Riproduzione cellulare: mitosi e meiosi

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1 Riproduzione cellulare: mitosi e meiosi 1

2 Riproduzione cellulare La mitosi riguarda le cellule somatiche (le cellule del corpo) la meiosi le cellule germinali (cellule riproduttive o gameti) Svariati processi, tra cui l accrescimento degli organismi, la riparazione tissutale e la sostituzione delle cellule invecchiate (come succede, ad esempio, nel caso della pelle) sono basati sulla divisione per mitosi delle cellule

3 Il ciclo cellulare Nel ciclo cellulare possiamo distinguere una fase in cui la cellula svolge le sue normali funzioni, detta interfase, e una fase in cui la cellula si divide in due cellule figlie uguali tra loro, detta fase MITOSI.

4 Il ciclo cellulare

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6 Il ciclo cellulare Interfase Nell'interfase si distinguono momenti diversi: fase G1 (Gap, = 1 intervallo [sviluppo, preparazione, crescita, check-point]) fase S (Sintesi) fase G2 (Gap, = 2 intervallo [sviluppo, preparazione, crescita, check-point]) Durante la fase G1, (G da gap, intervallo) che inizia appena finita la mitosi, ed è di lunghezza variabile, la cellula si accresce. Nel nucleo il DNA è in forma di cromatina e viene continuamente prodotto m-rna, fondamentale per la sintesi delle proteine necessarie alla crescita della cellula. Nella fase S (S da sintesi), la cui durata è all'incirca costante (6-8 ore), avviene la duplicazione di tutto il DNA contenuto nel nucleo. Nella fase G2, la cui durata è variabile, la cellula riprende a svolgere la propria attività normale, anche se il DNA è presente in quantità doppia. Al termine di questa fase la cellula entra in mitosi.

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8 Durata e controllo del ciclo cellulare La durata estremamente del ciclo cellulare delle cellule del nostro organismo è variabile. La durata media di questo meccanismo di riproduzione cellulare varia in media, negli organismi superiori, tra le 10 e le 30 ore. - meccanismi di controllo per la regolazione del ciclo cellulare e la proliferazione delle cellule La loro attività è regolata da proteine non enzimatiche: dette CICLINE - Molte cellule tumorali perdono questi meccanismi e si riproducono continuamente.

9 Attenzione! i globuli rossi neuroni NO MITOSI cellule muscolari epiteliali intestinali C. s. midollo osseo (ematopoietiche) SI MITOSI spermatogoni Linfociti Epatociti SI MITOSI Solo in determinate situazioni

10 Cos è una cellula staminale? Le cellule staminali sono cellule primitive non specializzate, dotate della capacità di trasformarsi in diversi altri tipi di cellule del corpo attraverso un processo denominato differenziamento cellulare. Sono oggetto di studio da parte dei ricercatori per curare determinate malattie. Le cellule staminali possono essere prelevate da diverse fonti come il cordone ombelicale, il sacco amniotico, il sangue, il midollo osseo, la placenta, i tessuti adiposi. 10

11 La Mitosi Durante la mitosi, (che è il processo che porta alla divisione cellulare), si succedono 4 fasi:

12 Profase Durante la profase il DNA, ancora in forma di cromatina, si spiralizza progressivamente portando alla formazione dei cromosomi. Contemporaneamente la membrana nucleare e il nucleolo si dissolvono e il centriolo si duplica. I due centrioli iniziano quindi a migrare verso i poli opposti della cellula, producendo una serie di sottili filamenti (microtubuli) che costituiranno il fuso mitotico. 12

13 Metafase Nella metafase si completa la formazione del fuso mitotico e dei cromosomi, che si dispongono sul piano equatoriale della cellula. In questo momento i cromosomi sono al massimo della spiralizzazione e sono ben visibili. Ogni cromosoma appare chiaramente composto di due filamenti uguali (detti cromatidi), tenuti uniti in un punto detto centromero (i due cromatidi sono il risultato della duplicazione del DNA). Tutti i cromosomi sono fissati attraverso i centromeri alle fibre del fuso.

14 Metafase Alcune fibre del fuso raggiungono i cromosomi e si attaccano ai cinetocori, strutture composte da proteine e specifiche regioni del DNA nella zone dei centromeri.

15 Anafase Durante l'anafase i centromeri dei cromosomi si spezzano e i due cromatidi ormai separati migrano, trascinati dalle fibre del fuso, verso i poli opposti della cellula.

16 Telofase Nella telofase i cromatidi iniziano a despiralizzarsi, riformando così la cromatina, mentre contemporaneamente si formano le due nuove membrane nucleari attorno a ciascuno dei due gruppi di cromatidi. Contemporaneamente si forma una strozzatura nella regione equatoriale della cellula che aumenta via via e porta alla formazione di due cellule. Le cellule figlie, risultanti da questa divisione, sono identiche alla cellula madre.

17 Telofase La mitosi termina con la citocinesi, nota anche come citodieresi, ovvero la divisione del citoplasma. La mitosi porta alla produzione di cellule che sono geneticamente identiche tra loro e alla cellula da cui si sono originate. La mitosi quindi è una divisione cellulare che non genera variabilità genetica.

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19 In biologia cellulare, si definisce centrosoma una struttura non membranosa posta vicino al nucleo, preposta alla formazione, alla demolizione e all'organizzazione dei microtubuli (MTOC - MicroTubule Organizing Center) della cellula. Per questo tale struttura viene a volte chiamata centro organizzatore dei microtubuli.

20 Farmaci antimitotici antitumorali Alcuni farmaci antitumorali (colchicina) bloccano la mitosi, agendo sui microtubuli del fuso mitotico. Tenere anche presente che gli elementi indispensabili per il funzionamento di un cromosoma in mitosi sono - DNA - Istoni - centromero cromatina

21 La mitosi nella cellula vegetale 21

22 LA MEIOSI La meiosi è il processo di che porta alla formazione dei GAMETI, gli ovociti nelle femmine e gli spermatozoi nei maschi. Le cellule della linea SESSUALE, che portano alla produzione di OVOCITI E SPERMATOZOI, presentano infatti un ciclo cellulare modificato, in cui la mitosi è sostituita dalla meiosi. Attraverso la meiosi una cellula eucariota con corredo cromosomico DIPLOIDE (2n) dà origine a QUATTRO cellule con corredo cromosomico (n). La meiosi consiste in una duplicazione del DNA seguita da due DIVISIONI CELLULARI. Ovvero da cellula madre si formano QUATTRO cellule figlie, tutte diverse fra loro e con patrimonio genetico DIMEZZATO. ATTENZIONE! Il processo meiotico ha origine da cellule staminali 2N in attiva proliferazione; quindi le cellule germinali si dividono per mitosi inizialmente (es. spermatogoni) e poi si avvia il processo meiotico.

23 La meiosi determina: 1. la riduzione del numero di cromosomi, da una duplice copia (2n, in tutte le cellule), a una semplice copia (n), indispensabile per permettere la riproduzione sessuale 2. la ricombinazione genetica, meccanismo fondamentale per aumentare la diversità genetica delle specie, tramite un processo chiamato crossingover in cui avviene lo SCAMBIO DI PARTI (e quindi di geni), tra i cromosomi OMOLOGHI. La meiosi è fondamentale per la riproduzione sessuale: la ricombinazione dell'informazione genetica proveniente dalle cellule di due organismi differenti (padre e madre) produce risultati (figli) ogni volta diversi e naturalmente diversi anche dai due genitori. Ogni genitore fornisce ai gameti (la cellula uovo nella femmina e lo spermatozoo nel maschio) un corredo cromosomico aploide (n), dimezzato rispetto alle cellule somatiche. Attraverso la fusione (la fecondazione) dei due corredi cromosomici dimezzati (materno e paterno) e "rimescolati" si ricostituisce il corredo cromosomico completo (diploide, 2n) e quindi una nuova cellula, detta zigote, che costituirà la prima cellula (da cui deriveranno tutte le altre, attraverso divisioni successive e attraverso il processo di differenziamento cellulare) di nuovo individuo con i caratteri dei due genitori mescolati tra loro.

24 gametogenesi

25 FASI DELLA MEIOSI

26 FASI DELLA MEIOSI

27 FASI DELLA MEIOSI 27

28 FASI DELLA MEIOSI Meiosi I Profase I 1. La meiosi I si apre con la profase, un processo decisamente più lungo e complicato della profase mitotica. Si suddivide in 5 stadi successivi: leptotene, in cui la cromatina (il DNA) si spiralizza formando dei cromosomi in forma di filamenti sottili e allungati; 2. zigotene, durante il quale avviene l'appaiamento (sinapsi) dei cromosomi omologhi e la formazione di una struttura denominata tetrade 3. pachitene: si completa l'appaiamento dei cromosomi omologhi che contemporaneamente si accorciano e si inspessiscono; le coppie di cromosomi vengono definite "bivalenti" 4. diplotene: in questo stadio avviene il crossing over: i cromosomi omologhi di ciascun bivalente si scambiano porzioni di DNA incrociandosi in punti chiamati "chiasmi" e quindi cominciano a separarsi, tuttavia i due cromatidi di ciascuna coppia di omologhirestano in contatto in corrispondenza dei chiasmi, segni visibili dell'avvenuto crossing-over 5. diacinesi nel corso del quale i cromosomi completano la loro condensazione e sono chiaramente visibili. Contemporaneamente avviene la dissoluzione della membrana nucleare e del nucleolo

29 FASI DELLA MEIOSI Come per la Mitosi, durante la profase I si sviluppa l'apparato del fuso, costituito da due coppie di centrioli, situate ai poli opposti della cellula, da cui fuoriescono fibre di microtubuli. Tali fibre agganciano i cromosomi a livello del centromero. La profase I può durare per giorni o anche più a lungo e occupa il 90% del tempo richiesto per quasi tutta la divisione meiotica. 29

30 FASI DELLA MEIOSI OSSERVA IL CROSSING OVER

31 Metafase I Le fibre del fuso si collegano ai cromosomi: ogni cromosoma, diviso in 2 cromatidi tenuti insieme per il centromero, è legato alle fibre del fuso di un solo polo: i cromosomi omologhi sono connessi ai poli opposti. Si completa l'allineamento dei cromosomi sul piano equatoriale. Rispetto alla Mitosi si ha una differenza sostanziale: nella mitosi ogni cromosoma è collegato ad entrambi i poli della cellula e con la rottura del centromero i cromatidi fratelli si separano e migrano verso i poli opposti della cellula; nella meiosi invece ogni cromosoma è collegato ad un solo polo della cellula, con l'omologo collegato al polo opposto

32 Anafase I A differenza dell'anafase mitotica, durante questa fase i cromatidi fratelli restano attaccati per i centromeri, mentre i cromosomi omologhi si separano e migrano ai poli opposti della cellula. In questo modo si ha un corredo cromosomico aploide proprio perché sono gli omologhi parentali a separarsi.

33 Telofase I In questa fase si completa la prima divisione meiotica: ai due poli della cellula madre si formano due gruppi di cromosomi, in cui è presente un solo cromosoma (costituito dai due cromatidi fratelli) per ciascun tipo. Il citoplasma delle due cellule si ripartisce e avviene la divisione della cellula originaria in due cellule figlie distinte. Le fibre del fuso si disgregano; i cromosomi si despiralizzano.

34 (Interfase) In alcuni casi, terminata la Meiosi I, può avvenire l'interfase in cui i cromosomi si despiralizzano; in molte specie si passa invece direttamente dalla Telofase I alla Profase II. 34

35 Meiosi II La seconda divisione meiotica è identica alla mitosi, ma porta alla formazione di due cellule aploidi.

36 Profase II Compaiono nuovamente le fibre del fuso che si agganciano ai centromeri dei cromosomi e si dissolve la membrana nucleare affinché i microtubuli del fuso possano attaccarsi ai cromosomi.

37 Metafase II I cromosomi si portano sul piano equatoriale; ogni cromosoma è costituito da due cromatidi omologhi fratelli. Anafase II I centromeri dei cromosomi dei cromatidi fratelli si rompono e i cromatidi si dividono, migrando ai poli opposti della cellula.

38 Anafase II I centromeri dei cromosomi dei cromatidi fratelli si rompono e i cromatidi si dividono, migrando ai poli opposti della cellula.

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