IL CICLO CELLULARE INIZIO Fase GAP La maggior parte delle cellule animali passa molto tempo in interfase, in G0

LA DIVISIONE CELLULARE La divisione cellulare nei procarioti coincide con la riproduzione Le cellule eucariotiche si possono raggruppare in base alla loro capacità di dividersi: Cellule perenni, non si dividono mai dopo il differenziamento e restano in fase G0 (neuroni) Cellule stabili restano in fase G0, ma possono riprendere il ciclo cellular (fibre muscolari, epatociti) Cellule labile compiono continuamente il ciclo cellulare (c. staminali, cellule epiteliali) Negli organismi pluricellulari la divisione cellulare e’ necessaria durante lo sviluppo e per la rigenerazione dei tessuti

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LA DIVISIONE CELLULARE - EUCARIOTI Le cellule eucariotiche si dividono con due meccanismi: MITOSI e MEIOSI MITOSI = DIVISIONE DELLE CELLULE SOMATICHE I GAMETI, cellule aploidi, sono generati da cellule somatiche specializzate per MEIOSI 2N 2N MITOSI MEIOSI 2N N

FASE S – DUPLICAZIONE DNA La replicazione del DNA segue il modello SEMICONSERVATIVO: La doppia elica si apre, i filamenti fungono da stampo e si formano due molecole figlie con un filamento parentale e uno nuovo. Questa teoria è stata dimostrata sperimentalmente da Meselson e Stahl nel 1958, utilizzando una coltura di Escherichia coli in un terreno con isotopi dell’azoto.

FASE S – DUPLICAZIONE DNA Gli enzimi implicati nel processo di replicazione sono : DNA polimerasi nelle varie isoforme DNA elicasi Proteine SSB (single-stranded binding proteins) Primasi DNA ligasi Topoisomerasi Telomerasi Negli EUCARIOTI la duplicazione è POLIREPLICONICA e ASINCRONA, mentre nei PROCARIOTI è MONOREPLICONICA.

FASE S – DUPLICAZIONE DNA La DNA polimerasi catalizza l’aggiunta di deossiribonucleotidi trifosfati in direzione 5’ 3’. Sul LEADING STRAND la replicazione è continua in direzione 5’/3’, mentre sul LAGGING STRAND è frammentata (frammenti di Okazaki) .

FASE S – DUPLICAZIONE DNA Durante il processo, le TOPOISOMERASI evitano che le eliche si superavvolgano, praticando dei tagli su un solo filamento o su entrambi. Le isoforme II e IV della DNA polimerasi si occupano dell’attività di PROOF READING, cioè controllo e correzione di eventuali errori nell’appaiamento dei nucleotidi, dovuti alla velocità del processo.

IL CARIOTIPO UMANO N = numero di tipi di cromosomi omologhi Nell’uomo N = 23 23 COPPIE DI CROMOSOMI 22 COPPIE DI AUTOSOMI + UNA COPPIA DI CROMOSOMI SESSUALI 46 XY

46 46 46 MITOSI Cellula madre Cellule figlie 2N or numero diploide Le CELLULE SOMATICHE si dividono per MITOSI, processo che ripartisce in modo identico il materiale genetico alle cellule figlie, generate dalla cellula che si divide 46 2N or numero diploide 46 46 Cellula madre Cellule figlie

TIMING DELLA MITOSI

FASI DELLA MITOSI

FASI DELLA MITOSI

CITODIERESI DIVISIONE DEL CITOPLASMA, inizia durante la telofase della mitosi con la comparsa di un solco, in corrispondenza del quale la cellula viene stretta da un fascio circolare (CORTEX), posto sotto il plasmalemma, costituito di actina e miosina.

INTERFASE Centriole Nucleus

INTERFASE

PROFASE

PROMETAFASE

PROMETAFASE

METAFASE

ANAFASE

ANAFASE

ANAFASE

ANAFASE

ANAFASE

ANAFASE

ANAFASE

TELOFASE

CITODIERESI

LA MEIOSI I GAMETI APLOIDI vengono prodotti per MEIOSI, a partire da cellule diploidi della linea germinale Durante la FECONDAZIONE, l’unione dei gameti aploidi ripristina il corredo diploide nello zigote Dallo zigote diploide, per mitosi successive, si sviluppano gli organismi adulti diploidi

MEIOSI 23 46 23 2N or Diploid Number Daughter Cells in Humans Germ Cells 46 23 Mother Cell 2N=46 N I DIVISIONE RIDUZIONALE Segregazione cromosomi omologhi, corredo aploide duplicato II DIVISIONE EQUAZIONALE N=23 Segregazione cromatidi fratelli, corredo aploide

Risultati della Meiosi QUATTRO CELLULE APLOIDI CHE MATURERANNO A GAMETI GENETICAMENTE DIVERSE

FASI DELLA MEIOSI MEIOSI I Profase I: appaiamento e condensazione, crossing-over MEIOSI I

FASI DELLA MEIOSI MEIOSI I - Profase Leptotene: i cromosomi assumono l'aspetto di filamenti lunghi e sottili. Zigotene: i cromosomi omologhi si appaiano due a due (sinapsi). Pachitene: i cromosomi si ingrossano e sono visibili i cromatidi fratelli. Diplotene: si evidenziano i cromatidi ed inizia la desinapsi. Quando questa è completa, essi restano incrociati in punti detti chiasmi nei quali è avvenuto il crossing-over (i 4 cromatidi vengono detti tetrade), ed inizia la Diacinesi (fine della Profase durante la quale le tetradi vanno a formare la placca equatoriale) Poi si completa la prima divisione meiotica, che porta alla separazione dei cromosomi omologhi, con conseguente produzione di due cellule figlie aploidi, con patrimonio genetico N, ma con contenuto di cromatina 2C. MEIOSI I - Profase

FASI DELLA MEIOSI

FASI DELLA MEIOSI MEIOSI I

FASI DELLA MEIOSI MEIOSI II

FASI DELLA MEIOSI MEIOSI II

MEIOSI IL CROSSING OVER Durante la Profase della I divisione meiotica avvengono i crossing over: i cromosomi omologhi si appaiano e si scambiano dei segmenti di DNA per ricombinazione

MEIOSI – IL CROSSING OVER

MEIOSI – ASSORTIMENTO INDIPENDENTE Durante l’Anafase della I divisione meiotica avviene la separazione dei cromosomi omologhi, ciscuno formato da due cromatidi Cromosomi diversi si separano in modo indipendente Si hanno cosi’ 2N = 223 piu’ di 8 milioni di possibili combinazioni cromosomiche e di tipi di gameti che possono essere prodotti a partire da una specifica cellula Crossing over + assortimento indipendente Variabilita’ genetica

LE RAGIONI DELLA VARIABILITA’ GENETICA LA RIPRODUZIONE SESSUATA GENERA VARIABILITA’ GENETICA CROSSING OVER  cromosomi ricombinanti ASSORTIMENTO INDIPENDENTE DEI CROMOSOMI NEI GAMETI  8 milioni di possibili gameti diversi a partire da una singola cellula progenitrice FECONDAZIONE CASUALE  8 milioni x 8 milioni = 70 miliardi di combinazioni !

GAMETOGENESI Produzione dei gameti Spermatogenesi Produzione degli spermatozoi Oogenesi Produzione delle cellule uovo

SPERMATOGENESI Avviene nei tubuli seminiferi A partire da ciascuna cellula germinale primordiale si producono 4 spermatozoi

OOGENESI Avviene nelle ovaie A partire da ciascuna cellula germinale primordiale si produce 1 solo uovo Vita embrionale Ciclo ovarico completamento della I divisione meiotica (blocco profase meiosi I) Fecondazione completamento della II divisione meiotica

MITOSI versus MEIOSI