Il ciclo cellulare: riproduzione, classificazione e cromosomi

IL CICLO CELLULARE

Definizione: una cellula si riproduce portando a compimento una serie ordinata di eventi, che comportano la duplicazione del suo contenuto. Le cellule possono essere classificate in base alla loro capacità di crescere e di dividersi

• Cellule che hanno perso la capacità di dividersi (cellule neuronali, muscolari, globuli rossi)
• Cellule che normalmente non si dividono ma che possono essere indotte a dividersi (cellule epatiche)
• Cellule che normalmente hanno una elevata capacità di dividersi (cellule epiteliali, cellule staminali)A O VIVE B C A C B SI DIVIDE C E D A SI DIFFERENZIA B C G F C MUORE cellula in apoptosi

Segnali Extracellulari e Divisione Cellulare

La cellula animale subisce l'effetto di un ampia gamma di segnali extracellulari Molte combinazioni di un numero relativamente piccolo di molecole segnaleDivisione cellulare

Fasi del Ciclo Cellulare

Fase Gap 2 M Fase Gap 1 G2 2 G1 1 S Sintesi del DNA interfaseM

Fase G0: Quiescenza e Differenziamento

STOP G2 G1 1 G 0 S GO La cellula può passare da G1 a GO (fase di quiescenza in risposta a specifici segnali come l'inibizione da contatto)M STOP G2 G1 1 DIFFERENZIAMENTO S La cellula può passare da G1 a GO (fase di quiescenza o di differenziamento)G2

Fase G1 o Presintetica

M G1 S FASE G o presintetica · La più variabile in durata; durante questa fase la cellula acquisisce il potenziale necessario per la sintesi del DNA · La cellula può decidere per 3 opzioni: - Continuare nel ciclo e dividersi - Fermare in maniera definitiva la divisione cellulare (es. neuroni) - Diventare quiescente (Go) in maniera reversibile (es. Cellule staminali sistema immunitario)Fase S

Fase S: Duplicazione DNA e Centrioli

· duplicazione del DNA e degli istoni · Duplicazione dei centrioli M G2 G1 SM

Fase G2: Preparazione alla Mitosi

G2 G1 S FASE G2 · Preparazione alla condensazione dei cromosomi e alla mitosi · Durante questa fase avviene la sintesi della tubulina, proteina necessaria per l'assemblaggio del fuso mitoticoFase M

Fase M: Mitosi e Citochinesi

M G2 G1 S · Mitosi: divisione del nucleo · Citochinesi: divisione del citoplasma ·La mitosi è un divisione equazionale .Le due cellule figlie generate sono geneticamente uguali fra di loro e geneticamente uguali alla cellula madre

IL CARIOTIPO: Assetto Cromosomico Umano

IL CARIOTIPO: assetto cromosomico tipico di una specie Il cariotipo nell'uomo è caratterizzato da 23 coppie di cromosomi omologhi: 22 coppie di autosomi e 2 cromosomi sessuali X o Y XX 8K XX 1 2 3 4 5 8K XR XX XX XX XX 9 10 11 XX 12 6 7 8 XX 16 xx 17 18 13 14 15 xx xx 19 20 21 xx 22 8 x A Y

CROMOSOMI OMOLOGHI: Struttura e Origine

I CROMOSOMI OMOLOGHI sono coppie di cromosomi presenti nelle cellule diploidi (2n) che condividono le stesse dimensioni, forma e disposizione dei geni, ma possono differire nelle varianti alleliche (cioè le versioni dei geni). ·Uno dei cromosomi omologhi proviene dal genitore materno e l'altro dal genitore paterno. ·Sebbene abbiano gli stessi loci genici, i cromosomi omologhi non sono copie identiche, poiché ciascun cromosoma può contenere alleli diversi per lo stesso gene. Questa è una coppia di cromosomi 1 Questa è una coppia di cromosomi 3 1m1p 3m 3p

I CROMOSOMI OMOLOGHI: Autosomi e Sessuali

I CROMOSOMI OMOLOGHI Autosomi (22) 1m1p 2m 2p 3m 3p 22m 22p Xm Yp oppure C 1 2 3 4 5 X 6 7 8 9 10 11 12 " DE 13 14 15 16 17 18 × × 19 K · 20 21 22 Y Cromosomi sessuali (2) X e Y 28 22 x C Xm Xp ·DNA originale

Replicazione del DNA

5' 3' 3' 5' A DNA di partenza -CG- -TA- -CG- -TA- -CG- -GC- -TA. -AT- -GC- FAT- -CG- -GC- -TA- FC G- -C GH -T A- IT A- -C G- -C G- -T A- -TA- -C G- -C G- -G C- -G C- -T A- + -TA- FA T- -A T- -GC -G C- -A T- -A T- -C G- -C G- -GC- FG C- -T A- -TA- I prodotti della replicazione

Nucleo Interfasico e Cromosoma Mitotico

M G2 Nucleo INTERFASICO CROMOSOMA MITOTICO G1 S RER G M E Nu H Nu-nucleus, E-euchromatin, H-heterochromatin, M- mitochondria, RER-rough endoplasmic reticulum, G-golgi complex 1 um

Cromosoma Duplicato e Separazione Cromatidi

cromosoma DNA originale Cromosoma duplicato costituito da due cromatidi fratelli M G2 G1 S Duplicazione del cromosoma centromer Centomers Separazione dei cromatidi fratelli Distribuzione dei nuovi cromosomi alle cellule figlie Cromatidi fratelli 0,5 um

Nucleol e Plasmatina

Nucleol M G2 G1 plas S matina

Mitosi e Duplicazione DNA

M G2 G1 S MITOSI 2n Fase S Duplicazione DNA 1m 1p W 1m 1p 1m 1p 2n 2n 1m 1p Osserviamo il cromosoma 1 1m e 1p sono una coppia di cromosomi omologhi

INTERFASE: Centrosomi e Cromosomi

INTERFASE Due centrosomi con una coppia di centrioli Membrana plasmatica Ogni cromosoma e ogni coppia di centrioli si è duplicata durante la fase S !!!! A Involucro nucleare Cromatina Nucleolo INTERFASE Becker, Kleinsmith, Jardin, Bertoni, Il mondo della cellula C 2009 Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A

Le Sottofasi della Mitosi

LE SOTTOFASI DELLA MITOSI M: PROFASE-METAFASE-ANAFASE-TELOFASE

PROFASE: Fuso Mitotico e Cromosomi

PROFASE Microtubuli (MT) che formano il fuso mitotico Un cromosoma formato da due cromatidi fratelli Aster ro e Centromero Nucleolo che sta scomparendo PROFASE Becker, Kleinsmith, Jardin, Bertoni, Il mondo della cellula C 2009 Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A

METAFASE: Allineamento sulla Piastra

METAFASE Piastra metafasica Fuso mitotico 1 MT polare MT del cinetocore METAFASE Becker, Kleinsmith, Jardin, Bertoni, Il mondo della cellula C 2009 Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A

ANAFASE: Separazione dei Cromosomi Figli

ANAFASE Cromosomi figli S d ANAFASE Becker, Kleinsmith, Jardin, Bertoni, Il mondo della cellula C 2009 Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A

TELOFASE E CITOCINESI: Formazione Cellule Figlie

TELOFASE E CITOCINESI Formazione dell'involucro nucleare Nucleolo che si sta riformando Solco di divisione Cromosomi decondensati 25 pm TELOFASE E CITOCINESI Becker, Kleinsmith, Jardin, Bertoni, Il mondo della cellula C 2009 Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A

APOPTOSI: Morte Cellulare Programmata

APOPTOSI: morte cellulare programmata, in cui la cellula risponde a determinati segnali iniziando una risposta che porta alla sua morte. La morte per apoptosi è caratterizzata dal compattarsi della cellula e del suo nucleo, da una precisa frammentazione della cromatina da parte di una particolare endonucleasi che taglia il DNA e dalla rapida fagocitosi della cellula morente ESEMPIO di APOPTOSI: SCOMPARSA DEL TESSUTO MEMBRANOSO TRA LE DITA DURANTE LO SVILUPPO EMBRIONALE

TUMORI: Proliferazione Cellulare Incontrollata

TUMORI ·In presenza di un'alterazione dei meccanismi di controllo del ciclo cellulare si può avere una proliferazione cellulare incontrollata che da' origine ad un tumore Cellule normali l'inibizione da contatto Cellule tumorali Proliferazione cellulare Cellule diventano quiescenti Proliferazione cellulare Cellule continuano a proliferareM

Fase G0 e Segnali di Quiescenza

STOP G2 G1 1 G 0 S GO La cellula può passare da G1 a GO (fase di quiescenza in risposta a specifici segnali come l'inibizione da contatto)

MEIOSI E CICLO VITALE

MEIOSI E CICLO VITALE La meiosi determina un dimezzamento del nº di cromosomi e porta alla formazione dei gameti maschili e femminili. La meiosi è riscontrabile esclusivamente negli eucarioti a riproduzione sessuata con numero diploide di cromosomi. I prodotti della meiosi si differenziano dalle cellule parentali sia per l'informazione contenuta nel DNA sia per la quantità di DNA Solo le cellule germinali compiono meiosi

Cromosoma Duplicato e Meiosi

cromosoma Cromosoma duplicato costituito da due cromatidi fratelli M G2 G1 S Duplicazione del cromosoma centromer Centomers Separazione dei cromatidi fratelli Distribuzione dei nuovi cromosomi alle cellule figlie Cromatidi fratelli 0,5 um

Cromosomi Omologhi e Gameti

I CROMOSOMI OMOLOGHI Autosomi (22) 1m1p 2m 2p 3m 3p 22m 22p Xm Yp oppure C 1 2 3 4 5 X 6 7 8 9 10 11 12 " DE 13 14 15 16 17 18 × × 19 K · 20 21 22 Y Cromosomi sessuali (2) X e Y 28 22 x C Xm Xp ·Gameti aploidi n=23

Ciclo Vitale Umano

Ciclo vitale Adulto diploide 2n=46 Aploide (n) Gameti aploidi (n = 23) Diploide (2n) Cellula uovo (n) Spermatozoo (n) Meiosi Fecondazione Ovaia Testicolo Zigote diploide (2n = 46) Mitosi e sviluppo Adulti pluricellulari diploidi (2n = 46) Zigote 2n=46

Corredo Cromosomico nell'Uomo

Nell'UOMO I gameti sono aploidi= n hanno 23 cromosomi Le cellule somatiche sono diploidi=2n hanno 46 cromosomi T Gameti 1 MEIOSI FECONDAZIONE Zigote 27 2n Mitosi Organismo pluricellulare diploide (a) Animali

Mitosi e Cromosomi Omologhi

M G2 G1 S MITOSI 2n Fase S Duplicazione DNA 1m 1p W 1m 1p 1m 1p 2n Osserviamo il cromosoma 1 1m 1p 1m e 1p sono cromosomi omologhi 2n

Meiosi I e Meiosi II

MEIOSI II equazionale - 1 1 1 n n n 2n Tetrade crossing-over Osserviamo il cromosoma 1 1 1 1 n n n MEIOSI I riduzionale Fase S Duplicazione DNA 1m 1p 1m 1p

Meiosi I: Separazione Cromosomi Omologhi

Meiosi I riduzionale: separa i cromosomi omologhi Interfase profase I metafase I anafase I chiasmi centrosomi fuso Microtubuli el cinetocore Plastra metafasica I cromatidi fratelli restano uniti 5 Involucro nucleare cromatina Cromatidi fratelli tetrade Centromero (con cinetocore] Il DNA cromosomico si duplica I cromosomi omologhi si appaiano e si scambiano segmenti: crossing- over Le tetradi si allineano I cromosomi omologhi si separano Le coppie di omologhi si separano

Meiosi II: Separazione Cromatidi Fratelli

Meiosi II equazionale: separa i cromatidi fratelli telofase I e citochinesi profase II metafase II anafase II telofase II e citochinesi Solo di scissione e I cromatidi fratelli si dividono 4 cellule figlie aploidi I divisione: si formano due cellule aploidi; I cromosomi sono ancora costituiti da due cromatidi Nel corso di un' quattro cellule fig aploidi, divi cellulare, cromatidi frat enti cromosomi singoli se si formano

Formazione dei Gameti

Formazione dei gameti Meiosi I SPERMATOCITA (2n) Spermatogenesi 74 giorni Meiosi II C SPERMATIDI SPERMATOZOI (aploidi, n) (Aploidi, n) OOCITA (2n) Globuli polari (aploidi) Cellula UOVO (aploide, n) (b) Formazione dei gameti nella femmina citocinesi diseguale:OVOGONIO

OVOGENESI e SPERMATOGENESI

Mitosi 2-5 mese vita intrauterina A B OVOGENESI ovogonio (2n) SPERMATOGENESI spermatogonio (2n) Arrestato in Profse I (5-7 mese vita intrauterina) MEIOSI SPERMATOCITA PRIMARIO (2n) (I divisione) RIDUZIONALE Pubertà OVOCITA SECONDARIO (n) GLOBULO POLARE SPERMATOCITA SECONDARIO (n) (Il divisione) EQUAZIONALE CELLULA UOVO (n) SPERMATIDI (n) In totale dai 400 ai 500 ovociti maturi GLOBULI POLARI SPERMIOISTOGENESI SPERMATOZOI OVOCITA PRIMARIO (2n)

Sviluppo dell'Ovocita Primario

Nell'ovogenesi, inizialmente, una cellula chiamata ovogonio, tra il secondo e il quinto mese di vita intrauterina fetale, va incontro a divisione mitotica, proliferando. Tra il quinto e il settimo mese gli ovogoni entrano nella Profase I meiotica dando origine a un ovocita primario. Gli Ovociti primari rimarranno in Profase I, non completando la loro prima divisione meiotica, fino al raggiungimento della pubertà. Nell'uomo gli oociti primari aumentano la loro dimensione quasi di 100 volte.

Corredo Cromosomico e Processo di Formazione Gameti

Tipo di cellula Corredo cromosomico Processo Completamento del processo Oogonio diploide (2n) Mitosi Terzo trimestre (si formano gli oociti) Oocita primario diploide (2n) Prima divisione meiotica Profase I fino alla pubertà Oocita secondario aploide (n) Seconda divisione meiotica Ferma in metafase II fino alla fecondazione Cellula uovo aploide (n) Il gamete si ha solo dopo la fecondazione