1

Immagini e concetti della biologia Sylvia S. Mader Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

A6 – La divisione cellulare Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Divisione cellulare e riproduzione La divisione cellulare avviene quando una cellula «madre» si divide, producendo due nuove cellule «figlie». La divisione cellulare si verifica sia nel caso della riproduzione asessuata sia in quella sessuata. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La divisione cellulare avviene sia nella riproduzione asessuata sia in quella sessuata Nella riproduzione asessuata, ciascuna cellula figlia riceve una copia del DNA della cellula madre. Le nuove cellule sono geneticamente identiche alla cellula madre. Durante la riproduzione sessuata, due gameti (cellula uovo e spermatozoo) si uniscono e la prole riceve una combinazione del DNA dei genitori. La prole ha quindi una composizione genetica unica. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La divisione cellulare avviene sia nella riproduzione asessuata sia in quella sessuata Negli organismi pluricellulari, la divisione cellulare asessuata avviene quando crescono e quando riparano i loro tessuti. Le cellule somatiche sono tutte le cellule che formano il corpo di un organismo adulto, a eccezione dei gameti. Le cellule staminali sono cellule indifferenziate, presenti in determinate localizzazioni, che mantengono la capacità di differenziarsi in cellule specializzate. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I procarioti si riproducono per via asessuata I procarioti si riproducono per scissione binaria. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Nel ciclo cellulare le cellule somatiche si dividono per mitosi Il ciclo cellulare è una sequenza ordinata di fasi che si susseguono tra il momento in cui una nuova cellula prende origine dalla divisione di una cellula madre e il momento in cui essa stessa dà origine a due cellule figlie identiche. Il ciclo è suddiviso in interfase e fase della mitosi. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

L’interfase Gran parte del ciclo cellulare trascorre nell’interfase, il periodo speso dalla cellula per svolgere le proprie funzioni. La duplicazione del DNA avviene circa a metà dell’interfase e ne caratterizza le tre sottofasi: stadio G1 – la cellula duplica i propri organuli e accumula materiali da usare per la duplicazione del materiale genetico stadio S – durante lo stadio di sintesi i cromosomi si duplicano in due cromatidi fratelli; ciascuno possiede una doppia elica di DNA all’inizio dello stadio e due alla fine stadio G2 – la cellula continua a duplicare i propri organuli e sintetizza le proteine necessarie per la divisione Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I cromosomi eucariotici sono visibili durante la mitosi Quando una cellula eucariotica non è in divisione, il DNA presente in un cromosoma si trova in una massa intricata di filamenti sottili, la cromatina. Prima della divisione nucleare, la cromatina si spiralizza e si condensa. Ogni singolo cromosoma diventa così ben visibile. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I cromosomi eucariotici sono visibili durante la mitosi Ciascuna specie di organismo ha un numero cromosomico caratteristico, questa cifra indica il numero diploide (2n) di cromosomi. Le cellule somatiche sono diploidi (2n): ogni cromosoma è presente in due copie. I gameti sono aploidi (n): le cellule uovo e gli spermatozoi hanno un singolo cromosoma per tipo. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La mitosi mantiene inalterato il numero di cromosomi La divisione cellulare avviene durante la fase della mitosi. Come risultato della mitosi, le due cellule figlie possiedono un corredo genetico identico a quello della cellula madre. La mitosi è un processo continuo, ma si distinguono: profase – la cromatina è condensata e i cromosomi visibili metafase – i cromosomi sono allineati al centro della cellula e ancorati a una fibra del fuso mitotico anafase – i cromatidi fratelli si staccano e vengono portati ai poli opposti del fuso telofase – si stanno formando le cellule figlie Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La citodieresi La separazione delle cellule animali avviene grazie alla formazione di un solco di scissione, cioè un’intaccatura della membrana plasmatica. Nelle cellule vegetali, la citodieresi implica la sintesi di una nuova membrana plasmatica (generata da vescicole che si fondono formando una piastra cellulare) e di una nuova parete cellulare. Cellula animale (a sinistra) e vegetale (in alto) Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il ciclo cellulare è soggetto a vari sistemi di controllo Il ciclo cellulare presenta dei punti di controllo che fanno continuare il ciclo solo se tutto procede nel verso giusto. In caso contrario, la cellula va incontro all’apoptosi (distruzione cellulare programmata). 1. Punto di controllo G1 Punto di controllo del ciclo cellulare. La cellula entra nella fase G0 o, se il DNA è danneggiato in modo irreparabile, avviene l’apoptosi. Altrimenti, la cellula viene avviata alla divisione, proseguendo il ciclo. 3. Punto di controllo M Punto di controllo del fuso mitotico. Se i cromosomi non sono allineati correttamente lungo le fibre del fuso, la mitosi non procede. 2. Punto di controllo G2 Punto di controllo della mitosi. La divisione mitotica avviene solo se il DNA è duplicato correttamente, altrimenti, se il DNA è danneggiato in modo irreparabile, avviene l’apoptosi. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Il controllo cellulare ubbidisce a precisi segnali I punti di controllo rispondono a precisi ordini portati da molecole segnale che stimolano o inibiscono un certo evento del ciclo. Le molecole segnale interne del ciclo cellulare sono le chinasi e le cicline. Esse si muovono nell’ambito cellulare. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il controllo cellulare ubbidisce a precisi segnali Le molecole segnale esterne operano invece al di fuori della cellula. Alcune di esse, come i fattori di crescita e gli ormoni, stimolano le cellule a proseguire il ciclo cellulare. Anche l’inibizione da contatto, in cui il ciclo cellulare viene inibito dal contatto con altre cellule, dipende da molecole segnale esterne. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le cellule cancerose hanno caratteristiche anomale Le cellule cancerose non sono specializzate, non contribuiscono al funzionamento degli organi e presentano un nucleo abnorme. Possono spostarsi e dare origine a tumori anche in tessuti diversi da quello di origine; tali cancri invasivi sono chiamati metàstasi. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La meiosi È il tipo di divisione cellulare che ha un ruolo chiave nella riproduzione sessuata. Appena prima della divisione, nella cellula sono visibili le coppie di cromosomi omologhi, chiamati così poiché hanno la stessa taglia, forma e tipo di costrizione (la posizione del centromero). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La meiosi prevede due cicli di divisioni Sia nella meiosi I sia nella meiosi II si possono evidenziare le quattro fasi tipiche della mitosi (profase, metafase, anafase e telofase). Al termine della meiosi, un cromosoma di ciascuna coppia di cromosomi omologhi si trova in ciascuna delle quattro cellule figlie aploidi. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Durante la meiosi I si verificano le sinapsi e il crossing-over I cromosomi omologhi si avvicinano e si allineano lateralmente: sono quindi in sinapsi, che significa «uniti insieme». Poiché ciascun omologo ha due cromosomi fratelli, nella sinapsi quattro cromosomi si trovano a stretto contatto; tale gruppo si chiama tetrade. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Durante la meiosi I si verificano le sinapsi e il crossing-over Durante la sinapsi i cromatidi non fratelli della tetrade talvolta si scambiano materiale genetico, un evento chiamato crossing-over. Grazie a questo scambio, i cromatidi fratelli portano delle informazioni genetiche non più uguali. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le fasi della meiosi I Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le fasi della meiosi II Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La riproduzione sessuata aumenta la variabilità genetica Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il ciclo vitale di molti organismi comprende sia la mitosi sia la meiosi La mitosi richiede solo una divisione nucleare (le cellule somatiche sono diploidi, 2n). Alla mitosi è affidata la crescita dell’organismo nel corso dello sviluppo, oltre che la riparazione dei tessuti per tutta la vita. La meiosi è implicata nella formazione dei gameti (spermatogenesi e oogenesi) e richiede due divisioni nucleari (i gameti sono aploidi, n). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le anomalie cromosomiche Un numero anomalo di cromosomi può derivare da un difetto nella meiosi. Quando un organismo presenta un solo cromosoma di un certo tipo si parla di monosomia (2n−1). Quando, invece, presenta una copia in più di un cromosoma si parla di trisomia (2n+1). La causa più probabile di queste anomalie è la non-disgiunzione durante la meiosi. Essa avviene quando gli omologhi (meiosi I) o i cromatidi fratelli (meiosi II) non si separano. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Cromosomi alterati nel numero e nella struttura possono causare sindromi Un numero cromosomico anormale è causa di diverse sindromi, tra cui la trisomia 21 (sindrome di Down), caratterizzata dalla presenza di 3 copie del cromosoma 21, e le sindromi di Turner e di Klinefelter, che derivano da anomalie nei cromosomi sessuali. Queste anomalie possono avvenire con i quatto meccanismi evidenziati nella figura a sinistra (tipi di mutazioni cromosomiche). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018