LA DIVISIONE CELLULARE:
IL PROCESSO ALLA BASE
DELLA RIPRODUZIONE DEGLI ORGANISMI
OBIETTIVI DELL’UNITA’ DIDATTTICA
 RIPRODUZIONE DEGLI ORGANISMI E DIVISIONE CELLULARE
 FUNZIONI DELLA DIVISIONE CELLULARE NEGLI ORGANISMI
PROCARIOTI
 FUNZIONI DELLA DIVISIONE CELLULARE NEGLI ORGANISMI
EUCARIOTI
 LE FASI DEL CICLO CELLULARE DELLA CELLULA EUCARIOTE
 LA DIVISIONE PER MITOSI DELLA CELLULA EUCARIOTE
 RELAZIONE TRA DIVISIONE CELLULARE INCONTROLLATA E
TUMORI
 LA DIVISIONE PER MEIOSI DELLA CELLULA EUCARIOTE
QUALI SONO LE CARATTERISTICHE DI UN
ORGANISMO VIVENTE?
COSTITUTO DA CELLULE
CICLO VITALE
(NASCE/ CRESCE/ SI RIPRODUCE/ MUORE)
RISPOSTA AGLI STIMOLI
REGOLAZIONE DELL’AMBIENTE INTERNO
 ACQUISIZIONE DI NUTRIENTI ED ENERGIA (METABOLISMO)
LA RIPRODUZIONE
•LA SOPRAVVIVENZA DELLA SPECIE NEL TEMPO AVVIENE PER
TRASMISSIONE DELLE INFORMAZIONI GENETICHE CONTENUTE NEL
DNA
•LA TRASMISSIONE DELLE INFORMAZIONI GENETICHE CONTENUTE
NEL DNA NEL TEMPO AVVIENE GRAZIE ALLA RIPRODUZIONE
•LA CAPACITÀ DI RIPRODURSI È UNA CARATTERISTICA DI TUTTI GLI
ESSERI VIVENTI
•MEDIANTE LA RIPRODUZIONE GLI ORGANISMI VIVENTI GENERANO
NUOVI INDIVIDUI SIMILI
•IL GENE È L'UNITÀ EREDITARIA FONDAMENTALE DEGLI ORGANISMI VIVENTI
•UN GENE CORRISPONDE A UNA PORZIONE DI DNA E CONTIENE LE INFORMAZIONI
NECESSARIE PER LA PRODUZIONE DI UNA PROTEINA.
• I GENI SONO CONTENUTI ED ORGANIZZATI ALL’INTERNO DEI CROMOSOMI
gene a
gene b
OGNI CROMOSOMA
È SEDE
DI CENTINAIA E
MIGLIAIA DI GENI
ALLINEATI!
gene c
gene d
gene e
gene f
gene g
QUALI STRATEGIE DI RIPRODUZIONE?
•RIPRODUZIONE ASESSUTA
•RIPRODUZIONE SESSUATA
CARATTERISTICHE DELLA RIPRODUZIONE ASESSUATA
• FORMAZIONE DI NUOVI INDIVIDUI (DI UN ORGANISMO UNICELLULARE O
PLURICELLULARE) CHE SONO COPIE ESATTE DEL GENITORE (CLONI).
• I FIGLI EREDITANO UNA COPIA DI DNA UGUALE A QUELLA DEL GENITORE (UN SOLO
GENITORE!).
• LA RIPRODUZIONE ASESSUATA È UN PROCESSO "CONSERVATIVO" IN GRADO DI
TRASMETTERE INVARIATO IL PATRIMONIO GENETICO (DNA) AI DISCENDENTI.
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• NON RICHIEDE LA PRESENZA DI UN PARTNER
• NON NECESSITA DI INVESTIMENTO ENERGETICO PER LA RICERCA DI UN PARTNER
• PRODUZIONE DI UN ELEVATO NUMERO DI INDIVIDUI IN POCO TEMPO
• NON FAVORISCE LA CREAZIONE DI VARIABILITA’ GENETICA
•È UNA STRATEGIA DI RIPRODUZIONE VINCENTE QUANDO LE CONDIZIONI
AMBIENTALI RESTANO FAVOREVOLI
IN QUALI ESSERI VIVENTI SI OSSERVA LA RIPRODUZIONE ASESSUATA?
• NEI BATTERI
• NEI FUNGHI E NEI LIEVITI
• NEI PROTISTI
• NELLE PIANTE
• IN ALCUNE SPECIE DI ANIMALI INVERTEBRATI
ESEMPIO 1: I BATTERI (ORGANISMI UNICELLULARI PROCARIOTI) SI RIPRODUCONO MEDIANTE
SCISSIONE BINARIA
ESEMPIO 2: I LIEVITI (ORGANISMI UNICELLULARI EUCARIOTI) POSSONO RIPRODURSI PER
GEMMAZIONE
ESEMPIO 3: L’EUGLENA (ALGA UNICELLULARE) SI RIPRODUCE ASESSUALMENTE
ESEMPIO 4: L’ANIMALE IDRA SI RIPRODUCE ASESSUALMENTE PER GEMMAZIONE
ESEMPIO 5: RIPRODUZIONE ASESSUATA NELLE PIANTE
TUBERI O BULBI
RIPRODUZIONE TRAMITE STOLONI
(es. IN PIANTE DI FRAGOLA)
EMBRIOGENESI SOMATICA
(es. IN PIANTE DEL GENERE KALANCHOE)
CARATTERISTICHE DELLA RIPRODUZIONE SESSUATA
• NELLA RIPRODUZIONE SESSUATA IL
SIMILE NON GENERA ESATTAMENTE
IL SIMILE!!!
• OGNI FIGLIO EREDITA DAI DUE GENITORI UNA COMBINAZIONE ESCLUSIVA DI GENI
ALLA QUALE CORRISPONDE CARATTERI SOMATICI UNICI (A PARTE I GEMELLI IDENTICI)
•LA RIPRODUZIONE SESSUATA È UN PROCESSO IN GRADO DI GENERARE VARIABILITA’
NEL PATRIMONIO GENETICO DEI DISCENDENTI
IN QUALI ESSERI VIVENTI SI OSSERVA LA RIPRODUZIONE SESSUATA?
• NEGLI ANIMALI
• NELLE PIANTE
• MENO FREQUENTE NEI FUNGHI E NEI LIEVITI
• MENO FREQUENTE NEI PROTISTI
 PERCHE’ AVVENGA E’ NECESSARIA LA PRODUZIONE DI CELLULE SESSUALI MASCHILI E
CELLULE SESSUALI FEMMINILI, DETTE GAMETI.
 DURANTE LA FECONDAZIONE I NUCELI DEI GAMETI SI FONDONO E ORIGINANO LO
ZIGOTE DA CUI SI SVILUPPA UN NUOVO INDIVIDUO.
 NECESSITA LA PRESENZA DI DUE PARTNER DI SESSO DIVERSO
 NECESSITA DI INVESTIMENTO ENERGETICO PER LA RICERCA DI UN PARTNER
 FAVORISCE LA CREAZIONE DI VARIABILITA’ GENETICA AD OGNI GENERAZIONE
 FAVORISCE LA SOPRAVVIVENZA DELLA SPECIE GRAZIE ALLA PRODUZIONE DI
INDIVIDUI CAPACI DI RIPRODURSI ANCHE SE LE CONDIZIONI AMBIENTALI SI
MODIFICANO
PRODUZIONE DI UN MINOR NUMERO DI INDIVIDUI RISPETTO ALLA RIPRODUZIONE
ASESSUTA
LA DIVISIONE CELLULARE
PERCHÉ NEGLI ORGANISMI VIVENTI LE CELLULE SI
DIVIDONO?
DIVISIONE CELLULARE E RIPRODUZIONE DELLE CELLULE
“OMNIS CELLULA E CELLULA” (Rudolf Virchow, 1821-1902)
UNA CELLULA PUÒ NASCERE SOLTANTO DA UN’ALTRA CELLULA
in altre parole
LA DIVISIONE CELLULARE È IL PROCESSO CHE PERMETTE IL
PERPETUARSI DELLA VITA
REPLICAZIONE DEL DNA
IL PROBLEMA PRINCIPALE PER
LE CELLULE CHE SONO IN
PROCINTO DI DIVIDERSI E’
QUELLO DI FORNIRE UNA COPIA
ESATTA DEL PROPRIO
PATRIMONIO GENETICO A
CIASCUNA CELLULA FIGLIA
LA DIVISONE CELLULARE NEGLI ORGANISMI PROCARIOTI
IL DNA DI UNA CELLULA PROCARIOTE
Tutti i batteri posseggono una
regione più chiara, in cui è
addensato il cromosoma
batterico
Questa regione prende il nome
di “nucleoide”
Il DNA batterico è organizzato in
un
singolo
cromosoma
circolare.
Inoltre
possono
essere presenti piccole strutture
di DNA che prendono il nome di
plasmidi.
 Manca la membrana nucleare (nucleo)
 Il cromosoma batterico può contenere da 3.000 a 6.000 geni.
 Distesa in tutta la sua lunghezza la molecola di DNA raggiunge
la lunghezza di 1mm.
I plasmidi contengono da 50 a 100 geni
Le informazioni che veicolano non sono essenziali per la
sopravvivenza della cellula
I plasmidi si replicano autonomamente dal cromosoma batterico
La riproduzione nei batteri….
….avviene mediante il processo di scissione binaria
NEI PROCARIOTI LA DIVISIONE CELLULARE
CORRISPONDE ALLA RIPRODUZIONE
DELL’INTERO ORGANISMO
ANCHE NEGLI ORGANISMI UNICELLULARI
EUCARIOTI LA DIVISIONE CELLULARE
CORRISPONDE ALLA RIPRODUZIONE DELL’INTERO
ORGANISMO
(ma il meccanismo di divisione è diverso e più
complesso rispetto a quello dei batteri!)
EUGLENA
(alga unicellulare)
QUALE’ LA FUNZIONE DELLA DIVISONE CELLULARE
NEGLI ORGANISMI PLURICELLULARI?
AUMENTARE IL NUMERO DI CELLULE NEI PERIODI DI
CRESCITA CORPOREA
 SOSTITUIRE CON CELLULE NUOVE E SANE QUELLE VECCHIE
O DANNEGGIATE (di solito, la vita di ogni singola cellula è
molto breve rispetto a quella dell’intero organismo di cui la
cellula fa parte)
Nella cellula eucariote il processo di divisione del materiale genetico
è molto più complesso che nelle cellule procariote
IL DNA DI UNA CELLULA EUCARIOTE
 Una cellula eucariote contiene una quantità maggiore di
DNA rispetto alla cellula procariote. Per esempio il DNA di
una cellula umana è lungo 200 cm e contiene circa 25.000
geni
 Il DNA eucariote è lineare ed è suddiviso in un numero
variabile di cromosomi (quanti sono nell’uomo?)
…
Ogni organismo ha un numero caratteristico di cromosomi
Corredo cromosomico gamberetto
254 cromosomi
Corredo cromosomico cane
78 cromosomi
Corredo cromosomico uomo
46 cromosomi
Il numero di cromosomi di un organismo è correlato alla sua
complessità strutturale?
Ogni organismo ha un numero caratteristico di cromosomi
IL NUMERO DI CROMOSOMI IDENTIFICA UNA SPECIE?
Homo sapiens 2n=46
Ligustrum vulgare 2n=46
???
Specie diverse possono avere un numero di cromosomi uguale
Ciò che distingue una specie da un’altra è il patrimonio di geni!
IL DNA DI UNA CELLULA EUCARIOTE
…
La grande quantità di DNA che costituisce i cromosomi è
resa compatta dall’associazione con proteine (gli istoni) a
formare fibre di cromatina.
Le fibre di cromatina possono essere ulteriormente
impachettate in livelli superiori di ripiegamento raggiungendo
la forma di cromosomi altamente condensati visibili
durante la divisone cellulare.
•I singoli cromosomi diventano visibili microscopio, come
strutture distinte, solo quando la cellula si prepara alla divisione.
LM 600
LM 600
•Se una cellula non si sta dividendo, i cromosomi si presentano
sotto forma di una massa diffusa di filamenti molto lunghi e sottili
di cromatina (DNA+ proteine).
in questo nucleo di una cellula che si prepara alla
divisione si può osservare la cromatina che si sta
condensando rendendo visibili i cromosomi
RELAZIONE TRA STRUTTURA E FUNZIONE DELLA CROMATINA
LM 600
Cromatina altamente
condensata
(eterocromatina): non
viene sintetizzato l’RNA
Cromatina poco
condensata
(eucromatina):
viene sintetizzato l’RNA
DNA + proteine (istoni) = CROMATINA
Breve regione di
dna a doppia elica
Fibra di cromatina a collana di
perle (nucleosomi)
Fibra di cromatina
formata da nucleosomi
impachettati
I nucleosomi impachettati
si organizzano in anse
Le anse di cromatina si
impacchettano
Cromosoma
altamente condensato
I cromosomi degli eucarioti si duplicano prima di ogni divisione
cellulare
I cromosomi si trovano per la maggior parte del tempo
sottoforma di una massa diffusa di fibre di cromatina non
impachettate
braccio
centromero
Quando la cellula si prepara per la divisione
la cromatina si spiralizza compattandosi e
formando cromosomi ben definiti
braccio
Cromatidi fratelli
– Prima di dividersi, la cellula duplica
i suoi cromosomi, formando due
cromatidi fratelli (copie dentiche
che contengono gli stessi geni).
Centromero
TEM 36 000
– I due cromatidi fratelli sono uniti
in corrispondenza di una regione
chiamata centromero.
– Quando la cellula si divide, i
cromatidi fratelli di uno stesso
cromosoma duplicato si
separano l’uno dall’altro.
Duplicazione
del cromosoma
Centromero
– Ciascun cromatidio migra in
una delle due cellule figlie.
– Il risultato è che ogni cellula
figlia riceve una serie completa
Figura 8.4C
e identica di cromosomi.
Cromatidi
fratelli
I cromatidi
si distribuiscono
alle cellule figlie
La duplicazione di un cromosoma e la distribuzione dei cromosomi
alle cellule figlie
Un cromosoma
Due cromosomi
un cromosoma
formato da
2 cromatidi fratelli
Alle cellule figlie
LA DIVISIONE CELLULARE
DUPLICAZIONE DEL GENOMA E
ACCRESCIMENTO
SEGREGAZIONE DELLE DUE COPIE DEL
GENOMA ALLE CELLULE FIGLIE
SEPARAZIONE DELLE CELLULE FIGLIE)