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Biologia.blu Dalle cellule agli organismi 1 David Sadava, H. Craig Heller, Gordon H. Orians, William K. Purves, David M. Hillis.

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1 Biologia.blu Dalle cellule agli organismi 1 David Sadava, H. Craig Heller, Gordon H. Orians, William K. Purves, David M. Hillis

2 Capitolo A6 divisione cellulare La divisione cellulare riproduzione degli organismi La riproduzione degli organismi Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore

3 MITOSI  Scopo della divisione cellulare Scopo della divisione cellulare  Divisione nei procarioti Divisione nei procarioti  Divisione negli eucarioti Divisione negli eucarioti  Ciclo cellulare Ciclo cellulare  Interfase Interfase  Mitosi Mitosi  Citodieresi Citodieresi  Fattori di controllo Fattori di controllo  Link a: DNA, cromosoma procariote ed eucarioteDNAcromosoma procarioteeucariote INDICE

4 La divisione cellulare E’ un processo in cui da un cellula madre si formano due cellule figlie perfettamente identiche

5 Scopo della divisione cellulare Nei procarioti (batteri) e negli eucarioti unicellulari (es. ameba, lievito, diatomea..) la divisione cellulare determina l’aumento del numero d’individui di una popolazione Negli eucarioti pluricellulari (piante, animali) è il processo che permette all’organismo di aumentare le proprie dimensioni o di riparare tessuti danneggiati

6 6 La divisione cellulare Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Permette agli organismi di accrescersi e sostituire le cellule morte ed è alla base della riproduzione.

7 7 La divisione cellulare Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010 Permette agli organismi di accrescersi e sostituire le cellule morte ed è alla base della riproduzione.

8 LA RIPRODUZIONE Definizione: La riproduzione consiste nella produzione di nuovi individui della stessa specie dei genitori Funzione: La riproduzione garantisce la sopravvvenza della specie e la vita sul pianeta Terra Riproduzione asessuale: avviene senza formazione di gameti scissione (batteri, lieviti) gemmazione (lieviti, coralli) frammentazione (vermi marini Vantaggi: 1) la produzione di molti individui in tempi brevi, in ambienti favorevoli. Svantaggi: 1) organismi identici sono più vulnerabili nei confronti di condizioni ambientali sfavorevoli; 2) Le caratteristiche degli organismi generati asessualmente cambiano molto lentamente

9 9 La riproduzione asessuata si basa sulla divisione mitotica del nucleo. La prole è costituita da un clone dell’organismo di partenza. L’esempio di un cactusL’esempio di un fungo La riproduzione asessuata Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011

10 Divisione cellulare nei procarioti  La divisione di un procariote comporta la duplicazione del cromosoma batterico e la migrazione delle due molecole ai lati opposti della membrana: quando la cellula si allunga, i cromosomi si trovano ancorati alla membrana in due punti opposticromosoma batterico  Al termine del processo di allungamento la membrana e la parete si ripiegano al centro formando due cellule figlie perfettamente identiche alla cellula madre

11 11 La divisione negli organismi procarioti Divisione cellulare = Scissione binaria = Riproduzione Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011

12 La scissione binaria nei procarioti Questo processo implica 4 eventi: dei segnali riproduttivi; la duplicazione del DNA; la segregazione del DNA; la citodieresi.

13 Riproduzione batterica I batteri si riproducono ogni minuti. In assenza di fattori limitanti diventerebbero milioni di miliardi nell’arco di 24 ore

14 Divisione cellulare negli eucarioti Nel ciclo cellulare delle cellule eucariote si alternano periodi di crescita di volume e di divisione (mitosi):

15  Interfase Occupa il 90% dell’intero ciclo ed è suddivisa nelle fasi G1, S e G2  Mitosi E’ la fase di separazione dei cromosomi che si posizionano ai lati opposti della cellula  Citodieresi E’ la fase in cui il citoplasma viene ripartito tra le due cellule figlie NEL CICLO CELLULARE DISTINGUIAMO Ciclo cellulare

16 16 Il ciclo cellulare l’interfase; la fase mitotica. Insieme degli eventi compresi tra la nascita di una cellula e la sua divisione in due cellule figlie. Prevede due fasi:

17  In ogni cellula la durata del ciclo cellulare può essere diversa: può compiersi in poche ore o in parecchi giorni  Alcune cellule umane (cellule staminali, del midollo) si duplicano molto velocemente e in continuazione, altre (cellule del fegato) si dividono solo in particolari condizioni  Quando i meccanismi di controllo del ciclo cellulare si inceppano, la cellula diventa tumorale La regolazione del ciclo cellulare

18 Permette alle cellule di dividersi solo quando sono a contatto con una superficie solida Dipendenza dall’ancoraggio Fattori di controllo della divisione cellulare I fattori di crescita sono sostanze che stimolano la divisione cellulare Dipendenza da fattori di crescita Induce un arresto della divisione quando le cellule entrano in contatto tra loro Inibizione da contatto

19 Controllo del ciclo cellulare Transizione G1 > S Cdk (kinasi ciclino-dipendente): Proteine che fosforilano (attivano) proteine target che fanno procedere il ciclo cellulare. Cicline: Proteine prodotte in un momento preciso del ciclo cellulare, si legano alle cdk e le attivano (le fanno funzionare) Proteine target delle cdk: Proteine che vengono fosforilate (attivate) dalle cdk e spingono in avanti il ciclo cellulare

20  Fase G1 Le dimensioni della cellula e il numero dei suoi enzimi raddoppiano, si duplicano i centrioli. E’ il momento in cui la cellula svolge la funzione a cui è preposta  Fase S La cellula si prepara alla mitosi duplicando il DNA e sintetizzando le proteine ad esso associate  Fase G2 ll DNA duplicato assume una forma a spirale compatta, detta cromosoma, e i centrioli si dispongono fuori dal nucleo Interfase

21 21 La spiralizzazione del DNA Il processo di avvolgimento del DNA viene chiamato spiralizzazione e porta alla condensazione della cromatina in cromosomi. Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011

22 22 La struttura dei cromosomi Ogni cromosoma è formato da due molecole di DNA identiche, definite cromatidi fratelli. Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011

23 23 L’interfase Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Come appare la cellula interfasica: occhio alle immagini!

24 cromosoma eucariote cromatidi  Porta alla separazione del cromosoma eucariote (che si è già duplicato) nei due cromatidi che sono costituiti da una singola molecola di DNA  E’ suddivisa in momenti chiamati ‘fasi’ caratterizzati ognuno da un evento particolare e un preciso aspetto al microscopio ottico La mitosi

25 Definizione: La mitosi e’ una modalita’ di riproduzione cellulare (asessuata) tipica delle cellule eucariote, ovvero di quelle cellule caratterizzate dall'avere un nucleo ben definito. La mitosi e’ il processo mediante il quale una cellula madre, raggiunta una certa grandezza, si divide dando origine a due cellule figlie che possiedono lo stesso equipaggiamento genetico della cellula madre ed uguale fra loro. Funzione: la mitosi consente l’accrescimento numerico degli organismi unicellulari e volumetrico di quelli pluricellulari Conseguenze: grazie a questo meccanismo che trasmette con precisione alle cellule figlie il patrimonio genetico della cellula madre si ha la costanza genetica delle generazioni cosi’ prodotte LA MITOSI

26  Profase  Metafase  Anafase  Telofase Fasi della mitosi

27 Fai doppio click sull’immagine per avviare il video Animazione

28 28 La Profase Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 La cromatina si avvolge diventando progressivamente più compatta e condensandosi in cromosomi. Profase Interfase

29 13/11/11 Immagini della Profase disegno cellula al microscopio ottico

30 30 La Prometafase Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 L’involucro nucleare si frammenta Compaiono i microtubuli I microtubuli connettono i cinetocori ai due poli e formano il fuso mitotico

31 31 La Metafase Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 I centromeri dei cromosomi sono allineati al centro della cellula, lungo la piastra metafasica (o piastra equatoriale). È il momento migliore per osservare forma e dimensione dei cromosomi.

32 13/11/11 Immagini della Metafase disegno cellula al microscopio ottico

33 33 L’ Anafase Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 I cromatidi fratelli e migrano ai poli opposti della cellula. cromatidi fratelli

34 13/11/11 Immagini della Anafase disegno cellula al microscopio ottico

35 35 La Telofase Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Si formano i nuovi nuclei cellulari. La cromatina diventa meno compatta (si despiralizza). Ciascuna delle due “cellule neonate” entra in una nuova interfase.

36 36 La Citodieresi E’ la divisione del citoplasma, che segue la divisione del nucleo. La citodieresi è diversa nelle cellule animali e in quelle vegetali. Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 cellule animali Citodieresi nelle cellule animali cellule vegetali Citodieresi nelle cellule vegetali

37 13/11/11 Immagini della Citodieresi disegno cellula al microscopio ottico

38  È il processo di divisione del citoplasma  Segue la mitosi dopo la telofase  Divide generalmente la cellula in due parti uguali La citodieresi Fotografia al microscopio elettronico che mostra il ripiegamento della membrana durante la citodieresi

39 39 Il Fuso mitotico Struttura formata da microtubuli (filamenti proteici costituiti da tubulina) che dirige il movimento dei cromosomi. occhio ai nomi dei componenti del fuso! Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011

40 13/11/11 Attività 1 Attività 1: “il fuso mitotico” (apri il collegamento: collegati a internet, metti il cursore sull’http://, click destro, apri collegamento ipertestuale)

41 Si duplica il DNA, ma i cromosomi non sono distinguibili all’interno del nucleo. In alcuni organismi si possono vedere due coppie di centrioli su un lato del nucleo, fuori dalla membrana nucleare. Riepilogo: le fasi della mitosi La cromatina si condensa e i cromosomi sono ora visibili al microscopio ottico. Le coppie di centrioli migrano verso i poli. Comincia la formazione del fuso. Scompare il nucleolo. La membrana nucleare si disperde in frammenti. I cromosomi, ciascuno formato da due cromatidi, iniziano a spostarsi verso il piano equatoriale della cellula, manovrati dalle fibre del fuso.

42 I cromosomi, formati da coppie di cromatidi, si dispongono sul piano equatoriale della cellula I cromatidi si separano e migrano ai poli opposti della cellula, ognuno tirato dalle fibre del fuso verso i poli. Ogni cromatidio costituisce ora un cromosoma singolo I cromosomi hanno raggiunto i poli opposti e cominciano a despiralizzarsi. Il fuso comincia a disperdersi. Si formano nuove membrane nucleari intorno ai due assetti cromosomici. Riepilogo: le fasi della mitosi

43 13/11/11 Video 1 Video 1: “la mitosi” (avvia il video: collegati a internet, porta il cursore sul link, click destro, apri collegamento ipertestuale) Da min 1:37 a min 2:37 Video 2 Video 2: “la mitosi” Video 3-4 Video 3-4: “le fasi della mitosi”

44 13/11/11 Test Test: occhio alla immagine Trova le cellule in interfase, profase, metafase, anafase, telofase

45 13/11/11 Attività 2 Attività 2:“Cosa accade nella mitosi?” 10 Test interattivi: rispondi, correggi e stampa Apri il link: Scegli tra: Allenamento per esercitarti con correzione automatica degli errori, senza limiti di tempo Test per valutare la tua preparazione con una prova contro il tempo, con pagella finale

46 13/11/11 Scegli tra: Allenamento per esercitarti con correzione automatica degli errori, senza limiti di tempo Test per valutare la tua preparazione con una prova contro il tempo, con pagella finale Attività 3 Attività 3:“Cosa accade nella mitosi?” Apri il link: 20 Test interattivi: rispondi, correggi e stampa

47 13/11/11 Quando la cellula “non smette di dividersi” Tumore benigno: non metastatizza, cresce nel sito primario Tumore maligno o cancro: metastatizza, invia cellule ad altri organi (siti secondari). Sono le metastasi ad uccidere il paziente. Quando la cellula perde il controllo della sua divisione cellulare si trasforma in una cellula tumorale. Tumore: è generato dalla crescita incontrollata di cellule

48 Tumore  Il tumore è una malattia in cui le cellule si moltiplicano senza un meccanismo di controllo  Un tumore può essere indotto da mutazioni genetiche o da infezioni virali  Le cellule cancerose (maligne) hanno la capacità di diffondersi e invadere gli altri tessuti (metastatizzano), distruggendolo Tessuto canceroso  Il lessico specifico Il termine “tessuto canceroso” si riferisce a un tumore benigno o maligno?

49 13/11/11 Video 1 Video 1: “cosa è il cancro” Video 2 Video 2: “cellula normale vs cellula tumorale” Video 3 Video 3: “come una singola cellula maligna si moltiplica e diffonde nell’organismo”

50 13/11/11 La clonazione: una applicazione della mitosi Prometea Si chiama Prometea ed è italiana, di razza Avelignese (da Avelengo, provincia di Bolzano), la prima cavalla clonata a Gemona nel 2003.

51 13/11/11 La tecnica dello “splitting” La tecnica del “trapianto nucleare somatico”


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