1
Sylvia S. Mader
Immagini e
concetti
della biologia
2
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
A6 – La divisione
cellulare trasmette
l’informazione
genetica
3
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La divisione cellulare è implicata nella
riproduzione asessuata e sessuata
La divisione cellulare avviene quando una cellula
«madre» si divide, producendo due nuove cellule «figlie».
La divisione cellulare si verifica sia nel caso della
riproduzione asessuata sia nel caso di quella sessuata.
4
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La divisione cellulare è implicata nella
riproduzione asessuata e sessuata
Nella riproduzione asessuata, ciascuna cellula figlia riceve
una copia del DNA della cellula madre.
Le nuove cellule sono quindi geneticamente identiche alla
cellula madre.
Un aumento del numero di cellule somatiche in un
organismo pluricellulare o un aumento del numero di
organismi unicellulari sono forme di riproduzione asessuata.
Durante la riproduzione sessuata, due gameti (cellula
uovo e spermatozoo) si uniscono e la prole riceve una
combinazione del DNA dei genitori.
La prole ha quindi una composizione genetica unica.
5
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La divisione cellulare è implicata nella
riproduzione asessuata e sessuata
Negli organismi pluricellulari, la divisione cellulare asessuata
avviene quando crescono e quando riparano i loro tessuti.
Le cellule somatiche sono tutte le cellule che formano il
corpo di un organismo adulto, ad eccezione dei gameti.
Le cellule staminali sono cellule indifferenziate, presenti in
determinate localizzazioni, che mantengono la capacità di
differenziarsi in cellule specializzate.
6
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
I procarioti si riproducono per
via asessuata
I procarioti si riproducono per scissione binaria.
7
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Nel ciclo cellulare le cellule somatiche
si dividono per mitosi
Il ciclo cellulare è una sequenza ordinata di fasi che si
susseguono tra il momento in cui una nuova cellula prende
origine dalla divisione di una cellula madre e il momento in
cui essa stessa dà origine a due cellule figlie identiche.
Il ciclo viene suddiviso in interfase e fase della mitosi.
8
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’interfase
Gran parte del ciclo cellulare trascorre nell’interfase, quel
periodo speso dalla cellula per svolgere le proprie funzioni.
La duplicazione del DNA avviene a metà circa dell’interfase
e ne caratterizza le tre sottofasi:
•stadio G1 – la cellula duplica i propri organuli e accumula
materiali da usare per la duplicazione del materiale genetico;
•stadio S – durante lo stadio di sintesi i cromosomi si
duplicano in due cromatidi fratelli; ciascuno possiede una
doppia elica di DNA all’inizio dello stadio e due alla fine;
•stadio G2 – la cellula continua a duplicare i propri organuli e
sintetizza le proteine necessarie per la divisione.
9
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
I cromosomi eucariotici sono visibili
durante la divisione cellulare
Quando una cellula eucariotica
non è in divisione, il DNA
presente in un cromosoma si
trova in una massa intricata di
filamenti sottili, la cromatina.
Prima della divisione nucleare,
la cromatina si spiralizza e si
condensa; ogni singolo
cromosoma diventa così ben
visibile.
10
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
I cromosomi eucariotici sono visibili
durante la divisione cellulare
Ciascuna specie di organismo ha un numero cromosomico
caratteristico. Questa cifra indica il numero diploide (2n)
di cromosomi.
Le cellule somatiche sono diploidi (2n): ogni cromosoma
è presente in due copie.
I gameti sono aploidi (n): le cellule uovo e gli spermatozoi
hanno un singolo cromosoma per tipo.
11
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La mitosi mantiene inalterato il
numero di cromosomi
La divisione cellulare avviene durante la fase della mitosi.
Come risultato della mitosi, le due cellule figlie possiedono
un corredo genetico identico a quello della cellula madre.
Anche se la mitosi è un processo continuo, si possono
distinguere alcune fasi:
•profase – la cromatina è condensata e i cromosomi
visibili;
•metafase – i cromosomi sono allineati al centro della
cellula e ancorati a una fibra del fuso mitotico;
•anafase – i cromatidi fratelli si staccano e vengono portati
ai poli opposti del fuso;
•telofase – si stanno formando le cellule figlie.
12
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le fasi della mitosi nella cellula animale (in alto) e nella cellula vegetale (in basso) – I parte
13
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le fasi della mitosi nella cellula animale (in alto) e nella cellula vegetale (in basso) – II parte
14
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La citodieresi è la divisione del
citoplasma
La separazione delle cellule animali
avviene grazie alla formazione di un
solco di scissione, cioè un’intaccatura
della membrana plasmatica.
Nelle cellule vegetali, la citodieresi implica
la sintesi di una nuova membrana
plasmatica, generata da vescicole che si
fondono formando una piastra cellulare,
e di una nuova parete cellulare.
Cellula animale (a sinistra)
e vegetale (in alto)
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
15
Il ciclo cellulare è soggetto a vari
sistemi di controllo
Il ciclo cellulare presenta precisi punti di controllo che
fanno continuare il ciclo solo se tutto procede nel verso
giusto. In caso contrario, la cellula va incontro all’apoptosi
(distruzione cellulare programmata).
1. Punto di controllo G1
Punto di controllo del ciclo cellulare. La cellula
entra nella fase G0 o, se il DNA è danneggiato
in modo irreparabile, avviene l’apoptosi.
Altrimenti, la cellula viene avviata alla
divisione, proseguendo il ciclo.
3. Punto di controllo M
Punto di controllo del fuso
mitotico. Se i cromosomi non
sono allineati correttamente
lungo le fibre del fuso, la
mitosi non procede.
2. Punto di controllo G2
Punto di controllo della mitosi. La divisione mitotica avviene solo
se il DNA è duplicato correttamente, altrimenti, se il DNA è
danneggiato in modo irreparabile, avviene l’apoptosi.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
16
Il controllo cellulare ubbidisce a
precisi segnali
I punti di controllo rispondono a precisi ordini portati da
molecole segnale che stimolano o inibiscono un certo
evento del ciclo.
Le molecole segnale
interne del ciclo cellulare
sono le chinasi e le
cicline. Esse si muovono
nell’ambito cellulare.
17
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Il controllo cellulare ubbidisce a
precisi segnali
Le molecole segnale esterne operano invece al di fuori
della cellula. Alcune di esse, come i fattori di crescita e gli
ormoni, stimolano le cellule a proseguire il ciclo cellulare.
1. Una molecola segnale invia un
messaggio a un recettore incastonato nella
membrana.
2. Il segnale viene trasmesso al nucleo per
mezzo di proteine citoplasmatiche.
3. Il sistema di controllo situato nel nucleo
riceve il segnale.
Anche l’inibizione da contatto, in cui il ciclo cellulare
viene inibito dal contatto con altre cellule, dipende da
molecole segnale esterne.
18
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le cellule cancerose hanno
caratteristiche anomale
Le cellule cancerose non sono
specializzate, non
contribuiscono al
funzionamento degli organi e
presentano un nucleo abnorme.
Le cellule cancerose possono
spostarsi e dare origine a tumori
anche in tessuti diversi da
quello di origine; tali cancri
invasivi sono chiamati
metàstasi.
19
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La meiosi produce i gameti e le spore
La meiosi è il tipo di divisione cellulare che ha un ruolo
chiave nella riproduzione sessuata.
Appena prima della divisione, nella cellula sono visibili le
coppie di cromosomi omologhi, chiamati così poiché
hanno la stessa taglia, forma e tipo di costrizione (la
posizione del centromero).
20
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La meiosi prevede due cicli di divisioni
Le quattro fasi tipiche della mitosi (profase, metafase,
anafase e telofase) si possono evidenziare sia nella
meiosi I sia nella meiosi II.
Al termine della meiosi, un cromosoma di ciascuna coppia
di cromosomi omologhi è in ciascuna delle quattro cellule
figlie aploidi.
Coppia di cromosomi
omologhi
21
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le fasi della meiosi I
22
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le fasi della meiosi I
23
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Durante la meiosi I si verificano le
sinapsi e il crossing-over
I cromosomi omologhi si avvicinano e si allineano
lateralmente: essi sono in sinapsi, che significa «uniti
insieme».
Poiché ciascun omologo ha due cromosomi fratelli, nella
sinapsi quattro cromosomi si trovano a stretto contatto;
tale gruppo si chiama tetrade.
24
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Durante la meiosi I si verificano le
sinapsi e il crossing-over
Durante la sinapsi i cromatidi
non fratelli della tetrade
talvolta si scambiano
materiale genetico, un
evento chiamato crossingover.
Grazie a questo scambio, i
cromatidi fratelli portano
delle informazioni genetiche
non più uguali.
25
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La riproduzione sessuata aumenta
la variabilità genetica
26
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Il ciclo vitale di molti organismi
comprende sia la mitosi sia la meiosi
La meiosi richiede due divisioni
nucleari (i gameti sono aploidi, n),
mentre la mitosi ne richiede solo una
(le cellule somatiche sono diploidi,
2n).
Alla mitosi è affidata la crescita
dell’organismo nel corso dello
sviluppo, oltre che la riparazione dei
tessuti per tutta la vita.
La meiosi è invece implicata nella
formazione dei gameti
(spermatogenesi e oogenesi).
27
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le anomalie cromosomiche ereditabili
Un numero anomalo di cromosomi
può derivare da un difetto nella
meiosi. Quando un organismo
presenta un solo cromosoma di un
certo tipo si parla di monosomia
(2n-1); quando, invece, presenta
una copia in più di un cromosoma
si parla di trisomia (2n+1).
La causa più probabile di queste
anomalie è la non-disgiunzione
durante la meiosi. Essa avviene
quando gli omologhi (meiosi I) o i
cromatidi fratelli (meiosi II) non si
separano.
28
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Cromosomi alterati nel numero e nella
struttura possono causare sindromi
Delezione
Duplicazione
Un numero cromosomico anormale è
causa di diverse sindromi, tra cui la
trisomia 21 (sindrome di Down),
caratterizzata dalla presenza di 3
copie del cromosoma 21, e le
sindromi di Turner e di Klinefelter,
che derivano da anomalie nei
cromosomi sessuali.
Le anomalie nella struttura dei
cromosomi possono avvenire con i
quatto meccanismi evidenziati nella
figura a sinistra (tipi di mutazioni
cromosomiche).
Inversione
Traslocazione
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
29
