Meiosi e mitosi - sciunisannio.it

Per lo più le cellule hanno vita limitata nel
tempo, in quanto cessano di essere
un’individualità quando si dividono in due
cellule figlie dotate delle stesse caratteristiche
della cellula madre.
Tutte le cellule (ec glob.rossi e cell.nervose),
sono suscettibili di divisione, possono cioè
generare, per mitosi, due cellule figlie con le
stesse caratteristiche morfologiche e
fisiologiche della cellula di partenza.
Quindi, in una cellula, si alternano mitosi e fase
intermitotica, detta anche interfase.
Il ciclo cellulare è l’insieme delle modificazioni
cui va incontro una cellula da quando nasce
per divisione della cellula madre al momento
in cui finisce per dividersi in due cellule figlie.
La divisione cellulare
Una cellula replica il suo genoma e lo distribuisce tra le
cellule figlie.
Perpetua e diffonde le informazioni genetiche,
aumentando quindi la probabilità di successo di una
SPECIE e la sua sopravvivenza.
La crescita cellulare
Le cellule aumentano la loro massa sintetizzando
proteine, lipidi di membrana e altri componenti
essenziali.
Aumenta l’idoneità della singola cellula e ne aumenta la
probabilità di sopravvivenza.
Per conciliare questi scopi, la divisione e la crescita, sono accoppiate, in modo
che, in un dato ambiente, la maggior parte delle cellule si divida quando
raggiunge una particolare dimensione.
La sola crescita è insufficiente per iniziare la divisione; le cellule devono essere
stimolate da segnali di crescita per incominciare a dividersi.
Per regolare la cadenza della divisione cellulare, i meccanismi di controllo del
ciclo cellulare attuano una funzione di controllo per prevenire la trasmissione
di genomi incompleti o danneggiati alle cellule figlie.
Possono compiere una devastazione sulla progenie cellulare :
1.
la replicazione incompleta del genoma,
2. la replicazione del DNA senza divisione
3. la divisione prima che la replicazione del DNA sia completa.
Per impedire che tali errori
accadano, tutti gli organismi
utilizzano meccanismi molecolari
che controllano il passaggio della
divisione cellulare attraverso punti
specifici del ciclo cellulare detti
punti di controllo.
La crescita cellulare e la maggior
parte dei processi biochimici sono
continui, ma il ciclo cellulare
avanza per mezzo di passaggi
discreti e incrementali.
Ci sono enzimi specifici, fosfatasi, protein-chinasi che funzionano da
interruttori per imporre ai processi di replicazione del DNA e di citochinesi
questo avanzamento per passi.
Questa rete di proteine di regolazione coinvolte nel controllo
dell’avanzamento del ciclo cellulare è anche ben adatta per accoppiare le fasi
del ciclo con le condizioni ambientali e facilitarne un controllo di qualità!
Crescita cellulare
Le cellule si accrescono aumentando le dimensioni, ma
vi sono limiti oltre i quali tale accrescimento, non è più
realizzabile.
Con l’aumentare del volume cellulare, aumenta il
fabbisogno di sostanze nutritizie che devono entrare
nella cellula e la quantità di sostanze di rifiuto che
devono essere eliminate dalla stessa ed ovviamente
transitare attraverso la membrana.
Crescita cellulare
L’aumento di superficie della membrana, conseguenza
dell’aumento del volume, non riesce a soddisfare le accresciute
necessità di trasferimento di sostanze giacché la progressiva
diminuzione del rapporto tra l’area superficiale della membrana
ed il volume cellulare rende via via difficile lo scambio
equilibrato di sostanze tra l’esterno e l’interno della cellula.
Esiste un rapporto tra il nucleo ed il volume del citoplasma detto
rapporto nucleoplasmatico RNP
RNP= Vn /( Vc- Vn )
Vn= volume nucleo
Vc= volume citoplasma
Quindi raggiunto un valore limite la cellula dovrà dividersi.
Ciclo cellulare
L’intervallo che intercorre tra
due divisioni successive della
cellula, di durata variabile, è
detto INTERFASE ed è in questo
periodo che il nucleo viene detto
INTERFASICO per contrapporlo
alla fase durante la quale si
divide che lo definisce
MITOTICO.
Raggiunto il massimo livello
d’accrescimento, ogni cellula si
divide in due cellule ognuna
delle quali inizierà tutta la serie
di processi metabolici che la
porteranno alla divisione.
E questa serie di eventi è detta
ciclo cellulare.
Ciclo cellulare
Tutte le cellule, dopo una divisione
(M), seguono un ciclo attraversando
diverse fasi. L’insieme di questi
stadi prende il nome di INTERFASE
G1: accrescimento, sintesi proteica,
produzione di sostanze
S: duplicazione del DNA
G2: sintesi delle diverse strutture
che verranno ripartite tra le due
cellule figlie
Alcune cellule si fermano in G1 per sempre.
In tale caso si parla di G0
IL CICLO CELLULARE È UNA SERIE ORDINATA DI EVENTI CHE DETERMINANO
LA CRESCITA DELLA CELLULA E LA SUA DIVISIONE IN DUE CELLULE FIGLIE.
Se il ciclo cellulare durasse 1 ora: la fase G1
durerebbe 50 minuti circa e tutte le altre
fasi insieme i successivi 10 minuti.
In realtà la durata del ciclo è diversa per
ogni cellula; inoltre dipende da molti
fattori quali la temperatura e le sostanze
nutritive che la cellula ha a disposizione.
La maggior parte delle attività di una cellula
si svolgono durante la fase G1.
Alcune cellule, come le cellule Nervose,
smettono di moltiplicarsi dopo lo
sviluppo embrionale.
In questi casi la fase G1 dura per tutta la vita
dell’individuo e viene detta fase G0.
Ciclo cellulare
Le fasi più importanti,
sono la fase di divisione
M e quella di
duplicazione dei
cromosomi S, che sono
separate da due
intervalli, detti GAP1 e
GAP2.
Fase M-Mitosi- profase
DNA si duplica: ogni cromatidio è affiancato da un cromatidio fratello
(due molecole di DNA identiche con proteine (istoni) associate).
Questo avviene durante la fase G2
i due cromatidi fratelli sono attaccati a livello del centromero
cromatidio
Dopo che i cromosomi si
sono duplicati inizia la
mitosi:
Cromosoma completamente condensato,
con il centromero, che è il punto di unione
dei due cromatidi.
I cinetocori, uno per ciascun cromatidio,
sono strutture contenenti proteine
associate con il centromero.
Ai cinetocori si legano i microtubuli che
formano parte del fuso mitotico.
Cromosoma, cromatidi, centromero, telomeri.
Un cromosoma:
• prima di duplicarsi, è costituito da un cromatidio
• dopo la replicazione del DNA è formato da due cromatidi
“fratelli”, che appaiono uniti nella regione del centromero
• Quando i due cromatidi si separano, si avranno due nuovi cromosomi
uguali (ciascuno costituito da un cromatidio)
Fase M-Mitosi-> metafase - telofase
i centromeri si allineano sul piano equatoriale in fila per uno
i cromatidi fratelli si separano e si allontanano
un intero corredo cromosomico migra verso ciascun polo
si riformano i nuclei e comincia la citocinesi
LE CELLULE FIGLIE CHE RISULTANO DALLA MITOSI SONO
IDENTICHE ALLA CELLULA MADRE
METAFASE
PIASTRA
METAFASICA
Stato di ciascun
cromosoma
Separazione
Organizzazione
della cellula
CITODIERESI
Mitosi quando…..
La mitosi avviene per
produrre altri organismi, che
saranno identici alla madre
aumentare il numero delle cellule
di un organismo
per formare parti mancanti
riproduzione:
gemmazione
Hydra viridis
Peranema
rigenerazione
riproduzione:
scissione binaria
Planaria
ameba
mitosi
PARAGONANDO TRA LORO LA DIVISIONE CELLULARE NELLE
PIANTE E NEGLI ANIMALI, SI RILEVANO TUTTAVIA ALCUNE
DIFFERENZE
NELLA FASE G1, IL NUCLEO MIGRA AL CENTRO
DELLA CELLULA VEGETALE;
LA COMPARSA DI UNA STRETTA BANDA DI
MICROTUBULI, DISPOSTI AD ANELLO, SOTTO LA
MEMBRANA PLASMATICA, DURANTE LA FASE G2.
TALE BANDA E’ CHIAMATA PREPROFASICA.
In queste cellule, il nucleo, inizialmente comincia a spostarsi verso il centro della
cellula, dove si ancora mediante briglie citoplasmatiche. Gradualmente tali briglie si
fondono, formando una lamina trasversale di citoplasma che taglia la cellula secondo
il piano in cui essa alla fine si dividerà. Questa lamina e’ chiamata “ fragmosoma”,
contiene microtubuli e filamenti di actina, coinvolti nella sua formazione.
a. Inizialmente il nucleo è localizzato
nello strato citoplasmatico aderente
alla parete;
b. Briglie di citoplasma attraversano il vacuolo permettendo al nucleo di migrare verso il centro della cellula; c. Il nucleo ha
raggiunto il centro della cellula,alcune briglie citoplasmatiche si fondono a formare il fragmosoma; d. Il fragmosoma si è
formato completamente; e. A mitosi conclusa la cellula si dividerà secondo il piano occupato dal fragmosoma.
La banda preprofasica, deve il suo nome proprio al fatto che
precede la profase.
Si tratta di una banda di microtubuli relativamente densa, che
circonda il nucleo in un piano che corrisponde al futuro fuso
mitotico. Essa scompare prima della formazione del fuso
mitotico.
La microscopia a fluorescenza è stata usata per
evidenziare la localizzazione dei microtubuli nei
differenti stadi della divisione cellulare ed è una
tecnica che consente di ottenere immagini
tridimensionali.
Nella foto a lato, delle cellule dell’apice radicale di
cipolla sono state colorate con anticorpi
antitubulina (la proteina che costituisce i
microtubuli), appositamente preparati.
Gli anticorpi fluorescenti si legano alla tubulina e,
fotografati mediante la microscopia a fluorescenza,
rilevano la localizzazione dei microtubuli.
a. Formazione della banda P. sotto la membrana plasmatica; b. banda preprofasica prima della
profase (>), microtubuli che formano il fuso preprofasico, delineando il contorno dell’involucro
del nucleo, di per se stesso invisibile (→); c. Fuso mitotico alla metafase; d. Durante la teleofase
nuovi microtubuli costituiscono il fragmoplasto, in corrispondenza del quale si forma la piastra
cellulare.
Allium cepa
MICROSCOPIA AD
IMMUNOFLUORESCENZA
Mitosi al microscopio ottico a contrasto di fase, in cellula viva del
giglio rosso africano (Haemanthus katheririnae).
a. Profase avanzata: i cromosomi appaiono condensati; una zona chiara si sviluppa
intorno al nucleo; b. Profase avanzata-metafase iniziale: l’involucro nucleare è
scomparso e le estremità di alcuni cromosomi sporgono nel citoplasma.
c. Metafase: i cromosomi
si dispongono in
centromeri sul piano
equatoriale del fuso.
d. Anafase media: i cromatidi
fratelli ( da questo momento
chiamati cromosomi figli), si sono
separati e si muovono verso i poli
opposti del fuso.
Quando la piastra cellulare matura ,
al centro del fragmoplasto,
questo
e
f. All’inizio
dell’ interfase
microtubuli si irradiano,
la piastra cellulare, in via di
in senso
centrifugo, dall’involucro nucleare verso il
sviluppo, si accrescono
in senso
centrifugo, fino a raggiungere la citoplasma.
parete della cellula in divisione.
e. Anafase avanzata; f. Telofase- citodieresi: i cromosomi figli hanno
raggiunto i poli opposti e le due masse di cromosomi cominciano ad
organizzarsi nei due nuclei figli. La formazione della piastra cellulare è
quasi ultimata.
Meiosi
La meiosi è un processo caratteristico delle cellule eucariotiche, essa riguarda
unicamente la produzione delle cellule sessuali o gameti degli organismi pluricellulari.
Con la meiosi, attraverso un processo piuttosto complesso, una singola cellula diploide,
dopo aver replicato una sola volta il suo DNA, da origine a quattro cellule figlie, i gameti
appunto, dotate di un patrimonio dimezzato di cromosomi e dette perciò aploidi.
È un’altra modalità di divisione cellulare, che si attua in
due fasi si realizza solo per i GAMETI
Fasi della meiosi I
Come in preparazione alla mitosi, il DNA si
duplica, e si organizza in due cromatidi
fratelli
i due cromatidi fratelli sono attaccati a
livello del centromero
Inizia la meiosi I
le molecole di DNA si compattano e i cromosomi omologhi si appaiano e
formano una TETRADE
Durante la formazione della tetrade PUÒ avvenire il
crossing-over
Quindi, cromosomi omologhi si POSSONO scambiare
tratti di DNA
I cromosomi omologhi sono dei cromosomi morfologicamente identici che si appaiano durante la meiosi.
Essi possono essere definiti come dei cromosomi che in loci corrispondenti presentano gli stessi geni sintetizzanti però informazioni diverse.
Tali cromosomi appartengono allo stesso paio, hanno dimensioni uguali e lo stesso numero di geni, ma non necessariamente gli stessi alleli.
Negli organismi diploidi uno dei cromosomi omologhi è di origine materna, l'altro di origine paterna.
In genetica si definisce allele ogni variante di sequenza di un gene.
Crossing over
In termini più tecnici può invece essere
descritto come lo scambio di porzioni
omologhe di materiale genetico, che può
verificarsi fra due cromatidi appartenenti
a due cromosomi diversi di una coppia di
omologhi.
Il fenomeno avviene durante la profase 1
della meiosi; nelle fasi iniziali ogni
cromosoma è formato da due cromatidi,
poiché il DNA si è già duplicato.
Prima che i cromatidi si separino nelle
cellule figlie avviene lo scambio dei
cromosomi.
Per questo motivo, ogni cromosoma che
viene trasmesso a un gamete può essere
una combinazione di segmenti che
provengono da entrambi i cromosomi
della generazione precedente: l'effetto è
una ricombinazione dei geni associati.
Lo scambio di pezzi tra cromosomi
omologhi è una fonte molto importante di
variabilità genetica perché genera nuove
combinazioni di alleli.
Per effetto del
crossing-over, le
4 cellule
risultanti dalla
meiosi avranno
4 cromatidi
diversi
metafase I
le tetradi si allineano sul piano
equatoriale in fila per uno
i cromosomi omologhi di ciascuna
tetrade si separano e si
allontanano
una metà del corredo cromosomico
migra verso ciascun polo
Segue la II
divisione,
senza
ulteriore
duplicazione
del DNA
Nella meiosi II
i cromatidi
fratelli si
separano e si
allontanano
la stessa metà
del corredo
cromosomico
migra verso
ciascun polo
meiosi I e II
i centromeri si allineano sul piano equatoriale in fila per uno
Risultato della meiosi
LE QUATTRO
CELLULE FIGLIE
SONO DIVERSE
DALLA CELLULA
MADRE
perché
hanno la metà del numero dei cromosomi della cellula
madre: sono APLOIDI
sono diverse tra di loro per:
separazione casuale degli omologhi alla I divisione
meiotica
 eventuale crossing-over
Le cellule che si dividono per meiosi, subiscono due successive
divisioni cellulari che si realizzano attraverso le fasi di Profase
Metafase Anafase Telofase.
Si ha quindi
 una prima divisione meiotica o eterotipica o RIDUZIONALE, a
seguito della quale si dimezza il numero dei cromosomi,
 una seconda divisione meiotica o divisione omeotipica o
EQUAZIONALE, nel corso della quale si separano i cromatidi.
RISULTATO DELLA MEIOSI: 4 CELLULE APLOIDI.
Confronto mitosi – meiosi
MITOSI
MEIOSI