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1 Ciclo cellulare, mitosi e meiosi. 2 Divisione cellulare Quando le cellule raggiungono determinate dimensioni devono arrestare laccrescimento o dividersi.

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Presentazione sul tema: "1 Ciclo cellulare, mitosi e meiosi. 2 Divisione cellulare Quando le cellule raggiungono determinate dimensioni devono arrestare laccrescimento o dividersi."— Transcript della presentazione:

1 1 Ciclo cellulare, mitosi e meiosi

2 2 Divisione cellulare Quando le cellule raggiungono determinate dimensioni devono arrestare laccrescimento o dividersi Quando le cellule raggiungono determinate dimensioni devono arrestare laccrescimento o dividersi La divisione cellulare negli eucarioti coinvolge due processi: mitosi (che assicura che ogni nuovo nucleo riceva lo stesso numero di cromosomi presenti nella cellula madre) e la citocinesi (divisione del citoplasma tra le due cellule figlie) La divisione cellulare negli eucarioti coinvolge due processi: mitosi (che assicura che ogni nuovo nucleo riceva lo stesso numero di cromosomi presenti nella cellula madre) e la citocinesi (divisione del citoplasma tra le due cellule figlie)

3 3 Divisione cellulare Organismi eucarioti unicellulari si riproducono in modo asessuato per MITOSI Nei pluricellulari la mitosi serve allaccrescimento e alla rigenerazione dei tessuti

4 4 MITOSI fasi Dopo la replicazione del DNA allinterno del nucleo: Condensazione e segregazione del DNA in due nuclei figli Condensazione e segregazione del DNA in due nuclei figli Divisione del citoplasma (citodieresi) Divisione del citoplasma (citodieresi)

5 5 Ciclo cellulare fasi Interfase (G1 + S + G2) Mitosi La mitosi rappresenta la fase conclusiva del ciclo cellulare

6 6 Sintesi microtubuli G gap; G1 + S + G2 = Interfase

7 7 Ciclo cellulare checkpoints G1 checkpoint: dimensioni cellulari, presenza di nutrienti G2 checkpoint: dimensioni cellulari, presenza di nutrienti, duplicazione DNA completa? danni al DNA? (riparazione del danno o… apoptosi) M checkpoint: Cromosomi allineati sulla piastra del fuso? sono attaccati alle fibre del fuso? Sintesi del DNA

8 8 Prima che la cellula entri in mitosi il materiale genetico viene duplicato (fase S), ciascun cromosoma risulta quindi costituito da 2 cromatidi double strand

9 9 Es.: nelluomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, laltro paterna Corredo cromosomico … Cr 1 Cr 2 Cr 3 Cr 4 Cr 5 Cr 6 Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n) 2 omologhi 2 omologhi

10 10 profase Condensazione dei cromosomi 4 cromosomi monocromatidici 4 cromosomi dicromatidici Cr 1 Cr 2 materno paterno Fase S materno paterno

11 11 profase metafase Scomparsa membrana nucleare I cromosomi si allineano lungo il piano equatoriale della cellula Le fibre del fuso si attaccano ai cinetocori dei cromosomi

12 12 Lapparato del FUSO MITOTICO +CINETOCORE assicurano la corretta ripartizione dei cromosomi nelle due cellule figlie I due cromatidi fratelli adesriscono ai microtubuli provenienti dai due poli opposti del fuso

13 13 profase metafase anafase Separazione dei cromatidi fratelli

14 14 Segregazione dei cromosomi cromosomamicrotubuli cromosomi microtubuli

15 15 profase metafase anafase telofase Decondensazione dei cromosomi Ricompare la membrana nucleare

16 16 profase metafase anafase telofase citodieresi

17 17InterfaseProfaseMetafaseAnafaseTelofase

18 18 MITOSI fasi:

19 19 Nellorganismo pluricellulare adulto vi sono CELLULE PERENNI che dopo essersi differenziate non compiono piu il ciclo (neuroni) CELLULE PERENNI che dopo essersi differenziate non compiono piu il ciclo (neuroni) CELLULE STABILI (p.es. gli epatociti) che normalmente non compiono il ciclo ma hanno la possibilità di riprenderlo CELLULE STABILI (p.es. gli epatociti) che normalmente non compiono il ciclo ma hanno la possibilità di riprenderlo CELLULE STAMINALI che continuamente compiono il ciclo CELLULE STAMINALI che continuamente compiono il ciclo c. perenni c. stabili Schema ciclo cellulare

20 20 Cellule staminali Cellule non specializzate che possono subire diversi cicli di replicazione e rinnovarsi per periodi di tempo molto lunghi mantenendosi indifferenziate… …possono essere indotte a differenziare in vitro o in vivo dando origine a cellule specializzate (neuroni, cardiomiociti, cellule pancreatiche che producono insulina…)

21 21 Cellule staminali embrionali (da blastocisti 4-5 giorni) - danno origine a tutti i tipi cellulari dellindividuo (totipotenti) - nelluomo isolate e messe in coltura dal Possono proliferare in vitro > 1 anno senza differenziare

22 22 Lo sviluppo embrionale si realizza attraverso la divisione mitotica, il differenziamento cellulare e la morfogenesi

23 23 Cellule staminali delladulto Le cellule degli organismi pluricellulari nei diversi tessuti sono differenziate in diversi tipi con funzioni specifiche. Le cellule degli organismi pluricellulari nei diversi tessuti sono differenziate in diversi tipi con funzioni specifiche. In ogni tessuto esiste una popolazione di cellule staminali scarsamente differenziate, che si dividono attivamente e che servono al rinnovamento del tessuto stesso (per ripristinare cellule danneggiate es: midollo osseo, muscolo) In ogni tessuto esiste una popolazione di cellule staminali scarsamente differenziate, che si dividono attivamente e che servono al rinnovamento del tessuto stesso (per ripristinare cellule danneggiate es: midollo osseo, muscolo)

24 24

25 25 Cellule staminali delladulto Tipicamente generano tipi cellulari corrispondenti ai tessuti da cui provengono (cellule staminali muscolo: cellule muscolari) ma possono generare tipi cellulari diversi dai tessuti da cui provengono (plasticità) nel testicolo di mammifero adulto ci sono stem cells pluripotenti; cell. staminali cervello: cellule del sangue e del muscolo scheletrico; cell. staminali ematopoietiche: cardiomiociti, cellule neuronali, cell. germinali maschili… In vitro si mantengono per meno tempo rispetto alle s. embrionali Più difficili da ottenere in quantità sufficienti, non sono totipotenti

26 26 Isolamento Tessuti delladultoCordone ombelicale Blastocisti preimpianto Espansione in vitro Differenziamento Applicazioni: Bone Marrow Transplantation Patologie degenerative (Parkinson, diabete) Tessuti delladultoCordone ombelicale Blastocisti preimpianto Tessuti delladultoCordone ombelicale Blastocisti preimpianto

27 27 Le cicline e il controllo del ciclo cellulare Cicline: proteine che controllano il ciclo cellulare Cicline: proteine che controllano il ciclo cellulare Esistono diversi tipi di Cicline che variano la loro concentrazione durante il ciclo cellulare; esse legano e attivano le Esistono diversi tipi di Cicline che variano la loro concentrazione durante il ciclo cellulare; esse legano e attivano le Chinasi ciclina-dipendenti (CDK), la cui concentrazione rimane invece costante Chinasi ciclina-dipendenti (CDK), la cui concentrazione rimane invece costante

28 28 Variazioni della concentrazione di cicline durante il ciclo cellulare

29 29 Meccanismo di azione delle cicline La ciclina si lega alla sua CDK specifica e la attiva La ciclina si lega alla sua CDK specifica e la attiva Il complesso ciclina-CDK fosforila la proteina bersaglio Il complesso ciclina-CDK fosforila la proteina bersaglio La proteina bersaglio viene attivata dalla fosforilazione e questo inizia una catena di eventi che culminano nellattivazione di fattori di trascrizione di geni i cui prodotti sono rischiesti per la fase successiva del ciclo cellulare La proteina bersaglio viene attivata dalla fosforilazione e questo inizia una catena di eventi che culminano nellattivazione di fattori di trascrizione di geni i cui prodotti sono rischiesti per la fase successiva del ciclo cellulare

30 30 In alcuni eucarioti con modalità diverse: (facoltativa) (gemmazione, scissione, frammentazione, partenogenesi) Riproduzione asessuata Gli individui neoformati sono identici al genitore (cloni), NON crea variabilità nella specie. Nei procarioti SCISSIONE BINARIA (obbligata) protozoi, celenterati, platelminti

31 31 Riproduzione asessuata per GEMMAZIONE in Hydra (Cnidari). Lidra è anche in grado di riprodursi sessualmente come evidenziato dalla presenza di un uovo.

32 32 Riproduzione Sessuata Riguarda la maggior parte degli eucarioti, richiede la partecipazione di due individui di sesso diverso che contribuiscono entrambi al patrimonio genetico dei discendenti 2n n 2n Gli individui neoformati non sono mai Identici ai genitori: ricombinazione e riassortimento indipendente dei caratteri parentali creano VARIABILITA GENETICA

33 33 Es.: nelluomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, laltro paterna Corredo cromosomico … Cr 1 Cr 2 Cr 3 Cr 4 Cr 5 Cr 6 Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n) 2 omologhi 2 omologhi Gameti: 1 corredo cromosomico (n) Gameti: 1 corredo cromosomico (n) 1 omologo per coppia 1 omologo per coppia

34 34 Meiosi Una sola duplicazione del DNA seguita da 2 successive divisioni cellulari Le due divisioni cellulari vengono indicate come prima e seconda divisione meiotica (meiosi I, meiosi II), ciascuna suddivisa in profase, metafase, anafase, telofase Da una cellula diploide si originano quattro cellule aploidi

35 35 I° DIVISIONE MEIOTICA (riduzionale) crossing overSegregazione indipendente omologhi n 2n materno paterno condensazione cromosomi

36 36 II° DIVISIONE MEIOTICA (equazionale) Si parte da una cellula 2n con cromosomi dicromatidici per arrivare a 4 cellule n con cromosomi monocromatidici

37 37 Gameti parentali Gameti ricombinanti Crossing over (ricombinazione) scambio di tratti di DNA (processo di rottura e saldatura) tra i cromatidi non fratelli di due omologhi

38 38 Effetto del crossing over La sequenza dei geni rimane invariata, quello che cambia è la combinazione degli alleli di loci diversi lungo il cromosoma I cromosomi ricombinanti sono diversi dai parentali

39 39 Crossing over

40 40 Effetto del crossing over XYZXYZ X Y YZYZ Z La sequenza dei geni rimane invariata, quello che cambia è la combinazione degli alleli di loci diversi lungo il cromosoma I cromosomi ricombinanti sono diversi dai parentali XYZXYZ X

41 41 Assortimento indipendente dei cromosomi parentali e crossing over generano infinita variabilità nei gameti Per 2 coppie di omologhi= 2 2 possibili combinazioni Nelluomo 23 coppie di omologhi= 2 23 possibili combinazioni ( ) Assortimento indipendente

42 42 n n nnn n meiosi I meiosi II 2n MEIOSIAssortimentoindipendente

43 43 n n nn meiosi I meiosi II 2n MEIOSIAssortimentoindipendente n n

44 44 Appaiamento dei cr. omologhi solo in meiosi Ricombinazione solo in meiosi Mitosi = divisione equazionale Meiosi = divisione riduzionale Mitosi produce 2 cell identiche, meiosi 4 cellule diverse MITOSI e MEIOSI a confronto:

45 45 Confronto tra mitosi e meiosi MitosiMeiosi Sia nelle cellule somatiche che nelle germinali Solo nelle cellule germinali Una sola replicazione del DNA seguita da una singola divisione cellulare Una sola replicazione del DNA seguita da due divisioni cellulari Cellule figlie (2n) identiche tra loro e alla cellula parentale Quattro cellule figlie (n) tutte geneticamente diverse Funzione di accrescimento, ricambio cellulare e riproduzione asessuata Funzione di riproduzione sessuata

46 46 Gametogenesi e Gametogenesi e Normalmente degenerano (Cellule germinali)

47 47 Gametogenesi e Gametogenesi e Normalmente degenerano (Cellule germinali)

48 48 Spermatogenesi processo che inizia con la pubertà. Lintero percorso di maturazione da spermatogonio a spermatozoo dura gg

49 49 Processo continuo, che parte dalla pubertà e continua per il resto della vita Vengono prodotti miliardi di spermatozoi nel corso della vita Da ogni spermatocita primario si ottengono 4 spermatozoi Caratteristiche della spermatogenesi

50 50 Gametogenesi e Gametogenesi e a confronto Dalla pubertà Si moltiplicano per tutta la vita Si moltiplicano solo fino ai primi mesi di vita fetale Profase I Scoppio follicolo Una sola cellula uovo matura

51 51 Nei primi mesi di vita fetale inizia meiosi, blocco alla profase I Dalla pubertà fino alla menopausa un ovocita ogni 28 giorni riprende la meiosi e completa la I° divisione Solo se fecondato, lovocita secondario completa il processo di meiosi e diventa cellula uovo aploide Ovogenesi

52 52 Il completamento della II° divisione meiotica dellovocita avviene dopo che uno spermatozoo è penetrato

53 53 Caratteristiche dellovogenesi Caratteristiche dellovogenesi - Gli ovociti invecchiano insieme alla donna…..con letà aumenta il rischio di errori nella meiosi - Nel periodo di vita feconda una donna produce circa 400 ovociti secondari (12 x numero di anni fertili) - Alla pubertà il numero è ridotto a circa Alla nascita le ovaie contengono qualche milione di ovociti primari (bloccati in profase I) Processo DISCONTINUO in cui la produzione dei gameti avviene ciclicamente e si interrompe con il sopraggiungere della menopausa - Da ogni oocita primario si ottiene una sola cellula uovo matura

54 54 Errori di disgiunzione durante la meiosi I portano ad ANEUPLOIDIE (corredo cromosomico 2n ). La frequenza di tali errori sembra aumentare con letà della donna (e dei suoi ovociti)

55 55 Il rischio di avere un figlio affetto da s. di Down (trisomia 21) o altre anomalie cromosomiche dovute ad errori meiotici aumenta con laumentare delletà materna

56 56 Età materna al parto in anni Rischio 251/ / / / /31 461/24 471/17 481/16 491/9,5 Rischio sindrome di Down

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