Ciclo cellulare, la mitosi, la meiosi

CICLO CELLULARE

Le cellule si nutrono crescono e di dividono in due figlie. Queste ultime, a loro volta, crescono e si dividono. Questa alternanza di fasi è definita ciclo cellulare.

Durante la fase di divisione abbiamo una duplicazione degli organuli seguita dalla sua divisione in due cellule. Il periodo di crescita tra due fasi è definito interfase.

I cromosomi racchiudono le informazioni ereditarie della cellula. Tutti gli organismi contengono cromosomi sebbene le dimensioni e il numero differiscono tra le varie specie.. Quando una cellula si divide, quella nuova riceve la propria serie di cromosomi.

I cromosomi sono formati da proteine e DNA. Al microscopio i cromosomi sono visibili solo durante la divisione della cellula. In questa fase infatti il DNA viene avvolto in "pacchetti. 

I cromosomi sono formati da due cromatidi fratelli tenuti insieme dal centromero.  Ciascuno cromatidio ha solo una molecola di DNA, le molecole di DNA nei cromatidi fratelli sono identiche.

L'interfase viene divisa in tre porzioni dette G1, S e G2; M.

Durante la fase G1 le cellule producono proteine, ribosomi e mitocondri in preparazione per la sintesi del DNA. Dopo la fase G1 le cellule passano alla fase S, durante la quale gli enzimi entrano in azione per duplicare il DNA. Le cellule inoltre, sintetizzano le proteine necessarie per mantenere la struttura cromosomica. Alla fine della fase S ciascun cromosoma è formato da due molecole di DNA a doppio filamento identiche e parallele.

Nella fase G2 la cellula continua a sintetizzare le proteine. Quando sono state tutte sintetizzare la cellula conclude la fase finale di crescita e inizia a dividersi.

La fase M è formata dalla mitosi(divisione del materiale nucleare) e dalla citocinesi(divisione del citoplasma). Sia la mitosi che la citocinesi sono processi vitali perché assicurano la corretta distribuzione del materiale genetico e degli altri componenti della cellula.

LA MITOSI

In tutti i tessuti i cromosomi sono costantemente soggetti a cambiamenti.

Nella profase i cromosomi si condensano e diventano visibili, il nucleo scompare e si forma un fuso mitotico cioè un fascio di alcuno filamenti di citoscheletro che sposta i cromosomi. Nella tarda profase scompare la membrana nucleare, il fuso entra nella regione nucleare e i cromosomi si attaccano al fuso in corrispondenza del centromero.

Nella metafase i microtubuli del fuso allineano i cromosomi al centro.

Nell'anafase i centromeri si dividono e i microtubuli del fuso separano i cromatidi fratelli e li attirano verso poli opposti.

Nella telofase i cromosomi raggiungono i poli opposti della cellula e il nucleo ritorna a una situazione consueta: ricompare la membrana cellulare. La fase M continua con la citocinesi, ovvero la divisione del citoplasma.

Affinché si formino due cellule, la cellula originaria deve scindersi in due. Nella maggio parte delle cellule animali verso la fine della mitosi il citoplasma comincia a dividersi per citocinesi. Nel luogo occupato dai cromosomi durante la metafase, si formano nuove membrane plasmatiche che separano i due nuclei nelle due cellule figlie.

LA MEIOSI

Solo le cellule germinali subiscono la meiosi, che porta alla produzione dei gameti e quindi alla possibilità di riproduzione. Il risultato della divisione meiotica è il dimezzamento del numero dei cromosomi, che trasforma una cellula staminale diploide in cellule aploidi che possono divenire gameti.

Il processo meiotico è molto complicato: infatti per passare dal numero diploide di cromosomi al numero aploide sono necessarie due divisioni cellulari in sequenza dette prima e seconda divisione meiotica o meiosi I e II. Nella meiosi I la cellula madre diploide si divide formando due cellule aploidi figlie. Nella meiosi II si dividono di nuovo le cellule figlie, dando origine a quattro cellule aploidi.

Dopo la divisione della cellula madre diploide, essa si trova in fase G1. lascia questa fase per entrare in fase S in cui tutti i cromatidi si duplicano in modo che ogni cromosoma abbia due cromatidi.

All'inizio della meiosi I, i cromosomi omologhi si uniscono a coppie, allineandosi molto vicini l'uno all'altro (talvolta sono così vicini da potersi scambiare del materiale genetico). In seguito le coppie di cromosomi omologhi si allineano al centro della cellula, trascinati lungo le fibre del fuso; l'ordine dei cromosomi non omologhi è però del tutto casuale.

A questo punto i cromosomi omologhi si separano tra loro. Dopo la divisione del nucleo e la citodieresi, le due cellule risultanti hanno un corredo cromosomico aploide; tuttavia ciascun cromosoma ha due cromatidi. Si passa così nella meiosi II.

Dopo la meiosi I troviamo un'interfase particolare in quanto non prevede sintesi del DNA né duplicazione dei cromosomi. All'inizio della meiosi II ogni cellula ha ancora una serie aploide di cromosomi a due cromatidi.

Nel corso della meiosi II i cromosomi si allineano sul fuso indipendentemente l'uno dall'altro.

La meiosi II procede ora come un normale processo mitotico e i cromatidi fratelli si separano spostandosi verso i poli opposti della cellula.

Il risultato dopo la citocinesi, è di quattro cellule ciascuna della quali è aploide e possiede una sola serie di cromosomi a singolo cromatidio.

I quattro prodotti aploidi della meiosi possono avere destini diversi nelle varie specie o nei due sessi della stessa specie. Nel caso dell'uomo: nella femmina solo uno dei quattro prodotti diventa un ovulo, mentre le altre tre cellule sono dette corpi polari e sono destinati a morire; nel maschio i quattro prodotti diventano tutti spermatozoi.

In certi organismi i prodotti aploidi della meiosi diventano spore capaci di dividersi per mitosi.

La meiosi svolge un ruolo importante nello stabilire le differenze genetiche. Durante questo processo vi è infatti un rimescolamento dei cromosomi materni e paterni (ricombinazione genetica) che prevede due modalità di rimpasto: il crossing-over e l'assortimento indipendente dei cromosomi.

Il crossing-over avviene durante la meiosi I, quando i cromosomi omologhi si riuniscono a coppie. Mentre i cromosomi sono appaiati, gli enzimi possono rompere la molecola di DNA di ciascun omologo, scambiare le corrispondenti regioni di ciascun cromosoma e poi attaccarle all'altro cromosoma. Dopo la meiosi II alcune cellule aploide conterranno cromosomi ricombinati ovvero di origine mista che renderanno quella cellula aploide geneticamente unica.

L'assortimento indipendente è una proprietà basata sul fatto che i cromosomi non omologhi si allineano in modo indipendente nel corso della meiosi I.

Ad esempio:

tutte le copie paterne sono orientate verso lo stesso polo: ciascuno dei prodotti aploidi conterrà o tutte le copie paterne o tutte le copie materne.

Una copia dei cromosomi paterni è orientata verso un polo e l'altra verso l'altro: ogni aploide avrà un cromosoma paterno e uno materno.

In tutti questi casi ciascun gamete ha una serie aploide di cromosomi (uno corto e uno lungo) ma le combinazioni presenti basate sull'origine parentale sono solo quattro: entrambi paterni, entrambi materni, lungo paterno e corto materno, lungo materno e corto paterno. Queste combinazioni differiscono tra loro e differiscono anche da quelle delle cellule diploidi parentali. Vi sono quindi infiniti modi in cui i cromosomi possono combinarsi nei gameti..

Il crossing-over e l'assortimento casuale assicurano che la prole prodotta per via sessuata sia geneticamente diversa dai genitori.

Alcune delle differenze prodotte possono dare ai singoli maggiori possibilità di sopravvivenza; su questi miglioramenti agisce poi la selezione naturale  in modo che solo coloro che hanno le caratteristiche più adatte sopravvivano trasmettendo