Ciclo cellulare, mitosi, meiosi, gametogenesi

APPUNTI DI BIOLOGIA DI MARINA POGGETTI

APPUNTI DI MATTIA CORATTI

giovedì 3 agosto 2017 18:46 DIVISIONE CELLULARE

La divisione cellulare è il processo che permette ad una cellula di dare origine a 2 cellule figlie. Tutte le cellule

hanno origine dalla divisione di altre cellule, quindi questo processo riveste un'enorme importanza per tutti i viventi.

Negli organismi procarioti e in quelli eucarioti unicellulari la divisione cellulare determina l'aumento del numero di

individui di una popolazione; invece negli organismi pluricellulari, come le piante e gli animali, questo processo

permette sia lo sviluppo dell'intero organismo a partire da una singola cellula (lo zigote) sia la sostituzione e la

riparazione dei tessuti danneggiati o logorati.

Ogni cellula, anche la più semplice, contiene una gran mole di informazioni sotto forma di geni che, dal punto di

vista chimico, sono tratti di DNA. Prima di ogni divisione cellulare il DNA si duplica, e ognuna delle due cellule

Il

che si originano dalla divisione riceve una "dotazione" di informazioni identica a quella della cellula madre.

processo di divisione cellulare deve garantire la distribuzione equa di DNA, citoplasma e organuli cellulari.

E' importante ricordarsi che:

PER GLI ORGANISMI UNICELLULARI LA DIVISIONE CELLULARE = RIPRODUZIONE

NEI PLURICELLULARI, OLTRE ALLA RIPRODUZIONE, SERVE PER L'ACCRESCIMENTO E

RINNOVAMENTO DEI TESSUTI

Lo studio della divisione cellulare riguarda il modo in cui il DNA è impacchettato nelle cellule e il modo in cui

viene distribuito alle cellule figlie, con modalità diverse nei procarioti e negli eucarioti; mentre nei procarioti, dotati

di un'unica molecola di DNA, la divisione cellulare è un processo molto semplice, negli eucarioti, forniti di diverse

molecole di DNA, sotto forma di cromosomi, la divisione cellulare è un processo complesso, che può avvenire in 2

modi:

- MITOSI, la quale garantisce l'equa ripartizione del materiale genetico e del materiale citoplasmatico

(citodieresi). Permette l'accrescimento ed il rinnovamento dei tessuti

- MEIOSI è presente in gli eucarioti che si riproducono in via sessuata, ed è una particolare linea cellulare ovvero

quella delle cellule germinali, che attraverso una divisione cellulare di tipo diverso forma le cellule riproduttive

DIVISIONE CELLULARE NEI PROCARIOTI

Le cellule procariotiche sono fornite di un'unica molecola circolare di DNA, che si trova libera nel

Questa molecola di DNA CIRCOLARE, definita a volte come "cromosoma batterico",

CITOPLASMA.

notevolmente avvolta e ripiegata su se stessa, si trova associata alla membrana cellulare in corrispondenza di

una piega della membrana cellulare stessa detta MESOSOMA. Ma come si dividono?

I procarioti si dividono per semplice SCISSIONE BINARIA (o fissione binaria)

⚫ SCISSIONE BINARIA

I procarioti si dividono per scissione o fissione binaria, un processo molto semplice che consiste in una equa

ripartizione del materiale genetico e degli organelli alle due cellule figlie.

All'inizio del processo, la molecola di DNA

circolare, attaccata alla membrana plasmatica, si

DUPLICA, mentre nel frattempo la cellula si

Successivamente,

accresce. a partire dal mesosoma,

si forma un setto trasverso, che divide la cellula

ciascuna dotata di

madre in 2 CELLULE FIGLIE,

una molecola di DNA identica a quella della cellula

madre.

Questo tipo di riproduzione è una

RIPRODUZIONE ASESSUATA, che è molto

semplice, veloce, e permette ai batteri una

successione di generazioni estremamente rapida e

CICLO CELLULARE+MITOSI+MEIOSI+GAMETOGENESI Pagina 1 Questo tipo di riproduzione è una

RIPRODUZIONE ASESSUATA, che è molto

semplice, veloce, e permette ai batteri una

successione di generazioni estremamente rapida e

con una crescita esponenziale.

⚫ RIPRODUZIONE ASESSUATA

La riproduzione asessuata è molto presente negli organismi viventi. Oltre a permettere l'accrescimento ed il rinnovo

dei tessuti degli organismi pluricellulari, la mitosi è alla base dei meccanismi di riproduzione asessuata.

Negli organismi a riproduzione asessuata (detta anche AGAMICA o VEGETATIVA), la prole HA ORIGINE

DA UN UNICO INDIVIDUO, senza l'intervento e la fusione (fecondazione) di cellule specializzate per la

riproduzione.

Infatti, una caratteristica fondamentale della riproduzione asessuata è che:

CON LA RIPRODUZIONE ASESSUATA, A MENO DELL'INSORGENZA DI MUTAZIONI

SPONTANEE, LA PROLE RISULTA GENETICAMENTE IDENTICA ALLA MADRE

La riproduzione asessuata interessa sia organismi unicellulari che pluricellulari e può avvenire con diverse modalità,

fra cui ricordiamo:

- SCISSIONE BINARIA: si verifica quando, dopo la mitosi, la cellula si divide semplicemente in due parti

In questo modo si riproducono organismi unicellulari come il PARAMECIO

uguali.

- GEMMAZIONE: negli unicellulari, per esempio nel LIEVITO (che appartiene al regno dei Funghi), consiste

in una mitosi seguita da una DIVISIONE INEGUALE DEL CITOPLASMA.

La nuova cellula, la più piccola, è destinata ad accrescersi

successivamente. Si parla di gemmazione anche per alcuni

pluricellulari, come le SPUGNE (phylum dei Poriferi) e le

MEDUSE (phylum dei celenterati), in cui sul genitore si

formano delle protuberanze che in seguito si staccano, dando

origine a nuovi individui, identici a quello di partenza

- SPORULAZIONE: si intende la formazione di particolari cellule riproduttive, le SPORE, in seguito a

mitosi, processo tipico dei FUNGHI. Queste spore sono dotate di una spessa parete che

permette loro di resistere in condizioni ambientali

avverse per poi generare un nuovo individuo quando

l'ambiente diventa favorevole.

- RIGENERAZIONE: non dimentichiamoci che molti VERMI, come anellidi e platelminti, se tagliati a metà

possono rigenerare la parte mancante mediante riproduzione asessuata. Anche nelle PIANTE sono presenti

diverse strutture, come stoloni, bulbi e tuberi, che permettono ad un individuo di generarne un altro identico a se

stesso.

CICLO CELLULARE+MITOSI+MEIOSI+GAMETOGENESI Pagina 2

stesso. DIVISIONE CELLULARE NEGLI EUCARIOTI

La divisione cellulare negli eucarioti è molto più complessa, questo perché abbiamo a che fare con organismi

pluricellulari molto complessi che hanno svariati tipi di cellule molto specializzate che vanno a formare moltissime

strutture e tessuti specifici che, essendo molto diversi l'uno dall'altro, hanno bisogno di differenziarsi.

Tutti i tessuti del nostro corpo derivano da un'unica cellula uovo che dà origine a tutte le cellule che si andranno poi

a differenziare e a specializzare acquisendo le caratteristiche del loro tessuto di appartenenza (le cellule nervose per

esempio, una volta formate non si dividono)

Un organismo pluricellulare non solo deve avere un meccanismo per rimpiazzare le cellule morte, ma anche

riprodurre nuovi organismi mediante una riproduzione sessuata, tramite la fusione dei gameti. Infatti nel caso della

divisione cellulare degli eucarioti parliamo di:

- MITOSI: è la divisione cellulare che permette l' accrescimento ed il rinnovo dei tessuti.

- MEIOSI: è la divisione cellulare che permette di formare le cellule riproduttive

Prima però di analizzare nel dettaglio i diversi tipi di divisione cellulare, parliamo prima di come vi si arriva al

processo di divisione CICLO CELLULARE

La vita di ogni singola cellula è in genere molto più breve di quella dell'intero organismo di cui fa parte; per

esempio, la maggior parte delle cellule sopravvive solo poche settimane ed è quindi necessario che vengano

sostituite con nuove cellule via via che esse muoiono o subiscono danni. (nel caso

Una cellula eucariotica vive ed esplica le proprie funzioni fino a quando non si divide, oppure muore

dellle cellule riproduttive, la loro vita termina con la fusione con un'altra cellula nel processo di fecondazione).

Negli organismi pluricellulari, alcune cellule come i neuroni o i globuli rossi, una volta raggiunta la maturità

perdono la capacità di dividersi, ma la maggior parte, dopo una vita più o meno lunga, va incontro a divisione.

Il ciclo vitale di una cellula eucariotica, definito CICLO CELLULARE, è suddiviso in quattro fasi distinte:

- G1, S, G2 costituiscono l'INTERFASE, ovvero il periodo precedente alla divisione cellulare che coincide

con il periodo di VITA DELLA CELLULA

- M che è il momento della divisione cellulare ovvero della MITOSI

Analizziamo più nel dettaglio le fasi che costituiscono il completo ciclo cellulare:

FASE G1

- (G deriva dall'inglese GAP=intervallo): è la prima fase del ciclo ed è un momento di INTENSA

ATTIVITA BIOSINTETICA e di CRESCITA. In questo periodo la cellula raddoppia le proprie dimensioni e

produce nuovi organelli, oltre agli enzimi necessari per la duplicazione del DNA che avrà luogo nella fase

successiva.

FASE S:

- (S significa SINTESI): in questa seconda fase si ha la REPLICAZIONE DNA, necessaria affinché

durante la divisione cellulare ogni cellula figlia possa ricevere una copia completa del genoma. In questa fase

avviene anche la SINTESI DI MOLTE PROTEINE associate al DNA stesso.

FASE G2:

- durante questa terza e ultima fase dell'interfase, avvengono gli ultimi preparativi in vista della

divisione cellulare, la cellula CONTINUA A CRESCERE e a formare nuovi organelli. I cromosomi, appena

duplicati, cominciano lentamente a SPIRALIZZARSI e si formano molte proteine necessarie per la mitosi.

- G0

- (fa parte della G1): le cellule che non si dividono più o che sono in un momento di quiescenza per poi

riprendere la divisione cellulare, rimangono bloccate nella fase G1, detta fase G0. Questa fase può essere

permanente (come nel caso dei neuroni) oppure permanente infatti, in modo spontaneo ma più generalmente

grazie a degli stimoli esterni o interni, la cellula può uscire dalla fase G0 ed andare incontro alla divisione

CICLO CELLULARE+MITOSI+MEIOSI+GAMETOGENESI Pagina 3

grazie a degli stimoli esterni o interni, la cellula può uscire dalla fase G0 ed andare incontro alla divisione

Un esempio di cellule che poi escono dalla fase G0 sono gli epatociti, i quali

cellulare quando e se è necessario.

hanno una vita media abbastanza lunga e non tendono quindi a riprodursi spesso; ma si è visto che se si esporta

una parte di fegato, questo si può rigenerare grazie agli epatociti che, mediante questo stimolo, escono dalla fase

G0 e iniziano la divisione cellulare.

LE PROTEINE CHE PERMETTONO DI FAR ENTRARE O USCIRE UNA CELLULA DALLA FASE G0

PRENDONO IL NOME DI "CICLINE"

Queste proteine sono delle particolari CHINASI, ovvero degli enzimi che fosforilano, sono quindi importanti

nel meccanismo di regolazione della funzione enzimatica. Lo stato di fosforilazione di una proteina può far variare

la regolazione. Le chinasi se vengono attivate vanno a fosforilare altri enzimi che, in questo caso, permettono

alla cellula di uscire o entrare nella fase G0.

FASE M:

- durante la fase M avviene la MITOSI e la successiva citodieresi della cellula

Come abbiamo appena detto, nella fase G0 sono presenti sia cellule quiescenti sia cellule "permanenti" ovvero

quelle cellule che non andranno mai in contro a divisione cellulare. Come muoiono queste cellule?

Le cellule possono "morire" andando in contro a division