LA RIPRODUZIONE CELLULARE
Una cellula si moltiplica con successo se:
1. Le sue informazioni genetiche sono
correttamente copiate.
2. Le copie di tali informazioni sono separate
le une dalle altre.
3. La cellula si divide.
Cellule procariotiche
1. Il cromosoma circolare batterico viene replicato.
2. Le due copie identiche che ne derivano vengono
unite alla membrana plasmatica che si accresce
separando gradualmente i due cromosomi.
3. Si forma una nuova parete cellulare tra di essi,
producendo due cellule figlie, ciascuna con una
copia identica del cromosoma.
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
Cellule eucariotiche
Il numero di cromosomi è caratteristico per ciascuna specie. Molti eucarioti
hanno due copie di ciascun cromosoma presente nel nucleo; per questo
motivo il loro assetto è detto DIPLOIDE (2n).
UOMO: 46 cromosomi (23 coppie omologhe)
Drosophyla melanogaster: 8 cromosomi (4 coppie omologhe)
S. cerevisiae: 16 cromosomi (aploide)
Gli eucarioti diploidi sono prodotti in seguito alla fusione di due GAMETI
(di origine paterna e materna) APLOIDI (n); questa fusione origina uno
ZIGOTE.
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
Il CARIOTIPO costituisce l’assetto cromosomico
completo di un organismo ed è solitamente
rappresentato dall’immagine dei cromosomi metafasici
allineati in ordine decrescente in base alle dimensioni.
- P reparato a partire da cellule che si dividono
attivamente (globuli bianchi, midollo osseo…)
- Cellule trattate con agente chimico (colchicina) che ne
impedisce l’entrata in anafase
- Cellule trattate con agente chimico che ne preserva la
struttura
- Distribuzione su vetrino, colorazione e fotografia
- Singoli cromosomi disposti in ordine decrescente a
formare il CARIOTIPO
Il cariotipo umano è costituito da 46 cromosomi
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
p
q
p
q
Tecniche di preparazione e di colorazione per
CARIOTIPO
- Digestione ezimatica parziale dei cromosomi
evidenziati con colorante speciale chiamato GIEMSA,
che rivela bande G. Tali bande identificano aree di DNA
ricche in coppie di basi A-T
- Colorazione con QUINACRINA e osservazione del
preparato alla luce UV per bandeggio Q.
- Colorazione con altri coloranti per bandeggio C, che
evidenzia regioni di DNA occupate da eterocromatina
centromerica, e bandeggio R, per regioni ricche di basi
G-C.
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
LA MITOSI
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
Il conteggio dei cromosomi e delle molecole di DNA
Mitosis
• Mitosis is the process by which
new body cell are produced for:
– Growth
– Replacing damaged or old cells.
This is a complex process requiring
different stages
Parent cell
Chromosomes
are copied and
double in
number
Chromosomes
now split
2 daughter cells
identical to
original
Mitosis
• All daughter cells contain the same
genetic information from the original
parent cell from which it was copied.
• Every different type cell in your body
contains the same genes, but only some
act to make the cells specialized – e.g.
into nerve or muscle tissue.
Restriction point (START)
• Point at which cell is irreversibly
committed to traversing the cell cycle
– Mammals: restriction point
– Yeast: START
• Cell cycle proceeds without influence
from environment (only stopped by
damage)
• Late in G1
Cdk (cyclin-dependent
kinase) complexes
• Heterodimeric (two different subunits) protein
kinases that regulate cell cycle
– Cyclin: regulatory subunit
– Cdk (cyclin-dependent kinase): catalytic
subunit
• Phosphorylate proteins involved in cell cycle
• Different Cdk complexes for different cell-cycle
phases (G1, S, M)
Restriction point/START in
late G1
Yeast
Mammal
To divide or not to divide:
that is the question
• Yeast cells make decision based on
cell size, which is dependent on
nutrient availability
• Mammalian cells make decision
based on the presence of protein
growth factors called mitogens
that stimulate cell growth
Cyclins
• Regulatory subunits of Cdk (cyclindependent kinase) complexes
(heterodimeric protein kinases)
• Turn on kinase activity
(phosphorylation)
• Levels vary cyclically during cell cycle
• Degraded by proteolysis at specific
points in the cell cycle
Cdks (cyclin-dependent
kinases)
• Catalytic subunits of Cdk (cyclindependent kinase) complexes
(heterodimeric protein kinases)
• Kinase activity (phosphorylation) is
turned on by association with cyclins
• Activities cyclically vary during cell
cycle
• Phosphorylate proteins involved in cell
cycle and cell-cycle regulation
Cell-cycle phase-specific
Cdk complexes
• Three classes:
– G1 Cdk complexes
– S-phase Cdk complexes
– Mitotic Cdk complexes (also known as MPF)
• Cell-cycle phase specificity determined
by cyclin type and, in some cells, Cdk
type
G1 Cdk complexes
• Activated first following signal to
replicate
• Prepare cell for S-phase
• Phosphorylate transcription
factors that increase transcription
of genes encoding enzymes
required for DNA replication
S-phase Cdk complexes
• Regulate initiation of DNA replication
• Activity is regulated by specific
inhibitor: G1 Cdk complexes cause
degradation of S-phase Cdk complex
inhibitor in late G1, which results in
activating S-phase Cdk complex
• Phosphorylate proteins bound to
origins of replication, which results in
one (and only one) round of DNA
replication
Mitotic Cdk complexes
• MPF (mitosis-promoting factor)
• Regulate mitosis by activating:
– Chromosome condensation
– Nuclear membrane breakdown
– Mitotic apparatus assembly
– Chromosome alignment
• Activate anaphase-promoting
complex (APC)
• Cyclin degraded by APC
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
Why does mitotic Cdk complex
(MPF) have to be inactivated
(by APC)?
At end of mitosis:
– Chromosome
decondensation
– Nuclear membrane reformation
– Mitotic apparatus
disassembly
(Reverse of preparation for
mitosis)
Mitotic Cdk complex regulation
Principles of cell-cycle
regulation
I. Post-translational modification
review
II. Cell-cycle control
III. Cell-cycle checkpoints
A. Prevention of genetic damage
B. Tumor suppressors
Cell-cycle checkpoints
• A cell continues through the cell cycle
after passing the restriction point
(START) unless it encounters genetic
damage
• Progress though the cell cycle is
monitored at four checkpoints
• Factors such as chromosome and
mitotic apparatus integrity are checked
(and fixed) before the cell continues in
the cell cycle
• Ensures that each phase is successfully
completed prior to starting next phase
Genetic damage
• Several types are
monitored at
different checkpoints
• Including ensuring
that anaphase does
not begin until all
chromosomes are
attached to the
mitotic apparatus
Four checkpoints
DNA damage: G1 and G2 arrest
• DNA damage from chemical and
physical mutagens causes arrest in G1
or G2
• Prevents beginning of S or M (arrests
cell cycle) until the damage is repaired
• DNA damage activates p53, a tumor
suppressor that results in an increase
of an inhibitor of Cdk (cyclindependent kinase) complexes (to stop
cell cycle) or, if damage is severe, cell
suicide (apoptosis)
Why would cell kill itself
(apoptosis) if there is a lot of
genetic damage?
Tumor suppressors
• Inhibit progression through cell
cycle in response to DNA damage,
or otherwise attenuate cell growth
or repair DNA
• Mutations in tumor suppressor
genes contribute to cancer
– p53 mutated in >50% of all cancers
– RB mutated in retinoblastoma
– BRCA1 mutated in breast cancer
– APC mutated in colon cancer
RIASSUMENDO:
Nell’uomo, così come in quasi tutte le cellule
eucariotiche,
i cromosomi sono a coppie
Cellule diploidi (n dei cromosomi è detto diploide o
2n)
UOMO: 46
Gli ovociti e gli spermatozoi (gameti) hanno solo una
coppia di
ciascun cromosoma: cellule aploidi
UOMO: 23
NON ci sono differenze a livello di nessun cromosoma tra maschio e
femmina, tranne che per i 2 cromosomi sessuali.
I maschi possiedono un cromosoma X ed un cromosoma Y;
le femmine invece hanno 2 cromosomi X .
ogni cellula uovo conterrà sempre un cromosoma X
(in quanto le femmine non hanno Y).
Gli spermatozoi possono invece contenere o un X oppure un Y e a
seconda del cromosoma contenuto nello spermatozoo si avrà o XX
(femmina) oppure XY (maschio).
Molte cellule del corpo alternano due stati
ben distinti:
• Divisione
• Non divisione (quiescenza)
CICLO CELLULARE
L’intervallo tra due divisioni cellulari è variabile:
da minuti (cellule embrionali) a mesi o anni (alcune
cellule adulte)
Il ciclo cellulare è l’insieme di eventi ordinati che regolano la
crescita
e la divisione di una cellula in relazione a stimoli esterni.
Esistono due tipi di divisione cellulare:
Mitosi (cellule somatiche)
Meiosi (cellule germinali)
I due processi sono soggette a meccanismi regolativi di controllo
a livello
molecolare in parti comuni e in parte specifici
La riproduzione di una cellula somatica (mitosi)
avviene in varie fasi ed ha lo scopo di trasmettere
l'informazione genetica alle cellule figlie in modo che
abbiano
le stesse caratteristiche e le stesse funzioni della cellula
genitrice
Le cellule figlie, risultanti da questa divisione,
sono identiche alla cellula genitrice.
La durata media di questo meccanismo di
riproduzione
cellulare varia in media, negli organismi superiori,
tra le 10 e le 30 ore
Ciclo cellulare di una cellula somatica
• INTERFASE
Intervallo tra due divisioni
occupa la maggior parte del ciclo
La divisione è poi divisa in
due fasi:
• MITOSI
(divisione dei cromosomi)
• CITOCHINESI
(divisione dei cromosomi)
L'interfase e' a sua volta suddivisa
in tre periodi:
Periodo G1
cellula appena formatasi, cresce e
si
prepara alla duplicazione del DNA
Periodo S
in cui viene duplicato il patrimonio
genetico della cellula
Periodo G2
cellula si prepara alla successiva
divisione
mediante l'organizzazione delle
strutture
che formeranno il fuso mitotico
La mitosi si divide in 4 fasi:
Profase:
i cromosomi diventano visibili
come strutture
doppie ed estese
La mitosi si divide in 4 fasi:
Metafase:
i cromosomi si allineano all'equator
della
cellula madre,
lungo una struttura chiamata fuso
mitotico,
formata dall'apparato citoscheletric
cellulare
La mitosi si divide in 4 fasi:
Anafase:
Le coppie di cromosomi si
separano e
si muovono verso poli opposti
La mitosi si divide in 4 fasi:
Telofase
i cromosomi raggiungono poli opposti
della cellula madre
Tutta l’informazione genetica che ereditiamo è contenuta
in due cellule:
Spermatozoo
Ovocita
Queste cellule si formano per un particolare tipo di divisione cellulare
MEIOSI
Nella Meiosi, i cromosomi di una cellula diploide
segregano,
producendo quattro cellule figlie aploidi.
Con questo fenomeno la Meiosi genera la diversità
genetica
Femmina
Maschio
Cell
division
All complex organisms
originated from a single
fertilised egg.
Every cell in your body
started here, through cell
division the numbers are
increased
Cell then specialise and
change into their various
roles
Mitosi e meiosi
- La mitosi produce
solo una progenie
geneticamente
identica.
- Per introdurre
variazione genica gli
organismi hanno
evoluto la
riproduzione
sessuale.
- La riproduzione
sessuale consiste in
due processi distinti:
1. La meiosi(produce gameti
in cui il n dei cromosomi è la
metà)
2. La fecondazione
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
Le Fasi della Meiosi 1 & 2
La replicazione del DNA precede l' inizio della
meiosi I.
i cromosomi omologhi si appaiano e
formano le sinapsi
Profase I
Le coppie di cromosomi sono
chiamate bivalenti, e la formazione
dei chiasmi causati dalla
ricombinazione genetica diventa
evidente.
La condensazione dei cromosomi
rende tutto ciò visibile al microscopio
ottico
I bivalenti hanno due cromosomi e
quattro cromatidi, con ciascun
cromosoma che deriva da un genitore
Profase I
-Quando la profase I ha inizio i cromosomi si sono già duplicati.
-Composta da 4 fasi:
1. LEPTOTENE
I cromosomi si contraggono.
Inizia l’appaiamento dei cromosomi omologhi.
2. ZIGOTENE
Appaiamento dei cromosomi omologhi con associazione molto stretta
dei crom.omologhi (SINAPSI).
Ogni coppia omologa di cromosomi in sinapsi è costituita da 4
cromatidi chiamati BIVALENTI o TRETRADE.
3. PACHITENE
I cromosomi si accorciano e si addensano e si sviluppa il complesso
sinaptonemale
crossing over= scambio di materiale genetico tra
cromosomi omologhi.
4. DIPLOTENE
I centromeri dei cromosomi appaiati si separano, i chiasmi si
spostano verso le estremità.
4. DIACINESI
Spostamento dei chiasmi verso le estremità cromosomiche.
I CHIASMI EVIDENTI VERSO LA FINE DELLA PROFASE I, QUANDO I
CROMOSOMI DEI BIVALENTI SI ALLONTANANO, TESTIMONIANO
L’AVVENUTO SCAMBIO DI MATERIALE GENETICO
Le Fasi della Meiosi 1 & 2
La membrana nucleare scompare
Prometafase I
Si forma un cinetocoro per
cromosoma non uno per cromatidio, e
i cromosomi attaccati alle fibre del
fuso iniziano a muoversi
Le Fasi della Meiosi 1 & 2
I Bivalenti, ciascuno composto da
due cromosomi (quattro
cromatidi) si allineano sulla
piastra metafasica.
Metafase I
L' orientamento é casuale, da
ciascun lato può esserci qualsiasi
omologo parentale.
Ciò significa che le cellule figlie
hanno la probabilità del 50% di
ricevere sia l‘ omologo paterno che
quello materno di ciascun
cromosoma.
Le Fasi della Meiosi 1 & 2
I Chiasmi si disgiungono
I cromosomi, ciascuno con due
cromatidi, si muovono verso i poli
opposti
Anafase I
Ciascuna cellula figlia è ora aploide (23
cromosomi), ma ciascun cromosoma ha
due cromatidi
Le Fasi della Meiosi 1 & 2
L' involucro nucleare si può riformare,
oppure
Telofase I
la cellula può iniziare rapidamente la
meiosi 2
Le Fasi della Meiosi 1 & 2
Analoga alla mitosi dove si formano
due cellule figlie complete
Citocinesi
Le Fasi della Meiosi 1 & 2
La Meiosi 2 è simile alla mitosi
Non vi è la fase "S"
I cromatidi di ciascun cromosoma non sono più identici a
causa della ricombinazione.
La Meiosi II separa i cromatidi producendo due cellule
figlie ciascuna con 23 cromosomi (aploidi), e ciascun
cromosoma ha solo un cromatidio.
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
Le conseguenze della meiosi:
1. Il processo comprende due divisioni, da una cellula originale
se ne producono quattro.
2. Il numero dei cromosomi si dimezza; le cellule prodotte dalla
meiosi sono aploidi.
3. Le cellule generate dalla meiosi sono differenti, dal punto di
vista genetico, le une dalle altre e dalla cellula parentale.
Questa diversità è il risultato di due meccanismi:
a. Il crossing-over
b. La distribuzione casuale dei cromosomi in anafase I della
meiosi a seguito dell’allineamento casuale durante la
metafase I.
FENOMENI DI NONDISGIUNZIONE
MEIOTICA, NEL
CORSO DELLA
MEIOSI I O II
PORTANO A
SITUAZIONE DI
ANEUPLOIDIA
(TRISOMIE O
MONOSOMIE)
La meiosi nel ciclo vitale dei vegetali
- Il ciclo vitale delle piante comprende due generazioni distinte:
lo SPOROFITO, diploide e il GAMETOFITO, aploide.
ALTERNANZA DI GENERAZIONI
-Le piante sono gli unici organismi viventi che producono i gameti
in strutture specializzate chiamate GAMETOFITI.
La generazione gametofitica aploide incomincia dopo che si sono
prodotte per meiosi le spore. Con la fecondazione incomincia la
generazione sporofitica diploide, che produce cellule aploide
specializzate chiamate spore.
LA RIPRODUZIONE CELLULARE
