UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI
CASSINO
FACOLTA’ DI SCIENZE MOTORIE
CORSO INTEGRATO DI BIOCHIMICA,
BIOLOGIA & GENETICA MEDIA
MODULO DI BIOLOGIA & GENETICA
MEDICA
CICLO VITALE & MEIOSI
AA 2011-2012
Dott.ssa Veronica Papa
LA REPLICAZIONE CELLULARE
NEGLI EUCARIOTI
La replicazione delle cellule somatiche comprende due fasi:
la mitosi, la divisione del nucleo
la citocinesi, la divisione del citoplasma
La mitosi è sempre preceduta dalla duplicazione del DNA
Il risultato della mitosi è la formazione di due cellule somatiche
identiche tra loro e alla cellula madre da cui hanno avuto origine
Sia cellule aploidi che cellule diploidi possono replicarsi per mitosi
MITOSI
 E' il processo di riproduzione cellulare mediante il quale,
per fasi successive, da una cellula somatica diploide (2n) se
ne formano due con lo stesso patrimonio cromosomico.
 Permette l’accrescimento ed il rinnovo dei tessuti degli
organismi pluricellulari ed è alla base dei meccanismi di
riproduzione asessuata
Profase
Anafase
Prometafase
Metafase
Telofase
CICLO BIOLOGICO O VITALE
 Comprende tutte le fasi di accrescimento e sviluppo di un
organismo
 Negli organismi che si riproducono per riproduzione
sessuata, il ciclo vitale comprende gli eventi
dalla
fecondazione fino alla produzione dei gameti
 Negli organismi che si riproducono sessualmente si svolge
la meiosi che dimezza il numero di cromosomi dei gameti
per evitare che ad ogni generazione il loro n.ro raddoppi
 I geni contenuti nello zigote vengono trasmessi a tutte le
cellule somatiche attraverso la mitosi
MECCANISMI DI RIPRODUZIONE
 Esistono due principali meccanismi tramite cui gli organismi
possono riprodursi:
- La riproduzione assessuata (detta anche agamica o vegetativa) che
avviene principalmente tramite mitosi e, a meno di insorgenza di
mutazione spontanea, è caratterizzata da una bassissima
variabilità genetica
- La riproduzione sessuata, avviene grazie all’intervento di cellule
specializzate a questa funzione dette cellule germinali o gameti
caratterizzate da corredo cromosomico aploide.
 Il processo che porta alla formazione delle cellule germinali è la
meiosi.
 A differenza della mitosi, la meiosi è caratterizzata da un’alta
variabilità genetica dovuta al rimescolamento dei caratteri
materni e paterni, possibile grazie al crossing-over, ossia allo
scambio di segmenti fra cromosomi omologhi.
 Con la fecondazione e l’unione dei due gameti si avrà la
ricostituzione del corredo cromosomico diploide (zigote) e la
formazione di un nuovo individuo che si accrescerà tramite
successive divisioni mitotiche delle sue cellule somatiche
MEIOSI
 E' il processo per mezzo del quale si originano le
cellule sessuali i gameti maschili e i gameti femminili
che devono contenere la metà dei cromosomi (n)
affinchè dalla loro unione si possa ripristinare in ogni
cellula il patrimonio cromosomico tipico della specie
(2n).
RIPRODUZIONE
SESSUATA
RIPRODUZIONE
ASSESSUATA





Avviene per mitosi, in
assenza di fecondazione
La prole si origina da
un unico individuo
Non
implica
la
formazione dei gameti
Non
introduce
variabilità genetica
In assenza di mutazioni
spontanee
crea
individui
geneticamente identici
Avviene per meiosi e
fecondazione
 La prole si origina da 2
individui tramite la
fusione dei loro gameti
 Implica la formazione
dei gameti
 Introduce
variabilità
genetica
 Genera
individui
geneticamente
differenti

IL CICLO VITALE DELL’UOMO
 Ad
ogni
generazione
il
corredo
cromosomico
diploide
(2n)
conseguente alla
fecondazione
viene compensato
dal
suo
dimezzamento
determinato dalla
meiosi attraverso
cui si producono i
gameti aploidi (n)
CARIOTIPO UMANO
 Cellule somatiche: diploidi
= 2n n=23
2x23=46
cromosomi
- 23 coppie (=22 coppie di
autosomi + 1 coppia di
cromosomi sessuali)
 Gameti: aploidi = n 23
cromosomi
 Coppia da 1 a 22: autosomi
 Coppia
23:
cromosomi
sessuali
- XX nella femmina
- XY nel maschio
MEIOSI
 La meiosi è una particolare
divisione cellulare tipica delle
cellule
germinali
degli
organismi
eucariotici
a
riproduzione sessuale.
 La funzione della meiosi è la
produzione di cellule aploidi a
partire da cellule diploidi.
 Le cellule prodotte dalla meiosi
sono geneticamente diverse tra
loro.
 Avviene tramite due divisioni
successive:
- Meiosi I accompagnata dalla
duplicazione del materiale
genetico
- Meiosi II in cui non avviene
duplicazione del DNA
FASI DELLA MEIOSI
 Interfase
 Meiosi I :
- Profase I
- Metafase I
- Anafase I
- Telofase I e Citodieresi
 Meiosi II :
- Profase II
- Metafase II
- Anafase II
- Telofase II e Citodieresi
INTERFASE
 Anche la meiosi è preceduta da
un un’interfase durante la quale la
cromatina si duplica.
 Il
nucleo
è
ben
definito,
circondato
 dall’involucro nucleare e contiene
1 o più nucleoli ad indicare che la
cellula è impegnata nella sintesi
proteica
 Nelle cellule animali il centrosoma
contiene 1 coppia di centrioli
 I microtubuli si dispongono
radialmente al centrosoma a
formare l’aster
 I cromosomi non sono ancora
riconoscibili
PROFASE I
 Si
verificano
gli
stessi
cambiamenti nel nucleo e nel
citoplasma della profase mitotica
 Appaiamento dei cromosomi
omologhi che originano una
struttura definita tetrade.
 In ogni tetrade i cromatidi della
coppia di cromosomi omologhi
possono scambiarsi i segmenti
corrispondenti (crossing-over)
 Il crossing-over determina il
riassortimento genetico
 I cromosomi continuano a
spiralizzarsi, si forma il fuso e le
tetradi iniziano a migrare verso
il centro della cellula
 La profase della meiosi I o profase I è un processo lungo
e complesso di durata variabile ed occupa il 90% della
durata dell’intera meiosi.
 E’ a sua volta divisa in vari stadi:
- Leptotene: il materiale genetico si condensa
- Zigotene: in cui i cromosomi omologhi si appaiano a
formare le tetradi
- Pachitene: avviene il crossing-over.
- Diplotene: i cromosomi iniziano a separarsi
- Diacinesi: la membrana nucleare si dissolve
chiasma
tetrade
chiasma
 I cromosomi duplicati si appaiano
con i rispettivi omologhi per tutta
la loro lunghezza grazie ad una
proteina nota come complesso
sinaptinemale
 Quando
il
complesso
sinaptinemale scompare i 4
cromatidi strettamente associati
che costituiscono una coppia di
omologhi sono visibili al m.o.
sotto forma di tetrade
 I
chiasmi
costituiscono
l’evidenza
dell’avvenuto
scambio
di
materiale genetico tracromatidi
appartenenti
a
cromosomi
omologhi
 Durante la profase I della meiosi i cromosomi
omologhi possono appaiarsi e subire il crossing-over,
ossia scambiarsi reciprocamente segmenti di
cromosomi.
 Il punto dello scambio è detto chiasma
 Il crossing-over avviene tra cromatidi omologhi non
fratelli e porta alla formazione di cromosomi
ricombinanti
 Non avviene tra cromatidi fratelli di una coppia di
omologhi.
 Il crossing-over:
- Permette il rimescolamento tra parti di cromosoma
determinando la formazione di nuove combinazioni di
cromosomi (ricombinanti) diversi rispetto a quelli
materni e paterni (parentali)
- E’ un evento casuale
RISULTATO DEL CROSSING-OVER
 Il crossing- over porta alla
formazione
di
gameti
ricombinanti
contenenti
alcuni geni di origine
materna ed altri di origine
paterna.
METAFASE I
 Allineamento delle tetradi
sulla piastra metafasica
 I cromatidi fratelli di ogni
cromosoma sono uniti per i
centromeri dove si stabilisce
il contatto con i microtubuli
del fuso
 Le fibre del fuso di un polo
della cellula si attaccano ad
un cromosoma di ogni coppia
mentre quelle del polo
opposto si attaccano al
cromosoma omologo
 I cromosomi omologhi di ogni
tetrade
si
separano
e
migrano ai poli della cellula
ANAFASE I
 L’apparato del fuso guida il
movimento dei cromosomi
verso i poli della cellula
 Contrariamente alla mitosi i
cromatidi fratelli non si
separano, ma migrano uniti
a livello del centromero
 Si separano i cromosomi
omologhi di per cui ogni
cromosoma risulta
costituito da 2 cromatidi
TELOFASE I E CITODIERESI
 Ad ogni polo vi è un corredo
aploide di cromosomi ma
ogni cromosoma è ancora
costituito da 2 cromatidi
fratelli.
 Segue la citodieresi che
porta alla formazione di 2
cellule aploidi
 Si forma il solco di scissione
mentre i cromatidi si
decondensano,
l’involucro
nucleare si riorganizza
PROFASE II
 Si verificano cambiamenti nel nucleo
e nel citoplasma.
 Nel nucleo le fibre di cromatina si
spiralizzano e si costituiscono i
cromosomi, intorno ai centrioli appare
l’aster
 I nucleoli e
l’involucro nucleare
involucro scompaiono
 Ogni cromosoma è costituito da 2
cromatidi fratelli uniti per il
centromero
 Compare il fuso mitotico che si
accresce a partire dai centrosomi che
si allontanano per disporsi ai poli
opposti della cellula
METAFASE II
 I microtubuli del fuso si
avvicinano alla struttura
proteica detta cinetocore
presente su ciascun lato
esterno dei centromeri
 Altri
microtubuli
prendono contatto con
quelli provenienti dal
polo opposto del fuso
 Complessivamente
il
fuso sposta i cromosomi
verso il centro della
cellula
ANAFASE II
 I centromeri dei cromatidi
fratelli di ogni cromosoma si
separano e migrano verso i
poli opposti della cellula
sotto
forma
di
singoli
cromosomi
TELOFASE II E CITODIERESI
 I nuclei si riformano in
corrispondenza
dei
poli
opposti della cellula e
contemporaneamente si ha
la formazione di 4 cellule
figlie dette gameti (negli
animali)
ciascuna
contenente
un
numero
aploide di cromosomi formati
da un singolo cromatidio
QUADRO RIASSUNTIVO DELLE DIFFERENZE
TRA MITOSI E MEIOSI
Mitosi
Gli omologhi non si
appaiano
Il crossing over e’ raro
I centromeri si dividono in anafase
Processo conservativo: le cellule figlie sono
identiche alle parentali
Meiosi
Gli omologhi si
appaiano in profase I
Si verifica almeno un
crossing over per coppia
di omologhi
I centromeri si
dividono solo
in anafase II
Il processo promuove la variabilita’ tra i prodotti
della divisione cellulare
CONFRONTO FRA MEIOSI E MITOSI
•Comportamento dei Cromosomi:
1.mitosi: I cromosomi omologhi sono indipendenti
2.meiosi: I cromosomi omologhi si appaiano formando i
bivalenti fino alla anafase I
•Numero dei Cromosomi- riduzione in meiosi:
1.mitosi- cellule figlie identiche
2.meiosi- cellule figlie aploidi
•Identità Genetica della progenie:
1.mitosi: cellule figlie identiche
2.meiosi: le cellule figlie hanno un nuovo
assortimento dei cromosomi parentali
3.Meiosi: i cromatidi non sono identici,
crossing over
 Mediante la meiosi si ottengono, a partire da una cellula madre diploide,
quattro cellule aploidi. In realtà, mentre nel maschio si formano quattro
spermatociti, nella femmina si ottiene un ovocita e tre globuli polari,
destinati a degenerare. Spermatociti e ovociti, quindi, subiscono un
processo di maturazione che rende queste cellule atte a svolgere la
propria funzione riproduttiva.
 La meiosi nell’ovocita è interrotta due volte: in profase I
(dal periodo prenatale all’ovulazione) e in metafase II (in
attesa della fecondazione).
MEIOSI MASCHILE
 La meiosi maschile avviene durante la spermatogenesi con
ciclo continuo dalla pubertà all’età avanzata
Spermatogenesis starts with puberty
Spermatocytes processing from prophase I through the
second division occurs in little more than a week