Ciclo cellulare

PON di Scienze
a.s. 2013/14
Esperto prof. C. Formica
CICLO E DIVISIONE CELLULARE
GENETICA MENDELIANA
Immagini e testi tratti dai website di: genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it, unimi.it,
wikipedia.it, unibs.it, unisi.it, unina.it, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it, sciencemag.org, ncbi.gov
La divisione cellulare è necessaria durante lo sviluppo e
per la rigenerazione dei tessuti.
G = Gap (intervallo)
S = Sintesi
M = Mitosi
Nella fase S il numero dei cromosomi passa da 2n a 4n e
resta 4n anche in G2.
prof. Ciro Formica
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Ciclo cellulare
M mitosi: profasemetafase
anafasetelofase citocinesi (citodieresi)
G2: intervallo tra
sintesi DNA e mitosi;
vengono sintetizzate
le proteine cellulari.
La cellula si prepara
per la mitosi
M
G1: intervallo tra la
Mitosi e la replicazione
(fase S) del DNA .
Vengono duplicati gli
organuli cellulari
G2
G1
G0
S: replicazione (sintesi)
del DNA e dei centrioli
S
G0: la cellula è in riposo e
non si divide, ma può
ritornare in G1 e dividersi
di nuovo se stimolata (es.
cicatrizzazione, trapianto)
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Le cellule eucarioti e il ciclo cellulare
Le cellule eucarioti si possono raggruppare in base alla loro capacità di dividersi
in:
1-perenni (es. neuroni): non si dividono mai dopo il differenziamento, cioè escono
dal ciclo e non vi rientrano più
2-stabili: la cellula smette di dividersi, entra in G0 rimanendo quiescente (a riposo)
e vi rimane fino a quando non interviene uno stimolo esterno che può farla
rientrare nel ciclo .
Esempi
1- cellule del fegato
2- fibroblasti della pelle: il ciclo riprende in caso di ferita o di taglio chirurgico
(cicatrizzazione).
Anche nella coda della lucertola accade qualcosa di simile quando viene tagliata e
successivamente ricresce.
3- dinamiche: non escono mai dal ciclo ma si dividono continuamente: es.
staminali, cellule dell’epidermide, leucociti (globuli bianchi), altre cellule del
sangue ecc.
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Controlli del ciclo
Uno dei controlli del ciclo è esercitato dalle cicline in alcuni punti
specifici
Un altro è l’inibizione da contatto: nelle cellule in coltura la crescita
si interrompe appena le cellule vengono a contatto tra loro, quando
cioè formano uno strato. Nella crescita tumorale NON avviene tale
inibizione, e le cellule continuano a crescere in gran numero, facendo
accrescere la massa tumorale solida.
I geni oncosoppressori, presenti di norma su tutte le cellule, se
normalmente funzionanti:
-arrestano il ciclo cellulare quando la cellula non deve più dividersi
-sono in equilibrio con i proto-oncogeni (che per mutazione danno
origine agli oncogeni)
-inducono la riparazione del DNA;
-avviano processi di apoptosi nelle cellule danneggiate, per evitare
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che vadano incontro a trasformazione tumorale
Eucromatina e eterocromatina
Nella cellula diploide (2n) i due cromosomi di ogni coppia sono di
provenienza materna e paterna.
Nella fase S il corredo cromosomico diventa 4n (ogni cromosoma è
formato da 2 cromatidi identici.)
Mentre il DNA si duplica solo nella fase S, la trascrizione delle
molecole di RNA avviene in modo continuo.
Nella fase S la cromatina del DNA si duplica in 2 fasi:
-eucromatina: poco condensata, viene replicata all’inizio della fase S
ed è continuamente trascritta in RNA
-eterocromatina: molto condensata, viene replicata più tardi nella
fase S ed è trascritta più lentamente.
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La mitosi e le sue fasi
Profase: inizio della mitosi. Migrazione dei centrioli verso i
poli opposti della cellula. La cromatina inizia a
condensarsi
e
i
cromosomi
si
spiralizzano:
cromatinacromosomi
Metafase: si completa il dissolvimento dell’involucro
nucleare, che era iniziato in profase
i cromatidi fratelli si separano, si forma il fuso mitotico.
I microtubuli del fuso si attaccano al centromero.
I cromosomi si allineano sulla piastra
e diventano ben visibili.
In questa fase che si può eseguire il CARIOTIPO
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Anafase: i cromatidi fratelli si separano e migrano ai poli
opposti della cellula.
Telofase: inizia a ricostituirsi l’involucro nucleare, i cromosomi
cominciano a despiralizzarsi: cromosomicromatina
Citodieresi: le cellule figlie si separano
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Durata delle fasi del ciclo
Il ciclo cellulare dura nel complesso 18-24 ore, ripartite secondo lo schema
La durata della sola MITOSI è compresa tra 60 e 70 minuti, cioè circa 1 ORA
G1
6-12 h
S
6-8 h
G2
profase
metafase
anafase
telofase citocinesi
2-3 h
INTERFASE (G1 +S +G2)
MITOSI: totale 1 ora circa
INTERFASE (fase del ciclo compresa tra due mitosi successive
Nelle cellule embrionali le fasi G1 e G2 sono brevissime, quasi assenti, quindi
prevalgono fase S e mitosi
Al termine della mitosi, cioè dopo che si sono formate le 2 cellule figlie per
citocinesi (citodieresi), il ciclo riprende da G1
Nelle cellule del fegato il ciclo dura anche 1 anno
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Interfase e mitosi
Interfase (G1+S+G2)  Profase  (prometafase)  Metafase 
Anafase  Telofase  Citocinesi
Fuso mitotico Si forma durante le metafase e permette
l’allineamento dei cromosomi all’equatore. Ad esso partecipano:
Centrioli: organuli cellulari che si dispongono ai poli opposti della
cellula in divisione; vi si attaccano i microtubuli
Centromero: porzione del DNA che tiene uniti i cromatidi fratelli e
consente il loro attacco alle fibre del fuso mitotico.
Microtubuli: formano il fuso mitotico legandosi al centromero da un
lato e ai centrioli dall’altro.
Tubulina: proteina dei microtubuli che ha la proprietà di ingrandirsi
quando si forma il fuso e ridursi di dimensioni quando il fuso si
dissolve .
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Cariotipo
Si esegue con la cellula in metafase (formazione del fuso), bloccando il ciclo con
la COLCHICINA per mostrare i cromosomi ed evidenziare eventuali anomalie
(es. trisomia del 21 = sindrome di Down) .
Il centromero divide il cromosoma in 2
bracci: braccio corto p, braccio lungo q
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Anomalie cromosomiche
Tipo
Descrizione
Delezione
Manca una porzione del cromosoma
Presenza di un frammento di cromosoma in
eccesso (talora di un cromosoma intero)
Un frammento di cromosoma si è spostato su
un altro cromosoma e viceversa (scambio)
Di una coppia di cromosomi omologhi ne
manca uno
Oltre alla normale coppia esiste un terzo
cromosoma (uno dei due si è duplicato)
Il corredo cromosomico non è diploide ma
triploide, tetraploide …
Duplicazione
Traslocazione
Monosomia
Trisomia
Poliploidia
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La meiosi e le sue fasi
Profase I: inizio della meiosi  vedi next slide
Diacinesi
Metafase I - allineamento dei cromosomi bivalenti sul fuso
mediante la tetrade
Anafase I - separazione dei cromosomi omologhi e migrazione ai poli
opposti della cellula, eliminazione chiasmi, dimezza il n diploide
Telofase I separazione cromatidi fratelli
La meiosi II inizia subito dopo meiosi I, prima della condensazione
dei cromosomi. È assente l’ interfase; è costituita dalle stesse fasi
precedenti:
Profase II, Metafase II, Anafase II, Telofase II, in cui avviene di
nuovo allineamento e separazione dei cromatidi fratelli
Citodieresi: le cellule figlie si separano
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Profase I della meiosi
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. In questa fase avviene il crossing-over (scambio di materiale
genetico)
Diplotene: si evidenziano i cromatidi.
Finita la sinapsi i cromatidi restano incrociati in punti detti chiasmi
nei quali è avvenuto il crossing-over (i 4 cromatidi formano la
tetrade)
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Differenze tra MITOSI e MEIOSI
MITOSI
Cellule somatiche diploidi (2n)
Fegato, pelle, neuroni, intestino,
muscolari …
Sempre diploidi: divisione
equazionale
Profase-metafase-anafasetelofase
Da 1 cellula madre  2 cellule
figlie uguali
MEIOSI
Gameti (cellule germinali) aploidi (n)
Ovociti (femminili)
Spermatozoi (maschili)
Da diploidi ad aploidi: divisione
riduzionale
Meiosi I: ProfaseI-metafaseIanafaseI-telofaseI-interfase
Meiosi II: ProfaseII-metafaseIIanafaseII-telofaseII
Crossing-over = scambio di materiale
genetico
Da 1 cellula madre 
4 cellule figlie APLOIDI nel maschio
1 cellula uovo APLOIDE + 3 globuli
polari nella femmina
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Apoptosi e morte cellulare
APOPTOSI = morte cellulare programmata delle cellule somatiche.
Avviene dopo circa 30-40 cicli, cellulari.
Nello sviluppo tumorale si verificano di solito:
Perdita dell’apoptosi
Inibizione da contatto
Altra forma di morte cellulare è la Necrosi, un evento accidentale
dovuto a vari fattori:
Ischemiascarso afflusso di sangue a un tessuto
Ipossiascarso apporto di ossigeno a un tessuto
Avvelenamento, trauma, ipo/ipertermia ecc.
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Procarioti: riproduzione asessuata per scissione binaria
Nei batteri (procarioti)
la divisione avviene in
20-30 minuti e non è
suddivisa in fasi come
negli eucarioti.
Oltre al DNA circolare
possono essere
presenti plasmidi
(segmenti isolati di
DNA) che di solito
sono portatori della
resistenza batterica
agli antibiotici.
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Trasferimento del materiale genetico nei procarioti
Nei batteri il materiale genetico passa da un individuo a un altro in 3 modi:
-coniugazione: i plasmidi si trasferiscono dal donatore al ricevente attraverso un “pilo” di
coniugazione. Al termine entrambi i batteri (donatore e ricevente) conterranno il plasmide
-trasduzione: un virus (batteriofago) fa da vettore da un batterio a un altro.
-trasformazione: il passaggio avviene attraverso una molecola di DNA (principio
trasformante). Solo in questo caso non c’è contatto diretto tra batterio donatore e ricevente
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Virus: ciclo litico e ciclo lisogeno
Ciclo litico: il virus (fago) infetta la cellula
batterica e vi inietta il proprio DNA, che poi
si duplica più volte; ne nascono nuovi virus
che distruggono il batterio (lisi) e poi vanno
ad infettare altre cellule.
Ciclo lisogeno: il batterio non viene distrutto
poiché il DNA del virus si integra nel
cromosoma batterico e diventa profago.
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Leggi di Mendel
Prima legge (dominanza dei caratteri) incrociando due linee
pure differenti per un carattere, nella F1 si producono individui
che manifestano il carattere dominante.
Seconda legge (segregazione) ogni individuo possiede coppie di
fattori per ogni gene, gli alleli (di provenienza materna e paterna)
che si separano alla meiosiformazione dei gameti
I due alleli possono essere uguali (omozigoti) o diversi (eterozigoti).
I rapporti fenotipici delle prime 2 leggi sono 3:1
I rapporti genotipici sono 1:2:1 (1/4 omozigote dominante, 2/4=1/2
eterozigote, ¼ omozigote recessivo).
In queste prime 2 leggi gli incroci avvengono tra monoibridi,
es. Aa x Bb.
Con la 3.legge gli incroci avvengono tra diibridi.
Esempi: AaBb x AaBb 
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Incrocio tra diibridi
Terza legge (assortimento indipendente)incrociando individui di linea pura che
differiscono per due caratteri, nella F2 tali caratteri si separano in modo
indipendente tra loro durante la formazione dei gameti, combinandosi secondo le
leggi del caso.
Es. incrocio tra eterozigoti per entrambi i geni : RrYy x RrYy
x
RY
Ry
rY
ry
RY
RRYY
RRYy
RrYY
RrYy
Ry
RRYy
RRyy
RrYy
Rryy
rY
RrYY
RrYy
rrYY
rrYy
ry
RrYy
Rryy
rrYy
rryy
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2 coppie di alleli, ognuna posta su un paio di cromosomi omologhi:
Seme liscio e giallo RRYY
Seme rugoso e verde rryy
Incrocio P: RRYY x rryy
F1: RrYy 100%
F2 (RrYy x RrYy ): rapporti fenotipici 9:3:3:1;
Rapporti genotipici:
1/16 RRYY, 2/16 RrYY, 2/16 RRYy, 4/16 RrYy, 1/16 RRyy
2/16 Rryy, 1/16 rrYY, 2/16 rrYy, 1/16 rryy
Omozigote dominante per i 2 caratteri: 1/16
Eterozigote dominante per un solo carattere: 6/16
Omozigote recessivo per i 2 caratteri: 1/16
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Sistema AB0 – gruppi sanguigni
IA
I0
IB
IAIB
IB I0
I0
IAI0
I0 I0
D
IAIA , IA I0gruppo A
IBIB ,IBI0 gruppo B
IAIB gruppo AB
I0I0 gruppo 0
d
d
Dd
dd
d
Dd
dd
DDRh+
DdRh+
ddRh-
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Alberi genealogici
Esempio di ereditarietà: recessiva X-linked
 Affetti prevalentemente i maschi
 Un allele recessivo viene trasmesso da un maschio affetto
a tutte le figlie femmine (portatrici) che lo trasmettono al
50% dei figli maschi
 Non si osserva trasmissione padre-figlio maschio
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Crossing over e ricombinazione
I geni situati sullo stesso cromosoma ma in loci
differenti possono essere separati l’uno dall’altro
mediante il crossing-over.
Dal crossing-over dipende la ricombinazione
genica, un fenomeno che avviene durante la
profase I della meiosi
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Drosophila melanogaster (moscerino della frutta)
- ha occhi rossi, corpo giallo marrone con anelli neri
-i maschi sono più corti delle femmine ed hanno la parte terminale
più scura
-presenta dimensioni ridotte
- è facilmente allevabile
- caratterizzata da un rapido susseguirsi di generazioni
-ha 4 cromosomi grandi ed evidenti , si tratta quindi di un
ORGANISMO MODELLO
-Altri organismi modello:
-S. cerevisiae (lievito)
--C. elegans (verme)
--A. thaliana (pianta)
--M. musculus (topo)
--H sapiens
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