Divisione cellulare: meccanismi nei procarioti e eucarioti

Divisione Cellulare

DIVISIONE CELLULARE: processo nel quale la cellula madre genera cellule figlie con Los tesso patrimonio genetico

Le funzioni possonoessere:

• Rinnovamento cellulare
• Formazione di un nuovo organismo (riproduzione)

Divisione Cellulare nei Procarioti

Gli organismi unicellulari più semplici, i procarioti, si dividono per scissione binaria La cellula aumenta di dimensioni; Replica il DNA; Si divide formando una strozzatura dalla quale da vita a due cellule figlie. Il cromosoma batterico, circolare ed associato alla membrana plasmatica, si replica e le due nuove molecole di DNA si separano l'una dall'altra mentre la cellula si allunga. Presente una regione ORI (origine) dalla quale inizia grazie all'azione dei particolari enzimi il processo di duplicazione del DNA Alla fine nella zona equatoriale della cellula si forma una strozzatura che progressivamente si accentuerà fino a scindere la cellula nelle due cellule figlie, che saranno identiche tra loro e identiche alla cellula madre.

C Parete batterica Membrana plasmatica Citoplasma DNA Avviene la replicazione del DNA

C I due genomi si allontanano, la cellula si allunga e si incomincia a vedere una strozzatura: inizio della scissione nella zona centrale

C La scissione è terminata: si sono formate le due cellule figlie

Divisione Cellulare negli Eucarioti: Ciclo Cellulare

Avendo una composizione più complessa gli eucarioti presentano un ciclo cellulare che ha come compito fondamentale la duplicazione accurata del DNA cellulare e la distribuzione precisa delle 2 copie in 2 cellule figlie geneticamente identiche.

Perché si riproducono?

PERCHE' SI RIPRODUCONO? Stimolo dall'ambiente che "attiva" le molecole

• Nelle specie unicellulari, come ad esempio i batteri e i lieviti, ciascuna divisione cellulare produce un nuovo organismo completo.
• Nelle specie multicellulari lunghe e complesse sequenze di divisioni cellulari sono necessarie per produrre un organismo funzionante.
• Anche nel corpo adulto, la divisione cellulare è di solito necessaria per sostituire le cellule che muoiono.

Il ciclo cellulare si divide in due fasi principali:

• INTERFASE (fase preparatoria alla divisione cellulare)
• MITOSI (divisione cellulare vera e propria dalla quale ne vengono generate altre)INTERFASE

Fasi dell'Interfase

1. FASE G1 (sintesi delle biomolecole); inizia la preparazione di strutture utili per il funzionamento della futura cellula La cellula continua a crescere ed effettua un monitoraggio dell'ambiente interno ed esterno per accertarsi che le condizioni siano adatte e i preparativi terminati prima di impegnarsi nel pesante compito della fase S o della mitosi.
2. FASE S (sintesi del materiale genetico): aumenta la quantità di DNA (la cellule cresce) questo viene replicato
3. FASE G2 (preparazione alla vera e propria divisione): assembra per dividersi filamenti e microtubuli; inizia la produzione di proteine attive per la divisione; controllo DNA duplicato Le fasi G sono necessarie per la crescita cellulare e la duplicazione degli organelli citoplasmatici
4. FASE M: avviene la divisione del nucleo e la separazione delle 2 cellule figlie (citochinesi)

Ogni passaggio di fase è controllato da punti di controllo (proteine- chinasi ciclina dipendente, che si assicurano il buon funzionamento dei processi e in caso contrario bloccano)

Cromosomi Umani e Cariogramma

I CRMOSOMI UMANI, IL CARIOGRAMMA Il corredo cromosomico o cariotipo umano, contenuto in ciascuna cellula somatica del singolo individuo, consiste di 46 cromosomi, suddivisi in 23 coppie di omologhi (corredo diploide)

Coppia al omologhi 4 Coppia di omologhi 5 Prendiamo per esempio 2 coppie di omologhi:

• O+
• 13 14 15 14 17 18 88
• 4 5 10 21 12 -

Dei 46 cromosomi: 44 autosomi e 2 cromosomi sessuali: Femmina: coppia di omologhi: XX Maschio: 2 cromosomi parzialmente omologhi: XY

Cromosoma 4 materno Cromosoma 4 paterno Cromosoma 4 materno composto da 2 cromatidi fratelli Cromosoma 4 paterno composto da 2 cromatidi fratelli O+ V La mitosi è preceduta dalla fase di sintesi del DNA quindi una cellula entra in mitosi con un patrimonio genetico duplicato, dove ciascun cromosoma è formato da 2 cromatidi fratelli sintesi Cromosoma 5 materno Cromosoma 5 paterno Cromosoma 5 paterno composto da 2 cromatidi fratelli Cromosoma 5 materno composto da 2 cromatidi fratelli Dopo la fase di sintesi del DNA la cellule ha un patrimonio genetico duplicato (ciascun cromosoma è formato da 2 cromatici fratelli) ed è quindi pronta per entrare in mitosiIL DNA si condensa (impacchetta) sotto forma di CROMATINA, grazie ad essa si evita la formazione di nodi= gruppi di proteine corredate da DNA (istoni)

La Mitosi

LA MITOSI: Momento di effettiva divisione cellulare A ciò segue la citochinesi, che riguarda la divisione della cellula. Il materiale genetico entra in fase M già duplicato precedentemente (4n- durante la meiosi- 2n 2n= 2 cellule diploidi con coppie di 23 cromosomi)

Cromosomi O Contromerii S G2 CICLO PROFASE PROMETAFASE INTERFASE da 1 giorno a oltre un anno 1 ora DIVISIONE MITOSI ANAFASE TELOFASE CELLU LULARE CITOCHINESI + G-

Fasi della Mitosi

1. PROFASE: - CAMBIAMENTI CITOPLASMATICI: portano allo sviluppo del fuso mitotico (formato da microtubuli) - I CENTRIOLI (già duplicati nell'interesse) si separano e si muovono ai lati opposti del nucleo, dove servono da poli del fuso mitotico, che inizia a formarsi durante la fine della profase - Avviene la demolizione dell'involucro nucleare (poiché il materiale genetico deve entrare) - Avviene la condensazione dei cromosomi (la cromatina si compatta): ciascuno consiste di 2 cromatici fratelli tenuti insieme a livello del centroemero a cui si legano le proteine che formano il cinetocore a cui si attaccheranno i microtubuli del fuso IL CENTRIOLO: è un organello cellulare con struttura cilindrica cava la cui parete è formata da nove triplette di microtubuli (uno dei filamenti del citoscheletro) con appendici distali. I centrioli si trovano in coppia e solitamente sono disposti tra di loro a formare un angolo retto e assieme ad un materiale elettrondenso che li circonda, chiamato "materiale pericentriolare" (PCM) costituiscono il "centro organizzatore dei microtubuli" (MTOC) della cellula. Essi sono importanti per l'assemblaggio del fuso mitotico.
2. PROMETAFASE La membrana si frammenta formando definitivamente il fuso mitotico- compaiono i microtubuli= contengono cinetocori (proteine associate al cromosoma che aiutano ad attaccasi al fuso) I microtubuli del fuso mitotico si attaccano ai cinetocori dei cromosomi condensati. I cinetocori dei cromatidi fratelli sono disposti su lati opposti del cromosoma e si attaccano quindi ai microtubuli che si irradiano da poli opposti del fuso. METAFASE 3Il cinetocore è una placca formata da varie proteine disposte a livello del centromero. Ogni cromatidio fratello ha un cinetocore e le due strutture sono disposte sulle facce opposte dei cromosomi. Il fuso mitotico è formato da diversi tipi di microtubuli: . Fibre del cinetocore: interagiscono con i cromosomi, solo un cinetocore alla volta è orientato verso un polo del fuso · Fibre astrali: dal polo verso la membrana: per allungare il fuso · Fibre interpolari: da un polo verso la zona equatoriale per allontanare i poli PROMETAFASE Fibre interpolari + + Fibre del cinetocore Fibre astrali
3. METAFASE I cromosomi vengono allineati sulla piastra metafisica al centro del fuso (Questo è il momento migliore per osservare la forma e la dimensione del cromosoma) - la cellula ha ancora i cromosomi 4n da separare polo del fuso 0 vescicole di involucro nucleare cromosomi allineati sulla piastra metafasica a metà strada fra i poli D microtubulo del cinetocore microtubulo polare polo del fuso
4. ANAFASE- AVVIENE LA SEPARAZIONE DEL CENTROMERO Avviene la rottura dei legami tra cromatidi fratelli che in seguito si separano e si muovono a poli opposti del fuso. - si formano i cromosomi figli (cromatidi separati) - Si deve formare la strozzatura per separarli Nella cellula animale ciò avviene Nella cellula vegetale vengono prodotte vescicole di cellulosa che unendosi formano una nuova parete (citodieresi) i microtubuli del cinetocore si accorciano mentre i cromosomi sono tirati verso il polo 0 microtubulo polare che si allunga 0 microtubulo del cinetocore che si accorcia microtubulo astrale la separazione fra i poli aumenta
5. TELOFASE I nuclei si riformano I cromosomi si decondensano cromosomi che si condensano senza i microtubuli del cinetocore 0 0 microtubuli polari 0 involucro nucleare che si riforma intorno ai singoli cromosomi
6. CITOCINESI inizia in genere durante la fine dell'anafase, è quasi completa alla fine della telofase e porta alla formazione di due cellule figlie interfasiche. La citocinesi e mediata da un anello contrattile di filamenti di carina e miosina II che si forma sotto la membrana plasmatica. La posizione dell'anello è determinata dalla posizione del fuso e la cellula viene divisa lungo un nucleolo che riappare piano che passa attraverso la piastra metafasica perpendicolare al fuso. involucro nucleare completo che circonda i cromosomi in decondensazione corpo intermedio: regione di sovrapposizione dei microtubuli anello contrattile che crea il solco di segmentazione resti dei microtubuli polari del fuso la coppia dei centrioli segna la posizione del centrosoma

La Meiosi

LA MEIOSI Il corredo cromosomico (o cariotipo umano), contenuto in ciascuna cellula somatica del singolo individuo, consiste di 46 cromosomi, suddivisi in 23 coppie di omologhi. Questo è il corredo diploide. In realtà non tutte le cellule del nostro organismo hanno 46 cromosomi ma ci sono delle cellule che sono i gameti, in particolare i gameti maturi (ovuli e spermatozoi), che hanno un corredo cromosomico dimezzato, cioè non hanno 23 coppie ma hanno 23 cromosomi e questo è il corredo aploide. Alla fecondazione l'unione dei due gameti ristabilisce il numero diploide dei cromosomi: lo zigote avrà un set paterno e uno materno. Nei gameti maturi il corredo cromosomico è dimezzato:

1 Dei 46 cromosomi: 44 autosomi e 2 cromosomi sessuali:

23 cromosomi: 7 12 un rappresentante per ciascuna coppia di omologhi: 13 16 17 88 88 1 19 20 XXY Femmina: coppia di omologhi: XX Maschio: 2 cromosomi parzialmente omologhi: Xy corredo aploide riformazione della disposizione interfasica dei microtubuli nucleati da centrosoma