DNA E RIPRODUZIONE
CELLULARE
Dott.ssa Carmela Bergamasco
Dott.ssa Laura Attanasio
Dott.ssa Chiara Gedressi
Perchè un elefante genera sempre un elefante, un coccodrillo genera
sempre un coccodrillo e un’orchidea genera sempre un’ochidea?
Perchè ogni tipo di
cellula svolge funzioni
vitali specifiche?
Quasi tutta
l’informazione della vita
conosciuta sulla Terra
è conservata nel DNA.
Il DNA è “la sala comandi” della “macchina- cellula”
Deoxyribose Nucleic Acid
Il DNA si struttura come una doppia elica
Una molecola di DNA è un
polimero formato da due
catene di monomeri avvolte in
modo da generare una doppia
elica destrorsa .
Watson e Crick,1952
… MA QUALI SONO LE UNITA’ STRUTTURALI
DEL DNA?
Le unità stutturali del DNA sono i nucleotidi
BASE AZOTATA
GRUPPO FOSFATO
ZUCCHERO
Le basi azotate sono 4:
-Adenina
-Guanina purine, 2 anelli
-Timina
-citosina pirimidine, 1 anello
Legge della complementarietà
A-T
C-G
i NUCLEOTIDI sono formati da :
- gruppo fosfato
- zucchero deossiribosio
- base azotata
…dall’elica …al cromosoma…al cariotipo
I geni sono tratti di
DNA che contengono
le istruzioni per le
attività cellulari
Locus
I geni sono detti sequenze codificanti: sono quelle che dirigono la cellula.
Esse sono intersperse tra sequenze regolative e sequenze con funzione
strutturale
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L’insieme dei geni di un organismo costituisce il genoma
Dimensioni del Genoma
in Megabasi
Procarioti Mycoplasma genitali
Haemophilus influenzae
Escherichia coli
0.58
1.83
4.7
Eucarioti Saccharomyces cerevisiae 13.5
Caenorabditis elegans
100
Drosophila melanogaster 165
Homo sapiens
3300
Duplicazione del DNA
Le 2 catene polinucleotidiche della molecola di DNA originario vengono
separate,le nuove eliche saranno sintetizzate secondo la legge della
complementarietà delle basi.
Il risultato è che si hanno 2 molecole di DNA, ciascuna formata da
-una catena nucleotidica proveniente dalla molecola di partenza,“vecchia”
- una catena nucleotidica neoformata, “nuova”
Per questo il modo di riproduzione delle molecole di DNA viene definito
DUPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA
Le mutazioni sono cambiamenti della sequenza del DNA
I mutanti albini
Ma perché questi animali presentano tutti la colorazione bianca?
NON PRODUCONO MELANINA
cute
pelo
occhi
Quale relazione esiste tra una mutazione del DNA e la non
produzione di una proteina?
IL DNA DIRIGE LA SINTESI PROTEICA!!!
E’ il dogma centrale
UN GENE
UN GENE
UNA PROTEINA
UN POLIPEPTIDE
Quali sono i distretti in cui avvengono questi processi?
EUCARIOTI
PROCARIOTI
Trascrizione
Linguaggio DNA
Linguaggio RNA
traduzione
Polipeptide
In che modo gli acidi nucleici codificano l’informazione genetica?
1 nucleotide alla volta
41 solo 4 aminoacidi
2 nucleotidi alla volta
42 solo 16 aminoacidi
3 nucleotidi alla volta
43 64 aminoacidi
IL CODICE GENETICO E’ DEGENERATO
LA TRASCRIZIONE
LE TRE FORME DI RNA TRASCRITTO
RNA messaggero RNA ribosomialeRNA di trasporto
COME AVVIENE LA
TRADUZIONE?
Le proteine andranno a determinare l’aspetto e le
proprietà della cellula e dell’organismo.
Trasmissione dell’informazione: divisione cellulare
Perchè le cellule
si dividono?
Per la riparazione
Per l’accrescimento
Per la riproduzione
CICLO CELLULARE
Può essere suddiviso in 5 fasi:
G1
INTERFASE
S
G2
DIVISIONE
CELLULARE
M
Citodieresi
Interfase
(G1 + S + G2)
Avviene l’accrescimento cellulare con:
• Attività metabolica
• Sintesi proteica
• Sintesi di DNA
G1 (Gap): la cellula è in intensa attività
metabolica, aumenta le sue dimensioni,
raddoppia gli organuli cellulari e si procura il
materiale per la sintesi del DNA
S (sintesi): avviene la duplicazione del DNA
e delle proteine ad esso associate
G2 (Gap): avvengono gli ultimi preparativi per
la divisione cellulare: inizia la compattazione
del DNA e l’assemblaggio del fuso mitotico
Divisione Cellulare
(M + Citodieresi)
Tale fase comprende:
M: il nucleo ed il suo contenuto si dividono
(mitosi) e si distribuiscono equamente in 2
nuclei figli
Citodieresi: il citoplasma e gli organelli
della cellula madre vengono spartiti
equamente dalle due cellule figlie
neoformate
Mitosi
4 fasi fondamentali:
1.Profase
2.Metafase
in ciascuna delle quali la cellula utilizza
una serie di strutture e di procedure
finalizzate alla suddivisione equa del
materiale genetico
3.Anafase
4.Telofase
1.Profase
I
cromosomi
spiralizzati
diventano visibili al microscopio
ottico
COMT
L’involucro nucleare ed il
nucleolo
cominciano
a
frammentarsi per poi sparire
Cromatidi
fratelli
Centromero
Si forma l’apparato del fuso
2.Metafase
I cromosomi sono allineati
all’equatore della cellula
I due cinetocori di un
cromosoma sono
rivolti verso i poli
opposti
3.Anafase
I centromeri si staccano
e i cromatidi si separano
I poli della cellula si
allontanano
4.Telofase
Attorno a ciascuna delle due
serie di cromosomi complete ed
equivalenti si forma la membrana
nucleare
I cromosomi despiralizzano
Compare il nucleolo
Il fuso mitotico scompare
Citodieresi
Divisione del citoplasma della
cellula madre in due cellule figlie
Cellula animale
Cellula vegetale
Nuclei
figli
fragmoplasto
Processo di divisione
cellulare che garantisce
la conservazione e la
distribuzione dello stesso
numero di cromosomi da
una cellula madre alle due
cellule figlie.
Questo è garantito dal fatto
che il materiale cromosomico
si raddoppia una volta e la
cellula si divide una volta.
Riproduzione sessuale
Spermatozoo
Cellula uovo
n
2n
n
Fecondazione
Da dove si originano e come si formano i gameti
2n
CELLULE SOMATICHE E GERMINALI
Cellule somatiche
Cellule germinali
Cellule del corpo
Cellule gametiche
Mitosi
Meiosi
Cloni cellulari
Cellule con assetto
cromosomico dimezzato
Meiosi
MEIOSI II
interfase
MEIOSI I
Cromosomi
omologhi
DIPLOIDE
APLOIDE
COME SI PRESENTA LA CELLULA ALLA FINE DELL’INTERFASE ?
Cromosomi omologhi
Cromatidio
Materno
Cellula premeiotica
Cromatidio
Paterno
Cromatidi fratelli
MEIOSI I
MEIOSI II
PROFASE I
METAFASE I ANAFASE I
TELOFASE I
PROFASE II METAFASE II ANAFASE II TELOFASE II
MEIOSI I
PROFASE I
l’involucro nucleare e il nucleolo
cominciano a frammentarsi; inizia la
formazione del fuso.
Coppia di
omologhi
Omologo
Tetrade
Punto di
scambio
Cromosomi
ricombinati
Cromatidi
fratelli
i cromosomi omologhi si appaiano
mediante il processo di sinapsi;
formazione tetrade.
scambio
di
segmenti
cromosomici, CROSSING OVER.
METAFASE I
Allineneamento delle tetradi
sul piano equatoriale della cellula
ANAFASE I
Separazione e migrazione dei
cromosomi omologhi verso i due poli
della cellula
Scioglimento delle tetradi
TELOFASE I
Si riforma l’involucro nucleare
Citodieresi
Ciascun cromosoma
è ancora costituito
da due cromatidi
fratelli
Cellule aploidi
MEIOSI II
Profase II
I cromosomi si condensano di nuovo
Metafase II
I cromosomi si allineano in piastra equatoriale
Anafase II
I cromatidi migrano ai poli opposti
Telofase II
Si riforma l’involucro nucleare e si ha la citocinesi
4 cellule aploidi
MIGRAZIONE DEI CROMOSOMI E DEI CROMATIDI
• MEIOSI I : migrazione dei cromosomi omologhi
• MEIOSI II : migrazione dei cromatidi fratelli
Riproduzione sessuata
Fusione di due cellule aploidi
GAMETI
in una singola cellula diploide
ZIGOTE
Il processo è la FECONDAZIONE
Gametogenesi
Maturazione dei gameti a partire da cellule germinali indifferenziate
Cellule germinali maschili
SPERMATOGONI
Cellule germinali femminili
OVOGONI
La maturazione comporta :
• Riduzione del numero cromosomico da diploide (2n) ad aploide (n)
• Differenziazione di strutture citoplasmatiche
Spermatogenesi
I gameti maschili prodotti a livello dei
TESTICOLI
TUBULI SEMINIFERI
situati nei
Spermatogoni Primari
DIVISIONI MITOTICHE
Spermatogoni Secondari
Spermatozoi
Spermatozoo
Acrosoma
Testa
Nucleo
Segmento
intermedio
Centrioli
Mitocondri
Microtubuli
Coda
Ovogenesi
OVAIE
OVOGONI PRIMARI
DIVISIONI MITOTICHE
OVOCITI PRIMARI
CITOGENESI INEGUALE
L’OVOGENESI a differenza della
SPERMATOGENESI produce un unico gamete
vitale
CELLULA UOVO
FECONDAZIONE
Lo spermatozoo rilascia enzimi dal suo
acrosoma allo scopo di penetrare attraverso
la zona pellucida che circonda l’ovulo
Corona
radiata
Seconda divisione
meiotica sospesa
Ovulo
Spermatozoo
capacitato
Zona
pellucida
Il primo spermatozoo che raggiunge l’ovulo fonde la sua
membrana con quella dell’ovocita
Nucleo dello
spermatozoo
Le membrane
si fondono
Il nucleo dello
spermatozoo entra
nel citoplasma
dell’ovulo
Il nucleo dell’ovocita
completa la divisione
meiotica
Ovulo
Ovulo
Nucleo dello
spermatozoo
I nuclei dell’ovulo
e dello
spermatozoo si
fondono per
formare il nucleo
dello zigote
2° corpo
polare
Zigote
Cosa succede se c’è un errore nella meiosi?
Ovulo e spermatozoi hanno ciascuno solo 23 cromosomi e la loro unione ripristina
il patrimonio genetico di 46 cromosomi.
I soggetti Down hanno un cromosoma in più in ogni cellula del loro corpo.
47
CROMOSOMA 21 IN PIU’
Perchè le cellule
si dividono?
Per la riparazione
Per l’accrescimento
Per la riproduzione
di organismi UNICELLULARI
DIVISIONE CELLULARE:
Riproduzione di organismi unicellulari
Riproduzione di ORGANISMI UNICELLULARI
PROCARIOTI ed
EUCARIOTI
solo EUCARIOTI
ASESSUATA
SESSUATA
MITOSI
(scissione binaria o gemmazione)
2n
2n
oppure
n
MEIOSI e FUSIONE
(coniugazione)
n
2n
n
n
2n
RIPRODUZIONE CELLULARE: Procarioti
SCISSIONE
BINARIA (riproduzione asessuata)
RIPRODUZIONE CELLULARE:
Eucarioti Unicellulari (1)
Specie diverse di LIEVITI (REGNO DEI FUNGHI):
Riproduzione asessuata con uno dei seguenti due tipi di mitosi
GEMMAZIONE:
poco citoplasma
alla cellula figlia
FISSIONE BINARIA:
uguale quantità di citoplasma tra
cellula madre e cellula figlia
CICLI VITALI DEI LIEVITI
Lieviti che
si riproducono
per gemmazione
SAZI
Lieviti che
si riproducono
per fissione
n
2n
Gemmazione:
mitosi
di cellule diploidi
Fissione:
mitosi
di cellule aploidi
2n
Sporulazione
(meiosi)
Coniugazione
(fusione)
AFFAMATI
2n
n
Sporulazione (meiosi)
n
n
n
n
2n
Coniugazione (fusione)
RIPRODUZIONE CELLULARE:
Eucarioti Unicellulari (2)
REGNO DEI PROTISTI:
SCISSIONE BINARIA (mitosi)
Philum: Ciliati;
Genere: Paramecium
RIPRODUZIONE ASESSUATA:
Eucarioti Pluricellulari
MITOSI DI GRUPPI DI CELLULE
PIANTE
(Stoloni)
ANIMALI PRIMITIVI
(Gemmazione dell’Idra)
ESPERIMENTO:
Estrazione del DNA
Schiacciare i kiwi,
aggiungere sale e detersivo,
riscaldare 15 min a 60°C
Raffreddare, aggiungere
succo di ananas e
precipitare il DNA
con alcool etilico 95%
freddo
