La divisione cellulare e
la riproduzione
La divisione cellulare
La divisione cellulare
è il processo grazie al quale una
cellula si divide e dà origine a due
cellule figlie identiche alla cellula
madre.
Permette agli organismi di
accrescersi e sostituire le cellule
morte ed è alla base della
riproduzione.
Negli organismi procarioti
Negli organismi procarioti la divisione
cellulare avviene per
scissione binaria
La cellula cresce di dimensioni,
duplica il proprio DNA e poi si divide,
producendo due cellule identiche.
La scissione binaria nei procarioti
Membrana
plasmatica
Cromosoma
procariotico
Parete
• Quando la duplicazione del
cromosoma (DNA condensato) è
completa, la membrana cellulare
si piega dividendo la cellula
madre in due cellule figlie.
1
Il cromosoma si duplica e le
due copie si separano
2
La cellula continua ad allungarsi;
i cromosomi si spostano
3 La cellula si divide
in due cellule figlie
Il ciclo cellulare negli eucarioti
Il ciclo cellulare è l’insieme
degli eventi compresi tra la
formazione di una cellula e la
sua divisione in due cellule
figlie, e prevede due fasi:
• interfase;
• fase mitotica (Mitosi).
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Il ciclo cellulare negli eucarioti
La cellula trascorre la maggior parte della sua vita in interfase.
l’interfase si divide in tre sottofasi:
• fase G1: sottofase più lunga, la
cellula sintetizza molecole e si
accresce.
• fase S la cellula duplica il proprio
DNA
• fase G2: si formano le strutture
che serviranno per la divisione
cellulare.
Mitosi
Mitosi (fase M) : i cromosomi
duplicati vengono distribuiti
equamente in due nuclei figli.
Citodieresi: il citoplasma si divide
in due e si formano due cellule
distinte.
Lo svolgimento di tutto il ciclo
cellulare richiede tempi diversi, da
poche ore a parecchi giorni a
seconda del tipo di cellula e di
fattori esterni come la temperatura
o le sostanza nutritive disponibili.
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La condensazione del DNA
Negli eucarioti le molecole di
DNA sono molto più lunghe che
nei procarioti:
il DNA contenuto in una cellula
se venisse srotolato,
raggiungerebbe 2 metri di
lunghezza.
Il DNA può essere contenuto nel
nucleo grazie a un complesso
meccanismo di condensazione
che avviene grazie alla presenza
di proteine chiamate istoni.
DNA
cromatina
cromosomi
Coppia di cromosomi omologhi
I cromosomi
Il numero di cromosomi
nelle cellule
eucariotiche è specifico
per ogni specie.
Ogni cellula del nostro organismo escluse
quelle sessuali (cellule germinali)
Nell’uomo:
Ogni cellula somatica contiene 23 coppie di cromosomi (46 cromosomi) si dice DIPLOIDE
(2n) I due cromosomi di ciascuna coppia sono detti omologhi (sono simili).
(22 coppie di cromosomi autosomi + 1 coppia XX o XY, chiamati cromosomi sessuali).
I cromosomi
Prima della duplicazione il cromosoma è
costituito da un solo “bastoncino”
Dopo la duplicazione (che avviene durante la
fase S) ogni cromosoma è costituito da due
cromatidi fratelli
Durante la mitosi i cromatidi fratelli si
separano. Ciascun cromatidio si sposta in una
della due cellule figlie.
Alla fine della mitosi ogni cellula figlia riceve
una serie completa e identica di cromosomi
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I cromosomi
Dopo la duplicazione ciascun cromosoma è formato da due molecole di DNA
identiche ed estremamente compattate, dette cromatidi fratelli.
I cromatidi sono uniti in una regione centrale chiamata centromero
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la mitosi
Comprende cinque sottofasi:
•
la profase;
•
la prometafase;
•
la metafase;
•
l’anafase;
•
la telofase.
La mitosi è seguita dalla citodieresi.
La profase
La cromatina si avvolge diventando progressivamente più compatta e
condensandosi in cromosomi.
Si forma una struttura, chiamata fuso mitotico, formato da microtubuli che
dirige il movimento dei cromosomi.
La prometafase
- L’involucro nucleare si frammenta.
- I microtubuli delle fibre del fuso mitotico si
attaccano ai cinetocori del centromero dei
cromosomi e ai poli del fuso mitotico.
centrioli
La metafase
I centromeri dei cromosomi sono allineati al
centro della cellula, lungo la piastra metafasica
o piastra equatoriale
È il momento migliore per osservare forma e
dimensione dei cromosomi.
L’anafase
I cromatidi fratelli si separano in due
cromosomi figli che si spostano verso i
poli opposti della cellula.
Ogni cellula figlia riceve un corredo
genetico identico a quello della cellula
madre.
La telofase
- Scompare il fuso mitotico
-Si formano i nuovi nuclei cellulari (si formano 2 membrane nucleari).
La citodieresi
Conclusa la divisione del nucleo, inizia quella
del citoplasma che avviene per strozzatura nelle cellule animali e per
deposizione di nuova parete in quelle vegetali.
Cellula animale
Cellula vegetale
Gli eventi del ciclo cellulare
La divisione cellulare è indispensabile per la riproduzione.
Gli organismi eucarioti (uni o pluricellulari) si possono riprodurre
per via asessuata o per via sessuata.
La riproduzione asessuata
La riproduzione asessuata, è basata sula divisione mitotica del
nucleo. Tutti i figli sono le copie genetiche esatte dell’unico
genitore.
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La riproduzione sessuata
La riproduzione sessuata produce organismi che non sono
geneticamente identici ai genitori e sfrutta il processo della meiosi.
Gameti aploidi (n = 23)
n
Cellula uovo
n
Spermatozoo
Meiosi
Fecondazione
Adulti
pluricellulari
diploidi
(2n = 46)
Mitosi
e sviluppo
Zigote
diploide
(2n = 46)
2n
Negli animali le uniche
cellule aploidi sono i
gameti, le cellule del
corpo (somatiche) sono
diploidi.
La riproduzione sessuata
Cellula uovo e spermatozoo (GAMETI) si creano per meiosi
Spermatociti II
Spermatocita I
Oociti II
Oocita I
Meiosi I
Meiosi I
Meiosi II
Meiosi II
La riproduzione sessuata
Gamete femminile
Cellula uovo
Contiene solo
23 cromosomi
(cellula aploide =
contiene metà
patrimonio genetico)
ZIGOTE
Contiene
46 cromosomi
(cellula diploide =
contiene l’intero
patrimonio
genetico)
Gamete maschile
Spermatozoo
Contiene solo
23 cromosomi
(cellula aploide)
La cellula si divide per successive
mitosi e si sviluppa l’embrione
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feto
neonato
La meiosi
Dalla meiosi si formano 4 cellule figlie (gameti) a partire da una
cellula madre.
sono diverse tra loro e dalla madre.
Ogni evento meiotico comprende due divisioni nucleari:
• Meiosi I
• Meiosi II
che riducono il numero di cromosomi da diploide (2n) ad
aploide (n);
il nucleo si divide due volte ma il DNA si duplica una volta sola.
La meiosi I: Profase e prometafase I
- Dopo l’interfase i cromosomi si condensano
- Si forma il fuso mitotico
- Si accoppiano i cromosomi omologhi e si verifica il crossing-over
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Il crossing-over
Scambio di materiale genetico
tra cromosomi omologhi.
Dà origine a cromosomi
geneticamente diversi,
e quindi a nuove combinazioni
del materiale genetico.
La meiosi I: metafase I, anafase I e telofase I
- Le coppie di
cromosomi omologhi
si dispongono sul
piano equatoriale della
cellula
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-Le coppie di
cromosomi omologhi
si separano e
migrano verso i poli
opposti della cellula
-Scompare il fuso mitotico
-Si formano le due membrane
nucleari
-i cromosomi ritornano in
forma di cromatina
Dopo una breve
interfase (intercinesi),
durante la quale il
DNA non si duplica, i
cromosomi si
condensano di nuovo.
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I centromeri delle
coppie di cromatidi si
allineano sul piano
equatoriale di
ciascuna cellula figlia.
Alla fine i cromatidi si
separano e diventano
cromosomi a tutti gli effetti,
migrando verso i poli
opposti.
La meiosi II: telofase II
Si formano le membrane
nucleari e in seguito alla
citodieresi si formano 4
cellule aploidi.
Ognuna delle quattro cellule figlie
possiede corredo aploide differente con
un numero di cromosomi dimezzato
rispetto alla cellula originaria.
Mitosi e meiosi a confronto
Alla fine della mitosi le due cellule figlie hanno lo stesso numero
di coppie di cromosomi omologhi della cellula madre.
Alla fine della meiosi le quattro cellule figlie contengono la metà
del corredo cromosomico della cellula madre.
In entrambi i processi di divisione il DNA si duplica una volta:
La mitosi comporta però solo una divisione del nucleo e produce
due cellule diploidi.
La meiosi comprende due divisioni del nucleo e produce quattro
cellule aploidi.
Il cariotipo
Il cariotipo di un individuo rappresenta l’insieme delle
caratteristiche (numero, forma e dimensioni) dei cromosomi di un
organismo.
Il cariotipo
Nella specie umana sono presenti 23 coppie per un totale di 46 cromosomi
In altre specie diploidi il numero di coppie può essere maggiore o minore.
Le somiglianze tra gli individui di una stessa specie quindi non sono solo
morfologiche, ma anche genetiche.
Non esiste relazione fra le dimensioni e la complessità dell’organismo e il
numero dei suoi cromosomi.
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L’importanza della variabilità
La riproduzione sessuata induce variabilità tra gli organismi di una
stessa specie grazie a:
- assortimento indipendente dei cromosomi omologhi
- crossing-over
- fecondazione
Nella specie umana si possono produrre 223 (8 388 609) combinazioni diverse per
assortimento indipendente, con il crossing over, il numero di combinazioni
possibili diventa praticamente infinito.
Gli errori nella meiosi
Spesso sono dovuti alla non-disgiunzione di cromosomi
omologhi durante l’anafase I.
Si formano cellule con un numero non corretto di cromosomi:
aneuploidia.
Analisi pre-natale per diagnosticare patologie cromosomiche:
-amniocentesi (1,5 % possibilità di aborto)
- villocentesi (2,5 % possibilità di aborto)
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Gli errori nella meiosi
Numero anomalo di cromosomi autosomi:
Sindrome di Down
Trisomia del cromosoma 21
Frequenza cresce con l’aumentare dell’età della madre:
Età madre 20 anni - frequenza: 1/1000
Età madre 40 anni - frequenza: 1/100
Numero anomalo di cromosomi sessuali:
Sindrome di Turner
Frequenza: 1/2500
22 cromosomi autosomi + 1 solo cromosoma X (XO)
Unico caso di individui vitali con un cromosoma in meno
Femmine con statura bassa, tratti facciali maschili, generalmente
sterili perchè sono poco sviluppate le ovaie, ritardo mentale.
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Gli errori nella meiosi
Numero anomalo di cromosomi sessuali:
Sindrome di Klinefelter
Frequenza: 1/800
22 cromosomi autosomi + XXY (1 cromosoma X soprannumerario)
Maschi molto alti, hanno tratti femminili (non compaiono alla pubertà
i caratteri sessuali secondari: barba, tono di voce più basso, sviluppo
degli organi sessuali), sterili, ritardo mentale
