divisione cellulare

La divisione
cellulare
e la riproduzione
degli organismi
Parte I: Mitosi
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La divisione cellulare
Permette agli organismi di accrescersi e sostituire
le cellule morte ed è alla base della riproduzione.
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• Negli organismi in cui avviene la riproduzione asessuata,
tutti i figli (e le cellule figlie) sono le copie genetiche esatte
dell’unico genitore (a meno che non siano avvenute delle
mutazioni).
• La riproduzione sessuata origina una progenie con una
combinazione peculiare di geni e può produrre grandi
variazioni nella prole.
Una cellula nasce solo da un’altra cellula
– La riproduzione delle cellule, sia procariotiche sia
eucariotiche, è detta divisione cellulare.
– La divisione cellulare è il centro della riproduzione
delle cellule e degli organismi perché le cellule
derivano solo da cellule preesistenti.
La riproduzione asessuata
La riproduzione asessuata si basa sulla divisione
mitotica del nucleo. La prole è costituita da un clone
dell’organismo di partenza.
L’esempio di un cactus
L’esempio di un fungo
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La riproduzione sessuata
Nella
riproduzione
sessuata meiosi
e fecondazione
si alternano.
Cellule e
organismi aploidi
si alternano a
diploidi.
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Negli organismi procarioti
Divisione cellulare = Scissione binaria = Riproduzione asessuata
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scissione binaria
– Mentre il cromosoma
si sta duplicando,
ogni copia inizia a
spostarsi verso una
estremità della cellula.
– Quando la duplicazione
del cromosoma è stata
completata, la
membrana cellulare
si introflette dividendo
la cellula madre in
due cellule figlie.
Membrana
plasmatica
Cromosoma
procariotico
Parete
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
cellula eucariota: ciclo cellulare
INTERFASE
G1
S
(sintesi del DNA)
G2
Si dice ciclo cellulare
l’insieme degli eventi
compresi tra la
formazione di una
cellula e la sua divisione
in due cellule figlie, e
prevede due fasi:
•
l’interfase;
•
la fase mitotica.
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l ciclo cellulare scandisce gli eventi metabolici e
riproduttivi di ogni cellula:
– Durante l’interfase la cellula sintetizza una gran
quantità di proteine, fabbrica la maggior parte degli
organuli e aumenta le proprie dimensioni. In questa
fase avviene anche la duplicazione dei cromosomi.
– Durante la fase mitotica i cromosomi duplicati
vengono distribuiti equamente in due nuclei figli
(mitosi) e il citoplasma si divide in due (citodieresi).
L’interfase
Questo momento comprende
tre sottofasi:
• la sottofase G1, o preparazione
alla duplicazione;
• la sottofase S, o duplicazione
del DNA;
• la sottofase G2, o preparazione
alla mitosi.
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La struttura dei cromosomi
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La struttura dei cromosomi
I cromosomi degli eucarioti sono grandi e
complessi, e si duplicano prima di ogni
divisione cellulare (fase S)
– Una cellula eucariotica ha molti più geni di una
cellula procariotica.
– I geni della cellula eucariotica sono distribuiti in più
cromosomi che si trovano all’interno del nucleo (ad
eccezione dei geni contenuti nel DNA
mitocondriale).
LM 600
– I singoli cromosomi contengono una molecola molto
lunga di DNA associata a proteine e sono visibili solo
quando le cellula si prepara alla divisione.
– Se una cellula non si sta dividendo, i cromosomi si
presentano sotto forma di una massa diffusa di
filamenti molto lunghi e sottili chiamata cromatina.
La spiralizzazione del DNA
Il processo di
avvolgimento del DNA
viene chiamato
spiralizzazione e
porta alla
condensazione della
cromatina in
cromosomi.
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Cromatidi fratelli
– Prima di dividersi, la cellula
duplica i suoi cromosomi,
formando cromatidi fratelli (due
copie che contengono
geni identici).
– I due cromatidi sono uniti in
corrispondenza
di una regione chiamata
centromero.
TEM 36 000
Centromero
– Quando la cellula si divide,
i cromatidi fratelli di uno
stesso cromosoma duplicato
si separano l’uno dall’altro.
– Ciascuno migra in una
delle due cellule figlie.
– Il risultato è che ogni
cellula figlia riceve
una serie completa
e identica di cromosomi.
Duplicazione
del cromosoma
Centromero
Cromatidi
fratelli
I cromatidi
si distribuiscono
alle cellule figlie
Mitosi
La mitosi è un processo in cui la cellula
suddivide il proprio genoma in maniera tale
che le cellule figlie avranno un ugual numero
di cromosomi.
Il termine mitosi deriva dal greco mìtos, "filo";
nome dovuto all'aspetto filiforme dei
cromosomi durante la metafase.
– Nella mitosi, i cromosomi, dopo essersi separati, si
spostano dal centro della cellula lungo una struttura
chiamata fuso mitotico.
– Il fuso mitotico è formato da microtubuli che
guidano la separazione delle due serie di cromatidi.
– I cromatidi fratelli sono quindi separati e si spostano
ai poli opposti della cellula, dove si formano i due
nuclei.
– La citodieresi, cioè la divisione del citoplasma e della
cellula in due parti, si sovrappone alla fine della
mitosi.
La profase
La cromatina si avvolge diventando progressivamente
più compatta e condensandosi in cromosomi.
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La prometafase
L’involucro nucleare si
frammenta.
Compaiono i microtubuli
che connettono
i cinetocori ai due poli
e formano il fuso mitotico.
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Il fuso mitotico
È la struttura, formata da microtubuli, che dirige
il movimento dei cromosomi.
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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.
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L’anafase
I cromatidi fratelli si
separano in due
cromosomi figli che si
spostano verso i poli
opposti della cellula.
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La telofase
Si formano i nuovi nuclei cellulari.
La cromatina diventa meno compatta e la cellula
entra in una nuova interfase.
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La citodieresi
Conclusa la divisione del nucleo, inizia quella
del citoplasma che è diversa nelle cellule animali (A)
e in quelle vegetali (B).
(B)
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La citodieresi avviene in maniera diversa nelle
cellule animali e nelle cellule vegetali
Solco
di scissione
Solco di scissione
SEM 140
– Nelle cellule animali la
citodieresi avviene grazie
a un processo di scissione.
– Il primo segno della
divisione è la comparsa
di un solco di scissione
a livello equatoriale.
Contrazione dell’anello
formato da microfilamenti
Cellule figlie
Formazione
della piastra
cellulare
Parete della
cellula madre
Nucleolo della
cellula figlia
TEM 7500
– Nelle cellule vegetali, vista
la presenza della parete
cellulare la citodieresi
avviene senza la
formazione del solco di
scissione.
– La cellula vegetale è divisa
in due da un disco
circondato da membrane
(chiamato piastra
cellulare) formato
da vescicole provenienti
dall’apparato di Golgi.
Parete cellulare
Vesciole contenenti
i componenti della
parete
Nuova parete cellulare
Piastra
cellulare
Cellule figlie
LM 250
Le fasi delle divisione cellulare:
INTERFASE
PROFASE
Centrosomi
(con due coppie di centrioli)
Cromatina
Inizio della formazione
del fuso
PROMETAFASE
Centrosoma
Frammenti
di membrana
nucleare
Cinetocore
Nucleolo
Membrana
nucleare
Membrana
plasmatica
Cromosoma formato
da due cromatidi
Centromero
Microtubuli
del fuso
ANAFASE
METAFASE
Piano equatoriale
Fuso
Cromosomi
indipendenti
TELOFASE E CITODIERESI
Solco di scissione
Membrana
nucleare
in formazione
Nucleoleo in
formazione
Fase G1: La durata di questa fase varia a
seconda della natura della cellula. Oscilla
da 5 a 10 ore in cellule di mammiferi con
elevato ritmo riproduttivo, è abbreviata
nelle cellule cancerose, talvolta è persino
nulla.
Fase S: La durata di questa fase è costante:
68 ore
Fase G2 dura 4-5 ore
La mitosi mediamente dura circa 2 ore.
• http://www.youtube.com/watch?v=VlN7K19QB0
• http://www.youtube.com/watch?v=DD3IQknC
Edc
Significato della Mitosi
Una visione d’insieme: la mitosi serve per
• la crescita degli organismi,
• la sostituzione delle cellule
• la riproduzione asessuata
LM 500
• la crescita;
La crescita per divisione cellulare di una radice di cipolla.
LM 700
– la rigenerazione e la riparazione dei tessuti;
La sostituzione delle cellule nella cute.
LM 10
– la riproduzione asessuata.
La riproduzione asessuata di un’Hydra.
Fattori che influenzano la divisione
cellulare
• L’ancoraggio a una superficie solida, la densità
e i fattori di crescita influenzano la divisione
cellulare
– La maggior parte delle cellule animali si divide solo
quando stimolata.
– Alcune cellule non si dividono mai.
– Nelle colture di laboratorio, la
maggior parte delle cellule
normali si divide solo quando
si trova a contatto con una
superficie solida
(dipendenza
dall’ancoraggio).
– Le cellule continuano
a dividersi fino a che
non si trovano in
contatto le une con
le altre (inibizione
da contatto).
Le cellule ancorate
a una superficie rigida
si dividono.
Dopo aver formato uno
strato singolo completo,
le cellule smettono
di dividersi (inibizione
da contatto).
Se vengono rimosse
alcune cellule,
quelle che restano
si dividono per riempire
lo spazio, ripristinando
lo strato di cellule;
successivamente, le
divisioni si arrestano
di nuovo (inibizione
da contatto).
• I fattori di crescita sono particolari proteine secrete da
alcune cellule che stimolano la divisione di altre cellule.
Dopo aver formato
uno strato singolo
le cellule smettono
di dividersi.
L’aggiunta del fattore
di crescita stimola
un’ulteriore divisione
cellulare.
I fattori di crescita controllano il ciclo cellulare
– Il sistema di controllo del ciclo cellulare è un
meccanismo costituito da un insieme di proteine che
di volta in volta innescano e coordinano i principali
eventi del processo.
– Tuttavia, il ciclo cellulare non è una sequenza di eventi
che si susseguono automaticamente: la separazione
dei cromatidi deve essere indotta da specifiche
proteine.
• Segnali intracellulari che riguardano punti chiave del ciclo
cellulare, detti punti di controllo, determinano se una
cellula andrà incontro a un ciclo completo e si dividerà.
Punto di controllo G1
G0
Sistema
di controllo
G1
M
G2
Punto di controllo M
Punto di controllo G2
S
• Perché avvenga la divisione cellulare, è di solito necessario
che i fattori di crescita si leghino a specifici recettori
presenti sulla membrana plasmatica.
Fattore di crescita
Membrana plasmatica
Recettore
proteico
Trasduzione
del segnale
Ripetitori
proteici
Punto di controllo G1
Sistema di
controllo del
ciclo cellulare
G1
M
G2
S
COLLEGAMENTI
• Le cellule che si dividono in maniera
incontrollata producono tumori maligni
– Le cellule tumorali non rispondono al normale
sistema di controllo del ciclo cellulare e si dividono in
modo eccessivo.
– Questa crescita incontrollata può determinare la
formazione di una massa cellulare anomala chiamata
tumore.