20. ciclo cellulare, mitosi e meiosi Flashcards
Teoria della divisione cellulare
Le cellule si originano per divisione cellulare da altre cellule.
Gli organismi unicellulari usano la divisione cellulare per riprodursi: ogni divisione genera un nuovo organismo.
Fasi del ciclo cellulare eucariote
FASE M (o fase mitotica)
- mitosi: divisione del nucleo, ripartizione dei cromatidi a opera del fuso mitotico
- citochinesi: divisione del citoplasma tramite strangolamento a opera dell’anello contrattile di actina e miosina
INTERFASE
È la fase più lunga, tra una divisione e l’altra.
Durante tutta l’interfase i cromosomi mantengono la loro organizzazione distesa.
FASE G1 (gap 1)
- crescita citoplasmatica
- sintesi di proteine e altre molecole necessarie
- NO sintesi di DNA
FASE S (sintesi)
- duplicazione del DNA nucleare con conseguente generazione di due copie identiche di ciascun cromosoma a cui si associano le coesine
- sintesi di tutte le proteine istoniche e non istoniche della cromatina
- duplicazione del centrosoma
FASE G2
- proseguimento della crescita cellulare
- sintesi delle proteine necessarie alla fase M
- inizio di formazione del fuso mitotico
Sistema di controllo del ciclo cellulare
Il sistema di controllo del ciclo cellulare è costituito da segnali sia intracellulari sia extracellulari e
- garantisce che tutti i processi delle fasi del ciclo cellulare siano svolti correttamente e in tempo
- assicura che ogni fase sia terminata prima dell’inizio della successiva
- risponde ai segnali esterni di crescita e divisione.
L’obiettivo ultimo è garantire che alle cellule figlie non sia trasmesso un genoma danneggiato o non completo.
Agisce a livello dei punti di controllo (o checkpoints):
- punto di controllo G1, o punto di restrizione: fattori di crescita (proteine extracellulari) che controllano che l’ambiente sia favorevole per l’ingresso nella fase S
→ sì → fase S, in cui il complesso S-Cdk avvia la duplicazione del DNA
→ no → fase G0 fino a un segnale che fa tornare la cellula in G1 oppure la cellula va incontro a differenziamento terminale (es. neuroni)
- punto di controllo G2: controlla che la replicazione del DNA sia terminata e correttamente per l’ingresso in fase M
- punto di controllo metafase-anafase: controlla che tutti i cromosomi siano attaccato al fuso mitotico.
Il sistema di controllo agisce attraverso fosforilazione e defosforilazione di determinate proteine da parte di Cdk (chinasi ciclina-dipendenti) e fosfatasi.
Il complesso ciclina-Cdk è in grado di attivare specifici enzimi fosforilando specifici loro residui di serina e/o treonina.
L’interruzione del ciclo cellulare a livello dei checkpoints avviene grazie a proteine che inibiscono le Cdk.
Complesso ciclina-Cdk
Complesso del sistema di controllo del ciclo cellulare in grado di attivare specifici enzimi tramite la fosforilazione di specifici loro residui di serina e/o treonina.
Le Cdk (chinasi cicilina-dipendenti) sono sempre presenti nella cellula a livelli costanti.
Le cicline, invece, sono presenti in concentrazioni fluttuanti, che raggiungono livelli sufficienti ad attivare le Cdk solo in fasi specifiche.
Per attivarsi, le Cdk devono essere fosforilate in un sito e defosforilate in altri due.
La disattivazione, invece, avviene per degradazione della ciclina, che viene ubiquitinata.
L’interruzione del ciclo cellulare a livello dei checkpoints avviene grazie a proteine che inibiscono le Cdk.
Fase M
La fase mitotica consiste in mitosi e citochinesi.
La mitosi è divisa in 5 stadi:
1. profase, in cui si condensano i cromosomi e si forma il fuso mitotico
2. prometafase, in cui l’involucro nucleare si disfa e i cromosomi si attaccano al fuso mitotico
3. metafase, in cui i cromosomi si allineano all’equatore del fuso mitotico, agganciati ai microtubuli
4. anafase, in cui i cromatidi fratelli vengono tirati dai microtubuli ognuno verso un polo del fuso
5. telofase, in cui i due gruppi di cromosmi sono ai poli e si formano gli involucri nucleari intorno a essi; inoltre, nel citoplasma si forma l’anello contrattile di actina e miosina.
Durante la citochinesi, l’anello contrattile stringe il citoplasma fino a separare le due cellule figlie.
Profase
Primo stadio della fase M.
I processi avvengono tramite fosforilazioni operate dal complesso M-Cdk.
CONDENSAZIONE DEI CROMOSOMI
Le fibre di cromatina dei cromosomi duplicati si condensano grazie alle condensine.
I due cromatidi fratelli sono tenuti vicini dalle coesine e sono uniti a livello del centromero.
ASSEMBLAGGIO DEL FUSO MITOTICO
I due centrosomi (la duplicazione del centrosoma avviene durante l’interfase) si stabilizzano ai due poli della cellula, da cui si dipartono i microtubuli astrali e interpolari.
Alla formazione e funzione del fuso mitotico contribuiscono le proteine motrici associate ai microtubuli.
Prometafase
Secondo stadio della fase M.
DISSOLUZIONE DELL’INVOLUCRO NUCLEARE
A partire dalla fosforilazione e conseguente disgregazione delle nucleoporine (proteine dei pori nucleari) e delle lamìne, l’involucro nucleare si disgrega completamente.
LEGAME DEI CROMOSOMI AI MICROTUBULI
Su ogni cromatidio si forma un cinetocore.
Il cinetocore è una struttura proteica che si assembla nella regione del centromero.
I cromosomi si legano ai microtubuli tramite i cinetocori, che si attaccano lateralmente a un microtubulo astrale, finché l’attacco laterale si converte in un attacco all’estremità, ‘microtubulo del cinetocore’.
Il cinetocore libero cattura un microtubulo del polo opposto per ottenere un attacco bipolare con la giusta tensione.
Metafase
Terzo stadio della fase M.
FORMAZIONE DI UNA PIASTRA METAFASICA
I cromosomi, tirati dai microtubuli, si allineano all’equatore del fuso mitotico, che si trova ora organizzato in
- microtubuli astrali, verso la membrana plasmatica
- microtubuli del cinetocore
- microtubuli interpolari, che interagiscono con i microtubuli interpolari del polo opposto.
Anafase
Quarto stadio della fase M.
SEPARAZIONE DEI CROMATIDI FRATELLI
Il complesso M-Cdk attiva l’APC (Anaphase Promoting Complex), che a sua volta attiva la separasi (proteasi).
La separasi, fino all’anafase, è mantenuta inattiva dal legame con la securina, una proteina inibitrice, che viene ubiquitinata e quindi degradata non appena l’APC attiva la separasi.
La separasi degrada le coesine che tengono uniti i cromatidi nel centromero.
I cromatidi vengono tirati verso i poli grazie a chinesine e dineine (proteine motrici) in due processi indipendenti, che avvengono contemporaneamente.
ANAFASE A
I cromatidi separati vengono trascinati verso i poli dall’accorciamento dei microtubuli del cinetocore.
ANAFASE B
I due poli si allontanano e i microtubuli interpolari si allungano, allontanando di conseguenza i cromatidi.
Telofase
Quinto stadio della fase M e ultimo della mitosi.
DISGREGAZIONE DEL FUSO MITOTICO
FORMAZIONE DEGLI INVOLUCRI NUCLEARI attorno a ciascuno dei due corredi cromosomici
DECONDENSAZIONE DEI CROMOSOMI in fibre cromatiniche
INIZIO DELLA FORMAZIONE DELL’ANELLO CONTRATTILE
Citochinesi
Divisione simmetrica del citoplasma per contrazione dell’anello contrattile di actina e miosina a livello del solco di divisione (invaginazione della membrana plasmatica).
Qual è il risultato della mitosi?
La mitosi porta alla formazione di due cellule figlie diploidi a partire da una cellula madre.
Ognuna delle due cellule figlie ha lo stesso numero di cromosomi, ma un contenuto di DNA dimezzato rispetto a quello della cellula madre nella fase G2.
La mitosi è il processo di divisione cellulare tipico delle cellule somatiche.
Meiosi
Processo di divisione cellulare che porta alla formazione di due cellule figlie aploidi. Avviene nelle gonadi.
Nelle cellule germinali degli animali pluricellulari porta alla formazione di 4 gameti (cellule aploidi) con
- 1 duplicazione del DNA
- 2 divisioni cellulari.
Avviene in due fasi:
- meiosi I, alla fine della quale si sono formate due cellule figlie con un solo cromosoma (con due cromatidi) di ciascuna coppia di cromosomi omologhi della cellula madre → corredo genetico dimezzato aploide, ma due cromatidi per cromosoma
- meiosi II, separazione dei cromatidi fratelli di ciascun cromosoma e loro distribuzione delle cellule figlie → 4 cellule figlie aploidi ognuna con una sola copia di ciascun cromosoma (con un solo cromatide).
Riproduzione sessuale
Formazione dello zigote (cellula diploide), da cui si sviluppa un nuovo organismo, dalla fusione di due gameti (cellule aploidi) mediante fecondazione.
Fasi della meiosi
MEIOSI I
PROFASE I
- APPAIAMENTO DEI CROMOSOMI OMOLOGHI
I cromosomi omologhi (le due copie materna e paterna che recano gli stessi geni) si appaiano grazie al complesso sinaptinemale (complesso proteico).
- RICOMBINAZIONE GENICA TRAMITE CROSSING-OVER
Scambio di porzioni di DNA corrispondenti tra i due cromosomi omologhi, per garantire la ricombinazione genica, a livello dei chiasmi.
METAFASE I
I cromosomi omologhi bivalenti, ancora uniti a livello dei chiasmi, si dispongono lungo l’equatore della cellula attaccati al fuso mitotico.
ANAFASE I
Separazione, a livello dei chiasmi, dei cromosomi omologhi che migrano verso i due poli della cellula.
TELOFASE I
Depolimerizzazione dei microtubuli del fuso mitotico.
Ricostruzione di due involucri nucleari.
CITOCHINESI
Divisione della cellula madre diploide in due cellule figlie aploidi, ciascuna con un corredo cromosomico dimezzato rispetto alla madre.
MEIOSI II
…
ANAFASE II
In seguito all’azione delle separasi, i microtubuli del fuso mitotico si agganciano ai cinetocori dei cromatidi fratelli e li allontanano, separandoli.
…
Si ottengono alla fine quattro cellule aploidi.
