a.a CORSO DI LAUREA IN INFERMIERISTICA Dott.ssa Marilena Greco Biologia applicata Mitosi e Meiosi
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1 a.a CORSO DI LAUREA IN INFERMIERISTICA Dott.ssa Marilena Greco Biologia applicata Mitosi e Meiosi 1
2 Quando le cellule raggiungono una certa dimensione devono arrestare l accrescimento o dividersi. La divisione cellulare eucariotica coinvolge due principali processi la mitosi e la citocinesi. La MITOSI è un processo complesso che interessa il nucleo e assicura che ogni nuovo nucleo riceva lo stesso numero e gli stessi tipi di cromosomi che erano presenti nel nucleo di origine. La CITOCINESI consiste nella divisione del citoplasma della cellula per formare due cellule figlie. Tutte le cellule di un organismo pluricellulare derivano da un unica cellula- lo zigote o cellula uovo fecondata. Successivamente la cellula si accresce e si divide a sua volta (ciclo cellulare). Le cellule figlie si specializzano a formare i vari tessuti dell organismo (differenziamento cellulare)
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4 il ciclo cellulare è un alternanza di mitosi ed interfase Verifica fedeltà di replicazione DNA (diversa durata nei diversi tipi cellulari e tessuti) Accrescimento di dimensioni Fattori di crescita (diversa durata nei diversi tipi cellulari e tessuti) Replicazione DNA
5 MITOSI PROCESSO DI DIVISIONE CELLULARE CHE GARANTISCE LA CONSERVAZIONE E LA DISTRIBUZIONE DELLO STESSO NUMERO DI CROMOSOMI DA UNA CELLULA MADRE ALLE DUE CELLULE FIGLIE. IL MATERIALE CROMOSOMICO SI RADDOPPIA UNA VOLTA E LA CELLULA SI DIVIDE UNA VOLTA. La mitosi produce sempre due cellule geneticamente identiche alla cellula madre. ASSEGNAZIONE OMOGENEA DEI COMPONENTI CELLULARI. Il patrimonio genetico delle cellule figlie è DIPLOIDE (2n) : n coppie di cromosomi omologhi. PLOIDIA = indica il numero delle serie di cromosomi delle cellule di un organismo
6 Cellula figlia 46 cr Cellula madre 46 cromosomi Cellula figlia 46 cr 6
7 Fasi della Mitosi: 1. Profase 2. Metafase 3. Anafase 4. Telofase 7
8 Profase-Metafase 8
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12 Metafase-Anafase-Telofase 12
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14 Fasi mitotiche microscopia confocale a fluorescenza IN VERDE : nucleo della cellula evidenziato dalla proteina istonica H1 fusa alla Green Fluorescent Protein GFP che si lega al DNA IN ROSSO: la tetra metil rodamina TMRM evidenzia i mitocondri nel citoplasma cellulare. 14
15 Profase: Inizia quando i lunghi filamenti di cromatina cominciano a condensarsi mediante processi di spiralizzazione nel quale i cromosomi diventano contemporaneamente più corti e più spessi. Ogni cromosoma è stato duplicato durante la precedente fase S e consiste di una coppia di unità identiche cromatidi fratelli. Ogni cromatide contiene una regione chiamata centromero. 15
16 Metafase: i cromosomi sono allineati lungo il piano equatoriale della cellula (piastra metafasica) e prendono contatto con i microtubuli. Per la corretta separazione dei cromosomi si forma una connessione tra i microtubuli del cinetocoro e i cromosomi replicati. Il cinetocoro è un insieme di proteine che aderisce al centromero. 16
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18 Anafase: ha inizio quando le forze che tengono uniti i cromatidi fratelli in corrispondenza dei loro centromeri si allentano. Ogni cromatide è ora considerato come un cromosoma indipendente. I cromosomi disgiunti migrano lentamente ai poli opposti grazie ai cinetocori, ancora uniti ai microtubuli del fuso, che ne guidano il cammino. L anafase termina quando tutti i cromosomi hanno raggiunto i poli. 18
19 Telofase: è lo stadio finale della mitosi, caratterizzato dal ritorno ad una condizione simile a quella di interfase. I cromosomi si decondensano srotolandosi. Attorno ad ogni serie di cromosomi si sviluppa un involucro nucleare. 19
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21 Pertanto: l assetto cromosomico di ogni gamete è la conseguenza diretta dell assortimento dei cromosomi delle diverse paia durante il processo meiotico. Prima di tutto vediamo cosa succede in una cellula: 21
22 Le cellule attraversano una serie di stadi chiamati fasi G1, S, G2 e M. La cellula diploide di partenza aveva due coppie di cromosomi, per un totale di 4 cromosomi. Durante la fase S questi si sono replicati per dare 8 cromatidi fratelli. Al termine della mitosi vi sono 2 cellule figlie, ciascuna delle quali contiene 4 cromosomi. 22
23 Metodiche per l analisi del ciclo cellulare: Citofluorimetria nella fase G1 le cellule sono diploidi (2n), nella fase S si ha una situazione eterogenea, nella fase G2 il contenuto di DNA è raddoppiato (4n) 23
24 24
25 MEIOSI Gli organismi superiori si riproducono mediante l unione di due cellule sessuali specializzate, i gameti (aploidi) che si uniscono a formare un unica cellula chiamata zigote (diploide). I gameti sono prodotti nelle gonadi (testicolo e ovaio) a partire dalle cellule germinali Se i gameti (cellule uovo e spermatozoi) avessero lo stesso numero di cromosomi delle cellule del genitore che lo produce, allora lo zigote avrebbe un n doppio di cromosomi e questo raddoppiamento si verificherebbe ad ogni generazione. Il mantenimento di un numero costante di cromosomi è assicurato mediante un tipo particolare di divisione cellulare riduzionale chiamato meiosi. 25
26 MEIOSI PROCESSO DI DIVISIONE CELLULARE CHE PORTA ALLA PRODUZIONE DI CELLULE APLOIDI. IL MATERIALE CROMOSOMICO SI RADDOPPIA UNA VOLTA E LA CELLULA SI DIVIDE DUE VOLTE. E UN PROCESSO FONDAMENTALE PER GARANTIRE LA CONSERVAZIONE DELLO STESSO NUMERO DI CROMOSOMI ALL INTERNO DI OGNI SPECIE. 26
27 Cellula madre 46 cromosomi Cellula figlia 46 cromosomi Cellula figlia 46 cromosomi Cellula figlia 23 cromosomi Cellula figlia 23 cromosomi Cellula figlia 23 cromosomi Cellula figlia 23 cromosomi 27
28 28
29 Il termine meiosi significa infatti rendere più piccolo, in riferimento al fatto che il numero dei cromosomi viene dimezzato. Durante la meiosi una cellula diploide va incontro a 2 divisioni cellulari, producendo potenzialmente 4 cellule aploidi. La meiosi consiste di due divisioni nucleari e citoplasmatiche denominate prima e seconda divisione meiotica. Meiosi 1: i membri di ogni coppia di cromosomi omologhi prima si uniscono, poi si separano e vengono distribuiti in nuclei distinti. Meiosi 2: i cromatidi che costituiscono ciascun cromosoma omologo si separano e vengono distribuiti ai nuclei delle cellule figlie 29
30 Fasi della Meiosi DIVISIONE RIDUTTIVA PROFASE I 1. leptotene 2. zigotene (sinapsi) 3. pachitene (crossing-over; tetrade) 4. diplotene (chiasmi) 5. diacinesi 30
31 METAFASE I ANAFASE I: i componenti di una coppia di cromosomi omologhi si dirigono verso i poli opposti; i centromeri non si sono divisi quindi i cromosomi sono composti da due cromatidi e sono detti diade TELOFASE I: 2 cellule figlie con meta dei cromosomi formati ciascuno da due cromatidi 31
32 DIVISIONE MEIOTICA PROFASE II METAFASE II ANAFASE II: si dividono i cromatidi di ciascun cromosoma TELOFASE II: citocinesi 4 cellule con metà numero dei cromosomi formati ciascuno da un cromatide 32
33 33
34 TETRADI cromosomi omologhi chiasmi Complesso sinaptonemico o sinaptonemale tra cr.omologhi Crossing over: rottura e scambio di parti di cromatidi e loro successiva ricongiunzione. 34
35 35
36 TETRADE 36
37 I cromosomi omologhi rimangono uniti attraverso i chiasmi, basilari per il successivo allineamento dei cr. Omologhi in metafase Solo un centromero per ogni cromatidio fratello lega le fibre del cinetocore, diversamente dalla mitosi Le coesine che tengono uniti i cromatidi fratelli non vengono degradate 37
38 38
39 Come nella Mitosi si può osservare la connessione dei microtubuli del cinetocoro ai cromosomi replicati durante la meiosi. 39
40 40
41 PUNTI IMPORTANTI NELLA MEIOSI: 1. Produzione di cellule aploidi 2. CROSSING-OVER: nella profase I durante l appaiamento tra i cromosomi omologhi (tetradi) può avvenire uno scambio reciproco di parti tra cromosomi omologhi 3. ASSORTIMENTO CASUALE dei cromosomi omologhi (I divisione) e dei cromatidi fratelli (II divisione) con formazione di nuove combinazioni. All anafase I gli omologhi si disgiungono e migrano ai due poli della cellula in modo indipendente per ogni paio, allo stesso modo si comportano i cromatidi fratelli all anafase II 1+2 RIMESCOLAMENTO DEL PATRIMONIO GENETICO 41
42 LA MEIOSI GENERA LE DIVERSITA LA MITOSI E UN PROCESSO CONSERVATIVO 42
43 Attacco casuale alle fibre del fuso e separazione nei gameti : 8 diverse combinazioni 43
44 Differenze tra mitosi e meiosi 44
45 I processi di base della meiosi sono simili a quelli della mitosi, ma presentano 4 importanti differenze: 1. La meiosi comporta 2 successive divisioni nucleari e citoplasmatiche con potenziale produzione di 4 cellule. 2. Nonostante le due divisioni, il DNA subisce una sola duplicazione durante l interfase che precede la div. meiotica 3. Ognuna delle 4 cellule prodotte contiene un n aploide di cromosomi, cioè solo un esemplare di ogni coppia di omologhi. 4. Durante la meiosi l informazione genetica che proviene da entrambi i genitori viene mescolata, così che ogni cellula possiede una combinazione di geni potenzialmente unica. 45
46 Breviario: IL NUMERO DEI CROMOSOMI E CARATTERISTICO DI CIASCUNA SPECIE. NELL UOMO 46 CROMOSOMI DIVISI IN COPPIE DI OMOLOGHI : CORREDO CROMOSOMICO DIPLOIDE OGNI COPPIA DI CROMOSOMI CONTIENE UN CROMOSOMA DI ORIGINE PATERNA E UN CROMOSOMA DI ORIGINE MATERNA PRODUZIONE DI CELLULE APLOIDI GAMETI (SPERMATOZOI E CELLULE UOVO) LA FUSIONE DI 2 GAMETI (APLOIDI) DURANTE LA FECONDAZIONE PORTA ALLA FORMAZIONE DI UN NUOVO INDIVIDUO (DIPLOIDE) DETTO ZIGOTE I GAMETI SONO PRODOTTI NELLE GONADI (TESTICOLO, OVAIO) A PARTIRE DALLE CELLULE GERMINALI TRAMITE UNA DIVISIONE CELLULARE RIDUZIONALE: MEIOSI TUTTE LE ALTRE CELLULE DELL ORGANISMO SONO DETTE CELLULE SOMATICHE, SONO DIPLOIDI E SI DIVIDONO TRAMITE UNA DIVISIONE CELLULARE: MITOSI 46
47 Gameti e Fecondazione biologia dello sviluppo 47
48 Riproduzione sessuata Fusione di due cellule speciali, i gameti, uno di origine maschile e uno di origine femminile. Prodotti da individui diversi: specie gonocoriche Prodotti dallo stesso individuo: specie ermafrodite Gametogenesi: insieme dei processi che portano alla formazione dei gameti (spermatogenesi, ovogenesi) 48
49 diploide (2n) Riduzione del contenuto cromosomico APLOIDE (n) 49
50 50
51 Spermatogenesi Avviene nel testicolo Tubuli seminiferi Le cellule germinali che tappezzano la parete del tubulo progrediscono verso il lume (spermatogoni, spermatociti, spermatidi, spermatozoi) 51
52 Vita fetale e fase pre-puberale: moltiplicazione attiva delle cell germinali e cell del Sertoli, successivamente una serie di modificazioni morfologiche produco gli SPERMATOGONI GONADOTROPINE: nella pubertà gli spermatogoni tipo A1 possono diventare tipo A2 nucleo scuro (cell staminali) o chiaro (che proseguono la spermatogenesi), da questi si originano gli SPG tipo B. AUXOCITOSI: SPERMATOCITI I (le cell sono unite tra loro da ponti citoplasmatici) MEIOSI: formazione degli SPERMATOCITI II 2 MEIOSI : SPERMATIDI (aploiodi) citotcinesi incompleta: sincizio. LE CELL SI ALLONTANANO DALLA MEMBRANA BASALE FINO AD ESSERE RILASCIATI NEL TUBULO COME SPERMATOZOI MATURI SPERMIOISTIOGENESI: formazione acrosoma condensazione nucleo formazione flagello 52
53 Spermatozoo maturo Acrosoma Contiene gli enzimi litici che servono a superare le barriere della cell uovo Nucleo Aploide, contiene proteine più basiche degli istoni (protammine) SPERMIOISTIOGENESI: formazione acrosoma condensazione nucleo formazione flagello progressiva eliminazione del citoplasma Coppia di cenrioli (prossimale e distale) Flagello (tubulina e dineina) Mitocondri 53
54 Ovogenesi Avviene nel ovaio Produzione di un gamete maturo aploide con tutto il materiale necessario allo sviluppo dell uovo fecondato 54
55 Vita embrionale: produzione di milioni di ovogoni AUXOCITOSI: ovociti I Iniziano la meiosi, si bloccano nella fase di diplotene della profase I (DITTIATO) NASCITA: circa mila ovociti bloccati al diplotene, di cui circa 400 sono destinati a maturare e gli altri (atresia) Crescita citoplasmatica- cromosomi a spazzola, intensa trascrizione e produzione di rrna e trna Ormoni : un ovocita I si riattiva, comincia la 2 meiosi che si blocca nella metafase II(divisione ineuguale : ovocita II + globulo polare) Meiosi 2: si completa con la fecondazione (OOTIDIO + secondo globulo polare) 55
56 Fecondazione Due gameti aploidi si fondono ad un nuovo individuo con assetto cromosomico diploide 56
57 Uovo di mammifero L ovocita è circondato dalla zona pellucida (matrice extracellulare) e uno strato di cell del cumulo ooforo (cell follicolari che nutrono l oocita fino al rilascio dall ovario) Sotto la membr. Plasmatica c è lo strato corticale e i granuli corticali (blocco lento polispermia) uovo di riccio di mare L ovocita è circondato dalla membrana vitellina e uno strato gelatinoso (fecondazione esterna) 57
58 Fasi della Fecondazione Attacco degli SPZ ai rivestimenti dell ovocita (REAZIONE ACROSOMALE ) Contatto e riconoscimento tra SPZ e ovocita Fusione membrane plasmatiche liberazione del nucleo spz nel citoplasna Attivazione citoplasma, blocco polispermia Pronucleo maschile, pronucleo femminile sblocco della meiosi Fusione pronuclei-inizio sviluppo Capacitazione degli SPZ: acquisizione della capacità fecondante durante il passaggio nelle vie genitali femminili -Modificazione della fluidità della membrana (diminuisce il colesterolo) -Perdita di proteine e carboidrati di superficie -Fosforilazione di proteine per la reazione acrosomale 58
59 59
60 SPZ : rilascio ialuronidasi, scollamento cellule corona radiata. 60
61 SPZ: Riconoscimento delle proteine della zona pellucida ZP1 ZP2 ZP3. Legame a ZP3 ATTRAVERSO 3 RECETORI, SITO INTRACELL CON TTIVITA TIROSIN- CHINASICA RILASCIO ENZIMI LITICI (acrosina): REAZIONE ACROSOMALE 61
62 BLOCCO POLISPERMIA RAPIDO: ingresso ioni Na+, depolarizzazione LENTO : esocitosi granuli corticali 62
63 Reazione corticale I granuli corticali si liberano tra la membrana plasmatica e quella vitellina, aumento Ca++ citoplasmatico Indurimento della membrana vitellina (m.di fecondazione), glispz non possono più legarsi Rimozione recettori per le proteine che legano la membrana plasmatica a quella vitellina Dopo il rilascio dei granuli viene richiamata acqua tra le due membrane. 63
64 64
65 Spermatozoo: Rilascio del nucleo dello SPZ nel citoplasma dell ovocita, esso perse il suo involucro la cromatina si decondensa, le protammine sono sostituite dagli istoni di orig materna Mitocondri e flagello vengono degradati Cell. Uovo: Aumento Ca++, sblocco del CytoStatic Factor (CSF) che inibiva il Maturation Promoting Factor (MPF) La meiosi II viene completata Fusione dei due pronuclei -> ZIGOTE 65
66 TUBA DI FALLOPPIO: fecondazione OVARIO: sviluppo gamete femminile UTERO: IMPIANTO (3-4gg) sviluppo nuovo individuo 66
67 ..dallo zigote all embrione 67
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