CALENDARIO DELLE LEZIONI. Lunedì 6 marzo ore Venerdì 10 marzo ore 9:30-12:30. Lunedì 20 marzo ore 14-17

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1 CALENDARIO DELLE LEZIONI Lunedì 6 marzo ore Venerdì 10 marzo ore 9:30-12:30 Lunedì 20 marzo ore 14-17

2 La divisione cellulare La divisione cellulare nei procarioti Nei procarioti il DNA è costituito da una singola molecola o cromosoma. La divisione, preceduta dalla duplicazione del DNA, è una semplice scissione binaria. Seguita dalla citodieresi Biologia Animale

3 1) SEGNALI RIPRODUTTIVI: fattori esterni,condizioni ambientali o concentrazioni i nutrienti sono segnali comuni per l inizio della divisione cellulare nei procarioti 2) REPLICAZIONE DEL DNA 1 solo filamento di DNA (1 cromosoma) 3) SEGREGAZIONE DELLA MOLECOLA DI DNA La replicazione del DNA inizia vicino al centro della cellula e si sposta man mano verso le estremità opposte 4) CITODIERESI La membrana plasmatica si invagina e si divide in seguito all apposizione di nuovo materiale per la membrana Glossario di genetica Biologia Animale

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5 La divisione cellulare negli eucarioti Negli eucarioti le cellule presentano due modalità distinte di divisione: la mitosi elameiosi. Seguita dalla citodieresi Biologia Animale

6 1) SEGNALI RIPRODUTTIVI: diversamente dai procarioti, negli eucarioti la divisione non avviene tutte le volte che ci sono le condizioni favorevoli. Cellule molto specializzate possono anche dividersi molto raramente. I segnali di divisione sono più interni all organismo e alla cellula stessa che all ambiente 2) REPLICAZIONE DEL DNA Molti filamenti di DNA (46 cromosomi nell uomo) 3) SEGREGAZIONE DELLA MOLECOLA DI DNA I cromosomi appena replicati sono intimamente associati tra loro (cromatidi fratelli) 4) CITODIERESI La membrana plasmatica si invagina e si divide in seguito all apposizione di nuovo materiale per la membrana. Processo diverso per le cellule vegetali

7 Il ciclo cellulare Il ciclo cellulare mitotico (che caratterizza le cellule che si dividono per mitosi) è caratterizzato da due fasi principali: l'interfase (durante la quale le cellule non si dividono) e la mitosi (ovvero il processo di divisione). Per la maggior parte del ciclo cellulare la cellula si trova in interfase; a sua volta questa fase si suddivide nelle tre sottofasi: G1, S e G2. Biologia Animale

8 Il ciclo cellulare degli eucarioti La vita di una cellula comprende una breve fase di divisione (viola) e un interfase di durata maggiore (verde). Nelle cellule in grado di dividersi, l interfase è a sua volta suddivisa in tre sottofasi ( G1, S e G2). Biologia Animale

9 Fase G1 Ogni cromosoma è una singola molecola di DNA non replicata Transizione G1-S La cellula si prepara alla replicazione Fase S La replicazione del DNA avviene durante la fase S. Ogni cromosoma viene replicato ed è ora formato da due cromatidi fratelli che rimangono uniti finché non inizia la MITOSI Fase G2 Inizia la preparazione della cellula alla MITOSI, assemblando e spostando strutture che sposteranno i cromatidi verso i poli opposti della cellula

10 La mitosi provvede alla distribuzione di copie esatte del materiale genetico. Le cellule figlie, in effetti, grazie alla duplicazione del DNA che si realizza nella fase S che precede la mitosi (insieme alla duplicazione dei centrioli), presentano la stessa quantità di DNA e lo stesso numero di cromosomi delle cellule madri. Biologia Animale

11 La mitosi si suddivide in - Profase - prometafase - metafase - anafase - telofase. Durante la profase i singoli cromosomi subiscono un processo di condensazione, alla fine del quale risultano costituiti da due cromatidi appaiati.

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15 Durante la prometafase la membrana nucleare si dissolve e i cromosomi prendono contatto con le fibre del fuso che collegano i due centrosomi (ognuno costituito da due centrioli); il contatto si realizza a livello di centromero (cinetocore, in particolare). Nel corso della metafase i cromosomi si dispongono al centro della cellula e si allineano sulla piastra equatoriale.

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17 La mitosi. In seguito alla divisione mitotica si originano due nuclei figli geneticamente identici fra loro e a quello della cellula che li ha generati. Le fotografie riprese al microscopio ottico si riferiscono a nuclei di cellule vegetali, e mancano di conseguenza di centrioli e delle strutture aster, i disegni che affiancano le fotografie mostrano le relative fasi nelle cellule animali e comprendono quindi quelle strutture assenti nelle cellule vegetali.

18 Al termine della metafase i centromeri, che uniscono reciprocamente i cromatidi fratelli, si separano, e durante l anafase ogni cromatidio della coppia, ora definito cromosoma figlio, migra verso uno dei due poli della cellula lungo i microtubuli del fuso mitotico. N.B.= il cinetocore è la componente del centromero su cui si inseriscono i microtubuli del fuso mitotico. Biologia Animale

19 Durante la telofase i cromosomi iniziano a decondensarsi, l'involucro nucleare e i nucleoli si riformano, e si originano i due nuclei figli contenenti cromosomi identici fra loro e a quelli di partenza. Biologia Animale

20 Metafase Anafase Telofase Nelle fotografie la colorazione rossa mette in evidenza i microtubuli (e quindi il fuso mitotico), mentre il colore blu corrisponde ai cromosomi. Nei disegni i cromosomi sono riportati in modo schematico per sottolineare la presenza dei singoli cromatidi. Biologia Animale

21 Il fuso mitotico è costituito da microtubuli: a) Schema del fuso mitotico come appare in una cellula in metafase. b) Microfotografia elettronica riferibile alla fase mostrata in a. c) Microfotografia a forte ingrandimento che mostra la struttura del cinetocore. Biologia Animale

22 La citodieresi: la divisione del citoplasma La divisione nucleare è generalmente seguita dalla citodieresi. Il citoplasma delle cellule animali si divide di regola in corrispondenza di un solco del plasmalemma, causato dalla contrazione di microfilamenti citoplasmatici. Nelle cellule vegetali la citodieresi è accompagnata dalla fusione di vescicole e dalla sintesi di nuovo materiale della parete cellulare. Biologia Animale

23 La citodieresi avviene secondo modalità diverse nelle cellule animali rispetto a quelle vegetali Le cellule vegetali sono provviste di una parete cellulare e di conseguenza mostrano differenze a livello della citodieresi. (a) Una cellula uovo di riccio di mare fecondata ha appena completato la citodieresi al termine della prima divisione mitotica. Essa si svilupperà successivamente in embrione. (b) Una cellula vegetale colta nel corso della tarda telofase. Biologia Animale

24 La mitosi: riproduzione asessuata e continuità genetica Il ciclo cellulare può ripetersi numerose volte, dando origine a cloni di cellule geneticamente identiche fra loro. Biologia Animale

25 La riproduzione asessuata produce un nuovo organismo che risulta geneticamente identico a quello parentale. La variabilità interindividuale si basa solo su cambiamenti genetici, o mutazioni, che intervengono rispetto alle cellule parentali. Biologia Animale

26 Il numero, la forma e le dimensioni dei singoli cromosomi costituiscono complessivamente il cariotipo di un organismo. Biologia Animale

27 Le cellule umane sono provviste di 46 cromosomi- Le fotografie si riferiscono a cromosomi umani durante la metafase mitotica. Grazie alla tecnica di "colorazione dei cromosomi" adottata, ogni coppia di omologhi è caratterizzata da un colore diverso. Il cariotipo illustrato nell'immagine a destra, è stato ottenuto in seguito all analisi computerizzata dell'immagine a sinistra. Biologia Animale

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31 Il sistema del fuso mitotico si organizza fuori dal nucleo!

32 I movimenti delle fibre del fuso sono fondamentali nella dinamica della divisione cellulare

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34 Fase Interfase G1 S G2 Eventi Crescita; Replicazione del DNA Inizia la sintesi del fuso MITOSI Profase Prometafase Metafase Anafase Telofase Citodieresi Condensazione dei cromosomi; assemblaggio del fuso Dissoluzione della membrana nucleare; i cromosomi si attaccano al fuso Allineamento dei cromosomi sulla piastra equatoriale Separazione dei cromatidi; migrazione ai poli I cromosomi despiralizzano, la membrana si riforma Separazione cellulare, la membrana cellulare e/o la parete si riformano Biologia Animale

35 La meiosi: riproduzione sessuata e diversità genetica Nella riproduzione sessuata, due gameti aploidi, uno derivante da ciascun genitore, si uniscono in un processo definito fecondazione, per dare origine a uno zigote diploide del tutto nuovo da un punto di vista genetico. Biologia Animale

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37 Peculiari cellule diploidi dell'organismo adulto, ovvero le cellule della linea germinale, vanno incontro a meiosi e producono gameti aploidi. Ogni gamete contiene un assortimento casuale dell'uno o dell'altro cromosoma di ogni coppia di omologhi paterni e materni. Più è elevato il numero di coppie di omologhi nella cellula diploide iniziale, maggiore è il numero di combinazioni cromosomiche che si possono originare in seguito alla divisione meiotica nei gameti. Biologia Animale

38 La meiosi consiste di due divisioni successive La meiosi provvede alla riduzione del numero di cromosomi da diploide ad aploide (aploidia cromosomica e cromatidica) e al tempo stesso assicura a ogni cellula figlia aploide un corredo completo di cromosomi. Si tratta di un processo che coinvolge due divisioni successive. Biologia Animale

39 Il DNA viene replicato durante l'interfase, prima che inizi la meiosi I. Nel corso della profase I i cromosomi omologhi si appaiano e fra cromatidi non fratelli delle due coppie di cromosomi omologhi può verificarsi lo scambio di materiale genetico mediante il crossing over. Biologia Animale

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41 Durante la metafase I gli omologhi appaiati migrano verso la piastra equatoriale -ogni cromosoma è provvisto di un unico cinetocore- per associarsi con le fibre del fuso provenienti da uno dei due poli cellulari. Biologia Animale

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43 Durante l'anafase I i cromosomi omologhi, ancora costituiti da due cromatidi, si separano e migrano verso i poli opposti della cellula. Segue la telofase I e la citodieresi. Al termine della meiosi I si sono formate due cellule, ognuna contenente un numero aploide di cromosomi, ma ognuno di questi risulta ancora formato da due cromatidi. Biologia Animale

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45 I fenomeni di crossing over danno origine a cromosomi geneticamente diversi rispetto a quelli d origine Lo scambio di materiale genetico mediante il processo di crossing over origina un nuovo assortimento del materiale genetico nei cromosomi ricombinanti. Biologia Animale

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48 Nel corso della meiosi II, i due elementi di ciascun cromosoma si separano. Non si verifica alcuna duplicazione di materiale genetico prima della seconda divisione (riduzionale), che risulta peraltro simile a una mitosi. Al termine della meiosi ogni cellula figlia contiene un numero aploide di cromosomi. Biologia Animale

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51 Mitosi e meiosi a confronto La meiosi si distingue dalla mitosi per la formazione delle sinapsi e per la mancata separazione dei cromatidi al termine della metafase I. Biologia Animale

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54 Sia i fenomeni di crossing over, che possono verificarsi durante la profase I, sia la ripartizione casuale dei cromosomi omologhi parentali (cromosoma materno o paterno) a uno dei poli della cellula durante l'anafase I, assicurano che la composizione genetica di ogni gamete aploide sia molto diversa rispetto a quella degli altri gameti e della cellula madre diploide. Biologia Animale

55 La MITOSI è una divisione equazionale (= non cambia l'assetto cromosomico) del nucleo di una cellula. Si parte da una cellula diploide (2n) e si ottengono 2 cellule diploidi (2n). La mitosi è preceduta dalla duplicazione del DNA. Riguarda le cellule somatiche (del corpo), che si dividono per accrescere l'organismo, sostituire gli elementi cellulari vecchi e per riparare i danni dovuti a traumi o patologie.

56 MEIOSI: è processo di divisione riduzionale (= si dimezza il patrimonio cromosomico) del nucleo di una cellula. Consiste in due successive divisioni, denominate meiosi 1 e meiosi 2, precedute da una sola duplicazione del DNA. Si parte da una cellula diploide (2n) per arrivare a 4 cellule aploidi (n). Nella meiosi 1 si separano i cromosomi omologhi e si hanno due cellule n. Ciascuna cellula va incontro alla meiosi 2. Nella meiosi 2 si separano i cromatidi (come nella mitosi) e si ottengono, da ciascuna cellula n, due cellule n. Biologia Animale

57 La meiosi riguarda le cellule germinali (testicolo e ovaio) e dà origine ai gameti. Un'altra importante caratteristica è che i 4 gameti che si formano sono diversi tra loro sia perchè tra i cromosomi omologhi avviene il crossing over (nella profase 1), un importante evento che rimescola i geni dei due cromosomi omologhi, sia per i meccanismi casuali di separazione dei cromosomi omologhi, che crea in ciascun gamete una combinazione unica e irripetibile. Tutto questo porta alla variabilità genetica, presupposto della diversità biologica che osserviamo sulla Terra. Biologia Animale

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