ancora formate da cromosomi costituiti da due chromatidi (quindi con una quantità di cromosomi pari a 2n).

PROFASE I

La meiosi I si apre con la profase, il processo più lungo e complicato.

della profasemitotica. Si suddivide in 5 stadi: 1. Leptotene: durante questa fase, il materiale genetico si condensa a formare strutture bastoncellari in forma di filamenti sottili, allungati, non scissi longitudinalmente. Durante questa fase avvengono i DSB (Double Strand Breaks), punti di rottura controllata della doppia elica che corrispondono alle zone dove si potrà andare incontro al crossing-over nelle fasi successive. 2. Zigotene: durante questo stadio avviene la sinapsi dei cromosomi omologhi a formare una struttura denominata bivalente (o tetrade o duplex). L'appaiamento dei cromosomi omologhi avviene grazie ad una struttura submicroscopica proteica, il complesso sinaptinemale. 3. Pachitene: questo stadio può essere "precoce" o "avanzato". Nel pachitene precoce si completa l'appaiamento degli omologhi, mentre nel pachitene avanzato i cromosomi si accorciano, si inspessiscono e avviene il crossing-over, che però ancora non è visibile in quanto i cromosomi sono ancora in stretto contatto fra loro. 4. Diplotene: in questo stadio i cromosomi si separano leggermente, ma rimangono ancora collegati in alcuni punti chiamati chiasmi. Durante il diplotene avviene il rilassamento della cromatina e la formazione dei nodi di riconnessione. 5. Diacinesi: è l'ultimo stadio della profase meiotica. Durante la diacinesi, i cromosomi si separano completamente e si condensano ulteriormente in preparazione alla divisione cellulare successiva.

I cromosomi omologhi di ciascun bivalente cominciano a separarsi (desinapsi), soprattutto a livello del centromero, per la progressiva scomparsa del complesso sinaptinemale. Tuttavia i due cromatidi di ciascuna coppia di omologhi restano in contatto grazie a connessioni chiamate chiasmi, segni visibili dell'avvenuto crossing-over. È bene notare che negli umani in ogni coppia di omologhi debba, in condizioni normali, avvenire per forza almeno un chiasmo, che ha un importante ruolo strutturale;

Durante la diacinesi, nel corso del quale i cromosomi completano la loro condensazione e sono chiaramente visibili. Ormai è ben formata la tetrade o bivalente e avviene la dissoluzione della membrana nucleare e del nucleolo.

Durante la profase I, inoltre, si sviluppa il fuso, costituito da due coppie di centrioli, situate ai poli opposti della cellula, da cui fuoriescono fibre di microtubuli. Tali fibre agganciano i cromosomi mediante il cinetocore, una piastra proteica situata a livello del

centromero.

• METAFASE I

Le fibre del fuso si collegano ai cromosomi: ogni cromosoma, diviso in 2 cromatidi tenuti insieme dal centromero, è legato tramite gli asteridi alle fibre del fuso. Le fibre allineano tutti i cromosomi lungo la piastra equatoriale (linea immaginaria al centro della cellula).

• ANAFASE I

A differenza dell'anafase mitotica, durante questa fase i cromatidi fratelli restano attaccati per mezzo dei centromeri, mentre i cromosomi omologhi si staccano e migrano ai poli opposti della cellula. In questo modo si ha un corredo cromosomico aploide proprio perché sono gli omologhi parentali a separarsi.

• TELOFASE I

La telofase I può variare a seconda della specie. In seguito alla migrazione dei cromosomi omologhi verso i poli opposti della cellula, si può verificare la formazione della membrana nucleare e la citodieresi con la conseguente scissione cellulare, come avveniva nella mitosi; oppure vi è la semplice migrazione dei cromosomi senza

la meiosi I, i cromosomi si despiralizzano e si passa direttamente alla profase II. Durante la profase I avviene l'appaiamento dei cromosomi omologhi e il crossing over. Nell'anafase I i cromosomi omologhi si separano, riducendo il numero cromosomico da diploide a aploide. La seconda divisione meiotica, chiamata meiosi II, è simile alla mitosi. I cromatidi fratelli si separano e vengono generate quattro cellule aploidi con lo stesso materiale genetico delle due cellule madri, ovvero le due cellule aploidi risultanti dalla meiosi I. Durante la profase II compaiono nuovamente le fibre del fuso che agganciano i cinetocori dei cromosomi.