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Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia 2 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

A 6 – La divisione cellulare trasmette l’informazione genetica 3 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La divisione cellulare è implicata nella riproduzione asessuata e sessuata La divisione cellulare avviene quando una cellula «madre» si divide, producendo due nuove cellule «figlie» . La divisione cellulare si verifica sia nel caso della riproduzione asessuata sia nel caso di quella sessuata. 4 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La divisione cellulare è implicata nella riproduzione asessuata e sessuata Nella riproduzione asessuata, ciascuna cellula figlia riceve una copia del DNA della cellula madre. Le nuove cellule sono quindi geneticamente identiche alla cellula madre. Un aumento del numero di cellule somatiche in un organismo pluricellulare o un aumento del numero di organismi unicellulari sono forme di riproduzione asessuata. Durante la riproduzione sessuata, due gameti (cellula uovo e spermatozoo) si uniscono e la prole riceve una combinazione del DNA dei genitori. La prole ha quindi una composizione genetica unica. 5 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La divisione cellulare è implicata nella riproduzione asessuata e sessuata Negli organismi pluricellulari, la divisione cellulare asessuata avviene quando crescono e quando riparano i loro tessuti. Le cellule somatiche sono tutte le cellule che formano il corpo di un organismo adulto, ad eccezione dei gameti. Le cellule staminali sono cellule indifferenziate, presenti in determinate localizzazioni, che mantengono la capacità di differenziarsi in cellule specializzate. 6 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I procarioti si riproducono per via asessuata I procarioti si riproducono per scissione binaria. 7 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Nel ciclo cellulare le cellule somatiche si dividono per mitosi Il ciclo cellulare è una sequenza ordinata di fasi che si susseguono tra il momento in cui una nuova cellula prende origine dalla divisione di una cellula madre e il momento in cui essa stessa dà origine a due cellule figlie identiche. Il ciclo viene suddiviso in interfase e fase della mitosi. 8 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’interfase Gran parte del ciclo cellulare trascorre nell’interfase, quel periodo speso dalla cellula per svolgere le proprie funzioni. La duplicazione del DNA avviene a metà circa dell’interfase e ne caratterizza le tre sottofasi: • stadio G 1 – la cellula duplica i propri organuli e accumula materiali da usare per la duplicazione del materiale genetico; • stadio S – durante lo stadio di sintesi i cromosomi si duplicano in due cromatidi fratelli; ciascuno possiede una doppia elica di DNA all’inizio dello stadio e due alla fine; • stadio G 2 – la cellula continua a duplicare i propri organuli e sintetizza le proteine necessarie per la divisione. 9 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I cromosomi eucariotici sono visibili durante la divisione cellulare Quando una cellula eucariotica non è in divisione, il DNA presente in un cromosoma si trova in una massa intricata di filamenti sottili, la cromatina. Prima della divisione nucleare, la cromatina si spiralizza e si condensa; ogni singolo cromosoma diventa così ben visibile. 10 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I cromosomi eucariotici sono visibili durante la divisione cellulare Ciascuna specie di organismo ha un numero cromosomico caratteristico. Questa cifra indica il numero diploide (2 n) di cromosomi. Le cellule somatiche sono diploidi (2 n): ogni cromosoma è presente in due copie. I gameti sono aploidi (n): le cellule uovo e gli spermatozoi hanno un singolo cromosoma per tipo. 11 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La mitosi mantiene inalterato il numero di cromosomi La divisione cellulare avviene durante la fase della mitosi. Come risultato della mitosi, le due cellule figlie possiedono un corredo genetico identico a quello della cellula madre. Anche se la mitosi è un processo continuo, si possono distinguere alcune fasi: • profase – la cromatina è condensata e i cromosomi visibili; • metafase – i cromosomi sono allineati al centro della cellula e ancorati a una fibra del fuso mitotico; • anafase – i cromatidi fratelli si staccano e vengono portati ai poli opposti del fuso; • telofase – si stanno formando le cellule figlie. 12 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le fasi della mitosi nella cellula animale (in alto) e nella cellula vegetale (in basso) – I parte 13 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le fasi della mitosi nella cellula animale (in alto) e nella cellula vegetale (in basso) – II parte 14 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La citodieresi è la divisione del citoplasma La separazione delle cellule animali avviene grazie alla formazione di un solco di scissione, cioè un’intaccatura della membrana plasmatica. Nelle cellule vegetali, la citodieresi implica la sintesi di una nuova membrana plasmatica, generata da vescicole che si fondono formando una piastra cellulare, e di una nuova parete cellulare. Cellula animale (a sinistra) e vegetale (in alto) Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 15

Il ciclo cellulare è soggetto a vari sistemi di controllo Il ciclo cellulare presenta precisi punti di controllo che fanno continuare il ciclo solo se tutto procede nel verso giusto. In caso contrario, la cellula va incontro all’apoptosi (distruzione cellulare programmata). 1. Punto di controllo G 1 Punto di controllo del ciclo cellulare. La cellula entra nella fase G 0 o, se il DNA è danneggiato in modo irreparabile, avviene l’apoptosi. Altrimenti, la cellula viene avviata alla divisione, proseguendo il ciclo. 3. Punto di controllo M Punto di controllo del fuso mitotico. Se i cromosomi non sono allineati correttamente lungo le fibre del fuso, la mitosi non procede. 2. Punto di controllo G 2 Punto di controllo della mitosi. La divisione mitotica avviene solo se il DNA è duplicato correttamente, altrimenti, se il DNA è danneggiato in modo irreparabile, avviene l’apoptosi. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 16

Il controllo cellulare ubbidisce a precisi segnali I punti di controllo rispondono a precisi ordini portati da molecole segnale che stimolano o inibiscono un certo evento del ciclo. Le molecole segnale interne del ciclo cellulare sono le chinasi e le cicline. Esse si muovono nell’ambito cellulare. 17 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Il controllo cellulare ubbidisce a precisi segnali Le molecole segnale esterne operano invece al di fuori della cellula. Alcune di esse, come i fattori di crescita e gli ormoni, stimolano le cellule a proseguire il ciclo cellulare. 1. Una molecola segnale invia un messaggio a un recettore incastonato nella membrana. 2. Il segnale viene trasmesso al nucleo per mezzo di proteine citoplasmatiche. 3. Il sistema di controllo situato nel nucleo riceve il segnale. Anche l’inibizione da contatto, in cui il ciclo cellulare viene inibito dal contatto con altre cellule, dipende da molecole segnale esterne. 18 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le cellule cancerose hanno caratteristiche anomale Le cellule cancerose non sono specializzate, non contribuiscono al funzionamento degli organi e presentano un nucleo abnorme. Le cellule cancerose possono spostarsi e dare origine a tumori anche in tessuti diversi da quello di origine; tali cancri invasivi sono chiamati metàstasi. 19 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La meiosi produce i gameti e le spore La meiosi è il tipo di divisione cellulare che ha un ruolo chiave nella riproduzione sessuata. Appena prima della divisione, nella cellula sono visibili le coppie di cromosomi omologhi, chiamati così poiché hanno la stessa taglia, forma e tipo di costrizione (la posizione del centromero). 20 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La meiosi prevede due cicli di divisioni Le quattro fasi tipiche della mitosi (profase, metafase, anafase e telofase) si possono evidenziare sia nella meiosi II. Al termine della meiosi, un cromosoma di ciascuna coppia di cromosomi omologhi è in ciascuna delle quattro cellule figlie aploidi. Coppia di cromosomi omologhi 21 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le fasi della meiosi I 22 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le fasi della meiosi I 23 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Durante la meiosi I si verificano le sinapsi e il crossing-over I cromosomi omologhi si avvicinano e si allineano lateralmente: essi sono in sinapsi, che significa «uniti insieme» . Poiché ciascun omologo ha due cromosomi fratelli, nella sinapsi quattro cromosomi si trovano a stretto contatto; tale gruppo si chiama tetrade. 24 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Durante la meiosi I si verificano le sinapsi e il crossing-over Durante la sinapsi i cromatidi non fratelli della tetrade talvolta si scambiano materiale genetico, un evento chiamato crossingover. Grazie a questo scambio, i cromatidi fratelli portano delle informazioni genetiche non più uguali. 25 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La riproduzione sessuata aumenta la variabilità genetica 26 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Il ciclo vitale di molti organismi comprende sia la mitosi sia la meiosi La meiosi richiede due divisioni nucleari (i gameti sono aploidi, n), mentre la mitosi ne richiede solo una (le cellule somatiche sono diploidi, 2 n). Alla mitosi è affidata la crescita dell’organismo nel corso dello sviluppo, oltre che la riparazione dei tessuti per tutta la vita. La meiosi è invece implicata nella formazione dei gameti (spermatogenesi e oogenesi). 27 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le anomalie cromosomiche ereditabili Un numero anomalo di cromosomi può derivare da un difetto nella meiosi. Quando un organismo presenta un solo cromosoma di un certo tipo si parla di monosomia (2 n-1); quando, invece, presenta una copia in più di un cromosoma si parla di trisomia (2 n+1). La causa più probabile di queste anomalie è la non-disgiunzione durante la meiosi. Essa avviene quando gli omologhi (meiosi I) o i cromatidi fratelli (meiosi II) non si separano. 28 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Cromosomi alterati nel numero e nella struttura possono causare sindromi Delezione Duplicazione Un numero cromosomico anormale è causa di diverse sindromi, tra cui la trisomia 21 (sindrome di Down), caratterizzata dalla presenza di 3 copie del cromosoma 21, e le sindromi di Turner e di Klinefelter, che derivano da anomalie nei cromosomi sessuali. Le anomalie nella struttura dei cromosomi possono avvenire con i quatto meccanismi evidenziati nella figura a sinistra (tipi di mutazioni cromosomiche). Inversione Traslocazione Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 29