UNIVERSITA` DEGLI STUDI DI CASSINO FACOLTA` DI SCIENZE

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI
CASSINO
FACOLTA’ DI SCIENZE MOTORIE
CORSO INTEGRATO DI BIOCHIMICA,
BIOLOGIA & GENETICA MEDIA
MODULO DI BIOLOGIA & GENETICA
MEDICA
CICLO VITALE & MEIOSI
AA 2011-2012
Dott.ssa Veronica Papa
LA REPLICAZIONE CELLULARE
NEGLI EUCARIOTI
La replicazione delle cellule somatiche comprende due fasi:
la mitosi, la divisione del nucleo
la citocinesi, la divisione del citoplasma
La mitosi è sempre preceduta dalla duplicazione del DNA
Il risultato della mitosi è la formazione di due cellule somatiche
identiche tra loro e alla cellula madre da cui hanno avuto origine
Sia cellule aploidi che cellule diploidi possono replicarsi per mitosi
MITOSI
E' il processo di riproduzione cellulare mediante il quale, per
fasi successive, da una cellula somatica diploide (2n) se ne
formano due con lo stesso patrimonio cromosomico.
Permette l’accrescimento ed il rinnovo dei tessuti degli
organismi pluricellulari ed è alla base dei meccanismi di
riproduzione asessuata
Profase
Anafase
Prometafase
Metafase
Telofase
CICLO BIOLOGICO O VITALE
Comprende tutte le fasi di accrescimento e sviluppo di un
organismo
Negli organismi che si riproducono per riproduzione
sessuata, il ciclo vitale comprende gli eventi
dalla
fecondazione fino alla produzione dei gameti
Negli organismi che si riproducono sessualmente si svolge
la meiosi che dimezza il numero di cromosomi dei gameti per
evitare che ad ogni generazione il loro n.ro raddoppi
 I geni contenuti nello zigote vengono trasmessi a tutte le
cellule somatiche attraverso la mitosi
MECCANISMI DI RIPRODUZIONE
Esistono due principali meccanismi tramite cui gli organismi
possono riprodursi:
La riproduzione assessuata (detta anche agamica o vegetativa) che
avviene principalmente tramite mitosi e, a meno di insorgenza di
mutazione spontanea, è caratterizzata da una bassissima variabilità
genetica
La riproduzione sessuata, avviene grazie all’intervento di cellule
specializzate a questa funzione dette cellule germinali o gameti
caratterizzate da corredo cromosomico aploide.
Il processo che porta alla formazione delle cellule germinali è la
meiosi.
A differenza della mitosi, la meiosi è caratterizzata da un’alta
variabilità genetica dovuta al rimescolamento dei caratteri materni e
paterni, possibile grazie al crossing-over, ossia allo scambio di
segmenti fra cromosomi omologhi.
Con la fecondazione e l’unione dei due gameti si avrà la
ricostituzione del
corredo cromosomico diploide (zigote) e la
formazione di un nuovo individuo che si accrescerà tramite
successive divisioni mitotiche delle sue cellule somatiche
MEIOSI
E' il processo per mezzo del quale si originano le cellule
sessuali i gameti maschili e i gameti femminili che
devono contenere la metà dei cromosomi (n) affinchè
dalla loro unione si possa ripristinare in ogni cellula il
patrimonio cromosomico tipico della specie (2n).
RIPRODUZIONE
ASSESSUATA
Avviene
per mitosi, in
assenza di fecondazione
La prole si origina da un
unico individuo
Non
implica
la
formazione dei gameti
Non introduce variabilità
genetica
In assenza di mutazioni
spontanee crea individui
geneticamente identici
RIPRODUZIONE
SESSUATA
Avviene
per meiosi e
fecondazione
La prole si origina da 2
individui
tramite
la
fusione dei loro gameti
Implica la formazione dei
gameti
Introduce
variabilità
genetica
Genera
individui
geneticamente differenti
IL CICLO VITALE DELL’UOMO
Ad
ogni
generazione
il
corredo
cromosomico
diploide
(2n)
conseguente
alla
fecondazione viene
compensato dal suo
dimezzamento
determinato dalla
meiosi attraverso
cui si producono i
gameti aploidi (n)
CARIOTIPO UMANO
Cellule somatiche: diploidi
= 2n n=23
2x23=46
cromosomi
- 23 coppie (=22 coppie di
autosomi + 1 coppia di
cromosomi sessuali)
Gameti: aploidi = n 23
cromosomi
Coppia da 1 a 22: autosomi
Coppia
23:
cromosomi
sessuali
- XX nella femmina
- XY nel maschio
MEIOSI
La meiosi è una particolare
divisione cellulare tipica delle
cellule germinali degli organismi
eucariotici
a
riproduzione
sessuale.
La funzione della meiosi è la
produzione di cellule aploidi a
partire da cellule diploidi.
Le cellule prodotte dalla meiosi
sono geneticamente diverse tra
loro.
Avviene tramite due divisioni
successive:
Meiosi I accompagnata dalla
duplicazione
del
materiale
genetico
Meiosi II in cui non avviene
duplicazione del DNA
FASI DELLA MEIOSI
Interfase
Meiosi I :
- Profase I
- Metafase I
- Anafase I
Telofase I e Citodieresi
Meiosi II :
- Profase II
- Metafase II
- Anafase II
- Telofase II e Citodieresi
INTERFASE
 Anche la meiosi è preceduta da
un un’interfase durante la quale la
cromatina si duplica.
 Il nucleo è ben definito, circondato
dall’involucro nucleare e contiene 1
o più nucleoli ad indicare che la
cellula è impegnata nella sintesi
proteica
Nelle cellule animali il centrosoma
contiene 1 coppia di centrioli
I
microtubuli
si
dispongono
radialmente
al
centrosoma
a
formare l’aster
 I cromosomi non sono ancora
riconoscibili
PROFASE I
Si
verificano
gli
stessi
cambiamenti nel nucleo e nel
citoplasma della profase mitotica
Appaiamento
dei
cromosomi
omologhi che originano una
struttura definita tetrade.
In ogni tetrade i cromatidi della
coppia di cromosomi omologhi
possono scambiarsi i segmenti
corrispondenti (crossing-over)
Il crossing-over determina il
riassortimento genetico
I
cromosomi
continuano
a
spiralizzarsi, si forma il fuso e le
tetradi iniziano a migrare verso il
centro della cellula
La profase della meiosi I o profase I è un processo lungo
e complesso di durata variabile ed occupa il 90% della
durata dell’intera meiosi.
E’ a sua volta divisa in vari stadi:
Leptotene: il materiale genetico si condensa
Zigotene: in cui i cromosomi omologhi si appaiano a
formare le tetradi
Pachitene: avviene il crossing-over.
Diplotene: i cromosomi iniziano a separarsi
Diacinesi: la membrana nucleare si dissolve
chiasma
tetrade
chiasma
I cromosomi duplicati si appaiano
con i rispettivi omologhi per tutta la
loro lunghezza grazie ad una
proteina nota come complesso
sinaptinemale
Quando
il
complesso
sinaptinemale
scompare
i
4
cromatidi strettamente associati
che costituiscono una coppia di
omologhi sono visibili al m.o. sotto
forma di tetrade
 I chiasmi costituiscono l’evidenza
dell’avvenuto scambio di materiale
genetico tracromatidi appartenenti
a cromosomi omologhi
Durante la profase I della meiosi i cromosomi omologhi
possono appaiarsi e subire il crossing-over, ossia
scambiarsi reciprocamente segmenti di cromosomi.
Il punto dello scambio è detto chiasma
Il crossing-over avviene tra cromatidi omologhi non
fratelli e porta alla formazione di cromosomi
ricombinanti
Non avviene tra cromatidi fratelli di una coppia di
omologhi.
Il crossing-over:
- Permette il rimescolamento tra parti di cromosoma
determinando la formazione di nuove combinazioni di
cromosomi (ricombinanti) diversi rispetto a quelli
materni e paterni (parentali)
- E’ un evento casuale
RISULTATO DEL CROSSING-OVER
Il crossing- over porta alla
formazione
di
gameti
ricombinanti contenenti alcuni
geni di origine materna ed
altri di origine paterna.
METAFASE I
Allineamento delle tetradi
sulla piastra metafasica
I cromatidi fratelli di ogni
cromosoma sono uniti per i
centromeri dove si stabilisce il
contatto con i microtubuli del
fuso
Le fibre del fuso di un polo
della cellula si attaccano ad un
cromosoma di ogni coppia
mentre quelle del polo opposto
si attaccano al cromosoma
omologo
I cromosomi omologhi di ogni
tetrade si separano e migrano
ai poli della cellula
ANAFASE I
 L’apparato del fuso guida il
movimento dei cromosomi
verso i poli della cellula
Contrariamente alla mitosi i
cromatidi fratelli non si
separano, ma migrano uniti a
livello del centromero
Si separano i cromosomi
omologhi di
per cui ogni
cromosoma risulta
costituito da 2 cromatidi
TELOFASE I E CITODIERESI
Ad ogni polo vi è un corredo
aploide di cromosomi ma ogni
cromosoma è ancora costituito
da 2 cromatidi
fratelli.
Segue la citodieresi che porta
alla formazione di 2 cellule
aploidi
 Si forma il solco di scissione
mentre
i
cromatidi
si
decondensano,
l’involucro
nucleare si riorganizza
PROFASE II
Si verificano cambiamenti nel nucleo e
nel citoplasma.
 Nel nucleo le fibre di cromatina si
spiralizzano e si costituiscono i
cromosomi, intorno ai centrioli appare
l’aster
 I nucleoli e
l’involucro nucleare
involucro scompaiono
 Ogni cromosoma è costituito da 2
cromatidi fratelli uniti per il centromero
 Compare il fuso mitotico che si
accresce a partire dai centrosomi che si
allontanano per disporsi ai poli opposti
della cellula
METAFASE II
 I microtubuli del fuso si
avvicinano alla struttura
proteica detta cinetocore
presente su ciascun lato
esterno dei centromeri
Altri
microtubuli
prendono contatto con
quelli provenienti dal polo
opposto del fuso
 Complessivamente
il
fuso sposta i cromosomi
verso il centro della cellula
ANAFASE II
I centromeri dei cromatidi
fratelli di ogni cromosoma si
separano e migrano verso i poli
opposti della cellula sotto
forma di singoli cromosomi
TELOFASE II E CITODIERESI
I nuclei si riformano in
corrispondenza dei poli opposti
della
cellula
e
contemporaneamente si ha la
formazione di 4 cellule figlie
dette gameti (negli animali)
ciascuna
contenente
un
numero aploide di cromosomi
formati
da
un
singolo
cromatidio
QUADRO RIASSUNTIVO DELLE DIFFERENZE
TRA MITOSI E MEIOSI
Mitosi
Gli omologhi non si
appaiano
Il crossing over e’ raro
I centromeri si dividono in anafase
Processo conservativo: le cellule figlie sono
identiche alle parentali
Meiosi
Gli omologhi si
appaiano in profase I
Si verifica almeno un
crossing over per coppia
di omologhi
I centromeri si
dividono solo
in anafase II
Il processo promuove la variabilita’ tra i prodotti
della divisione cellulare
CONFRONTO FRA MEIOSI E MITOSI
Comportamento dei Cromosomi:
mitosi: I cromosomi omologhi sono indipendenti
meiosi: I cromosomi omologhi si appaiano formando i
bivalenti fino alla anafase I
Numero
meiosi:
dei
Cromosomi-
riduzione
in
mitosi- cellule figlie identiche
meiosi- cellule figlie aploidi
Identità Genetica della progenie:
mitosi: cellule figlie identiche
meiosi: le cellule figlie
hanno un nuovo
assortimento dei cromosomi parentali
Meiosi: i cromatidi non sono identici, crossing
over
Mediante la meiosi si ottengono, a partire da una cellula madre diploide,
quattro cellule aploidi. In realtà, mentre nel maschio si formano quattro
spermatociti, nella femmina si ottiene un ovocita e tre globuli polari,
destinati a degenerare. Spermatociti e ovociti, quindi, subiscono un processo
di maturazione che rende queste cellule atte a svolgere la propria funzione
riproduttiva.
La meiosi nell’ovocita è interrotta due volte: in profase I
(dal periodo prenatale all’ovulazione) e in metafase II (in
attesa della fecondazione).
MEIOSI MASCHILE
La meiosi maschile avviene durante la spermatogenesi con
ciclo continuo dalla pubertà all’età avanzata
Spermatogenesis starts with puberty
Spermatocytes processing from prophase I through the
second division occurs in little more than a week