Nucleo. Contiene il materiale genetico DNA associato a proteine

Transcript

1 Nucleo Contiene il materiale genetico DNA associato a proteine

2 I cromosomi Sono depositari del materiale genetico. Sono composti da una lunga molecola di DNA, che costituisce il materiale genetico,e da proteine che conferiscono al DNA una struttura organizzata Ogni cromosoma eucariotico tipico è costituito da una singola molecola di DNA(a doppia elica) lunga centinaia di migliaia di basi. Il cromosoma rappresenta il materiale genetico,ripiegato ed impacchettato,presente in una cellula in divisione.questo termine indica un unità distinta di materiale genetico Il termine cromatina indica il materiale genetico presente in una cellula non in divisione La cromatina non è un'entità indistinta ma è costituita da una serie di filamenti di DNA e proteine.

3 CROMOSOMA Il cromosoma è l'unità strutturale in cui il DNA, associato con specifiche proteine, si organizza all'interno delle cellule

4 Come avviene la SPIRALIZZAZIONE DELLA CROMATINA? Durante la profase Proteine istoniche associate al DNA

5 Il compattamento del DNA consiste nell avvolgimento della doppia elica intorno ad un gruppo di proteine chiamate istoni Queste proteine sono riferibili a cinque classi appartenenti alla categoria degli istoni 8 molecole istoniche,due per ogniuna delle prime 4 classi si associano a formare un ottamero detto rocchetto Ogni rocchetto con la doppia elica di DNA avvolta è detto nucleosoma

6 Il tratto di DNA che è contenuto in ogni nucleosoma è lungo 146/147 paia di basi. Le proteine istoniche sono basiche perché ricche di amminoacidi carichi positivamete,carica che attira la carica negativa dei fosfati del DNA DETERMINANDO LA FORMAZIONE DEL NUCLEOSOMA

7 I NUCLEOSOMI sono connessi da tratti di DNA di collegamento detti DNA linker che hanno una lunghezza variabile da 20 a 100bp a seconda della specie e del tipo cellulare. L ultima proteina istonica appartenente alla classe 5 lega due regioni linker adiacenti La struttura generale dei nucleosomi connessi tra loro ricorda una collana di perle

8

9

10 Il ruolo dei nucleosomi non è solo strutturale ma il loro arrangiamento regola le attività del DNA.

11 I nucleosomi sono ulteriormente compattati in fibre di 30 nm là dove le regioni linker sono avvolte in modo variabile e curvate a zig zag. Un ulteriore livello di compattamento comporta la formazione di domini ad ansa in cui le basi delle fibre di 30nm si ancorano ad una rete di proteine che costituiscono la matrice nucleare.

12

13

14

15

16 Ogni cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli

17

18 Il livello di compattamento dei cromosomi, nel nucleo di una cellula,non è del tutto uniforme. Infatti nei cromosomi ci sono regioni altamente condensate, dove i domini ad anse sono ulteriormente compattati,che prendono il nome di eterocromatina(10% del genoma),inattive dal punto di vista trascrizionale in quanto la loro conformazione impedisce ai fattori di trascrizione di avere accesso ai geni E regioni meno condensate dette eucromatina che rappresentano le aree in cui vi è un intensa attività di trascrizione.

19 . Si distinguono due tipi di eterocromatina: l'eterocromatina costitutiva, che rimane tale durante tutto lo sviluppo, ed è presente in posizione identica su entrambi i cromosomi omologhi l'eterocromatina facoltativa, che varia di condizione (rilassata ed espressa/condensata e inattiva) a seconda dei diversi tipi cellulari (es: inattivazione cromosoma X per la formazione del corpo di Barr) e delle diverse fasi dello sviluppo.

20 Durante la divisione cellulare I CROMOSOMI RAGGIUNGONO LA MASSIMA COMPATTEZZA

21 TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI DAI BATTERI AGLI ANIMALI ALLE PIANTE SONO IL PRODOTTO DI CICLI RIPETUTI DI PROLIFERAZIONI E DIVISIONI CELULARI CHE RISALGONO ALL INIZIO DELLA VITA CIRCA 4 MILIARDI DI ANNI FA

22 CICLO CELLULARE CONSISTE IN UNA SERIE DI FASI CHE PORTANO ALLA DIVISIONE CELLULARE

23 CICLO CELLULARE fasi di crescita e divisione Ciclo cellulare:periodo che và dall inizio di una divisione all inizio di quella successiva e comprende: MITOSI ed INTRFASE Interfase:periodo che intercorre tra due divisioni successive,ossia dalla fine di una all inizio della successiva

24

25 La lunghezza del ciclo cellulare varia tra i diversi tipi di cellule da molti minuti a molti mesi. Nelle cellule dei mammiferi,che si dividono velocemente,il ciclo cellulare ha una durata di 24 h

26 INTERFASE comprende: Fase G1: crescita della cellula,incremento degli enzimi necessari per la sintesi del DNA Fase S: replicazione del DNA: ogni cromosoma si duplica in due cromatidi fratelli geneticamente identici,uniti a livello di una regione del DNA detta centromero (associato al centromero vi è il cinetocore,struttura discoidale proteica,che è il sito di attacco x i microtubuli del fuso) Fase G2 :duplicazione dei mitocondri e degli altri organuli,sintesi di microtubuli e proteine necessarie per entrare nella fase successiva di mitosi.

27

28

29 Fase G Sostituisce la fase G1 in una cellula che ha rimandato la decisione di dividersi o in una cellula differenziata terminalmente (cellule nervose animali adulti) che quindi non deve più dividersi

30 Mitosi Ha lo scopo di dividere il nucleo di una cellula in due nuclei distribuendo i cromosomi,duplicati in fase S,alle due cellule figlie in modo tale che ognuna riceva lo stesso complemento di cromosomi In moltissimi casi la mitosi è seguita dalla citodieresi ossia divisione del citoplasma per generare due cellule figlie distinte

31 Scopi della divisione cellulare mitotica Durante questo processo una cellula si divide producendo due cellule figlie identiche geneticamente alla cellula di origine.es. rigenerazione tissutale Uno degli scopi della mitosi è la riproduzione asessuata,alcuni organismi unicellulari eucariotici si riproducono per mitosi

32 Un altro scopo è la realizzazione del mantenimento della pluricellularità. organismi come piante ed animali,molti funghi,derivano da una singola cellula che è andata incontro a ripetute divisioni mitotiche

33 cariotipo Fornisce informazione sul numero,dimensioni e forma dei cromosomi I cromosomi nelle cellule somatiche di animali e piante superiori,sono presenti in coppia e queste cellule sono dette diploidi ossia presentano due corredi cromosomici. Le cellule sono invece dette aploidi quando presentano un solo corredo cromosomico. Nel caso dell uomo:cellule del corpo diploidi,gameti aploidi

34 uomo

35 Specie Diploidi I membri di una coppia di cromosomi sono detti omologhi e sono simili per dimensione,forma e posizione dei centromeri I cromosomi omologhi portano l informazione per il controllo degli stessi tipi di caratteristiche genetiche ossia un dato gene è presente su entrambi gli omologhi.es gene colore occhi

36 Nel caso della riproduzione sessuata: Due individui forniscono ciascuno un set cromosomico (gameti aploidi).l unione dei due gameti nello zigote darà origine ad una cellula diploide. Lo zigote andrà incontro a ripetute divisioni mitotiche dando origine ad un individuo le cui cellule saranno diploidi Poliploidia:organismo le cui cellule presentano più serie di cromosomi

37 Uomo Cariotipo con 23 coppie di cromosomi. Numero di cromosomi 46 Ultima coppia di cromosomi :sessuali differenti per dimensioni e composizione genica

38 CELLULA DIPLOIDE 2n(coppie di omologhi) CELLULA APLOIDE n(un solo cromosoma di ogni coppia) UOMO: numero aploide = 23 ; numero diploide = 46 Fusione dei gameti ricombinazione genetica nel contesto di una popolazione VARIABILITA GENETICA

39 Duplicazione del DNA Prima della duplicazione il DNA di ciascun cromosoma si trova in forma non condensata ossia è composto da una doppia elica lineare. Durante la fase S quando avviene la duplicazione del DNA i cromosomi appaiono come unità distinte,costituite da due cromatidi fratelli molto condensati e visibili al M.O.

40 I due cromatidi fratelli(cioè le due copie identiche derivate dalla duplicazione) sono associati a livello di un punto di costrizione detto centromero(sequenza specifica 220 nucleotidi)con specifica posizione su ogni cromosoma (associato al centromero vi è il cinetocore,struttura discoidale proteica,che è il sito di attacco x i microtubuli del fuso)

41 MITOSI Profase Metafase Anafase Telofase

42

43 Fuso mitotico E responsabile della ripartizione dei cromosomi. Si forma a partire dai due centrosomi (il centrosoma è stato anch esso duplicato in S) che sono i centri di organizzazione dei microtubuli.nelle cellule animali il centrosoma contiene una coppia di centrioli (anche questi vengono duplicati in S e saranno una coppia per ciascun centrosoma) dai microtubuli,strutture proteiche capaci di assemblarsi e disassemblarsi

44 Formazione del fuso mitotico Ogni coppia di centrosomi migra verso ogni polo della cellula,segnando pure la migrazione delle due coppie di centrioli. I microtubuli si estendono da ciascun polo verso i cromosomi,microtubuli polari,verso la membrana plasmatica in più direzioni formando l aster, struttura implicata anche nell ancoraggio dei centrioli alla membrana plasmatica,mentre i microtubuli del cinetocore legano i cinetocori di ciascun cromosoma I centrioli sono strutture non direttamente coinvolte nella formazione del fuso ma implicati nella formazione dei corpi basali di ciglia e flagelli

45

46

47 ANIMALI UNICELLULARI La decisione di dividersi è essenzialmente basata sulle condizioni ambientali Es.lieviti sufficiente nutriente esatta temp e ph di dividono

48 Organismi animali pluricellulari La divisione cellulare è regolata e controllata da fattori genetici I fattori di crescita sono un gruppo di proteine che stimolano la crescita e la divisione di alcuni tipi cellulari. Vengono secreti nel circolo sanguigno.

49 Come avviene questa stimolazione? I fattori di crescita seguono delle vie di segnalazione che provocano l aumento dell espressione di determinati geni che codificano per le proteine necessarie alla divisione cellulare

50 Tutte le cellule si originano x divisione di cellule preesistenti La divisione cellulare avviene attraverso i processi di mitosi e citocinesi In tutti gli animali la mitosi si svolge durante:crescita,processi rigenerativi La mitosi permette a ciascuna cellula figlia di ricevere una copia di ogni cromosoma della cellula madre(stesso numero, stesso tipo di cromosomi)

51 MITOSI come RIPR.ASESSUATA Cellule figlie identiche alla cellula genitrice La variabilità:cambiamenti genetici occasionali,opp. mutazioni MEIOSI RIPR.SESSUATA RICOMBINAZIONE GENETICA che deriva da cellule di due organismi diversi meiosi CELLULE SESSUALI(gameti) Zigote

52 Riproduzione sessuale e Meiosi

53 La riproduzione sessuale richiede un evento di fecondazione durante il quale i due gameti si uniscono per formare un unica cellula detta zigote.nel caso di molte specie pluricellulari,lo zigote si accresce e va incontro a ripetute divisioni mitotiche per dare origine ad un individuo pluricellulare

54 Il mantenimento di un numero costante di cromosomi nelle cellule delle generazioni successive di un organismo a riproduzione sessuata è assicurato dal processo di Meiosi

55 Infatti in seguito alla meiosi i gameti (che si dovranno unire nello zigote) avranno un numero aploide di cromosomi

56 meiosi È un processo attraverso il quale a partire da una cellula diploide si formano cellule aploidi per cui è un processo riduzionale I cromosomi vengono correttamente ripartiti e distribuiti in modo tale da ridurre a metà il loro numero iniziale e in modo tale che ogni gamete riceva un cromosoma da ciascuna delle coppie di omologhi di partenza

57 MEIOSI Inizia dopo che la cellula è progredita attraverso le fasi G1,S e G2 del ciclo cellulare (Fase S: Duplicazione del DNA) Prima divisione : MEIOSI Ι (riduzionale) Seconda divisione :MEIOSI ΙΙ (simile ad una mitosi)

58

59 Punti salienti della Meiosi I La cellula che si divide meioticamente è una cellula germinale diploide che quindi contiene coppie di omologhi ogniuno dei quali sarà costituito da due cromatidi fratelli(duplicazione in fase S) I cromosomi omologhi si allineano l uno a fianco all altro a formare le tetradi attraverso un processo di sinapsi Crossing-over ossia scambio fisico tra tratti di cromatidi omologhi(non fratelli).ricombinazione quindi variabilità genetica.

60

61 Dopo il crossing-over i bracci tendono a separarsi ma rimangono adesi nei punti di scambio detti chiasmi La rottura e successiva saldatura dei frammenti in corrispondenza dei chiasmi da vita ai cromatidi ricombinati

62

63 In metafasei le tetradi si allineano però vi è la formazione(a differenza della mitosi)di una doppia fila e la disposizione degli omologhi è casuale rispetto alla destra e sinistra della piastra metafasica.ciò implica aumento della variabilità genetica tra le cellule aploidi risultanti

64 Al termine della meiosi I La ripartizione è avvenuta entro ogni coppia di omologhi ossia migrano verso i poli opposti rispettivamente uno e l altro omologo due nuclei derivanti conterranno cromosomi i cui cromatidi sono stati ricombinati con il crossigover, i cromatidi ricombinati contengono una certa quantità di materiale genetico di derivazione materna e altro di derivazione paterno; nuclei non identici tra loro e neppure alla cellula madre

65 MEIOSI I Termine della meiosi I

66 Meiosi II Equivale ad una mitosi

67 MEIOSI II

68 Due nuclei figli :contenenti un solo set cromosomico (nucleo aploide) Con il crossing over variabilità

69

70 Ciclo biologico o vitale Sequenza di eventi che produce un altra generazione di organismi Per la riproduzione sessuale ciò implica:alternanza tra cellule(od organismi)aploidi e cellule (od organismi)diploidi

71 Ciclo vitale Animali Specie diploidi dominanti Funghi Specie aploidi dominanti Piante Specie con alternanza di generazione sporofiti diploidi,gametofiti aploidi

72