Divisione cellulare Negli organismi unicellulari (sia eucarioti che procarioti) la cellula va incontro periodicamente a divisione cellulare che serve a riprodurre l’individuo, cioè a fare altre copie dello stesso organismo. Poiché gli individui muoiono continuamente (parassiti, predatori, invecchiamento ecc) quegli organismi che non erano provvisti di meccanismi efficienti di riproduzione non hanno lasciato discendenti che sono arrivati fino a noi Anche negli organismi composti da più cellule queste vanno incontro periodicamente a divisione. Ciò avviene in modo marcato durante lo sviluppo e l’accrescimento allorché il numero di cellule deve aumentare. Avviene tuttavia anche nell’individuo adulto in quasi tutti i tessuti allo scopo di rimpiazzare le cellule che invecchiano o muoiono. Infine negli organismi che si riproducono per via sessuale la divisione cellulare avviene per produrre un tipo particolare di cellule, i gameti sessuali

La divisione cellulare nei procarioti (scissione) Nei procarioti il DNA è organizzato in un unico doppio filamento chiuso ad anello. A questo DNA sono aggiunte proteine a formare il cromosoma batterico, di forma circolare. Anche il DNA di mitocondri e cloroplasti è di forma circolare Il cromosoma batterico è associato alla membrana plasmatica In realtà al microscopio non si vede come in anello perché il cromosoma è molto più lungo della cellula e deve ripiegarsi su di se molte volte per poter stare nella regione del nucleoide

Il DNA viene duplicato Il plasmalemma si accresce distanziando i due cromosomi La cellula inizia a dividersi La divisione viene completata Ciascuna cellula figlia ha ora lo stesso patrimonio genetico della cellula madre

La divisione cellulare negli eucarioti Negli eucarioti ci sono due tipi di divisione cellulare: La mitosi caratterizza tutte le cellule somatiche e serve a produrre due cellule identiche alla cellula che le ha generate. La meiosi si verifica negli organismi con riproduzione sessuata e serve a produrre i gameti il cui patrimonio genetico è metà di quello delle cellule somatiche

Anche negli eucarioti la divisione di una cellula prevede che il materiale genetico venga prima duplicato in modo che ogni cellula figlia riceva un patrimonio genetico identico a quello della cellula madre. La mitosi Nella cellula eucariote la divisione è tuttavia più complessa per diversi motivi: la cellula è molto più grande Il DNA è organizzato in più cromosomi La c. eucariote possiede numerosi organelli citoplasmatici che debbono anche loro essere suddivisi Mentre i procarioti possono dividersi a distanza di pochi minuti (anche 20 o 30), la divisione cellulare degli eucarioti richiede tempi molto più lunghi Negli organismi pluricellulari come l’uomo le cellule si dividono di rado. Se si esamina un tessuto si osserva che in ciascun momento solo poche cellule si stanno dividendo. Alcune cellule come ad es i neuroni del sistema nervoso centrale non si dividono mai Mitosi Interfase

Mitosi (fase M) Fase G1 Fase G2 Fase S Il periodo tra una divisione cellulare e la successiva si chiama interfase. La maggior parte delle cellule di un tessuto si trovano in interfase L’interfase si compone in realtà di tre periodi distinti: G1 S G2 Mitosi (fase M) Fase G1 La fase G1 segue la divisione mitotica. Essa è di solito la più lunga e le cellule in interfase sono di solito bloccate in G1 Fase G2 Nella fase G2 si completano i preparativi per la divisione Fase S La fase S è quella in cui avviene la replicazione del DNA

I cromosomi degli eucarioti Nel nucleo la molecola di DNA si trova associata a speciali proteine chiamate Istoni. Insieme questi formano la cromatina. Alcuni di questi istoni (8 proteine a due a due uguali formano un rocchetto attorno al quale si avvolge la molecola di DNA Un altro tipo di istoni (H1) blocca la molecola del DNA avvolta attorno al rocchetto Questa struttura prende il nome di Nucleosoma

Prima della mitosi la cromatina si condensa a formare i cromosomi Poiché a questo stadio il DNA si è già duplicato ogni cromosoma contiene due molecole di DNA identiche, i Cromatidi che rimangono uniti a livello del centromero

Cariotipo umano: 23 coppie di cromosomi I tutte le cellule dell’organismo ( ad eccezione dei gameti) ci sono poi due copie di ciascun cromosoma (uno ricevuto dal padre l’altro dalla madre) I due cromosomi (cromosomi omologhi) contengono la stessa sequenza di geni. Tuttavia la sequenza di basi all’interno di ciascun gene non è necessariamente uguale e in questo caso si dice specificano per alleli diversi Cariotipo umano: 23 coppie di cromosomi

Interfase Profase Prometafase Metafase Anafase Telofase La cromatina si condensa L’involucro nucleare si dissolve Metafase Anafase Telofase La cromatina si despiralizza. Inizia la divisione del citoplasma (citodieresi) I cromosomi si dispongono sulla piastra equatoriale (o metafasica) I cromatidi figli migrano ai poli opposti

Il fuso mitotico La struttura che permette la migrazione dei cromatidi fratelli ai poli opposti e la suddivisione precisa del materiale genetico è il fuso mitotico Il Fuso si forma durante la profase ed è composto da due centri organizzatori i centrosomi, ai poli opposti Dal centrosoma parte una serie di microtubuli che si ancorano ai cromosomi tramite speciali proteine chiamate cinetocori In molte cellule ciascun centrosoma contiene un paio di centrioli

La meiosi Negli organismi che si riproducono sessualmente ciascun individuo si origina dall’unione di un gamete maschile (spermatozoo) e uno feminile (cella uovo) a formare lo zigote. Affinchè in ciascuna generazione il numero dei geni rimanga costante è necessario che ciascun gamete contenga metà del patrimonio genetico (aploide) rispetto allo zigote e alle cellule che da esso derivano (diploide) Ad esempio nell’uomo il DNA è suddiviso in 23 differenti cromosomi. Lo zigote e ciascuna cellula somatica contengono due copie di ciascun cromosoma, 2n = 46, una copia di derivazione materna e l’altra di derivazione paterna. Spermatozoi e cellule uovo al contrario contengono metà di questo corredo, n = 23 cromosomi Alla fecondazione i 23 cromosomi dello spermatozoo e i 23 della cellula uovo si uniscono ripristinando il corredo 2n di 46 cromosomi La meiosi serve a produrre gameti con un patrimonio genetico dimezzato (aploide)

La meiosi si compone di due successive divisioni cellulari (meiosi I e Meiosi II) che presentano alcune differenze rispetto alla divisione mitotica Durante la Meiosi I si verifica una riduzione del numero cromosomico Al termine delle due divisioni meiotiche dalla cellula originaria (diploide) si saranno formate quattro cellule figlie aploidi

Durante la meiosi I ciascuno dei cromosomi omologhi migra ad un polo della cellula. Crossing over Prima che questo accada, durante la profase I, i cromosomi omologhi (quelli che portano gli stessi geni) si appaiano lungo il loro asse maggiore Tra due cromatidi adiacenti si forma un chiasma A livello del chiasma due cromosomi si spezzano e si risaldano in modo che ora una porzione di cromatidio di origine materna si trova su quello di origine paterna e viceversa

La funzione del crossing over è quella di aumentare la variabilità genetica dei gameti mescolando geni paterni e materni dello stesso cromosoma Se non avvenisse crossing over, ci sarebbe ugualmente una certa variabilità genetica tra i diversi gameti Ad esempio uno spermatozoo potrebbe ricevere il cromosoma 1 materno, il 2 paterno il 3 e il 4 materni ecc mentre un altro spermatozoo potrebbe ricevere il cromosoma 1 paterno, il 2 e il 3 materni, il 4 paterno ecc.

Se un individuo riceve un gene favorevole dalla madre (ad esempio resistenza all’alta salinità) e un altro gene favorevole dal padre (resistenza alle alte temperature) potrà vivere in un ambiente con entrambe queste caratteristiche A gameti diversi Tuttavia se entrambi i geni sono sullo stesso cromosoma, non ci sarà modo che egli trasmetta questa capacità ai figli attraverso un suo gamete a meno che il crossing over non permetta il passaggio di entrambi i geni su uno dei due cromosomi omologhi Allo stesso gamete