Biologia generale e molecolare - Appunti

MITOSI

I cromosomi e il ciclo cellulare: le fasi sono G1, S, G2 e M, dove le prime tre sono

dette interfase. Per distinguere le fasi si osserva il DNA: la sua quantità infatti

varia a seconda della fase del ciclo cellulare (si parla di cromosoma come

contenitore di DNA e quindi informazioni). In G1 vediamo 46 cromosomi (23

diversi) e quindi possiamo contare 46 molecole di DNA omologhe a due a due. In

G1 questa molecola viene assemblata insieme agli istoni e non sono ancora visibili

i cromosomi perché il DNA è molto diffuso. Dopo la fase S il numero di

molecole raddoppia, ma non cambia il numero dei cromosomi. Si chiama con lo

stesso termine il cromosoma quando in G1 e una parte di S designa una molecola

che corrisponde al cromatide. Dopo S il cromosoma indica i cromatidi fratelli che

hanno la stessa sequenza (non sono più omologhi). La maggior parte degli

organismi sono diploidi (2n), ovvero hanno due copie o una coppia di ciascun

cromosoma. Noi siamo diploidi perché per ogni cromosoma noi abbiamo una

coppia. L'unico caso in cui noi abbiamo un numero aploide di cromosomi è nelle

cellule germinali. La quantità di DNA varia nel ciclo cellulare, ma una cellula

diploide resta tale. La quantità di DNA si indica con C (numero aploide di

molecole di DNA). Noi abbiamo 2C, ma dopo la fase S si ha 4C ma resta sempre

2n (diploide).

Significato della mitosi: le cellule duplicano il DNA solo se sanno che vanno/

devono andare incontro a divisione cellulare. Gli organismi viventi sono entità

dinamiche. Le cellule che non si duplicano stanno in fase G1/G0. Il DNA si duplica

solo se arrivano segnali esterni. La mitosi inizia già con la sintesi del DNA. I

processi devono essere molto precisi: ogni errore si trasmette alle cellule figlie.

Eventuali errori portano a non controllare più il ciclo e arrivare anche al tumore.

C'è un aumento della frequenza degli errori nel passare da trascrizione a

traduzione: i ribosomi sbagliano più della DNA polimerasi. Tenere una frequenza

di errori molto bassa costa troppa energia: ecco perché la cellula preferisce

sbagliare sui ribosomi (pochi danni) e non nella sintesi. Le cellule dopo la mitosi

devono avere la stessa quantità e qualità di DNA. In G1 si vedono i due

cromosomi omologhi e ogni colore corrisponde a un tipo di gene e la

successione è la stessa: si vede da forma e colore di fondo. Dopo la mitosi

dobbiamo avere due cellule con stessi geni e con cromosomi esattamente uguali

a quelli della cellula madre. Finita la fase S abbiamo i due cromosomi duplicati che

tra di loro sono esattamente identici. La mitosi fa sì che le due cellule risultanti

siano uguali a quella della madre: lo scopo è far segregare/separare in modo

corretto i cromatidi fratelli. Una volta che il DNA che si è duplicato si deve

suddividere e lo deve fare in modo estremamente preciso. Se vi sono assenze di

uno dei due omologhi si hanno alterazioni esagerate e poi il DNA non si deve

rompere. Un cromatidio va in una cellula e l'altro nell'altra cellula perché abbiamo

uguale contenuto energetico.

Procedimento: la cellula che va incontro a mitosi ha già duplicato il materiale

genetico. Le varie fasi della mitosi sono classificate in base alla morfologia dei

cromosomi alla loro disposizione, alla presenza o meno della membrana nucleare

e al numero/presenza dei centrosomi. La mitosi si può classificare in 4-5 fasi:

profase, metafase, anafase e citochinesi. Alcuni mettono anche la prometafase. Da

metafase a anafase non si può passare se non si soddisfano certe condizioni. A

livello biologico è un evento continuo. Se paragoniamo il nucleo in G2 e quello di

una cellula in profase si vede che compaiono i cromosomi spiralizzati e colorati

intensamente rispetto al nucleo (da cromatina diffusa a uno stadio di cromatina

spiralizzata, ovvero cromosoma, e questi stadi si alternano a ogni ciclo cellulare; la

cromatina se non è spiralizzata è difficile da dividere e per questo le due fasi si

alternano e la spiralizzazione rende più semplice la divisione e la resistenza a

stress meccanici; non li teniamo sempre in questa fase troppo spiralizzata poiché

non ci sarebbe lo svolgimento delle funzioni del DNA, poiché la trascrizione non

avviene se la cromatina è spiralizzata)e c'è ancora la membrana. Il cromosoma ha

due cromatidi fratelli che sono vicini uno all'altro e legati nel centromero. Di un

cromosoma esiste un omologo (distinguibili solo per la lunghezza). Man mano che

si va verso la metafase si ha separazione longitudinale con un processo detto

risoluzione. Lo scopo è non solo di separare i cromatidi fratelli, ma che essi

sappiano dove andare dividendosi in modo equo. Ci pensa il centrosoma che si

attiva nell'interfase per poi duplicarsi in G2 dai quali si dipartono dei filamenti. I

centrosomi hanno due centrioli a forma di T. Un centrosoma non è da stampo

per un altro. I centrosomi si duplicano e stanno vicini tra loro. Quando il DNA è

già spiralizzato e siamo in profase si vede che i centrosomi si allontanano e

rilasciano dei prolungamenti, dei microtubuli, che sono ciò che permette ai

cromatidi di allontanarsi e andare verso i due centrosomi. I centrosomi sono i

due poli di aggregazione in cui convergono tutti i cromatidi fratelli. La cellula così

divide in modo corretto il materiale genetico. I centrosomi migrano e si

dispongono (quando una cellula si duplica la si può considerare una vera e

propria sfera perché sono in 3D) ai poli opposti della cellula. I poli sono infiniti e i

centrosomi si dispongono a 180 gradi l'uno dall'altro. I microtubuli si sono molto

allungati e si devono legare ai cromatidi in modo preciso per suddividerli e farli

migrare. I microtubuli si trovano nel citoplasma e i cromosomi sono nel nucleo:

per permettere il legame quindi n prometafase si dissolve la membrana nucleare.

Il microtubulo si attacca alla regione del centromero, con precisione al

kinetocoro (una struttura proteinacea). Si ha un kinetocoro per ogni cromatide. I

microtubuli a sinistra legano solo il kinetocoro a sinistra e quelli a destra solo il

destro. Per una separazione corretta deve avvenire in modo corretto questo

legame. Questo avviene a forza di tentativi: i microtubuli vanno a caso fino a

quando non si legano in modo corretto. Si parla di bio-orientazione per i legami.

Si arriva alla metafase dove tutti i cromosomi della cellula sono situati su un unico

piano equatoriale che è equidistante dai due poli. L'attrazione dei microtubuli è

centrifuga e dato che sono due è una forza uguale e contraria. Si ha così la piastra

metafasica. I cromosomi che si usano per il cariotipo sono quelli che sono in

metafase dove si ha la massima spiralizzazione. Si ha poi la struttura del fuso

mitotico: due coni che si toccano con le basi (le punte dei coni i centrosomi e le

basi la piastra metafasica). Il passaggio all'anafase è quello più importante. Quando

inizia l'anafase si devono separare i cromatidi e se vi è un errore lo si porta fino

alla fine. Il check point è un punto di controllo e lo si ha proprio in questo

momento, prima dell'anafase: serve che gli attacchi microtubulo-kinetocoro siano

corretti. I due cromatidi sono sottoposti ad una tensione che viene percepita da

altre proteine e quando vi è la cellula può andare all'anafase. Qui i cromatidi

fratelli si sono separati e non avviene per una rottura meccanica del centromero,

ma li separa la forza meccanica esercitata dai microtubuli. La cellula decide in

modo attivo la separazione dei due cromatidi. I cromatidi fratelli, infatti, sono

tenuti insieme a livello del centromero da anelli proteici, le coesine. Quando la

cellula vuole separarli apre gli anelli e i microtubuli si accorciano. Tale rottura

avviene ad opera dell'enzima separasi: la separasi c'è anche prima nella cellula ed è

mantenuto inattivo dalla sicurina (se sono insieme non funziona la prima). Il

complesso che promuove l'anafase (APC) promuove la separazione dei due e

consente l'attivazione della separasi. I cromatidi fratelli così si separano e si hanno

due set di cromosomi dove uno va verso un polo e l'altro all'opposto. I

cromosomi vanno ai poli opposti e si arriva alla telofase. Si hanno alcuni eventi

opposti a quelli prima: si riforma la membrana nucleare (la si costruisce intorno al

DNA così non si disperde nulla)e il DNA si despiralizza così cellula ha un set

diploide e due nuclei. Infine si deve suddividere il citoplasma: la divisione deve

avvenire in modo tale che le cellule abbiano un nucleo per cellula. Allora, si ha

invaginazione della membrana su di un piano equatoriale, lo stesso punto in cui si

erano disposti i cromosomi. L'invaginazione si fa sempre più intensa finché le

cellule si dividono. Si hanno così due cellule uguali per il contenuto di

informazione genetica.

Il ciclo dei cromosomi: coordinamento tra replicazione e segregazione. Prima di

separare il DNA si deve avere un'esatta duplicazione del DNA e deve essere

replicato tutto una volta sola. Poi i cromatidi fratelli vanno identificati e distribuiti

nelle cellule figlie. La cellula riconosce i tratti di DNA già duplicati da quelli non

duplicati (la duplicazione ha inizio in zone specifiche: nelle origini di replicazione).

La lunga molecola di DNA non è replicata da un'estremità all'altra, ma in una

singola molecola di DNA ci sono tanti punti in cui la polimerasi si attacca e forma

prima le forche e poi le bolle di replicazione (va nei due versi). Quando i tratti

sono replicati si avrà di nuovo un'origine di replicazione (li si può sfruttare solo

alla fine della mitosi): la cellula riesce a distinguere il DNA da duplicare da quello

già duplicato perché subito dopo G1 la cellula carica sul DNA un complesso,

Mcm2-7 (mantenimento del micro-cromosoma) che si lega ai punti che sono

usati come origini di replicazione. Dove si legano lì si inizia la replicazione e una

volta terminata la replicazione si allontanano per tornare solo quando la cellula è

di nuovo in G1. In fase S quando il tratto è replicato la polimerasi non replica più

perché quel complesso non è più legato. Pur essendovi le origini di replicazione il

DNA non è più replicabile. Nelle cellule tumorali si ha amplificazione del DNA:

alcuni tratti sono replicati tante volte perché il sito continua a essere replicato.

Mcm 2-7 è un esamero che si dispone a cerchio all'interno del quale si ha uno

spazio vuoto. Ci si è accorti che nello spazio vuoto si può porre perfettamente

una molecola di DNA.

Regolazione della segregazione: Il DNA si duplica una volta sola. I cromatidi

fratelli sono tenuti insieme da un comp