Divisione cellulare e cromosomi

Didascalia alternativa:

della cellula eucariotica, definito ciclo cellulare, è suddiviso in quattro fasi distinte: G₁, S, G2 ed M. Le prime tre fasi costituiscono l'interfase (= Periodo precedente alla divisione cellulare) o G₁ = La cellula raddoppia le proprie dimensioni e produce nuovi organelli e gli enzimi necessari alla duplicazione del DNA. ○ S = Si ha la replicazione del DNA. o G₂ La cellula continua a crescere e a formare nuovi = organelli, in vista della successiva divisione. Nel quarto stadio M (mitosi), invece, si verifica la divisione cellulare. O G₁ Citodieresi 3 Telofase G₁ [cescita) Anafase M Metafase Interfase Mitosi Prometafase Profase S Icescita e duplicazione del DNA] G₂ (cescita e preparazione finale alla divisione) 2 → Il controllo del ciclo cellulare: Chinasi ciclina-dipendenti (Cdk) Le chinasi sono enzimi che possono essere attivati dalla fosforilazione, che permettono l'innesco della fase S e della fase M (mitosi). Le Cdk non sempre sono attive, ma vengono a loro volta attivate da molecole dette "cicline". La fase S e la mitosi sono attivate da specifiche cicline che differiscono nei diversi organismi. La mitosi, inoltre, può essere indotta anche da fattori esterni, come molti ormoni o fattori di crescita. ▪ La fosforilazione determina un cambiamento nella conformazione della proteina, che in tal modo può essere attivata o inattivata. → La fase Go Le cellule che non si dividono, nella maggior parte dei casi rimangono bloccate nella fase G₁, che in questo caso è generalmente indicata come fase Go e può essere temporanea o permanente. Es. Neuroni → Necrosi e Apoptosi La morte di una cellula si può verificare in seguito a due processi: ▪ La necrosi: Si verifica quando una parte delle cellule che formano un tessuto muore per un processo patologico, perché colpita da infezioni o per una mancanza di ossigeno. L'apoptosi: Morte cellulare programmata geneticamente, in base a esigenze fisiologiche o di sviluppo. (= Processo di autodistruzione cellulare) . Il cromosoma eucariote Il DNA degli eucarioti è sempre associato a proteine di vario tipo, e il complesso formato da DNA e proteine è detto cromatina. Un cromosoma è una lunga molecola di DNA, associata a specifiche proteine, più o meno spiralizzata e avvolta su se stessa. ○ Le proteine più abbondanti sono gli istoni, piccole proteica carica positivamente (basiche) che si legano al DNA carico negativamente. o Il DNA si avvolge intorno a gruppi di otto istoni, formando i nucleosomi, le unità base della cromatina. Fra due nucleosomi si trova un'altra molecola istone, che serve ad avvicinare i due nucleosomi successivi, compattando la struttura. (Oltre agli istoni, al DNA sono associate anche altre proteine di vario genere) La funzione degli istoni, dunque, è quella di avvolgere e compattare i lunghi filamenti di DNA in modo da poterli contenere nel ristretto spazio nucleare. Cromosoma Cromatidi Fibra di cromatina Centromero DNA Solenoidi Nucleosomi Istoni → Il numero di cromosomi presenti nel nucleo delle cellule degli organismi appartenenti alla stessa specie è caratteristico e costante. → Il numero di cromosomi presenti nelle cellule di un organismo è uguale per tutte le cellule tranne quelle riproduttive, che, negli organismi a riproduzione sessuata, contengono un numero dimezzato di cromosomi. . La mitosi La mitosi è il processo tramite il quale il nucleo di una cellula eucariote si divide, dando origine a due nuclei figli, ciascuno dotato di una serie completa di cromosomi. →Alla divisione del nucleo segue generalmente (ma non necessariamente) la divisione citoplasmatica, indicata come citodieresi. o All'inizio della mitosi i cromosomi, che durante l'interfase appaiono come un ammasso di cromatina indifferenziata, si condensano e iniziano a presentarsi come corpuscoli corti e tozzi. o Ogni cromosoma di una cellula che entra in mitosi è costituito da due filamenti di DNA identici, chiamati cromatidi fratelli; i cromatidi sono uniti in una regione chiamata "centromero", mentre le estremità dei cromosomi sono indicate "telomeri". Telomeri Centromero Cromatidi fratelli Telomeri 4 Un cromosoma Un cromosoma dopo la duplicazione del DNA → Durante la fase G₁ ogni cromosoma è formato da una singola molecola di DNA associata a proteine; nella fase S il DNA si replica: le due molecole rimangono unite e vengono indicate come cromatidi. I due cromosomi sono perfettamente identici e hanno lo stesso contenuto di informazioni; il cromosoma a filamento singolo presente nella cellula appena divisa è quindi perfettamente analogo al cromosoma formato da due cromatidi che si può osservare nella cellula in divisione. La mitosi si suddivide in quattro fasi: o Profase: Il DNA si spiralizza e si condensa, la membrana nucleare si dissolve e i nucleotidi diventano poco visibili o scompaiono. Nel citoplasma i due centrosomi iniziano a migrare verso i due poli opposti della cellula, dando origine al fuso mitotico, un insieme di fibre costituito da microtubuli, che attraversa tutta la cellula. Dai centrioli si dirama anche un insieme di microtubuli che formano l'aster. o Metafase: I cromosomi si allineano sul piano equatoriale della cellula dando origine alla piastra metafasica. o Anafase: I centromeri si dividono in due e i due cromosomi fratelli di ogni cromosoma si separano migrando verso i poli opposti della cellula. o Telofase: Il fuso gradualmente scompare; i cromatidi, ormai divenuti i nuovi cromosomi delle due cellule figlie, si despiralizzano. Si riforma la membrana nucleare e ricompare il nucleolo. MITOSI Coppia di centrioli Citoplasma Aster. Membrana nucleare Profase Metafase Interfase Piano equatoriale della cellula Cromatina Membrana cellulare Frammenti di membrana nucleare Formazione della membrana nucleare Cromosomi despiralizzati Joob Teor Anafase (Y 380 Cellule figlie زر BSARKA Telofase →La citodieresi, cioè la suddivisione del citoplasma, si svolge in modalità diverse nelle cellule animale e in quelle vegetali: ▪ Cellule animali: All'equatore della cellula si forma un solco che diventa sempre più profondo fino a dividere in due parti uguali la cellula madre. ▪ Cellule vegetali: Il citoplasma viene suddiviso da Citodieresi La citodieresi è il processo di divisione del citoplasma e di spartizione degli organuli in esso contenuti. Negli animali si forma un anello contrattile che si stringe dando origine a una strozzatura che divide la cellula un diaframma, la piastra cellulare, che si origina al centro della cellula dalla fusione di vescicole membranose originate dall'apparato di Golgi. anello contrattile Lacitodieresi suddivideil citoplasma e gli organuli in parti uguali vescicole Nei vegetali delle vescicole, precedentemente prodotte dall'apparato di Golgi, formano la membrana plasmatica e il liquido in esse contenuto la parete cellulare. La Riproduzione asessuata Con la riproduzione asessuata, a meno dell'insorgenza di mutazioni spontanee, la prole, che ha origine da un unico individuo, è identica alla madre. La riproduzione asessuata può avvenire in diverse modalità: • La scissione binaria si verifica quando, dopo la mitosi, la cellula si divide in due parti uguali. • La gemmazione consista in una mitosi seguita da una divisione ineguale del citoplasma. La nuova cellula, più piccola, è destinata ad accrescersi successivamente. La gemmazione nel lievito: cellula in gemmazione cellula "figlia" parete cellulare vacuolo Saccharomyces cerevisiae • Con sporulazione si intende la formazione di particolari cellule riproduttive, le spore. Queste spore sono dotate di una spessa parete che permette loro di resistere in condizioni ambientali avverse, per poi generare un nuovo individuo quando l'ambiente diventa favorevole. • La partenogenesi è un tipo di riproduzione che richiede la formazione dei gameti ma non la loro fusione. In questo caso il nuovo individuo ha origine da una cellula uovo non fecondata. Es. Invertebrati: Fuchi delle api • La schizogonia è una modalità riproduttiva, tipica di alcuni organismi unicellulari, secondo la quale in un primo tempo si verificano alcune divisioni mitotiche che portano alla formazione di più nuclei e solo successivamente viene suddiviso il citoplasma e si formano le membrane cellulari. La riproduzione sessuata La riproduzione sessuata prevede la partecipazione dei gameti, prodotti generalmente da individuo di sesso diverso. La riproduzione ha luogo quando il gamete maschile si fonde con quello femminile; dalla fusione dei due gameti, detta "fecondazione”, ha origine una cellula, lo zigote. → Poiché la fusione dei gameti implica l'unione dei corredi cromosomici di origine materna e paterna, la riproduzione sessuata comporta il rimescolamento di materiale genetico diverso. La riproduzione sessuata consente perciò di ottenere un aumento della variabilità genetica. Cellule aploidi e diploidi . Le cellule somatiche (che costituiscono il corpo, o soma, di un organismo) sono diploidi, ossia possiedono una doppia serie di cromosomi: ogni cromosoma è presente in due coppie che costituiscono una coppia di cromosomi omologhi, uno di origine materna e uno di origine paterna. → Il possesso di un numero diploide di cromosomi si indica con la sigla 2n. • Gameti (le cellule sessuali maschili o femminili) sono aploidi, ossia possiedono un'unica serie di cromosomi: contengono cioè un solo cromosoma di ogni coppia. → Il possesso di un numero aploide di cromosomi si indica con la sigla n. La riproduzione sessuata avviene attraverso l'alternarsi della meiosi, che consente di produrre i gameti, e della fecondazione, durante la quale i gameti si uniscono originando il nuovo individuo. → Ogni specie ha un numero di cromosomi caratteristico; nelle specie a riproduzione sessuata tale numero è mantenuto tramite l'alternarsi di meiosi e fecondazione. → La meiosi ha luogo nelle gonadi: o Gonadi animali femminili = Ovaie o Gonadi animali maschili = Testicoli La meiosi Nelle gonadi sono contenute cellule specializzate diploidi (2n) chiamate "gametocidi", che vanno incontro alla meiosi dando origine ai gameti aploidi (n). Il processo consiste in due divisioni cellulari (meiosi I e meiosi II) successive che, a partire da una cellula diploide, ne producono quattro cellule aploidi. Ogni divisione è suddivisa in quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase. o Profase I che è suddivisa a sua volta in cinque fasi: Leptotene: Il materiale genetico si condensa. ▪ Zigotene: I cromosomi omologhi si appaiano per formare le tetradi (= formate da quattro cromatidi). ▪ Pachitene: Avviene il crossing-over. Diplotene: I cromosomi iniziano a separarsi. ▪ Diacinesi: La membrana nucleare e il nucleolo si dissolvono. o Metafase I: Le tetradi si allineano sul piano equatoriale della cellula e ogni coppia di cromosomi omologhi si attacca a una fibra del fuso. o Anafase I: I due cromosomi di ogni coppia si separano e si muovono verso i due poli opposti della cellula. o Telofase I: La cellula di partenza si divide in due cellule figlie, ciascuna contenente un numero aploide di cromosomi. → I due prodotti della prima divisione meiotica non sono uguali al gametocito di partenza perché sono aploidi; non sono inoltre uguali tra loro in quanto, per ciascun tipo di cromosoma, hanno ereditato l'uno la coppia materna e l'altro la coppia paterna. Per ogni coppia la distribuzione dei due omologhi nelle due cellule figlie è casuale e indipendente da quella degli altri cromosomi; ogni cellula figlia può ricevere con uguale probabilità il cromosoma di origine paterna o quello di origine materna. → Tra la prima e la seconda divisione meiotica può esserci un breve periodo di riposo (= Interchinesi) o Profase II: I centrioli migrano ai poli opposti della cellula e si forma l'apparato del fuso. o Metafase II: I cromosomi si allineano sul piano equatoriale della cellula. o Anafase II: I cromatidi fratelli di ogni cromosoma si separano e si muovono verso i due poli opposti della cellula. o Telofase II: Si formano due nuclei e si ha la citodieresi con la formazione di due cellule figlie. → La prima divisione meiotica è di tipo riduzionale (= accompagnata dal dimezzamento del numero dei cromosomi), la seconda divisione meiotica, invece, è di tipo equazionale (= non si ha alcuna variazione del numero cromosomico). Il Crossing-over Durante la profase della meiosi I, i cromatidi dei due cromosomi omologhi possono subire il crossing-over, cioè rompersi in punti esattamente corrispondenti, scambiandosi dei segmenti. Il punto di scambio è chiamato "chiasma". Si noti che il crossing-over avviene tra due cromatidi non fratelli di una coppia di omologhi e non tra i cromatidi fratelli dello stesso cromosoma. I cromatidi della tetrade che partecipano allo scambio di segmenti corrispondenti, sono detti "ricombinati", quelli che non si ricombinano sono detti "parentali". La meiosi porta a: ● Produzione dei gameti necessari per la riproduzione sessuata Dimezzamento del numero dei cromosomi nei gameti (da 2n a n) Riassortimento tra cromosomi di origine paterna e materna per produrre nuove combinazioni. Il crossing-over: Permette il rimescolamento tra parti di cromosoma (ricombinazione) e quindi la comparsa di nuove combinazioni tra alleli di origine materna e paterna Rende possibile la separazione degli alleli di geni localizzati sullo stesso cromosoma, aumentando ulteriormente il numero di possibili combinazioni di alleli È un evento casuale Cromosoma duplicato Centromero Membrana nucleare INTERFASE I cromosomi (ancora despiralizzati in questa fase) si duplicano in preparazione della meiosi. 880 PROFASE II . I cromosomi delle cellule figlie spiralizzano. .Si forma il fuso. Cromosomi omologhi Despre jest Fuso PROFASE I • I cromosomi duplicati spiralizzano. .Si forma il fuso. .I cromatidi delle coppie di omologhi vanno incontro a cossing-over. La membrana nucleare si disgrega Cromatidi fratelli METAFASE II I cromatidi fratelli si allineano al centro della cellula. Meiosi Schema Porzione di cromosoma materno trasferito sul cromosoma paterno mediante crossing-over METAFASE I .Gli omologhi si spostano verso il centro della cellula e si allineano sulla piastra metafasica. ANAFASE II .I cromatidi fratelli vengono trascinati verso i poli opposti della cellula. Fibre del fuso ANAFASEI .Gli omologhi si separano e vengono trascinati verso i poli opposti della cellula. I cromatidi fratelli che si dirigono verso ciascun polo sono un mix di materiale genetico materno e paterno. Cellula figlia 1 Cellula figlia 3 Cellula figlia 2 Cellula figlia 4 TELOFASE II E CITODIERESI Cellula figlia 2 TELOFASE I E CITODIERESI .I cromatidi fratelli giungono ai poli della cellula e la membrana nucleare si riforma attorno a essi. . Si forma una strozzatura all'equatore della cellula. . I cromosomi possono despiralizzarsi leggermente. . La membrana nucleare si riforma attorno ai cromosomi. Cellula figlia 1 . Le due cellule figlie ottenute dalla Meiosi I si dividono, generando in tutto quattro cellule figlie aploidi. Il crossing-over Crossing-over XX--XX Coppia di cromosomi omologhi N N G Crossing-over nella meiosi HI N N n n G G g 9 N n 9 Meiosi I Meiosi II Cromatidi parentali Crossing-over Appaiamento omologhi n Cromatidi ricombinanti n 0000 N n n Parentale Ricombinanti Parentale GAMETI Mutazioni cromosomiche e genomiche Le mutazioni sono alterazioni del patrimonio genetico. • Le mutazioni cromosomiche sono dovute alla rottura di un cromosoma. Il frammento perduto può: o Andare perduto (delezione) o Attaccarsi al cromosoma omologo (duplicazione) o Attaccarsi a un cromosoma non omologo (traslocazione) o Ruotare di 180° per poi riattaccarsi al cromosoma originale (inversione) • Le mutazioni genomiche comportano la perdita o l'acquisizione di uno o più cromosomi. Es. L'aneuploidia che consiste nella perdita o nell'acquisto di uno o pochi cromosomi. → Sindrome di Down (o trisomia 21): si possiedono tre coppie di cromosomi del cromosoma 21. YCKK 2 1 13 1) 11 21 6 7 8 19 Ral 1 9 1 14 20 3 13 K X 19 20 14 15 10 M 16 21 22 XJ X X X X 6 7 8 9 10 11 4 11 Sindrome di Edwards dovuta alla trisomia del cromosoma 18. XXX XX 2 5 17 $ 12 18 V De or H 22 XY XX XY }( 12 X X (M 16 17 18 Gametogenesi Il processo di formazione dei gameti è detto "gametogenesi" e avviene nelle gonadi. Negli animali i gameti maschili sono gli spermatozoi, quelli femminili le cellule uovo. • La gametogenesi maschile è detta "spermatogenesi". Da uno spermatogonio (2n) → Quattro spermatozoi (n) (Quattro gameti funzionali) • La gametogenesi femminile è detta “ovogenesi". Da un ovogonio (2n) → Una cellula uovo e tre globuli polari che degenerano e muoiono. (Un gamete funzionale e tre cellule ridotte e non funzionali) Meiosi I ECE SE Spermatogonio Spermatocita (diploide) primario (diploide) BEBE Ovogonio Ovocita (diploide) primario (diploide) ↑ Meiosi II 14523 Spermatidi Spermatozoi (aploidi) (aploidi) Globuli polari (degenerano) Cellula uovo (aploide)