Biologia generale

Processo di divisione cellulare

(DNA) - devono essere sintetizzati enzimi e organelli per le nuove cellule e nuovo materiale deve essere aggiunto alla membrana plasmatica in modo da poter separare le due cellule attraverso la citodieresi. Negli eucarioti avvengono le stesse fasi con alcune differenze:

• la cellula non si divide ogni qual volta le condizioni ambientali sono adeguate, e generalmente i segnali non derivano dall'esterno
• viene replicata solo una parte del DNA
• deve avvenire la mitosi poiché i cromosomi fratelli si separino
• si differenzia tra cellule animali e vegetali

La meiosi produce diversità genetica, la mitosi no. Cellule differenti hanno velocità differenti di divisione. Il periodo che va da una divisione all'altra si chiama ciclo cellulare, diviso in mitosi/citodieresi e interfase. L'interfase ha 3 sottofasi: G1 (G0 fase di riposo), S e G2. L'inizio, la terminazione e gli eventi del ciclo cellulare sono regolati da segnali specifici, che

agiscono per mezzo di proteinachinasi.
L'avanzamento del ciclo cellulare dipende dall'attività di chinasi ciclina-dipendenti (Cdk), che non sono attive da sole ma dipendono da un'altra proteina, la ciclina. Il complesso Cdk-ciclina non è l'unico complesso che regola il ciclo cellulare eucariotico.
Non tutte le cellule di un organismo passano attraverso un ciclo cellulare con regolarità, quelle che si dividono hanno bisogno di fattori di crescita che si legano a specifici recettori su cellule bersaglio e attivano trasduzioni di segnale che producono la sintesi di cicline, attivando di conseguenza le Cdk e il ciclo cellulare.
Nella mitosi un singolo nucleo da origine a due nuclei che sono geneticamente identici tra loro e con il nucleo originale.
Il DNA è avvolto attorno a proteine chiamate istoni, che formano delle strutture a forma di perla chiamate nucleosomi. Un cromosoma eucariotico contiene stringhe di nucleosomi legati a proteine in un

complesso chiamato cromatina

Nella mitosi, i cromosomi replicati (cromatidi fratelli) sono tenuti insieme dal centromero. Ogni cromatido consiste in una molecola di DNA a doppia elica. Durante la mitosi, i cromatidi fratelli, tenuti insieme dalla coesina, si allineano nella piastra equatoriale e si attaccano all'apparato del fuso. I cromatidi si separano (diventando cromosomi) e migrano ai poli opposti della cellula.

La mitosi può essere divisa in fasi chiamate profase, prometafase, metafase, anafase e telofase. La divisione del nucleo è generalmente seguita dalla citodieresi. Il citoplasma delle cellule animali si divide attraverso un anello contrattile fatto di microfilamenti di actina e di miosina. Nelle cellule animali, la citodieresi è portata a termine attraverso vescicole che si fondono a formare una piastra cellulare.

La riproduzione asessuata produce cloni, nuovi organismi che sono geneticamente identici ai genitori. Ogni variazione genetica è dovuta a

cambiamenti nei geni. Nella riproduzione sessuata, due gameti aploidi uno per ogni genitore si uniscono durante la fecondazione a formare uno zigote diploide geneticamente unico.

In organismi non aploidi che si riproducono sessualmente, alcune cellule dell'adulto fanno meiosi, un processo attraverso il quale una cellula diploide produce gameti aploidi.

Ogni gamete contiene un solo cromosoma della coppia di omologhi del genitore. La meiosi consiste in due divisioni nucleari, la meiosi I e la meiosi II, che insieme riducono il numero cromosomico da diploide ad aploide. La meiosi assicura che ogni cellula aploide contenga un membro di ogni coppia di omologhi, e produce quattro cellule geneticamente diverse, generalmente i gameti.

Nella meiosi I, i cromosomi interi, ognuno con due cromatidi migrano ai poli. Nella meiosi II i cromatidi fratelli si separano. Durante la profase I cromosomi omologhi vanno incontro a sinapsi per formare coppie nella tetrade. I cromatidi possono formare giunzioni.

chiamate chiasmi e materiale genetico puo essere scambiato tra i due omologhi attraverso il crossing over. Sia il crossing over durante la proase I sia l'assortimento indipendente degli omologhi quando si separano durante l'anafase I fanno in modo che i gameti siano geneticamente diversi.

Nella non disgiunzione, due membri di una coppia di cromosomi omologhi migrano allo stesso polo durante la meiosi I, o due chromatidi vanno verso lo stesso polo nella meiosi II o nella mitosi. Questo produce un gamete con un cromosotna in più, e un altro con uno in meno.

L'unione tra un gamete con un numero anormale di cromosomi e uno con un corredo aploide normale produce una aneuploidia. Queste anomalie genetiche possono essere dannose o letali per l'organismo.

Il numero, la forma e la dimensione dei cromosomi metafasici costituisce il cariotipo dell'organismo.

I poliploidi hanno più di due set aploidi di cromosomi. Talvolta questi set provengono da specie diverse.

Una cellula può

morire per necrosi, o può autodistruggersi tramite apoptosi, una serie geneticamente programmata di eventi che include la frammentazione del suo DNA nucleare.

L'apoptosi è regolata da segnali esterni e interni. Questi segnali producono l'attivazione di una classe di enzimi chiamati caspasiche idrolizzano le proteine nella cellula.

Le cellule tumorali si dividono più velocemente delle cellule normali e possono essere metastatiche, diffondendosi ad altre parti distanti del corpo.

Il cancro può essere causato da cambiamenti in ognuna delle due categorie di proteine che regolano il ciclo cellulare. Le proteine oncogeniche stimolano la cellula a dividersi e sono attivate nel cancro. Le proteine soppressori tumorali normalmente inibiscono il ciclo cellulare, ma nel cancro sono inattive.

Il trattamento del cancro spesso prende di mira il ciclo cellulare delle cellule tumorali.

Ereditarietà, geni e cromosomi.

Le caratteristiche fisiche di un organismo, i cosiddetti

caratteri possono esistere in forme diverse, i cosiddetti tratti. Un tratto ereditabile può essere trasmesso dai genitori alla progenie. Il fenotipo è la sembianza fisica di un organismo: il genotipo è la sua costituzione genetica. Le diverse forme del gene sono dette alleli. Organismi con due alleli identici per un tratto sono detti omozigoti; organismi con due alleli diversi per un carattere sono detti eterozigoti. Ogni gene si trova in un preciso sito del cromosoma chiamato locus. Gli esperimenti di Mendel includevano incroci reciproci e incroci monoibridi tra due piante di linea pura di piselli. L'analisi dei suoi dati meticolosamente organizzati in tabelle permisero a Mendel di proporre una teoria particellare dell'ereditarietà. Essa affermava che unità discrete (oggi chiamate geni) erano responsabili dell'eredità di tratti specifici, ai quali entrambi i genitori contribuivano in maniera uguale. La prima legge di Mendel, o legge dellasegregazione afferma che quando ogni individuo produce gameti, le due copie di un gene si separano, in modo che ogni gamete riceva solo una copia. Di conseguenza ogni individuo della generazione F1 eredita solo una copia da ogni genitore. Mendel usò un test cross (o reincrocio) per evidenziare se un individuo con fenotipo dominante fosse omozigote o eterozigote. L'uso di incroci di ibridi per studiare contemporaneamente l'eredità di due caratteri permise a Mendel di formulare la sua seconda legge o legge dell'assortimento indipendente. L'assortimento indipendente dei geni nella meiosi produce combinazioni non parentali di fenotipi nella progenie di incroci di ibridi. Il calcolo delle probabilità e gli alberi genealogici aiutano i genetisti a tracciare i pattern di eredità mendeliana. Nuovi alleli si generano per mutazioni casuali. Molti geni hanno alleli multipli. Un allele selvatico (wild-type) produce la forma predominante di un tratto.

l'allele selvatico è presente in un locus meno del 99% delle volte il locus è detto polimorfico

Nella dominanza incompleta, nessuno dei due alleli è dominante. Il fenotipo eterozigote è intermedio tra i feriotipi omozigoti.

La codominanza esiste quando due alleli in un locus producono due diversi fenotipi che entrambi appaiono nell'eterozigote

Un allele che influenza più di un tratto è detto pleiotropico.

Nell'epistasi, un gene influenza l'espressione di un altro.

Le condizioni ambientali possono influenzare l'espressione di un genotipo.

La penetranza e la proporzione di individui in un gruppo con un dato genotipo che mostrano il fenotipo atteso, L'espressività è il livello a cui ogni genotipo è espresso in un individuo.

Le variazioni fenotipiche possono essere qualitative (o discrete) o quantitative (graduali, continue). La maggior parte dei caratteri quantitativi sono il risultato dell'effetto di parecchi geni.

E dell'amblente. I geni che innsieme determinano un carattere quantitativosono detti loci per tratti quantitativi.

Ogni cromosoma porta molti geni. I geni sullo stesso cromosoma sono detti appartenere allo stesso gruppo di linkage. Geni sullostesso cromosoma possono ricombinare attraverso crossing over. I cromosomi ricombinanti che ne risultano hanno nuovecombinazioni alleliche.

I cromosomi sessuali portano geni che determinano se l'organismo produrrà gameti maschili o femminili. Tutti gli altri cromosomisono detti autosomi. Le funzioni specifiche dei cromosomi sessuali sono diverse nei vari gruppi di organismi. La determinazioneprimaria del sesso nei mammiferi e generalmente dovuta alla presenza o assenza del gene SRY. Le caratteristiche sessualisecondarie invece sono le manifestazioni esterne di mascolinità o femminilità.

Nei moscerini della frutta e nei mammiferi, il cromosoma X porta molti geni, ma l'Y ne ha solo pochi. I maschi hanno un soloallele (sono emizigoti).

per i geni legati all'X cosicche mutazioni recessive legate al sesso sono espresse fenotipicamente piùspesso nei maschi che nelle femmine. Le femmine possono essere portatrici di tali alleli.

Gli organuli citoplasmatici come i plastidi e i mitocondri contengono piccole quantità di geni. In molti organismi, i geni citoplasmatici sono ereditati solo dalla madre poiche il gamete maschile contribuisce allo zigote solo con il nucleo (cioè, senza il citoplasma con gli organuli) durante la fecondazione.

I procarioti si riproducono principalmente in maniera asessuata, ma si possono scambiare geni in un processo sessuato detto coniugazione.

I plasmidi sono piccoli cromosomi aggiuntivi che si trovano nei batteri e che portano geni implicati in processi metabolici importanti: essi possono essere trasmessi da una cellula all'altra.

Il DNA e il suo ruolo nell'ereditarietà

Gli esperimenti di Griffith negli anni 1920 dimostrarono che alcune sostanze nelle cellule

Potevano causare cambiamenti ereditabili in altre cellule. La localizzazione e la quantità di DNA nella cellula avevano suggerito che il DNA potesse essere il materiale genetico. Avery e colleghi isolarono il principio trasformante dai batteri.