Biologia – Lezione 8 (2° parte) - Slides

Riproduzione cellulare - Divisione cellulare

Procarioti

1. Le due copie di ogni cromosoma si separano
2. La cellula si allunga e i cromosomi continuano a separarsi
3. La cellula si divide

Scissione binaria

Eucarioti

Mitosi

Meiosi

• Dupliceazione DNA
• Prima divisione meiotica
• Seconda divisione meiotica

Riproduzione cellulare - Divisione cellulare

Procarioti

membrana cellulare parete

1. Le due copie di un cromosoma si separano.
2. La cellula si allunga e i cromosomi continuano a separarsi.
3. La cellula si divide.

Scissione binaria

Eucarioti

interfase

duplicazione DNA

meiosi

prima divisione meiotica

seconda divisione meiotica

Mitosi

Meiosi

PRO CARI OTI

Riproduzione asessuata

Scissione binaria

Riproduzione sessuata: Coniugazione Pili

• Il cromosoma batterico è associato al plasmalemma.
• Parte cellulare
• Membrana plasmatica
• Cromosoma
• Il DNA, cromosoma si duplica e i punti di attacco del DNA al plasmalemma si separano durante l'accrescimento cellulare.
• La cellula inizia a dividersi.
• La scissione è terminata.
• Nucleoide
• Le membrane plasmatiche si sono completamente formate, separando il citoplasma di una cellula da quello dell'altra. Soltanto una piccola porzione della parte cellulare deve ancora essere completata.

Riproduzione cellulare

La divisione cellulare contribuisce all'accrescimento del tessuto radicale.

Le cellule di lievito si dividono mediante gemmazione. Questa cellula inizia la gemmazione...

...mentre quest'altra ha quasi completato il processo.

La divisione cellulare contribuisce alla rigenerazione della coda di una lucertola.

Mitotic phase

Prophase

Metaphase

Anaphase

Telophase

First growth phase

Growth and normal metabolic roles

Second growth phase

Growth and preparation for mitosis

Synthesis phase

DNA replication

Interphase

G₁

S

G₂

M

Il ciclo cellulare

Eucarioti

G₀quiescent (stable) cells

G_TDpermanent nondividing cells

Stabili Perenni Labili

start (R point)

G₁

G₂

S DNA synthesis

mitosis M

metaphase completion

4h

6-8h

1h

<12h

Interphase

Interfase

Durante l'interfase la cellula sintetizza nuove molecole e organuli; tale fase corrisponde al periodo dell'accrescimento cellulare. La figura si riferisce alla tarda interfase (G₂), quando il citoplasma contiene due centrosomi e nel nucleo vengono duplicati i componenti cromosomici. In tale fase i cromosomi non sono tuttavia ancora riconoscibili come strutture distinte, poiché si trovano ancora sotto forma di fibre diffuse di cromatina. Il grande nucleolo indica che la cellula è impegnata nella sintesi di ribosomi.

Profase

Durante la profase si verificano cambiamenti sia nel nucleo che nel citoplasma. Nel nucleo le fibre di cromatina si spiralizzano ripetutamente fino a costituire i cromosomi, tipicamente visibili in tale fase al microscopio ottico. I nucleoli scompaiono e ogni cromosoma appare costituito da due cromatidi fratelli, uniti reciprocamente in corrispondenza di una regione più sottile, il centromero. Nel citoplasma inizia a svilupparsi il fuso mitotico, formato da microtubuli che si accrescono a partire dai centrosomi. Questi ultimi si allontanano l'uno dall'altro per disporsi ai poli opposti della cellula.

Durante la tarda profase l'involucro nucleare si disgrega e scompare e i microtubuli del fuso si avvicinano ai cromosomi che hanno assunto la loro caratteristica forma a bastoncello e possiedono ora una struttura proteica detta cinetocore (zone puntiformi nere in figura) su ciascun lato esterno dei centromeri. Alcuni microtubuli del fuso prendono contatto con i cromosomi proprio a livello di tali strutture proteiche (cinetocori). Altri microtubuli prendono invece contatto con quelli provenienti dal polo opposto del fuso. Complessivamente il fuso sposta i cromosomi verso il centro della cellula.

Centro di Organizzazione dei Microtubuli MTOC

Centrosomi

MTOC

Centrioli

Centrioli

Figura 4-23 Centrioli. L’immagine MET è accompagnata da un disegno che ne permette l’interpretazione. I centrioli sono sistemati ad angolo retto, vicino al nucleo di una cellula animale che non si sta dividendo. È da notare l’arrangiamento 9 × 3 dei microtubuli. Il centriolo a sinistra è stato tagliato longitudinalmente e quello a destra trasversalmente. (B.F.King/Biological Photo Service).

Solomon, Berg, MartinBiologiaEdiSES

Organizzazione dei Microtubuli

Dimero

α-tubulina

β-tubulina

Estremità più

Dimero aggiunto

Estremità meno

Dimero rimosso

Figura 4-22 Organizzazione dei microtubuli.

(a) I microtubuli vengono a formarsi all'interno della cellula per aggiunta di dimeri di α– e β– tubulina ad una estremità del cilindro cavo. È da notare che il cilindro possiede una polarità. L'estremità rappresentata nella parte alta della figura è quella a crescita maggiore o estremità più; l'estremità opposta è la meno. Per ogni giro di spirale sono necessari tredici dimeri. (b) Immagine LM a fluorescenza confocale in cui i microtubuli sono visibili colorati in verde. Il centro di organizzazione dei microtubuli (macchia rosa) è visibile in vicinanza o sopra buona parte dei nuclei cellulari (blu). (b, Nancy Kedersha)

Metafase

Il fuso mitotico è ora pienamente formato e i cromosomi si riuniscono su un piano virtuale equidistante da entrambi i poli del fuso. I centromeri di tutti i cromosomi si allineano lungo tale piano. Per ogni cromosoma i microtubuli del fuso attaccati ai due cinetocori tendono a tirare i cromatidi fratelli verso i poli opposti della cellula; il risultato di questo "tiro alla fune" è l'immobilità dei cromosomi al centro della cellula.

Anafase

L'anafase inizia quando i cromatidi fratelli di ciascun cromosoma si separano. Da questo momento in poi i singoli cromatidi vengono considerati come cromosomi figli autonomi. Particolari proteine motrici situate in corrispondenza dei centromeri muovono i cromosomi figli lungo i microtubuli verso i poli opposti della cellula (si notino le proteine motrici in Figura 5.8). Nel frattempo, questi microtubuli si accorciano, mentre quelli che non hanno preso contatto con i cromosomi si allungano, allontanando i due poli della cellula e allungando in tal modo la cellula stessa.

Telofase e citodieresi

La telofase inizia quando i due gruppi di cromosomi hanno raggiunto i poli opposti della cellula. Gli eventi che hanno luogo durante la telofase sono l'inverso di quelli che si osservano durante la profase: l'involucro nucleare si riforma, i cromosomi si despiralizzano, i nucleoli ricompaiono e il fuso mitotico scompare. A questo punto la mitosi, ovvero la divisione del nucleo che produce due nuclei figli geneticamente identici, termina. La citodieresi, ossia la divisione del citoplasma, inizia di regola durante la telofase. Nella cellula animale la citodieresi prevede la formazione di un solco di scissione che strozza la cellula in due, dando origine a due cellule figlie.

(a) I microtubuli dei cinetocori si collegano sia ai cinetocori, a livello dei centromeri dei cromosomi, sia ai poli del fuso.

Centriolo

Cinetocore

Centro mitotico (centrosoma)

Struttura ad aster

Microtubuli polari

I microtubuli polari si estendono da ciascun polo all'apparato del fuso.

(b)

(c)

Microtubuli del cinetocore

Cinetocore

Figura 9-5 Un cromosoma metafasico. Una fotografia eseguita al microscopio elettronico a scansione (in basso), accoppiata ad un disegno esplicativo. I cromatidi fratelli sono strettamente uniti nella regione del centromero, indicata dalla parentesi graffa. Associato a ciascun centromero vi è una struttura nota col nome di cinetocore, che serve come punto di attacco ai microtubuli del fuso. Il cinetocore ed i microtubuli non sono visibili nella fotografia. (E. J. DuPraw)

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INTERFASE

G1/S/G2

• Cromosomi decondensati e distribuiti nel nucleo
• Attiva sintesi proteica
• Crescita cellulare
• Duplicazione del DNA

FASE M

• Condensazione dei cromosomi
• Separazione dei cromosomi
• Divisione cellulare

CDK INATTIVA

complesso CDK/ciclina ATTIVO

CDK INATTIVA

Chinasi ciclino-dipendenti (CDK).

Le CDK regolano la progressione nelle fasi del ciclo cellulare mediante fosforilazione di substrati chiave. Esse vengono attivate dall’interazione con specifiche cicline, che al termine della loro funzione vengono degradate.

Regolazione del ciclo cellulare

Cdk: cinasi ciclina dipendente

• Molecola di Cdk4
• Ciclina D
• Complesso ciclina-Cdk
• M, G2, S, G1

• La ciclina D viene prodotta all'inizio della fase G1.
• La ciclina D si lega alla Cdk4, causando un cambiamento strutturale e provocando in tal modo l'attivazione della Cdk4.
• L'attività della proteina cinasi stimola l'avanzamento della cellula attraverso la fase G1.
• La Cdk4 è presente per tutto il ciclo cellulare, ma è attiva soltanto in G1.
• La ciclina D si disgrega al termine della fase G1, inattivando la Cdk4.

MPF: fattore che promuove la mitosi