UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI
CASSINO
FACOLTA’ DI SCIENZE MOTORIE
CORSO INTEGRATO DI BIOCHIMICA,
BIOLOGIA & GENETICA MEDIA
MODULO DI BIOLOGIA & GENETICA
MEDICA
CICLO CELLULARE & MITOSI
AA 2011-2012
Dott.ssa Veronica Papa
IL COMPARTIMENTO NUCLEARE
 Nella cellula eucariotica, il sistema endomembranoso
interno contribuisce a delimitare uno spazio noto come
compartimento nucleare o nucleo
 Le cellule eucariotiche, quindi, suddividono il loro
protoplasma in spazi e compartimenti a specifica
competenza biochimica tra i quali possiamo considerare il
nucleo un esempio.
 Il compartimento nucleare è delimitato da un sistema
costituito da due membrane appiattite separate da uno
spazio detto cisterna nucleare ed in stretta continuità con il
RER.
 Ad intervalli regolari le due membrane che costituiscono la
membrana nucleare si fondono e danno origine a piccole
aperture circolari dette pori nucleari, la cui frequenza e
attività risultano variare a seconda del citotipo e dello stato
metabolico.
 Esiste, quindi, un flusso di materiale e molecole tra il
nucleo e il citoplasma finemente regolato attraverso il
complesso del poro, una complessa struttura proteica e
nucleoscheletrica.
 All’interno del nucleo è contenuto il nucleoplasma, una
soluzione acquosa contenente macromolecole di varia
natura tra cui:
- Acidi nucleici
- Proteine
- Complessi nucleo-proteici
COME SONO STRUTTURATI I
CROMOSOMI?
Qual è la loro costituzione e funzione?
• Cromatina: 60-65% proteine e 35-40% DNA.
• Gene: “unità informazionale”
LA CROMATINA
 All’interno del nucleo gli acidi nucleici, si associano
con le proteine per formare macromolecole
nucleoproteiche di dimensioni maggiori.
 Il DNA, quindi, si associa ad molecole proteiche, gli
istoni, e a proteine non istoniche per formare la
cromatina, ossia il complesso nucleoproteico da cui
originano i cromosomi.
 Segmenti di DNA, si associano ad una struttura
proteica denominata core e formata dall’associazione
di 4 istoni: H2A, H2B, H3 ed H4 ed avvolgono il core
proteico per 1 giro e ¾, costituendo il nucleosoma.
 Due nucleosomi adiacenti sono legati fra loro
attraverso un istone di collegamento, H1 e segmenti
di DNA.
 In questo modo, la cromatina assume la struttura a
collana di perle, tipica della cromatina distesa
I NUCLEOSOMI
60 coppie di basi
146 coppie di basi
ORGANIZZAZIONE DEL
CROMOSOMA
spiralizati
doppia elica
di DNA
istoni
H2A
H3
H4
H2B
parzialmente
despiralizati
H2B
H4
H3
H2A
nucleosoma
DNA
istone
H1
despiralizati
struttura della cromatina
by GP&NA
ORGANIZZAZIONE DI UN CROMOSOMA
EUCARIOTICO
a) Collana di perle (11 nm Ø)
b) solenoide (30 nm Ø)
Mezzo ipotonico
Mezzo isotonico
NUCLEOSOMA
2 giri di DNA (146bp) su un ottamero di istoni (H2A H2B H3 H4)
2 nucleosomi adiacenti sono legati da ~60 bp di DNA linker
 Seguendo un criterio funzionale e strutturale,
possiamo
distinguere
due
differenti
stati
conformazionali della cromatina:
- l’eucromatina: cromatina in forma distesa ed in
attività trascrizionale
- L’eterocromatina: cromatina super avvolta ed
inattiva dal punto di vista trascrizionale.
 L’eterocromatina può essere a sua volta classificata
in:
- costitutiva : cromatina inattiva in tutte le cellule di
un individuo
- Facoltativa: cromatina capace di despiralizzarsi in
eucromatina in funzione dei profili di espressione dei
diversi citotipi
5 avvolgimenti
DEL della doppia elica
LUNGHEZZA
CROMOSOMA
50.000:1
by GP&NA
sezione della
cromatina
fibra di 30nm con i
nucleosomi
strettamente
impacchettati
2nm
11nm
30nm
parte di una sezione
di cromosoma
300nm
sezione condensata
di un cromosoma
metafasico
700nm
cromosoma
metafasico
1400nm
EUCROMATINA ED ETEROCROMATINA
 Consideriamo due cellule appartenenti al medesimo
individuo, ma caratteristiche di due differenti organi o
tessuti, per esempio un epatocita ed un fibroblasto:
 Le due cellule presenteranno, essendo proprie dello stesso
individuo la stessa quota di eterocromatina costitutiva, sia
dal punto di vista qualitativo che qantitativo;
 Presenteranno invece proporzioni differenti di eucromatina
ed eterocromatina facoltativa sia quantitativamente che
qualitativamente.
 Le differenti quote ed i differenti segmenti di DNA che
costituiscono l’eucromatina o eterocromatina facoltativa, nei
due citotipi è funzione del tipo di proteine necessarie al
metabolismo ed al ruolo funzionale dei due citotipi
 Negli epatociti saranno per esempio trascrizionalmente
attivi i segmenti di DNA i cui geni codificano per gli enzimi
del ciclo dell’urea che saranno silenti nel fibroblasto dove
contrariamente all’epatocita saranno eucromatici i
frammenti di DNA i cui geni codificano per la vimentina
I CROMOSOMI
 La replicazione e la distribuzione della considerevole
informazione genetica è possibile poiché le molecole di DNA
sono impacchettate all’interno dei cromosomi
 Ogni specie eucariotica ha un numero caratteristico di
cromosomi
 La maggior parte delle specie ha corredo cromosomico tra 8
e 50cromosomi.
 Al momento dela divisione cellulare, tutta la cromatina
acquista una conformazione eterocromatica
 Allo scopo di essere ripartita equamente nelle cellule figlie,
la cromatina si organizza in cromosomi, corpuscoli
eterocromatici il cui numero e la morfologia sono
caratteristica della specie
 Il corredo cromosomico di una cellula somatica umana è
rappresentato da 46 cromosomi, ovvero 22 coppie di
autosomi, uguali nei due sessi e una coppia di
cromosomi sessuali:
- Nell’uomo il sesso eterogamentico è quello maschile
(XY), mentre quello omogametico è femminile (XX).
- Il cromosoma X è grande e ricco di geni, mentre il
cromosoma Y ha dimensioni più ridotte ed è
praticamente vuoto.
- Per risolvere, quindi, lo squilibrio informazionale fra i
due sessi, uno dei due cromosomi X, in maniera del
tutto casuale dà origine ad una zona di eterocromatina
facoltativa, denominata Corpo di Barr
CICLO CELLULARE E MITOSI
 Il ciclo cellulare comprende il periodo che va dalla derivazione
dalla cellula madre al momento in cui la cellula si divide in due
cellule figlie
 Il ciclo cellulare conduce alla formazione di due nuove cellule
figlie, dalla unica cellula madre iniziale. Questo processo di
divisione è definito MITOSI(2n
2x2n)
 Il ciclo cellulare, può essere, quindi definito, come il periodo che
intercorre fra due successive divisioni mitotiche.
 Si divide in 4 fasi denominate:
- Fase G1
- Fase S
- Fase G2
- Fase M.
 Le fasi G1, S e G2 costituiscono il periodo di intercinesi durante il
quale il nucleo è morfologicamente apprezzabile e vengono
sintetizzate le proteine ed organizzate le strutture necessarie alla
divisione mitotica che avviene nella successiva fase M
CICLO CELLULARE DELLE CELLULE
EUCARIOTICHE



Fase G1: Dopo la MITOSI, le cellule figlie neoformate
iniziano un periodo di riposo di lunghezza variabile
durante il quale non si attua la sintesi di DNA. Questo
intervallo di tempo è definito come GAP 1 o G1.
Fase S: La fase G1 ha una durata diversa per ogni
tipo di cellula. Ad esso segue una fase di sintesi di
acidi nucleici e in particolare la duplicazione del DNA.
Tale fase è detta di sintesi o Fase S.
Fase G2: Alla fase di sintesi segue un’altra fase di
quiescenza senza divisione cellulare. Durante la quale
il DNA della cellula è doppio. Tale fase è detta GAP 2
o G2. La fase G1, S e G2 si definiscono come interfase
del ciclo cellulare
 Alcune cellule permangono in fase G1 per tutta la loro
esistenza e in tale caso non essendoci mai una fase S ed
un ciclo cellulare si parla di fase G0
 In base al loro ciclo cellulare i tessuti vengono
classificati in:
- Stabili che permangono per anni in fase G1 e
presentano divisione cellulare solo se stimolata da
particolari fattori (es. cellule epatiche)
- Labili: alcune cellule si dividono attivamente, G1 breve,
mentre altre seguono la via del differenziamento
cellulare e poi la morte (es. cellule epiteliali) e
- Perenni: le cellule raggiunta la crescita non si dividono
mai (es. neuroni)
FASE M
La fase M del ciclo cellulare rappresenta la mitosi o divisione
mitotica.
 La mitosi è un processo continuo, senza pause.
 Conduce alla formazione di due cellule figlie
 Si divide in 4 fasi

Una cellula
Due cellule identiche
 Nel corso della divisione cellulare, ciascuno dei
cromosomi si riproduce integralmente. Una copia di
ciascun cromosoma segregherà in ciascuna delle due
cellule figlie che si ottengono al termine della divisione.
DURANTE LA MITOSI:


Ciascun cromosoma si duplica
producendo due copie identiche:
i cromatidi fratelli.
I cromatidi restano associati
mediante il centromero.
• Le copie si separano.
• Ciascuna copia migra
in una cellula
Cromatidi fratelli
Centromero
LA
MITOSI
In biologia, la moltiplicazione
equivale alla divisione !
LE FASI DELLA
MITOSI
• Interfase
• Profase
• Metafase
• Anafase
• Telofase
INTERFASE
• Interfase
•
•
•
•
Profase
Métafase
Anafase
Télofase
• Fase G1
Accrescimento
• Fase S
Accrescimento
Replicazione DNA
• Fase G2
Accrescimento
Ultimi preparativi prima della divisione
INTERFASE G2
 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 cromosomi non sono
ancora riconoscibili come
strutture
distinte
pur
essendosi
già
duplicati
durante la fase S
PROFASE MITOTICA
Durante l’interfase l’insieme dei cromosomi
costituiscono la cromatina nucleare.
 Durante la profase i cromosomi si condensano
assumendo la loro forma tipica e diventano visibili
al M.O.
 Ogni cromosoma è diviso in due subunità dette
Cromatidi
 La membrana nucleare ed i nucleoli scompaiono
 Si ha inoltre la formazione del fuso mitotico a
partire da due coppie di centrioli (precedentemente
duplicatasi); si allontanano verso i due poli della
cellula e organizzano i microtubuli

PROFASE
• Interfase
Formazione del fuso
•
•
•
•
Condensazione della cromatina in
cromosomi
Frammentazione della membrana
del nucleo
Profase
Métafase
Anafase
Télofase
Cromatina
Scomparsa del (o dei) nucleoli.
Fibre del
fuso
Cromosomi
spiralizzati
Nucleolo
Interfase
Profase
PROFASE
• Interfase
•
•
•
•
Profase
Métafase
Anafase
Télofase
Formazione del fuso mitotico
Centrosoma = piccola
struttura costituita da
tubuli proteici situata vicino
al nucleo
Centrosoma
IL CENTROSOMA
•Piccola struttura formata da due
centrioli.
Centrioli
•Ciascun centriolo è costituito da 9
grouppi di 3 tubuli
IL CENTROSOMA
•Nell’interfase, i centrosomi si duplicano.
•Nella profase, i due centrosomi s’allontanano l’uno
dall’altro.
•Le fibre del fuso si organizzano tra i due centrosomi.
• Interfase
•
•
•
•
Profase
Métafase
Anafase
Télofase
Il fuso mitotico
• Interfase
•
•
•
•
Profase
Métafase
Anafase
Télofase
Condensazione dei cromosomi
Centromero
METAFASE
•
•
•
•
•
Interfase
Profase
Metafase
Anafase
Telofase
•I cromatidi (copie di cromosomi) si
ancorano alle fibre del fuso.
•I cromosom si raggruppano al centro
della cellula e formano la piastra
equatoriale.
METAFASE

Negli eucarioti superiori il passaggio dalla profase
alla metafase è segnato dalla scomparsa del nucleo

I cromosomi si spostano verso al porzione mediana
della cellula

Il fuso è completamene formato e i cromosomi sono
disposti all’equatore della cellula

Ogni centromero è collegato a microtubuli diretti
verso i poli opposti della cellula
ANAFASE

Questa fase inizia quando i microtubuli iniziano a
spostarsi verso i poli trascinando i cromatidi

I cromatidi sono quindi localizzati ai poli opposti della
cellula
ANAFASE
•
•
•
•
•
Interfase
Profase
Metafase
Anafase
Telofase
•I cromatidi fratelli (copie di
cromosomi) si separano.
•Le copie vengono trainate dalle
fibre del fuso e migrano alle
estremità della cellula.
METAFASE ED ANAFASE IN
UNA CELLULA DI CIPOLLA
Metafase
Anafase
Telofase
•
•
•
•
•
Interphase
Prophase
Métaphase
Anaphase
Télophase
• I cromosomi si
« despiralizzano » e tornano a
formare la cromatina.
• La membrana del nucleo ed il
nucleolo si riformano.
• Citochinesi:
•La membrana cellulare si contrae
all’equatore della cellula per dividere la
cellula in due (cellule animali).
•Si forma una membrana cellulare ed una
nuova parete all’equatore della cellula
(cellule vegetali).
TELOFASE

Quando il movimento dei cromatidi si è completato
inizia la telofase

I cromatidi despiralizano e i cromosomi diventano
invisibili

Si riforma la membrana nucleare

Il fuso inizia a sparire al momento di transizione
anafase/telofase
CITODIERESI

La citodieresi rappresenta la separazione fisica delle
due cellule figlie

La membrane plasmatica si separa in due

Il solco sulla membrana plasmatica si forma grazie a
microfilamenti localizzati sotto la membrana stessa

Il solco sarà perpendicolare al fuso mitotico (zona
equatoriale)
TELOFASE IN UNA CELLULA DI
CIPOLLA
Parete cellulare in
formazione
Telofase