Il ciclo cellulare PDF

Il processo di divisione cellulare o riproduzione cellulare (mediante la formazione dei gameti maschili e femminili) è parte integrante del ciclo cellulare. Meiosi, originano dei gameti precursori di un nuovo organismo vivente. Mitosi, una cellula origina due cellule figlie. Il fenomeno vita...

Il processo di divisione cellulare o riproduzione cellulare (mediante la formazione dei gameti maschili e femminili) è parte integrante del ciclo cellulare. Meiosi, originano dei gameti precursori di un nuovo organismo vivente. Mitosi, una cellula origina due cellule figlie. Il fenomeno vita è esclusivamente tipico della materia vivente, che ha capacità di riproduzione sessuata o asessuata, cioè dare alla luce altri organismi viventi appartenenti alla stessa specie. La cellula è unità fondamentale di struttura, funzione e riproduzione. Ruoli chiave della divisione cellulare: Quando un organismo unicellulare (l’ameba) si divide, questo evento rappresenta la riproduzione di quell’organismo. Per l’uomo: Organismo in fase di sviluppo, formazione e accrescimento di tessuti, questo avviene mediante la divisione cellulare continua. Organismo adulto, rinnovamento e riparazione dei tessuti. Quando un organismo è adulto, tutti i tessuti si sono stabilizzati ma avvengono ancora dei fenomeni di mitosi perché ci può essere un rinnovamento o riparazione di una parte dei tessuti. Abbiamo un meccanismo di divisione cellulare quando l’organismo ha raggiunto la maturità sessuale: mediante meiosi si sviluppano dei gameti: cellule che potranno dare origine ad un nuovo organismo vivente tramite la fecondazione con l’altro sesso. Il significato fisiologico è diverso tra mitosi e meiosi. Il ciclo cellulare: I primi ricercatori pensavano a tutte le fasi della vita della cellula eucariote come ad un ciclo (ciclo cellulare), in realtà è anche visibile come un processo lineare (cellula nasce, si divide in due cellule figlie). Siccome all’inizio è stato visto come “ciclo” il processo è rappresentato come un cerchio/ciclo. Il ciclo vitale di una cellula eucariote può essere distinto in due periodi: Interfase, il periodo più lungo perché occupa il 90% della vita della cellula stessa. Questa fase si estende dal momento in cui la nuova cellula si è completamente formata, sino a quando la cellula inizierà eventualmente a dividersi. Divisione cellulare, è molto breve e consiste nella mitosi, cioè nella divisione cellulare o nella meiosi. A fianco una rappresentazione del ciclo cellulare. Quando la cellula riceverà degli stimoli a dividersi entra nella fase M di mitosi o meiosi. L’interfase è lunga perché durante questo periodo le cellule sono metabolicamente attive. È positivo che sia lunga perché deve svolgere tutte le funzioni del tessuto a cui appartiene. L’interfase è una fase dove la cellula lavora. Durante la fase M la cellula esegue la divisione ma non è più metabolicamente attiva, sospende le altre azioni metaboliche. L’interfase e le sue “fasi”: 1. Fase G1 (gap), fase dove la cellula lavora, svolge le sue funzioni corrispettive al suo tessuto (anche definita come fase G01/G0). Non è dormiente in questa fase, è metabolicamente attiva. Quando a questa cellula somatica (cellula che costituisce i tessuti) arriva un messaggio per cui è necessario che si divida in due cellule figlie (perché ad esempio quel tessuto ha subito un danno)  è necessario per le cellule sane diversi in due cellule figlie in modo da ricostituire il tessuto. Esce dalla fase G01 quando riceve il messaggio e la cellula aumenta di dimensioni entrando nella fase G1, fase di intenso lavoro non metabolico destinato al fatto che la cellula darà vita a due cellule figlie. Durante la fase G1 la cellula aumenta di dimensioni, sintetizza intensamente proteine strutturali, enzimatiche, moltiplica i ribosomi… 2. Fase S (sintesi), dove avviene la replicazione del DNA. La cellula deve replicare l’informazione contenuta nel nucleo in modo che nella divisione l’informazione completa sia ricevuta da entrambe le cellule figlie. Ogni molecola di DNA (46 cromosomi) replica se stessa mediante il meccanismo di replicazione semi conservativa, ogni molecola forma due copie che costituiranno i due cromatidi dei cromosomi (il centromero del cromosoma unisce due cromatidi fratelli che vengono originati da madre e padre). Vengono sintetizzate anche molte proteine come gli istoni. 3. Fase G2, fase in cui ancora possono essere sintetizzate altre proteine e soprattutto si completa la produzione dei centrioli, necessaria per avere una coppia di diplosomi, che si dispongono all’esterno della carioteca. Nelle ultime fasi della G2 si distrugge la carioteca, l’interno del nucleo risulta a contatto con tutto quello che c’è nella cellula, i diplosomi si dispongono uno da un lato e l’altro da quello opposto. Fasi del ciclo e la quiescenza cellulare: la durata del ciclo cellulare Solo quando la cellula riceve il segnale che si deve dividere possono avvenire le fasi di G1, S e G2, così entrerà nella fase M. Nei tessuti umani quando dura la fase G0? Dipende dal tipo di cellula e dalla fase di vita dell’organismo vivente (se ci sono malattie…). Per la maggior parte delle cellule mantenute in condizioni ottimali, la durata complessiva del ciclo cellulare è compresa tra le 10 e le 30 ore. Nei tessuti normali dell’uomo l’intervallo tra due successive divisioni cellulari è molto variabile, va dalle 10 ore (per le cellule emopoietiche del midollo osseo), per altre arriva a 200 (cellule dello strato basale dell’epidermide). Dipende tutto dalla fase G1, queste variazioni sono dovute a differenze nella lunghezza della fase G1. Le altre fasi hanno circa sempre un tempo costante e durano: 6-8 ore la S, 4-6 ore la G2 e 1 ora la M. Questi tempi si riferiscono solo alle cellule somatiche degli organismi adulti. Negli embrioni avviene tutto in modo molto più rapido perché in tempi brevi si deve passare da uno zigote ad un organismo vivente composto da miliardi di cellule. Tutte le divisioni avvengono per mitosi, i tempi delle fasi sono ridottissimi. Alcune cellule però non si dividono praticamente mai come la maggior parte dei neuroni, quando muoiono è un problema. Possiamo studiare quello che avviene nelle cellule perché possiamo analizzarle in vitreo, anche perché si possono congelare. La “quiescenza” cellulare (cellule non proliferanti), le tre categorie principali delle cellule: Abbiamo tre tipi di cellule. Cellule labili, la cui vita è breve e sono caratterizzate da frequenti mitosi. La loro vita è breve ma ne abbiamo bisogno. Cellule stabili, cellule che solitamente non vanno incontro a divisioni, ma possono essere stimolate a proliferare in particolari condizioni (trauma, infezione virale) le cellule sane sono indotte a proliferare (ad esempio le cellule parenchimali epatiche e renali). Cellule perenni, dove di norma non si osservano mai eventi mitotici. Un esempio sono i neuroni e le cellule muscolari (abbiamo le cellule muscolari finali che originano dalla fibra muscolare che è dovuta alla fusione di neoblasti, i precursori della fibra muscolare. È impossibile che quella cellula si divida, i nuclei sono tutti schiacciati verso la parete). I mioblasti più uno diventa adulto e più  sono in numero ridotto. Le fasi di quiescenza G1ºe G2º: È nella fase G1 che, normalmente, le cellule fanno una scelta tra proliferazione e quiescenza. La cellula viene richiamata a proliferare quando arrivano dei fattori di crescita. Le cellule quiescenti abbandonano temporaneamente o perennemente, il ciclo per entrare in una fase distinta chiamata G°. Se questo evento avviene durante durante la fase G1 prende il nome di G1º. Se avviene durante la fase G2, prende il nome di G2º. Dalla fase G0 le cellule possono rientrare nel ciclo cellulare. Questi sono eventi molto rari. La divisione cellulare: La divisione del nucleo: cariocinesi, avviene una divisione della quantità di DNA e questa deve essere precisa. Ogni cellula figlia deve ricevere una dotazione completa del patrimonio genetico del DNA racchiuso nel nucleo della cellula madre. Da un nucleo se ne formano due ciascuno dotato di una copia del DNA originariamente presente nel nucleo della cellula genitrice. Si formano due nuclei identici a quello della cellula che li ha generati. La divisione del citoplasma: citocinesi, ogni cellula figlia deve anche ricevere dalla cellula madre una dotazione di citosol e di organelli, indispensabili per continuare senza interruzione i processi metabolici vitali. Cellule diploidi e aploidi: Durante il processo di cariocinesi esistono dei veri e propri cromosomi, prima della divisione del nucleo: i filamenti di DNA e le proteine della cromatina si presentano nella loro forma compatta e ben visibile, il cromosoma. I cromosomi sono sempre presenti in coppie, ciascun cromosoma ha un partner identico: i due cromosomi della coppia vengono chiamati cromosomi omologhi, dove ciascuno di essi contiene nella struttura del suo DNA la stessa distribuzione di geni (cromosomi omologhi ≠ identici). L’informazione contenuta nei cromosomi omologhi è doppia per ciascun carattere = diploidi. Le cellule diploidi (o cellule “2n”), possiedono due sets (serie) completi di cromosomi, uno dei due sets è il contributo del gamete femminile e l’altro di quello maschile. Gli alleli sono le varianti di quel gene con cui può comparire. Rappresentazione schematica della distribuzione di alcuni geni in due cromosomi omologhi: È una coppia di omologhi. A, B, C, D… sono regioni di DNA corrispondenti ai geni. Tutti questi geni nell’uomo possono avere delle forme alleliche diversificate, vuol dire che le forme alleliche sono diverse in struttura e talvolta queste differenze si vedono (risultato del fenotipo, occhi azzurri). Cellula diploide (2n, n=2): Rappresentazione cellula diploide a fianco. Sono presenti due cromosomi (coppia 1 e coppia 2). Supponiamo il grassetto sia il paterno. Cariocinesi: Processo di divisione del DNA: Nella mitosi: Genera due nuclei che contengono lo stesso tipo e numero di cromosomi del nucleo della cellula madre, che dà origine a due cellule figlie geneticamente identiche l’una all’altra. Il DNA si duplica, come i cromosomi omologhi. Ciascun cromosoma formato dai due cromatidi fratelli si divide e un cromatidio migra ad un lato e l’altro a quello opposto. Si formano due pronuclei identici tra loro e uguali alla cellula originale prima che fosse entrata nella fase S. La mitosi ha lo scopo di accrescere o salvaguardare i tessuti. Nella meiosi: Attraverso due successive divisioni, genera 4 nuclei che contengono ciascuno la metà del numero dei cromosomi della cellula madre le cellule figlie che originano dalla divisione meiotica dei nuclei non sono geneticamente tra loro identiche. Il processo di divisione cellulare è alla base della gametogenesi (formazione dei cellule aploidi per la riproduzione sessuata). La meiosi è diversa perché comporta ad una divisione cellulare ma alla fine dal precorso otteniamo 4 cellule aploidi: i gameti, dove nessuno è uguale all’altro. Sono due processi radicalmente diversi. Cromosomi e cromatidi: I due cromatidi si formano durante la fase S, durante la mitosi si osservano dei cromosomi completi. Il cromosoma è fatto diversamente quando la cellula sta per entrare in mitosi. Il cromosoma: è costituito da una singola lunga molecola di DNA e può essere presente in una sola copia (fase G1) o in due copie identiche, i cromatidi (che si formano per duplicazione dei filamenti di DNA durante la fase S e non si separano fino alla mitosi). Durante la mitosi si possono osservare i cromosomi: Costituiti da due cromatidi uniti attraverso il centromero. Formati da un solo filamento, derivati dalla separazione dei due cromatidi durante l’anafase. Cromosoma prima della mitosi: Divisione: Prima di procedere alla divisione dei nuclei ogni cellula nella fase S, provvede a duplicare le molecole di DNA così che in ognuno dei due cromosomi omologhi sia presente in due copie esatte identiche (cromatidi), ciascuna delle quali sarà destinata ad una delle due cellule figlie. Ogni coppia di cromosomi omologhi è costituita da quattro cromatidi identici a due a due e uniti dai centromeri. Duplicazione: Supponiamo che il papà sia in grassetto, la foto rappresenta la fase S del ciclo cellulare. C’è una divisione dei cromatidi fratelli, che si posizionano ai poli opposti. Le fasi della mitosi: Profase. Metafase. Anafase. Telofase. Sono fasi temporanee di un processo. Profase: La cromatina si organizza in cromosomi, costituiti da due cromatidi identici uniti nel centromero. Le due coppie di centrioli si separano e si portano verso estremità opposte rispetto al nucleo e i microtubuli vanno a formare le fibre del fuso mitotico dalla proteina tubulina. I nucleoli sono scomparsi e la carioteca si disintegra lasciando liberi i cromosomi. Metafase: I cromosomi si dispongono in un piano equatoriale, un piano che divide la cellula in due. I cromosomi si agganciano alla fibra del fuso, allineandosi attraverso i loro centromeri che si agganciano alle fibre del fuso stesso. Solo quando sono agganciati tutti vengono distrutte le proteine e inizia la fase successiva. Anafase (iniziale): I centromeri si scindono contemporaneamente in tutti i cromosomi e le coppie di cromatidi si separano, ciascuno dei due migrando rapidamente verso uno dei due poli opposti, per azione delle fibre del fuso. I centromeri avanzano per primi, trascinandosi dietro le braccia dei cromatidi. I cromatidi non vanno verso il polo in modo casuale, scorrono lungo i microtuboli, attraverso micro movimenti e grazie all’ATP. I cromatidi non tornano indietro rispetto alla loro direzione perché le fibre del fuso vengono smantellate al centro, dopo che sono passati. Anafase (avanzata): I cromatidi identici appena separati si muovono verso i poli opposti del fuso abbandonando la regione centrale della cellula. Ci sono delle proteine che vengono degradate simultaneamente, come i cromatidi vanno simultaneamente verso i poli. L’anafase comincia improvvisamente, ma contemporaneamente per tutti i cromosomi, dato che vengono inattivate le proteine che tengono insieme i cromatidi fratelli. Non appena i cromatidi sono separati si muovono verso i poli opposti della cellula. Prove sperimentali fanno ipotizzare che i cinetocori siano provvisti di motori proteici che permettono al cromosoma di camminare lungo il microtubulo legato verso il polo più vicino. Contemporaneamente i microtuboli si accorciano attraverso la depolimerizzazione delle loro estremità legate al cinetocore (vi è l’utilizzo di ATP per questi spostamenti). Telofase (iniziale): Quando i cromatidi hanno raggiunto i poli opposti del fuso iniziano a despiralizzarsi, assumendo l’aspetto diffuso della cromatina. Le carioteche si formano attorno ai due sets di filamenti di DNA e ricompaiono i nucleoli. Il fuso mitotico viene smantellato. Processo cariocinetico: Attraverso questo processo, ogni cellula somatica dell’organismo riceve un set completo di informazioni genetiche dato che il DNA nucleare viene duplicato prima di ogni divisione mitotica (nella fase S del ciclo cellulare). Ciascuna dei milioni di miliardi di cellule che costituiscono il corpo umano (ad eccezione dei gameti) hanno la stessa dotazione cromosomica e genetica. Originano tutte dalla prima cellula dell’organismo (zigote) attraverso una successione lunghissima di mitosi. Le differenze morfologiche e funzionali derivano dalla diversa espressione del patrimonio genetico e dai fattori extra cellulari che interagiscono con essa. All’inizio le mitosi sono incessanti (embrione, feto..), poi diminuiscono di frequenza. Ogni cellula somatica (ad eccezione dei gameti), deriva da un evento di mitosi. La citocinesi: La citocinesi, nelle cellule animali, avviene tramite un processo noto come scissione: Inizialmente compare un solco di scissione che appare come una leggera fessura sulla superficie della cellula vicino alla piastra metafasica. Sul lato citoplasmatico si trova un anello contrattile di microfilamenti costituiti da actina associata a molecole di miosina. La contrazione dell’anello di microfilamenti è simile all’azione di un laccio il solco di scissione si approfondisce fino a strozzare in due la cellula madre e produrre due cellule foglie separate. Il controllo del ciclo cellulare: Le fasi del ciclo cellulare sono controllate a livello molecolare. Le fasi possono subire un controllo soprattutto sul passaggio da cellula appena formata a: o passare alla fase G1, oppure fermarsi e svolgere la sua funzione nel tessuto. La regolazione del ciclo cellulare: Come vengono controllate le varie fasi della regolazione e cosa succede se manca questa regolazione? Tipi cellulari diversi presentano frequenze diverse di divisione cellulare (ad esempio le cellule della pelle si dividono molto frequentemente per tutta la vita, altre come i neuroni non si dividono mai). Queste differenze nel ciclo cellulare sono dovute ad una regolazione a livello molecolare, infatti esistono delle molecole che controllano se le cellule possono entrare nel ciclo oppure no. A seconda dell’istotipo il controllo del ciclo può essere più o meno stretto. Un sistema di controllo molecolare dirige il ciclo cellulare: Esiste un insieme di molecole ciclicamente attive all’interno della cellula che innesca e coordina gli eventi chiave del ciclo cellulare. Quando compaiono queste molecole la cellula può entrare in proliferazione. Vi sono vari punti di controllo, detti critici, poiché rappresentano segnali di arresto o di progressione: Si trovano nelle fasi G1, G2 e M (a livello della metafase mitotica). Punto di “restrizione”: Per molte cellule il punto di controllo G1 si chiama punto di restrizione ed è molto importante. Se una cellula riceve un segnale di ripartenza al punto di controllo G1 questa completerà il ciclo e si dividerà, ma se non lo riceve la cellula uscirà dal ciclo cellulare e passerà in uno stato in cui non si divide chiamato G0. Molte cellule umane sono in questo stato e possono essere richiamate a dividersi in risposta a segnali ambientali. Fase di restrizione G1: È una fase molto importante. Le fasi del ciclo cellulare sono scandite dalle proteine chinasi, che sono attive solo quando hanno legato una ciclina (proteina) a livello citoplasmatico. Le chinasi sono sempre presenti, ma si attivano solo quando si legano con la ciclina. Arrivano a livello nucleare e determinano la trascrizione degli enzimi che servono in fase G1. Le cicline iniziali vengono degradate a livello citoplasmatico. —> una volta che la cellula arriva in G1, duplica le sue strutture ed entra in fase S, nella fase S non c’è un punto di controllo. Fase restrizione G2: formazione complesso MPF MPF: complesso ciclina + chinasi che spinge la cellula a oltrepassare il punto di controllo G2 per entrare in fase M, se non vengono prodotte le chinasi la cellula rimane bloccata ma succede raramente. L’MPF dà inizio alla mitosi, frammentando l’involucro nucleare. Dopo la fase M, l’MPF si inattiva e la ciclina viene degradata. Fase M: Un punto di controllo importante sta nella metafase della mitosi. Si è visto che c’è un segnale molecolare importante che è l’APC (complesso di promozione dell’anafase). Il punto di controllo sta prima dell’inizio dell’anafase, dove si verifica se i cromosomi siano tutti agganciati, allora si forma l’APC quindi le proteine degradano e l’anafase può iniziare. Altrimenti la cellula si suicida perché non tutti i cromosomi si sono agganciati: apoctosi. Una delle situazioni dove la cellula si suicida: Se sta facendo la mitosi, ha già sintetizzato il DNA (fase S), arriva in metafase e i cromosomi si devono agganciare ad una fibra del fuso ciascuno. Nel caso in cui anche solo un cromosoma non si lega, la cellula per poche ore rimane ferma, la cellula non si divide, si suicida. Una cellula piuttosto che ledere ad un tessuto, si suicida. Fasi di controllo a livello G1 e M importanti. Segnali esterni, fattori di crescita: Un fattore di crescita è una proteina rilasciata da alcune cellule del corpo, che stimola la divisione di altre cellule. Lo stimolo a proliferare quindi è dato dai fattori di crescita. Ogni istotipo (tipo di cellula presente in un tessuto) ne ha di particolari, ma nessun istotipo produce fattori di crescita per se stessa perché lo fanno le cellule vicine. Ad esempio PDGF viene prodotto dalle piastrine e stimola la divisone dei fibroblasti. Inibizione da contatto: Le cellule si dividono fino a formare uno strato uniforme sulla superficie che hanno a disposizione: inibizione da contatto. Quando le nostre cellule sono vicine abbiamo il fenomeno dell’inibizione da contatto, sentono che il tessuto è rimarginato e non devono andare oltre. Dipendenza da ancoraggio: Le cellule per dividersi devono essere ancorate ad un substrato come la matrice extracellulare di un tessuto. Le cellule rimangono vicine alle altre cellule. È opportuno che sia così, le cellule si ancorano a quel tessuto e alle cellule vicine. Quando si disancorano si tratta di una cellula tumorale o la cellula è malata, quindi parte un segnale e la cellula si può suicidare. Le cellule tumorali: Le cellule tumorali non rispondono in modo normale ai meccanismi di controllo del ciclo cellulare: Si dividono eccessivamente, non presentano inibizione da contatto. Invadono altri tessuti, non presentano dipendenza da ancoraggio. In alcuni casi portano alla morte dell’organismo. Le cause dell’insorgenza dei tumori sono molteplici, ma la trasformazione cellulare implica sempre l’alterazione di geni che influenzano il sistema di controllo del ciclo cellulare. I geni che mutano appartengono ad una classe di geni che controllano il ciclo cellulare. Abbiamo diverse forme di tumore che variano a seconda dell’istotipo. Il tumore: Il problema ha inizio quando una singola cellula di un tessuto va incontro a trasformazione, processo che converte la cellula normale in cellula tumorale. I tumori sono una malattia molecolare. Il sistema immunitario nel nostro organismo normalmente riconosce una cellula trasformata come estranea e la distrugge. Tuttavia se le cellule tumorali sfuggono alla distruzione queste possono proliferare per formare un tumore. Se le cellule anormali rimangono nel loro sito di origine, il nodulo viene detto tumore primario (in genere è benigno). Se un tumore è localizzato lo si può rimuovere chirurgicamente. Se le cellule di un tumore primario acquistano la capacità di invadere, si diffondono in altre parti del corpo formando tumori secondari (metastasi), danneggiando le funzioni di più organi. Si parla di un tumore maligno definito “cancro”. Molte volte non sviluppiamo i tumori grazie al sistema immunitario, ma a volte cede e sviluppa il tumore. La biologia molecolare del cancro: Il cancro ha la capacità di invadere gli altri tessuti e queste cellule sfuggono ai meccanismi di controllo che generalmente limitano la loro crescita. Certi geni producono proteine che normalmente regolano la crescita e la divisione delle cellule. Le mutazioni che colpiscono questi geni, nelle cellule somatiche, portano al cancro. I biologi molecolari e il cancro: È emerso dagli studi che i geni alterati che provocano il cancro sono sequenze di DNA presenti in tutte le nostre cellule e che svolgono normali funzioni finché non subiscono una mutazione (vengono alterati). Solo mutazioni di una certa classe di geni comportano l’insorgenza di un tumore, non tutti e 22.000 se mutano danno origine ad un tumore: Nell’uomo vengono espressi circa 22.000 geni, una parte di loro codifica per le proteine che controllano il ciclo cellulare: mutazioni a carico di questa classe di geni determina l’insorgenza del cancro. I geni implicati nell’evento di trasformazione sono chiamati oncogeni. Oncogeni e geni oncosoppressori: I proto oncogeni generano proteine utili, solo se mutano si ha lo sviluppo del tumore. Proto-oncogeni: Sono geni che hanno una funzione essenziale nelle cellule normali perché rappresentano lo stimolo per la divisione cellulare. Una modificazione della loro sequenza può determinare un incremento dell’attività delle proteine codificate o una maggiore resistenza alla loro degradazione. Questa situazione può condurre ad una stimolazione abnorme del ciclo cellulare, avviando la cellula sulla strada della malignità. Alcune persone hanno il gene MET mutato che è perennemente attivo, come se avesse sempre lo stimolo di proliferazione. Esempio: via di stimolazione della crescita Esempio del gene MET: Nella parte destra vediamo i geni oncosoppressori, bloccano la proliferazione del gene a sinistra.  Geni soppressori del tumore: Se si eliminano queste proteine che aiutano a sopprimere il tumore, le cellule tumorali si possono sviluppare. Le cellule tumorali non si suicidano mai. Mutazioni multiple sono alla base dello sviluppo del cancro: Il modello di un percorso a più tappe (mutazioni) che conduce al cancro è tipico della maggior parte dei tumori. Il tipo di tumore più frequente è quello al colon-retto che rappresenta un buon modello per comprendere la gradualità con cui si sviluppa il tumore e progredisce verso la malignità. Cancro al colon-retto: Si è visto che a partire dalla prima mutazione, alla formazione del tumore maligno passano circa 5-7 anni. L’adenoma si rileva dal sangue occulto. Meiosi e cicli vitali a riproduzione sessuata: La meiosi riguarda gli organismi che hanno una riproduzione sessuata, come noi. La trasmissione dei caratteri da una generazione a quella successiva viene definita ereditarietà. Oltre alle somiglianze ereditarie, esiste un fenomeno di variabilità genetica perché i figli ricevono i geni dai genitori mediante la trasmissione dei cromosomi (contenenti le sequenze dei geni). Sono insiemi di nuovi caratteri con delle varianti. La riproduzione sessuata assicura una grande variabilità infatti i genitori producono una prole caratterizzata da combinazioni uniche di geni (provenienti dal loro patrimonio genetico) per cui ogni figlio porta delle somiglianze con i genitori, ma è unico. I caratteri ritornano ma la combinazione totale è diversa per ognuno. La meiosi: È il secondo tipo di divisione cellulare (oltre alle mitosi) delle cellule eucariote composta con una modalità di cariocinesi diversa dalla mitosi. La meiosi è un fenomeno tipico di alcune cellule degli organismi eucarioti che possono riprodursi per via sessuata. La mitosi porta alla formazione di cellule somatiche di una persona. Queste cellule attraverso la meiosi portano alla formazione di gameti (cellule aploidi) e si forma un nuovo organismo vivente. Il “prodotto” non è più appartenente all’organismo stesso perché porta alla formazione di un’altra persona. La produzione dei gameti è chiamata gametogenesi. I gameti sono cellule specializzate destinate alla riproduzione sessuata. La meiosi attraverso due successive divisioni nucleari (cariocinesi) genera 4 nuclei che contengono ciascuno la metà del numero dei cromosomi della cellula madre: da nuclei diploidi si ottengono nuclei con corredo cromosomico aploide. Le cellule figlie che originano dalla divisione meiotica dei nuclei non sono geneticamente tra loro identiche. Abbiamo due divisioni dei nuclei. La cariocinesi della meiosi viene definita riduzionale, perché è una divisione cellulare, si ha una replicazione del materiale genico ma alla fine abbiamo cellule che hanno una quantità di materiale generico pari a n. Inoltre non abbiamo soltanto una differenza quantitativa ma abbiamo anche una differenza qualitativa perché il contenuto di un gamete non è uguale a quello dei genitori. La composizione di cromosomi di uno spermatozoo o degli ovuli della madre, non è uguale, questi n sono tutti diversi. La generazione degli organismi per riproduzione sessuata: Supponiamo che a sinistra (foto sopra) sia la madre che va incontro al processo di meiosi, allora porta alla formazione di gameti definiti n. Abbiamo uno stato di aploidia. Abbiamo lo zigote dalla fecondazione dei gameti, che è la prima cellula diploide del nuovo organismo vivente. Attraverso molte mitosi si formano le nuove cellule dell’organismo vivente che si chiamano “2n”. Supponiamo ancora che il gamete femminile n sia a sinistra. Analogamente a quello maschio, mediante la meiosi produce il gamete maschile e se il gamete maschile feconda quello femminile abbiamo lo zigote. Funzione della Meiosi: La meiosi porta alla formazione dei nostri gameti, consente la riproduzione sessuata. Ha due obiettivi: 1. Mantiene l’invarianza del cariotipo nelle generazioni, il numero e la morfologia dei cromosomi (cariotipo) rimangono inalterati nel corso delle generazioni (la specie umana ha 46 cromosomi e deve rimanere in stato di diploidia). Se ci dovessero essere errori e quindi alterazioni, accadrebbero durante la formazione dei gameti, nel 99% sono casi incompatibili con la vita. 2. Assicura la variabilità dei genotipi, da una generazione all’altra c’è molta variabilità del singolo individuo (genitore ≠ dal figlio). La variabilità avviene durante la meiosi ed è dovuta a due fenomeni: a) la migrazione casuale degli omologhi durante la meiosi, infatti i cromosomi omologhi si separano casualmente durante la metafase della meiosi I, mescolando così i cromosomi paterni e materni in nuove combinazioni. b) il fenomeno del crossing over che  aumenta la variabilità quando si formano i gameti, nel corso della profase I. a) Meiosi e invarianza del cariotipo: La riproduzione sessuata, che si compie nel processo di fertilizzazione attraverso la singamia, richiede che i due gameti abbiano ciascuno un nucleo con un numero aploide di cromosomi: ciò è reso possibile dal processo di divisione riduzionale dei nuclei, operato nel corso della meiosi. I gameti sono n e della fusione dei due gameti si ritorna allo stato di diploidia, infatti la divisone mitotica è di tipo riduzionale. Riproduzione sessuata: b) Meiosi e variabilità del genotipo: il processo di “crossing-over”: La composizione genetica dei singoli cromosomi non è identica negli organismi figli e negli organismi genitori. Esistono delle combinazioni di tipi di geni (alleli) localizzati su uno stesso cromosoma che sono diverse da quelle presenti sia sui corrispondenti cromosomi delle cellule paterne, che su quelli delle cellule materne. Durante il crossing over tratti di cromosomi si possono trasferire da un omologo all’altro e viceversa. Ricombinazione di geni: A sinistra è rappresentata una coppia di omologhi della madre, a destra del padre. Vediamo i set ereditati per la madre e per il padre e vediamo una coppia di omologhi. Il crossing over, nel processo di formazione dei gameti, nella meiosi I: è uno scambio di un tratto di cromosoma tra gli omologhi. Questi scambi sono identici. Si rimescolano i set ereditati originali dei genitori. Non formiamo mai un gamete uguale all’altro. Noi vediamo il fenomeno di motilità dei geni perché esistono enzimi che tagliano le emieliche del DNA in un punto del cromosoma omologo, nello stesso punto dell’altro. Crossing-over tra due cromosomi omologhi: Cromosomi formati da due cromatidi fratelli. 2n è la quantità del materiale genetico prima della meiosi (ma anche mitosi). Il crossing over è lo scambio tra due tratti identici tra due cromosomi omologhi (non tra cromatidi fratelli). La meiosi e le sue fasi: Prima inizia la fase S. Meiosi I: Profase I. Metafase I.  Anafase I. Telofase I. Tra le due c’è una veloce interfase senza la duplicazione del materiale genetico (fase S). Meiosi II: Profase II. Metafase II. Anafase II. Telofase II. La meiosi: Il meccanismo di meiosi maschie e femminile è uguale, però non è uguale la divisione del citoplasma. Quando abbiamo la prima meiosi abbiamo la ripartizione similare del materiale genetico. Nelle ovociti il citoplasma permane nel globulo polare, quindi solo in una delle due cellule. Nel caso dell’ovocita c’è una nuova divisione e si formano due cellule uguali, non diventano gameti perché solo in una delle due vengono mantenuti i mitocondri e gli altri organuli… solo un’ovocita maturo si forma. Non c’è stata una ripartizione citoplasmatica, non è una cellula adatta a formare uno zigote, andrebbero bene solo dal punto di vista del DNA. Per gli spermatozoi non è così. La meiosi I: La meiosi I è preceduta da una duplicazione del materiale genetico durante la fase S dell’interfase e prende avvio con una profase (I) lunga e complessa (è per questo che viene ulteriormente divisa in cinque stadi). All’inizio della meiosi I (profase I) è presente nel nucleo della cellula un corredo diploide di cromosomi (2n) (2 omologhi per ciascun cromosoma, a loro volta costituiti da due cromatidi identici: 4 cromatidi totali). Al termine della meiosi I si sono formati due nuclei aventi ognuno un corredo aploide (n) di cromosomi (1 omologo per ciascun cromosoma, costituto però ancora da due cromatidi identici). Avviene il crossing over e abbiamo già raggiunto l’aploidia. Meiosi II: La meiosi II è separata dalla meiosi I attraverso una breve interfase (senza duplicazione di DNA). Separando due cromatidi identici presenti in ciascuno dei due nuclei formati dalla meiosi I, essa conduce alla formazione di 4 nuclei con un corredo aploide (n) di cromosomi (un solo omologo per ciascun cromosoma, presente sotto forma di un singolo cromatidio). Si forma un fuso dove tutti e 23 i cromosomi si agganciano e i cromatidi fatelli vanno ai poli opposti. La divisione equazionale dei cromosomi nella MITOSI:  La divisione riduzionale dei cromosomi nella MEIOSI: Meiosi, riproduzione sessuata e variabilità del genotipo: MITOSI: tutte le cellule ottenute ad opera della mitosi sono geneticamente identiche e costituiscono quello che viene chiamato un clone. MEIOSI: negli individui generati attraverso la riproduzione sessuata la variabilità è enorme e costituisce la ricchezza genetica di una specie. Essa è dovuta sia alla segregazione casuale dei cromosomi omologhi durante la metafase I della meiosi, creando numerosissime diverse combinazioni di cromosomi nei nuclei aploidi, ma anche grazie al fenomeno del crossing over (profase I). Non c’è possibilità di avere la stessa combinazione genetica. Nell’uomo, si hanno 8.388.608 possibili combinazioni per gli spermatozoi ed altrettante per gli oociti, quindi per i figli generati da una coppia si possono avere 70.368.744.170.000 diverse combinazioni genetiche, alle quali vanno aggiunte quelle dovute al crossing over. Stadi della Profase I della Meiosi I: 1. Leptotene. 2. Zigotene. 3. Pachitene. 4. Diplotene. 5. Diacinesi. Leptotene: I cromosomi sono despiralizzati all’inizio, e quando avviene la fase S questi iniziano a compattarsi. Zigotene: Le coppie di cromosomi si avvicinano e formano le tetradi: la coppia degli omologhi. La tetrade è chiamata così perché ciascuno di questi cromosomi è formato dei due cromatidi fratelli (4 cromatidi omologhi a due a due). Solitamente l”accoppiamento” comincia dal centromero e si estende poi verso le estremità (telomeri) dei cromosomi, ma può avere inizio anche in altre regioni. L’associazione degli omologhi porta alla costituzione di una struttura chiamata “complesso sinaptinemale”. Pachitene: Può avvenire il crossing over grazie agli enzimi che tagliano il cromosoma omologo, avviene lo scambio di regioni omologhe. Diplotene: I cromosomi omologhi iniziano a separarsi e appaiono in contatto tra di loro solo in alcuni punti di incrocio detti chiasmi. Il numero dei chiasma varia da 1 a 12. Avviene una forte spiralizzazione. Diacinesi: I cromosomi delle coppie di omologhi appaiono fortemente spiralizzati e contratti. I chiasmi si vanno spostando verso i telomeri dei cromatidi e scompare l’involucro nucleare. Scompare anche il nucleolo e si forma la struttura del fuso: le tetradi (coppie di omologhi) sono pronte per iniziare ad allinearsi nel piano equatoriale del fuso come avverrà nella metafase I. Foto slide 88, 89 e 90. I cromosomi si agganciano alle fibre del fuso ma i cromatidi fratelli non si dividono.