DNA E RIPRODUZIONE CELLULARE Dott.ssa Carmela Bergamasco Dott.ssa Laura Attanasio Dott.ssa Chiara Gedressi Perchè un elefante genera sempre un elefante, un coccodrillo genera sempre un coccodrillo e un’orchidea genera sempre un’ochidea? Perchè ogni tipo di cellula svolge funzioni vitali specifiche? Quasi tutta l’informazione della vita conosciuta sulla Terra è conservata nel DNA. Il DNA è “la sala comandi” della “macchina- cellula” Deoxyribose Nucleic Acid Il DNA si struttura come una doppia elica Una molecola di DNA è un polimero formato da due catene di monomeri avvolte in modo da generare una doppia elica destrorsa . Watson e Crick,1952 … MA QUALI SONO LE UNITA’ STRUTTURALI DEL DNA? Le unità stutturali del DNA sono i nucleotidi BASE AZOTATA GRUPPO FOSFATO ZUCCHERO Le basi azotate sono 4: -Adenina -Guanina purine, 2 anelli -Timina -citosina pirimidine, 1 anello Legge della complementarietà A-T C-G i NUCLEOTIDI sono formati da : - gruppo fosfato - zucchero deossiribosio - base azotata …dall’elica …al cromosoma…al cariotipo I geni sono tratti di DNA che contengono le istruzioni per le attività cellulari Locus I geni sono detti sequenze codificanti: sono quelle che dirigono la cellula. Esse sono intersperse tra sequenze regolative e sequenze con funzione strutturale meantnfmcosarjthyuyifkfmns bzvcaxqswthyujukbnpyoitjgur yrtefdgvcbxnservejkamnsbeg dfvrttyghjukiolmmilbnvbcvxcs dfergrtdna?gjyiuoljpgkbidhgr tfydhsn meantnfmcosarjthyuyifkf mnsbzvcaxqswthyujukbnpy oitjguryrtefdgvcbxnservej kamnsbegdfvrttyghjukiolm milbnvbcvxcsdfergrtdna?g jyiuoljpgkbidhgrtfydhsn L’insieme dei geni di un organismo costituisce il genoma Dimensioni del Genoma in Megabasi Procarioti Mycoplasma genitali Haemophilus influenzae Escherichia coli 0.58 1.83 4.7 Eucarioti Saccharomyces cerevisiae 13.5 Caenorabditis elegans 100 Drosophila melanogaster 165 Homo sapiens 3300 Duplicazione del DNA Le 2 catene polinucleotidiche della molecola di DNA originario vengono separate,le nuove eliche saranno sintetizzate secondo la legge della complementarietà delle basi. Il risultato è che si hanno 2 molecole di DNA, ciascuna formata da -una catena nucleotidica proveniente dalla molecola di partenza,“vecchia” - una catena nucleotidica neoformata, “nuova” Per questo il modo di riproduzione delle molecole di DNA viene definito DUPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA Le mutazioni sono cambiamenti della sequenza del DNA I mutanti albini Ma perché questi animali presentano tutti la colorazione bianca? NON PRODUCONO MELANINA cute pelo occhi Quale relazione esiste tra una mutazione del DNA e la non produzione di una proteina? IL DNA DIRIGE LA SINTESI PROTEICA!!! E’ il dogma centrale UN GENE UN GENE UNA PROTEINA UN POLIPEPTIDE Quali sono i distretti in cui avvengono questi processi? EUCARIOTI PROCARIOTI Trascrizione Linguaggio DNA Linguaggio RNA traduzione Polipeptide In che modo gli acidi nucleici codificano l’informazione genetica? 1 nucleotide alla volta 41 solo 4 aminoacidi 2 nucleotidi alla volta 42 solo 16 aminoacidi 3 nucleotidi alla volta 43 64 aminoacidi IL CODICE GENETICO E’ DEGENERATO LA TRASCRIZIONE LE TRE FORME DI RNA TRASCRITTO RNA messaggero RNA ribosomialeRNA di trasporto COME AVVIENE LA TRADUZIONE? Le proteine andranno a determinare l’aspetto e le proprietà della cellula e dell’organismo. Trasmissione dell’informazione: divisione cellulare Perchè le cellule si dividono? Per la riparazione Per l’accrescimento Per la riproduzione CICLO CELLULARE Può essere suddiviso in 5 fasi: G1 INTERFASE S G2 DIVISIONE CELLULARE M Citodieresi Interfase (G1 + S + G2) Avviene l’accrescimento cellulare con: • Attività metabolica • Sintesi proteica • Sintesi di DNA G1 (Gap): la cellula è in intensa attività metabolica, aumenta le sue dimensioni, raddoppia gli organuli cellulari e si procura il materiale per la sintesi del DNA S (sintesi): avviene la duplicazione del DNA e delle proteine ad esso associate G2 (Gap): avvengono gli ultimi preparativi per la divisione cellulare: inizia la compattazione del DNA e l’assemblaggio del fuso mitotico Divisione Cellulare (M + Citodieresi) Tale fase comprende: M: il nucleo ed il suo contenuto si dividono (mitosi) e si distribuiscono equamente in 2 nuclei figli Citodieresi: il citoplasma e gli organelli della cellula madre vengono spartiti equamente dalle due cellule figlie neoformate Mitosi 4 fasi fondamentali: 1.Profase 2.Metafase in ciascuna delle quali la cellula utilizza una serie di strutture e di procedure finalizzate alla suddivisione equa del materiale genetico 3.Anafase 4.Telofase 1.Profase I cromosomi spiralizzati diventano visibili al microscopio ottico COMT L’involucro nucleare ed il nucleolo cominciano a frammentarsi per poi sparire Cromatidi fratelli Centromero Si forma l’apparato del fuso 2.Metafase I cromosomi sono allineati all’equatore della cellula I due cinetocori di un cromosoma sono rivolti verso i poli opposti 3.Anafase I centromeri si staccano e i cromatidi si separano I poli della cellula si allontanano 4.Telofase Attorno a ciascuna delle due serie di cromosomi complete ed equivalenti si forma la membrana nucleare I cromosomi despiralizzano Compare il nucleolo Il fuso mitotico scompare Citodieresi Divisione del citoplasma della cellula madre in due cellule figlie Cellula animale Cellula vegetale Nuclei figli fragmoplasto Processo di divisione cellulare che garantisce la conservazione e la distribuzione dello stesso numero di cromosomi da una cellula madre alle due cellule figlie. Questo è garantito dal fatto che il materiale cromosomico si raddoppia una volta e la cellula si divide una volta. Riproduzione sessuale Spermatozoo Cellula uovo n 2n n Fecondazione Da dove si originano e come si formano i gameti 2n CELLULE SOMATICHE E GERMINALI Cellule somatiche Cellule germinali Cellule del corpo Cellule gametiche Mitosi Meiosi Cloni cellulari Cellule con assetto cromosomico dimezzato Meiosi MEIOSI II interfase MEIOSI I Cromosomi omologhi DIPLOIDE APLOIDE COME SI PRESENTA LA CELLULA ALLA FINE DELL’INTERFASE ? Cromosomi omologhi Cromatidio Materno Cellula premeiotica Cromatidio Paterno Cromatidi fratelli MEIOSI I MEIOSI II PROFASE I METAFASE I ANAFASE I TELOFASE I PROFASE II METAFASE II ANAFASE II TELOFASE II MEIOSI I PROFASE I l’involucro nucleare e il nucleolo cominciano a frammentarsi; inizia la formazione del fuso. Coppia di omologhi Omologo Tetrade Punto di scambio Cromosomi ricombinati Cromatidi fratelli i cromosomi omologhi si appaiano mediante il processo di sinapsi; formazione tetrade. scambio di segmenti cromosomici, CROSSING OVER. METAFASE I Allineneamento delle tetradi sul piano equatoriale della cellula ANAFASE I Separazione e migrazione dei cromosomi omologhi verso i due poli della cellula Scioglimento delle tetradi TELOFASE I Si riforma l’involucro nucleare Citodieresi Ciascun cromosoma è ancora costituito da due cromatidi fratelli Cellule aploidi MEIOSI II Profase II I cromosomi si condensano di nuovo Metafase II I cromosomi si allineano in piastra equatoriale Anafase II I cromatidi migrano ai poli opposti Telofase II Si riforma l’involucro nucleare e si ha la citocinesi 4 cellule aploidi MIGRAZIONE DEI CROMOSOMI E DEI CROMATIDI • MEIOSI I : migrazione dei cromosomi omologhi • MEIOSI II : migrazione dei cromatidi fratelli Riproduzione sessuata Fusione di due cellule aploidi GAMETI in una singola cellula diploide ZIGOTE Il processo è la FECONDAZIONE Gametogenesi Maturazione dei gameti a partire da cellule germinali indifferenziate Cellule germinali maschili SPERMATOGONI Cellule germinali femminili OVOGONI La maturazione comporta : • Riduzione del numero cromosomico da diploide (2n) ad aploide (n) • Differenziazione di strutture citoplasmatiche Spermatogenesi I gameti maschili prodotti a livello dei TESTICOLI TUBULI SEMINIFERI situati nei Spermatogoni Primari DIVISIONI MITOTICHE Spermatogoni Secondari Spermatozoi Spermatozoo Acrosoma Testa Nucleo Segmento intermedio Centrioli Mitocondri Microtubuli Coda Ovogenesi OVAIE OVOGONI PRIMARI DIVISIONI MITOTICHE OVOCITI PRIMARI CITOGENESI INEGUALE L’OVOGENESI a differenza della SPERMATOGENESI produce un unico gamete vitale CELLULA UOVO FECONDAZIONE Lo spermatozoo rilascia enzimi dal suo acrosoma allo scopo di penetrare attraverso la zona pellucida che circonda l’ovulo Corona radiata Seconda divisione meiotica sospesa Ovulo Spermatozoo capacitato Zona pellucida Il primo spermatozoo che raggiunge l’ovulo fonde la sua membrana con quella dell’ovocita Nucleo dello spermatozoo Le membrane si fondono Il nucleo dello spermatozoo entra nel citoplasma dell’ovulo Il nucleo dell’ovocita completa la divisione meiotica Ovulo Ovulo Nucleo dello spermatozoo I nuclei dell’ovulo e dello spermatozoo si fondono per formare il nucleo dello zigote 2° corpo polare Zigote Cosa succede se c’è un errore nella meiosi? Ovulo e spermatozoi hanno ciascuno solo 23 cromosomi e la loro unione ripristina il patrimonio genetico di 46 cromosomi. I soggetti Down hanno un cromosoma in più in ogni cellula del loro corpo. 47 CROMOSOMA 21 IN PIU’ Perchè le cellule si dividono? Per la riparazione Per l’accrescimento Per la riproduzione di organismi UNICELLULARI DIVISIONE CELLULARE: Riproduzione di organismi unicellulari Riproduzione di ORGANISMI UNICELLULARI PROCARIOTI ed EUCARIOTI solo EUCARIOTI ASESSUATA SESSUATA MITOSI (scissione binaria o gemmazione) 2n 2n oppure n MEIOSI e FUSIONE (coniugazione) n 2n n n 2n RIPRODUZIONE CELLULARE: Procarioti SCISSIONE BINARIA (riproduzione asessuata) RIPRODUZIONE CELLULARE: Eucarioti Unicellulari (1) Specie diverse di LIEVITI (REGNO DEI FUNGHI): Riproduzione asessuata con uno dei seguenti due tipi di mitosi GEMMAZIONE: poco citoplasma alla cellula figlia FISSIONE BINARIA: uguale quantità di citoplasma tra cellula madre e cellula figlia CICLI VITALI DEI LIEVITI Lieviti che si riproducono per gemmazione SAZI Lieviti che si riproducono per fissione n 2n Gemmazione: mitosi di cellule diploidi Fissione: mitosi di cellule aploidi 2n Sporulazione (meiosi) Coniugazione (fusione) AFFAMATI 2n n Sporulazione (meiosi) n n n n 2n Coniugazione (fusione) RIPRODUZIONE CELLULARE: Eucarioti Unicellulari (2) REGNO DEI PROTISTI: SCISSIONE BINARIA (mitosi) Philum: Ciliati; Genere: Paramecium RIPRODUZIONE ASESSUATA: Eucarioti Pluricellulari MITOSI DI GRUPPI DI CELLULE PIANTE (Stoloni) ANIMALI PRIMITIVI (Gemmazione dell’Idra) ESPERIMENTO: Estrazione del DNA Schiacciare i kiwi, aggiungere sale e detersivo, riscaldare 15 min a 60°C Raffreddare, aggiungere succo di ananas e precipitare il DNA con alcool etilico 95% freddo