Il ciclo cellulare

Il ciclo cellulare

Con il termine riproduzione cellulare si intende la capacità che sta alla base dell'esistenza di qualsiasi organismo vivente, è la capacità di una cellula di creare altre cellule partendo da sé stessa. Grazie alla riproduzione delle cellule si possono formare organismi pluricellulari. Tutte le cellule, nell'arco della loro vita, vanno incontro ad un ciclo riproduttivo caratterizzato da tre momenti specifici: 1. Momento della nascita e dello sviluppo, in cui avviene il differenziamento, ovvero il momento in cui una cellula sviluppa delle caratteristiche proprie e specifiche, in base alla funzione che dovrà svolgere. 2. Momento in cui viene deciso se compiere una divisione cellulare. Per prima cosa bisogna replicare il proprio patrimonio genetico, deve quindi essere raddoppiato il DNA della cellula. Segue una successiva divisione del genoma. 3. Divisione cellulare propriamente detta. Divisione cellulare di una cellula procariote Quandosi parla di divisione cellulare di una cellula procariote si fa riferimento alla scissione binaria. I procarioti hanno meno regolazioni per quando riguarda il loro metabolismo, per questo si possono dividere quando l'ambiente circostante è favorevole. La cellula batterica si allunga e la membrana plasmatica si invagina ripiegandosi su sé stessa, iniziando il processo di scissione binaria. Si parla di scissione binaria perché la cellula si divide in due cellule figlie identiche a sé stessa. Divisione cellulare di una cellula eucariote La divisione cellulare nelle cellule eucariotiche prende il nome di ciclo cellulare, con tale termine si definisce la vita intera di una cellula: vengono indicati gli eventi più importanti, ovvero la nascita, l'accrescimento, il differenziamento, e la replicazione del proprio patrimonio genetico. Successivamente alla replicazione dei cromosomi avviene la segregazione dei cromosomi, ovvero la divisione dei cromosomi, dopo.tale divisione si divide anche l'intera cellula. Il ciclo cellulare vero e proprio può essere diviso in due grandi fasi: - L'interfase. - Fase M (fase in cui si identificano i processi di segregazione dei cromosomi e di divisione cellulare. In questa fase avvengono la mitosi e la meiosi, termini con i quali si indica ciò che accade sui cromosomi). L'interfase può essere divisa in tre sottofasi: - Fase G1: la cellula nasce ed entra in fase G1, la lettera G significa gap, ovvero un momento di stallo. In questa fase la cellula si differenzia ed esprime il proprio patrimonio genetico, svolgendo così le proprie funzioni. - Fase S: la lettera S indica la sintesi del DNA, in questa fase avviene infatti la replicazione del DNA. Quando il patrimonio genetico è stato completamente replicato la cellula entra nella fase successiva. - Fase G2: la lettera G indica anche in questo caso un momento di stallo, ovvero il gap 2, in cui la cellula inizia a

Preparare l'apparato proteico che servirà per preparare la divisione cellulare. Dopo la fase G2 si entra nella fase M, ovvero la fase propriamente detta di divisione cellulare. Tutte le cellule devono seguire questo ciclo cellulare, non tutte le cellule però si dividono costantemente, questo dipende dal tipo cellulare. Infatti, alcune cellule rimangono in fase G1, entrando successivamente in una fase di quiescenza, detta fase G0. Alcune cellule restano in fase G0 per tutta la durata della loro vita fino alla morte, altre restano in G0 finché non ricevono lo stimolo per dividere e altre ancora non entrano mai in fase G0, perché si riproducono costantemente.

Le cellule possono quindi interpretare il ciclo cellulare in base alla funzione che svolgono, in particolare possiamo avere tre tipologie di cellule:

• Cellule labili -> dette labili perché continuano a svolgere il ciclo cellulare, sono in continua e rapida divisione, sono quelle cellule che devono essere sostituite

In maniera continuativa, come ad esempio, le cellule ematiche (del midollo osseo), le cellule epiteliali come le cellule della cornea dell'occhio, dell'acute o i precursori germinali maschili (ovvero gli spermatozoi).

- Cellule stabili -> sono delle cellule che nascono, si accrescono ma rimangono in fase G0, possono però riprodursi sotto un determinato stimolo (sono quindi delle cellule che non si dividono ma possono essere indotte a farlo), come nel caso dei linfociti o degli epatociti (cellule del fegato).

- Cellule perenni -> sono delle cellule che non sono in grado di dividersi, infatti nascono, si differenziano, ed entrano in fase G0, rimanendoci fino alla loro morte. Degli esempi sono le cellule nervose e le cellule muscolari, infatti sono talmente differenziate che non sono in grado di creare altre cellule simili a loro.

Pur dovendo seguire il ciclo cellulare, in alcuni casi, delle cellule non effettuano delle fasi, in particolare la fase G1 e G2. Vengono quasi saltate.

Infatti la cellula passa pochissimo tempo in queste fasi e non segue un procedimento accurato. La cellula in questi casi si divide ma non si accresce, un esempio di cellula di questo tipo è lo zigote, il quale inizia a creare cellule ma la struttura di base rimane della dimensione di partenza.

Il ciclo cellulare viene quindi seguito ma in modo particolare, in base alle necessità delle cellule. Il ciclo cellulare è altamente controllato perché le fasi devono essere coordinate, ci sono per questo una serie di punti di controllo, detti check points, in cui la cellula decide se può passare di fase. Questo avviene in base al fatto che l'ambiente esterno o interno sia permissivo ai procedimenti che deve la cellula affrontare.

Tali punti di controllo sono tre:

1. Il primo punto di controllo è situato verso la fine della fase G1, in questo momento la cellula deve decidere se entrare in fase S o in quiescenza. Per decidere ciò vengono fatti dei controlli

per quanto riguarda: la presenza di danni a livello del DNA (importante per evitare che si trasmettano mutazioni nelle generazioni di cellule successive), la grandezza della cellula (si controllano le dimensioni perché la cellula deve essere abbastanza grande per poter dare origine alle cellule figlie), si controlla se l'ambiente è permissivo e se sono presenti dei fattori di crescita, ovvero delle molecole che stimolano le cellule a dividersi. Se tutto è corretto la cellula passa in fase S e poi in fase G2. - Il secondo punto di controllo è situato alla fine della fase G2, la cellula si blocca e viene controllato nuovamente il DNA, si controlla che la replicazione sia terminata ed andata a buon fine, deve essere presente il DNA da dividere. Si controllano anche le dimensioni della cellula e se la cellula supera tutti i controlli entra in fase M. - Il terzo punto di controllo è situato nella fase M ed è un punto di controllo interno. Viene controllato se il fusoil cdk deve essere attivato dalla ciclina corrispondente. Insieme, la ciclina e il cdk formano un complesso attivo che può fosforilare specifici bersagli all'interno della cellula, avviando così il passaggio alla fase successiva del ciclo cellulare. Durante il ciclo cellulare, le cicline vengono sintetizzate e degradate in modo ciclico, in modo da garantire un controllo preciso del passaggio da una fase all'altra. Inoltre, l'attività dei cdk può essere regolata da altre proteine chiamate inibitori dei cdk, che agiscono come freni per evitare un avanzamento incontrollato del ciclo cellulare. Il ciclo cellulare è un processo fondamentale per la crescita e la riproduzione delle cellule. Un corretto controllo del ciclo cellulare è essenziale per mantenere l'integrità del DNA e prevenire la formazione di cellule anomale che potrebbero portare a malattie come il cancro. In conclusione, le cicline e i cdk svolgono un ruolo cruciale nel regolare il passaggio da una fase all'altra nel ciclo cellulare. La loro corretta regolazione è fondamentale per garantire una corretta divisione cellulare e mantenere l'omeostasi all'interno dell'organismo.

Una chinasi fosforila, ovvero lega un gruppo fosfato in modo covalente, ad una proteina target, la quale cambia la sua conformazione e, di conseguenza, la sua funzione. Le chinasi inducono quindi un cambiamento funzionale nelle proteine che possono quindi passare da inattiva ad attiva e da attiva a inattiva.

Il processo inverso alla fosforilazione e la defosforilazione, nella quale viene rilasciato un gruppo fosfato, tale procedimento viene catalizzato dagli enzimi detti fosfatasi.

La fosforilazione e la defosforilazione sono i passaggi fondamentali per l'attività delle cellule, infatti permettono di attivare o di disattivare delle proteine.

Le chinasi hanno quindi lo scopo di andare ad attivare o disattivare delle proteine, le cdk però si attivano solo se legate alle cicline, si crea così il complesso ciclina-cdk. Il complesso ciclina-cdk è un complesso attivo, in questo momento la chinasi può fosforilare una proteina target che induce il passaggio di fase di

una cellula.Se tutti i target sono stati attivati, la ciclina viene degradata, di conseguenza, il complesso ciclina-cdk ritorna allo stato inattivo, in quanto viene eliminata la ciclina.Questo complesso è la prima tappa che permette il passaggio di fase.Le cicline e le cdk permettono il passaggio di fase, ma non sono loro a verificare se sono presenti dei danni, delle malformazioni o parametri non corretti nella cellula.Se però lo stato delle cellule è permissivo, le cicline e le cdk consentono il passaggio di fase. (Le cicline e le cdk vengono chiamate con la fase a cui appartengono per poter essere distinte).Ad Esempio:La chinasi mitotica viene espressa già in fase G1, è espressa a livello basale, quindi non cambia la sua quantità. Ma in fase G1 la chinasi è da sola, risulta quindi inattiva.La ciclina inizia invece ad esprimersi in bassi livelli in G1, accrescendosi piano piano e arrivando ad un livello soglia alla fine della fase G2, quando

la cellula è pronta ad entrare in mitosi. Solamente quando la quantità di ciclina ha superato il livello soglia potrà legarsi alla cdk, creando così il complesso ciclina-cdk mitotico attivo. La chinasi si attiva, andando così a fosforilare dei target specifici, come ad esempio le lamine (componente proteica della lamina nucleare), in questo caso, andando a fosforilare queste proteine il reticolo viene disassemblato e si degrada la membrana nucleare. Un altro esempio è la condensazione dei cromosomi). Una volta che il passaggio di fase è stato attivato non è più necessario il complesso, bisogna quindi eliminare ciò che lo ha attivato, si degrada la ciclina e la cdk viene deattivata.