Divisione cellulare
Negli organismi unicellulari (sia eucarioti che procarioti) la cellula va
incontro periodicamente a divisione cellulare che serve a riprodurre
l’individuo, cioè a fare altre copie dello stesso organismo.
Poiché gli individui muoiono continuamente (parassiti,
predatori, invecchiamento ecc) quegli organismi che non
erano provvisti di meccanismi efficienti di riproduzione non
hanno lasciato discendenti che sono arrivati fino a noi
Anche negli organismi composti da più cellule queste vanno incontro
periodicamente a divisione.
•
Ciò avviene in modo marcato durante lo sviluppo e l’accrescimento
allorché il numero di cellule deve aumentare.
•
Avviene tuttavia anche nell’individuo adulto in quasi tutti i tessuti allo
scopo di rimpiazzare le cellule che invecchiano o muoiono.
•
Infine negli organismi che si riproducono per via sessuale la divisione
cellulare avviene per produrre un tipo particolare di cellule, i gameti
sessuali
La divisione cellulare nei procarioti (scissione)
Nei procarioti il DNA è organizzato in un unico doppio filamento chiuso
ad anello. A questo DNA sono aggiunte proteine a formare il cromosoma
batterico, di forma circolare.
Anche il DNA di mitocondri e
cloroplasti è di forma circolare
Il cromosoma batterico è associato
alla membrana plasmatica
In realtà al microscopio non si vede
come in anello perché il cromosoma è
molto più lungo della cellula e deve
ripiegarsi su di se molte volte per poter
stare nella regione del nucleoide
Il DNA viene duplicato
Il
plasmalemma
si
accresce distanziando i
due cromosomi
La cellula inizia a dividersi
La
divisione
viene completata
Ciascuna cellula figlia ha ora lo stesso patrimonio genetico della cellula madre
La divisione cellulare negli eucarioti
Negli eucarioti ci sono due tipi di divisione cellulare:
•
La mitosi caratterizza tutte le cellule somatiche e serve a produrre
due cellule identiche alla cellula che le ha generate.
•
La meiosi si verifica negli organismi con riproduzione sessuata e
serve a produrre i gameti il cui patrimonio genetico è metà di quello
delle cellule somatiche
La mitosi
Anche negli eucarioti la divisione di una cellula prevede
che il materiale genetico venga prima duplicato in modo
che ogni cellula figlia riceva un patrimonio genetico
identico a quello della cellula madre.
Nella cellula eucariote la divisione è tuttavia più complessa per diversi motivi:
1. la cellula è molto più grande
2. Il DNA è organizzato in più cromosomi
3. La c. eucariote possiede numerosi organelli citoplasmatici che debbono
anche loro essere suddivisi
Mentre i procarioti possono dividersi a distanza di pochi minuti (anche 20 o
30), la divisione cellulare degli eucarioti richiede tempi molto più lunghi
Negli organismi pluricellulari come l’uomo le cellule si dividono di rado. Se si
esamina un tessuto si osserva che in ciascun momento solo poche cellule si
stanno dividendo.
Alcune cellule come ad es i neuroni del sistema
nervoso centrale non si dividono mai
Mitosi
Interfase
Mitosi
Il periodo tra una divisione cellulare e la successiva si chiama interfase. La
maggior parte delle cellule di un tessuto si trovano in interfase
L’interfase si compone in realtà di tre periodi distinti:
G1 S
G2
Mitosi (fase M)
Fase G2
Nella fase G2 si
completano
i
preparativi per la
divisione
Fase G1
La fase G1 segue la
divisione mitotica.
Essa è di solito la più
lunga e le cellule in
interfase sono di solito
bloccate in G1
Fase S
La fase S è quella in cui avviene la replicazione del DNA
I cromosomi degli eucarioti
Nel nucleo la molecola di DNA si trova associata a speciali proteine
chiamate Istoni. Insieme questi formano la cromatina.
Un altro tipo di istoni (H1)
blocca la molecola del DNA
avvolta attorno al rocchetto
Alcuni di questi istoni (8 proteine a due a
due uguali formano un rocchetto attorno al
quale si avvolge la molecola di DNA
Questa struttura prende
il nome di Nucleosoma
Prima della mitosi la
cromatina si condensa a
formare i cromosomi
Poiché a questo stadio il
DNA si è già duplicato
ogni cromosoma contiene
due molecole di DNA
identiche, i Cromatidi che
rimangono uniti a livello
del centromero
I
tutte
le
cellule
dell’organismo
(
ad
eccezione dei gameti) ci
sono poi due copie di
ciascun cromosoma (uno
ricevuto dal padre l’altro
dalla madre)
I
due
cromosomi
(cromosomi omologhi)
contengono
la
stessa
sequenza di geni. Tuttavia
la sequenza di basi
all’interno di ciascun gene
non è necessariamente
uguale e in questo caso si
dice specificano per alleli
diversi
Cariotipo umano: 23 coppie di cromosomi
Interfase
Profase
La cromatina
si condensa
Metafase
I cromosomi si dispongono
sulla piastra equatoriale (o
metafasica)
Prometafase
L’involucro
nucleare si dissolve
Anafase
Telofase
I
cromatidi
figli
migrano ai poli opposti
La
cromatina
si
despiralizza. Inizia la
divisione del citoplasma
(citodieresi)
Il fuso mitotico
La struttura che permette la migrazione dei
cromatidi fratelli ai poli opposti e la suddivisione
precisa del materiale genetico è il fuso mitotico
Il Fuso si forma
durante la profase ed è
composto da due
centri organizzatori i
centrosomi, ai poli
opposti
Dal centrosoma parte una
serie di microtubuli che si
ancorano ai cromosomi
tramite speciali proteine
chiamate cinetocori
In molte cellule ciascun
centrosoma contiene un
paio di centrioli
La meiosi
Negli organismi che si riproducono sessualmente
ciascun individuo si origina dall’unione di un gamete
maschile (spermatozoo) e uno feminile (cella uovo) a
formare lo zigote.
Affinchè in ciascuna generazione il numero dei geni rimanga costante è
necessario che ciascun gamete contenga metà del patrimonio genetico
(aploide) rispetto allo zigote e alle cellule che da esso derivano (diploide)
Ad esempio nell’uomo il DNA è suddiviso in 23 differenti cromosomi. Lo
zigote e ciascuna cellula somatica contengono due copie di ciascun
cromosoma, 2n = 46, una copia di derivazione materna e l’altra di
derivazione paterna. Spermatozoi e cellule uovo al contrario contengono
metà di questo corredo, n = 23 cromosomi
Alla fecondazione i 23 cromosomi dello spermatozoo e i 23 della cellula
uovo si uniscono ripristinando il corredo 2n di 46 cromosomi
La meiosi serve a produrre gameti con un
patrimonio genetico dimezzato (aploide)
La meiosi si compone di due successive divisioni cellulari (meiosi I e
Meiosi II) che presentano alcune differenze rispetto alla divisione mitotica
Durante la Meiosi I si verifica una riduzione del numero cromosomico
Al termine delle due divisioni meiotiche dalla cellula originaria
(diploide) si saranno formate quattro cellule figlie aploidi
Crossing over
Durante la meiosi I ciascuno dei cromosomi
omologhi migra ad un polo della cellula.
Prima che questo accada, durante la
profase I, i cromosomi omologhi
(quelli che portano gli stessi geni) si
appaiano lungo il loro asse maggiore
Tra due cromatidi adiacenti
si forma un chiasma
A livello del chiasma due cromosomi si
spezzano e si risaldano in modo che ora
una porzione di cromatidio di origine
materna si trova su quello di origine
paterna e viceversa
La funzione del crossing over è quella di aumentare la variabilità genetica
dei gameti mescolando geni paterni e materni dello stesso cromosoma
Se non avvenisse crossing over, ci sarebbe ugualmente una certa
variabilità genetica tra i diversi gameti
Ad esempio uno spermatozoo potrebbe ricevere il cromosoma 1 materno,
il 2 paterno il 3 e il 4 materni ecc mentre un altro spermatozoo potrebbe
ricevere il cromosoma 1 paterno, il 2 e il 3 materni, il 4 paterno ecc.
Se un individuo riceve un gene
favorevole dalla madre (ad
esempio
resistenza
all’alta
salinità) e un altro gene
favorevole dal padre (resistenza
alle alte temperature) potrà
vivere in un ambiente con
entrambe queste caratteristiche
Tuttavia se entrambi i geni sono
sullo stesso cromosoma, non ci
sarà modo che egli trasmetta
questa capacità ai figli attraverso
un suo gamete a meno che il
crossing over non permetta il
passaggio di entrambi i geni su
uno
dei
due
cromosomi
omologhi
A gameti
diversi
Allo stesso
gamete