La capacità di crescere è una caratteristica fondamentale degli esseri viventi
Negli organismi unicellulari, la divisione cellulare fa aumentare il numero
totale degli individui di una popolazione
Negli organismi pluricellulari, la divisione cellulare fa aumentare il numero
di cellule e quindi rende conto della crescita di un organismo e della sostituzione
di cellule morte
Una cellula che si divide genera due cellule figlie identiche (CLONI) alla cellula
parentale dal punto di vista genetico.
Il materiale genetico deve essere precedentemente duplicato prima
di essere ripartito fra le due cellule figlie.
Per fare questo la cellula attraversa una serie di fasi che costituiscono il
CICLO CELLULARE
Divisione cellulare nei procarioti
SCISSIONE BINARIA
~ 20/30 min in condizioni
ambientali favorevoli
(temperatura, mezzo
nutritivo, assenza di specie
in competizione…)
SETTO
l’informazione genetica è
stata equamente ripartita
fra le due cellule figlie
→ CLONE = discendenza di cellule tutte uguali
CICLO CELLULARE delle cellule eucariotiche
INTERFASE periodo fra 2 mitosi consecutive
FASE G1 (gap 1) non c’è duplicazione del DNA, trascrizione e traduzione attive
12-24 ore
FASE S duplicazione del DNA, 6-7 ore
FASE G2 trascrizione e traduzione attive, in preparazione alla mitosi
centrosoma si duplica → aster → fuso primario
FASE M MITOSI, meno di un’ora (indice mitotico)
La lunghezza del ciclo cellulare
(tempo di generazione) varia tra i
diversi tipi cellulari
G0 è una G1 prolungata tipica delle
cellule che non si dividono
G1 e G2 non sono distinguibili
morfologicamente
a) Profase, il nucleolo non è più evidente, la trascrizione non è attiva, inizia a
formarsi il fuso mitotico, i cromosomi si condensano→ 2 cromatidi uniti dal
centromero
b) Prometafase, dissolvimento involucro nucleare, formazione del fuso mitotico
completata
c) Metafase: i cromosomi si dispongono all’equatore grazie ai microtubuli
del cinetore del fuso mitotico
d) Anafase precoce: i cromatidi si separano
e) Anafase tardiva: ciascun cromatidio ha raggiunto i poli del fuso
f) Telofase: cromatidi/cromosomi si despiralizzano, l’involucro nucleare e i
nucleoli si formano, il fuso mitotico si disgrega
Citocinesi
Formazione del fuso mitotico
centrosoma
fibre dell’Aster
centrioli
a) Duplicazione della coppia di centrioli in fase S-G2
b) L’aster si divide in due, tra i due aster si allungano i microtubuli
Sezione trasversale di centriolo
struttura 9x3
Micrografia al TEM
Fibre del fuso mitotico in metafase
piastra metafasica
microtubuli del cinetocore
(fibre del fuso acrosomiche)
centrioli
microtubuli
dell’aster
materiale
pericentriolare
microtubuli
polari
Cromatidi fratelli e centromero
Possibile meccanismo di movimento del cinetocore sui microtubuli del fuso
Cellule animali.
Solco di divisione:
microfilamenti di
actina
Cellule vegetali. Piastra cellulare:
deposizione di vescicole contenenti
polisaccaridi della parete vegetale
Punti chiave di controllo, detti
PUNTI DI TRANSIZIONE
del ciclo cellulare.
Il sistema di controllo deve garantire che
tutti i processi associati a ciascuna fase siano
stati portati a termine e in modo corretto.
Deve essere in grado di rispondere
alle condizioni esterne.
Modalità di controllo del ciclo cellulare
Delicato equilibrio tra l’attività di proteine diverse, necessarie alla regolazione del
progresso delle cellule nel ciclo.
PROTEINA CHINASI CICLINA DIPENDENTI (CDK): sono enzimi che fosforilano
una proteina bersaglio modificandone l’attività.
Non sono sempre attive ma solo in associazione con cicline in particolari momenti
del ciclo.
CICLINE: sono proteine la cui concentrazione varia in maniera ciclica
Cicline mitotiche, cicline G1, cicline S.
I diversi complessi ciclina-CDK si prestano a costituire una serie di posti di blocco
o di controllo localizzati nei principali punti di transizione del ciclo cellulare G1-S,
G2-M, metafase-anafase.
Il controllo si basa dunque sulla disponibilità delle cicline e sullo stato di
fosforilazione del complesso ciclina-CDK.
Natura dei meccanismi di controllo del ciclo cellulare:
• disponibilità di un ancoraggio, affollamento della coltura
• presenza-assenza di fattori di crescita
Cellule trasformate
tumorali ad es. perdono
l’inibizione da contatto e
continuano a crescere in
multistrato, in vitro
I FATTORI DI CRESCITA
Sono molecole appartenenti alla grande famiglia dei mediatori chimici che
stimolano la proliferazione cellulare in maniera selettiva.
Sono perlopiù polipeptidi di peso molecolare non elevato, secreti da cellule
specializzate
DENOMINAZIONE
Cellule stimolate a
proliferare
PDGF (platelet-derived growth
factor)
Cellule dei tessuti connettivi
EGF(epidermal growth factor)
Diversi tipi cellulari fra cui
cellule dell’epidermide
FGF (fibroblast growth factor)
Cellule di derivazione
mesodermica
HGF (Hepatocyte growth
factor)
Epatociti
Eritropoietina
Cellule progenitrici dei
globuli rossi
Il complesso ciclina G1-CdK regola la progressione attraverso il punto di restrizione
attraverso la fosforilazione della proteina Rb
Transizione G2-M è indotta dall’attività di un complesso ciclina-CDK mitotico
chiamato MPF (mitosis promoting factor) che fosforila proteine chiave coinvolte
nei primi stadi della mitosi
Il complesso che promuove l’anafase
indirizza
proteine specifiche alla degradazione
ubiquitina-dipendente
• Securina
• Ciclina mitotica
Meccanismi di checkpoints (meccanismi di controllo) del ciclo
cellulare: se le condizioni della cellula non sono adatte, il ciclo
cellulare viene temporaneamente arrestato.
- Danni al DNA (controllo in vari punti: tarda G1, S, tarda G2)
- Controllo della replicazione del DNA (proteine associate al DNA
bloccano la defosforilazione finale del complesso ciclina mitoticaCDK)
- Controllo dell’assemblaggio del fuso
PUNTO DI RESTRIZIONE
Apoptosi: morte cellulare programmata che prevede idrolisi di ATP, frammentazione nucleo, coinvolgimento del
mitocondrio
p53
«IL GUARDIANO DEL GENOMA»
Riproduzione
ASESSUATA o AGAMICA: Si ottiene una progenie geneticamente identica
(CLONE) a meno di fenomeni di mutazione o cambiamenti occasionali del
materiale genetico
SESSUATA o GAMICA: richiede la partecipazione di due individui in quanto è
affidata all’incontro di due cellule speciali i gameti prodotti nelle gonadi da un
individuo di sesso maschile e da uno di sesso femminile
La diversità genetica che dipende dall’insorgenza di
mutazioni associata ai meccanismi di riproduzione
sessuata offre un’enorme opportunità a livello evolutivo
Meiosi
permette mantenimento del numero costante dei cromosomi
in organismi a riproduzione sessuata
viene operata esclusivamente dalle cellule germinali per dimezzare il
contenuto di DNA; 2n→n
2 divisioni precedute da 1 duplicazione del DNA:
MEIOSI I
RIDUZIONALE
MEIOSI II
EQUAZIONALE
• Avvengono due successive divisioni, a partire da una cellula diploide si
ottengono 4 cellule aploidi
• Le 4 cellule aploidi contengono un solo cromosoma di ogni coppia di
omologhi
• Durante la meiosi si verifica la ricombinazione dell’informazione genetica dei
cromosomi parentali, tanto che ogni cellula aploide prodotta ha una
combinazione di geni potenzialmente unica
MEIOSI
loci
Ogni cromosoma è costituito da migliaia di geni.
I geni occupano posizioni definite chiamate loci genici.
Questi due cromosomi non sono omologhi.
Questi due cromosomi sono omologhi:
questi sono alleli
questi non sono alleli
giallo
verde …….anche se gli alleli controllano lo stesso tipo di carattere,
non necessariamente contengono lo stesso tipo di informazione
alleli che controllano il carattere colore del seme
a) Meiosi gametica o terminale, avviene solo in cellule germinali (es.animali)
b) Meiosi intermedia o sporofitica, organismo può esistere in forma diploide,
sporofito e aploide, gametofito che darà origine a gameti (es. felci)
c) Meiosi zigotica o iniziale, organismo è aploide, lo zigote che si forma dalla
fecondazione si divide subito per meiosi (es. funghi)
Profase I
Tarda profase I
Metafase I
Profase II
Metafase II
Anafase II
Anafase I
4 cellule
Nella profase I si forma il complesso sinaptinemale che permette
l’appaiamento fra 2 cromosomi omologhi
SINAPSI, BIVALENTE, TETRADE (2 cromosomi omologhi appaiati,
ciascuno costituito da due cromatidi)
Tramite il crossing over avviene lo scambio di materiale genetico fra
cromatidi omologhi non fratelli
CHIASMI sono i punti a livello dei quali i cromosomi rimangono attaccati ed
indicano i punti in cui si è verificato il crossing over
Nella Metafase I un cromosoma prende contatto con le fibre del fuso
provenienti da un solo polo
Nell’Anafase I si separano i cromosomi omologhi
Telofase I: si formano due cellule con corredo già aploide (n)
La comparsa dei chiasmi nella profase I è la conseguenza visibile dell’avvenuto
crossing over
cromatidi
ricombinanti
cromatidi ricombinanti sono geneticamente diversi da quelli di origine
Schema relativo al crossing-over
Assortimento indipendente dei
cromosomi omologhi
Nell’anafase I è soltanto il caso ad
attribuire un omologo della coppia ad
una cellula piuttosto che ad un’altra
Più elevato è il numero cromosomico
del corredo genetico, minore è la
probabilità che si ristabiliscano le
combinazioni parentali originali
2n = Possibili combinazioni gametiche
derivanti dall’assortimento casuale dei
cromosomi paterni e materni alla
meiosi
n = numero aploide del corredo
223 possibili combinazioni
cromosomiche diverse fra cromosomi
materni e paterni nell’uomo!
Confronto fra mitosi e meiosi
•il DNA viene duplicato
prima di ogni divisione
mitotica, ciò non accade
nell’intervallo che precede la
Meiosi II
•Nella Mitosi i due cromatidi
nel cromosoma sono
identici, nella Meiosi II sono
diversi a causa del crossing
over
•Nell’Anafase I si separano i
cromosomi omologhi non i
cromatidi come nella Mitosi
•Il numero di cromosomi che
si allinea in metafase II è
dimezzato rispetto a quello
della metafase mitotica
Informazioni relative al numero, forma, dimensioni dei cromosomi di una cellula:
CARIOTIPO assetto cromosomico di un individuo
cromosomi metafasici ben separati
classificazione cromosomi in base alla
posizione del centromero
♂
Cellule umane diploidi hanno un cariotipo costituito da 23 coppie di cromosomi → 46
colchicina
Non-disgiunzione alla Meiosi porta ad ANEUPLOIDIA:
condizione anomala in cui uno o più cromosomi mancano o sono in eccesso
ANEUPLOIDIA
+ comuni
TRISOMIA DEL 21 o Sindrome di Down
Non disgiunzione dei
cromosomi sessuali
alla Meiosi
Mendel
e l’ereditarietà
1865
Linee geneticamente
pure
Teoria cromosomica dell’
ereditarietà (Sutton-Boveri, 1903)
• I geni sono localizzati sui cromosomi e la
trasmissione dei geni va in parallelo con
quella dei cromosomi.
• Le leggi di Mendel trovano il loro
fondamento fisico nella meiosi.
1900
Riscoperta del lavoro di Mendel
(De Vries, Correns, Von Tschermak)
7 Caratteri
Studiati da Mendel
Fenotipo: aspetto esterno
Carattere
Linee pure per un certo
carattere
Genotipo
viola
bianchi
Fenotipo
Semi lisci e semi rugosi
Genotipo
Fenotipo
I caratteri sono controllati dai geni
I geni non sono tutti uguali: ALLELI
Il gene controlla la forma del seme
ALLELE
liscio
Forma alternativa di un gene
rugoso
Allele dominante: carattere espresso nella generazione F1
Allele recessivo: carattere non espresso nella generazione F1
Individui Omozigoti contengono alleli identici
Eterozigoti contengono le due forme alleliche
Il carattere recessivo si manifesta solo in individui omozigoti
per quel carattere
Quando entrambi i caratteri sono presenti nello stesso individuo quelli
dominanti mascherano i recessivi
spermatozoo
cellula uovo
I gameti sono aploidi, cioè possiedono un
cromosoma di ogni coppia di omologhi (n)
e quindi ne consegue anche solo un gene
di ogni singola coppia allelica.
zigote
Alla fecondazione, lo zigote avrà coppie di
cromosomi omologhi, un componente di
origine materna ed un altro paterna.
Ogni coppia porterà geni allelici.
Genotipo
viola
bianchi
Fenotipo
Durante la meiosi i due alleli
vengono separati
Legge della
segregazione
Omozigoti
Eterozigoti
Incrocio diibrido
(2 caratteri)
Due coppie di alleli
Possibili
combinazioni dei
gameti
Cosa avviene a
livello
cromosomico…
Assortimento indipendente
Leggi di Mendel
Ci sono due modi con cui due differenti coppie di omologhi si possono allineare in
piastra metafasica ed essere successivamente distribuiti nelle cellule figlie. La cellula con l’
orientamento di sinistra produrrà gameti ½ AB e ½ ab, quella con l’orientamento
di destra produrrà ½ gameti Ab e ½ gameti aB. Il rapporto dei 4 possibili gameti è
1:1:1:1
Gli esperimenti di Mendel sono alla base della genetica moderna
I caratteri ereditari sono determinati dai geni trasmessi durante la
riproduzione
Un individuo diploide contiene coppie di geni
I geni che controllano un carattere possono presentarsi in 2 forme
alleliche
OMOZIGOTE
ETEROZIGOTE
Allele dominante: maschera quello recessivo
1909-Thomas Hunt Morgan e
la Fly Room
Mappe di cromosomi con distanze espresse in unità di mappa
Frequenze di ricombinazione: N progenie ricombinante/
N progenie totale
http://www.dnaftb.org/dnaftb/
geni concatenati occupano posizioni vicine
sui cromosomi
X
BbVv
Wild type
(corpo grigio, ali normali)
Genotipi
BbVv
wild type
bbvv
(corpo nero, ali corte)
bbvv
Bbvv
bbVv
corpo nero
ali corte
corpo grigio
ali corte
corpo nero
ali normali
Risultati attesi
575
575
575
575
Fenotipi osservati
965
944
206
185
fenotipi parentali
fenotipi ricombinanti
Dominanza incompleta
X
rr
Generazione P
RR
Rr
gameti
R
r
R
Generazione F1
r
RR
Rr
Rr
rr
Generazione F2
Epistasi
Un gene modifica l’azione di un altro gene
Wild type: agouti (BB, Bb)
bb: nero
aa: albino
indipendentemente dal genotipo degli altri
loci, poiché aa blocca la produzione di
tutti i pigmenti
Alleli multipli: gruppi sanguigni
In una popolazione possono essere presenti più alleli
Il sesso è determinato dai
cromosomi sessuali
eterogametico
Geni associati al cromosoma X:
X-linked
Femmina XAXA, XaXa, XAXa
Maschio XAY, XaY (Emizigosi)
Compensazione genica e corpo di Barr
omogametico
Maschio
daltonico
Femmina
eterozigote
X
xc Y
Maschio
normale
xC Y
xC xc
gameti
xC xc
gameti
xC
xC
Femmina
eterozigote
X
xc
xc
xC
xC
xc
xc
xC
xc
xC xc
xC
xc
Femmina
normale
xC
Y
Femmina
daltonica
xc
Femmina
normale
xC
Y
Femmina
normale
Y
xc
Y
Y
Y
Maschio
normale
Maschio
daltonico
Visione normale
Cecità ai colori
Maschio
normale
Maschio
daltonico
