DIVISIONE CELLULARE: TIPOLOGIE, PROCESSI E IMPORTANZA - BIOLOGIA - 2025

La divisione cellulare è il processo che consente a tutti gli organismi viventi di crescere e riprodursi. Nei procarioti e negli eucarioti, il risultato della divisione cellulare sono le cellule figlie che possiedono le stesse informazioni genetiche della cellula originale. Ciò accade perché, prima della divisione, le informazioni contenute nel DNA vengono duplicate.

Nei procarioti, la divisione avviene per fissione binaria. Il genoma della maggior parte dei procarioti è una molecola di DNA circolare. Sebbene questi organismi non abbiano un nucleo, il DNA è in una forma compatta chiamata nucleoide, che differisce dal citoplasma che lo circonda.

Fonte: Retama

Negli eucarioti, la divisione avviene attraverso mitosi e meiosi. Il genoma eucariotico è costituito da grandi quantità di DNA organizzato all'interno del nucleo. Questa organizzazione si basa sul confezionamento del DNA con proteine, che formano cromosomi, che contengono centinaia o migliaia di geni.

Gli eucarioti molto diversi, sia unicellulari che metazoici, hanno cicli vitali che si alternano tra mitosi e meiosi. Questi cicli sono quelli con: a) meiosi gametica (animali, alcuni funghi e alghe), b) meiosi zigotica (alcuni funghi e protozoi); e c) l'alternanza tra meiosi gametica e zigotica (piante).

tipi

La divisione cellulare può avvenire per fissione binaria, mitosi o meiosi. Ciascuno dei processi coinvolti in questi tipi di divisione cellulare è descritto di seguito.

Fissione binaria

La fissione procariotica, la fissione binaria, è una forma di riproduzione asessuata.

La fissione binaria consiste nella divisione della cellula che dà origine a due cellule figlie, ciascuna con una copia identica del DNA della cellula originale.

Prima della divisione della cellula procariotica, avviene la replicazione del DNA, che inizia in un sito specifico sul DNA a doppia elica, chiamato l'origine della replicazione. Gli enzimi di replica si muovono in entrambe le direzioni dall'origine, producendo una copia di ciascuno dei filamenti di DNA a doppia elica.

Dopo la replicazione del DNA, la cellula si allunga e il DNA viene separato all'interno della cellula. Immediatamente, una nuova membrana plasmatica inizia a crescere nel mezzo della cellula, formando un setto.

Questo processo è facilitato dalla proteina FtsZ, che è altamente conservata dal punto di vista evolutivo nei procarioti, tra cui Archaea. Infine, la cellula si divide.

Il ciclo cellulare e la mitosi

Gli stadi che una cellula eucariotica attraversa tra due divisioni cellulari successive sono noti come ciclo cellulare. La durata del ciclo cellulare varia da pochi minuti a mesi, a seconda del tipo di cellula.

Il ciclo cellulare è diviso in due fasi, vale a dire la fase M e l'interfaccia. Nella fase M si verificano due processi, chiamati mitosi e citochinesi. La mitosi consiste nella divisione nucleare. Lo stesso numero e lo stesso tipo di cromosomi presenti nel nucleo originale si trovano nei nuclei figlie. Le cellule somatiche di organismi multicellulari si dividono per mitosi.

La citochinesi consiste nella divisione del citoplasma per formare cellule figlie.

L'interfaccia ha tre fasi: 1) G1, le cellule crescono e trascorrono la maggior parte del loro tempo in questa fase; 2) S, duplicazione del genoma; e 3) G2, replicazione dei mitocondri e di altri organelli, condensazione dei cromosomi e assemblaggio di microtubuli, tra gli altri eventi.

Fasi della mitosi

La mitosi inizia con la fine della fase G2 ed è suddivisa in cinque fasi: profase, prometafase, metafase, anafase e telofase. Succedono tutti continuamente.

Prophase

Prophase. Leomonaci98, da Wikimedia Commons

In questa fase l'evento principale è l'assemblaggio del fuso mitotico, o apparato mitotico. La profase inizia con la compattazione della cromatina, formando i cromosomi.

Ogni cromosoma ha una coppia di cromatidi fratelli, con DNA identico, strettamente legati in prossimità dei loro centromeri. I complessi proteici chiamati coesine partecipano a questa unione.

Ogni centromero è attaccato a un cinetocore, che è un complesso di proteine ​​che si lega ai microtubuli. Questi microtubuli consentono a ciascuna copia dei cromosomi di essere trasferita alle cellule figlie. I microtubuli si irradiano da ciascuna estremità della cellula e formano l'apparato mitotico.

Nelle cellule animali, prima della profase, si verifica la duplicazione del centrosoma, che è il principale centro di organizzazione dei microtubuli e il luogo in cui si incontrano i centrioli genitore e figlio. Ogni centrosoma raggiunge il polo opposto della cellula, stabilendo un ponte di microtubuli tra loro chiamato apparato mitotico.

Nelle piante evolute più di recente, a differenza delle cellule animali, non ci sono centrosomi e l'origine dei microtubuli non è chiara. Nelle cellule fotosintetiche di origine evolutiva più antica, come le alghe verdi, ci sono centrosomi.

prometafase

Leomonaci98

La mitosi deve garantire la segregazione dei cromosomi e la distribuzione dell'involucro nucleare del complesso dei pori nucleari e dei nucleoli. A seconda che l'involucro nucleare (EN) scompaia o meno e il grado di densificazione dell'EN, la mitosi varia da chiusa a completamente aperta.

Ad esempio, in S. cerevisae la mitosi è chiusa, in A. nidulans è semiaperta e negli esseri umani è aperta.

Nella mitosi chiusa, i corpi polari del fuso si trovano all'interno dell'involucro nucleare, costituendo i punti di nucleazione dei microtubuli nucleari e citoplasmatici. I microtubuli citoplasmatici interagiscono con la corteccia cellulare e con i cinetocori dei cromosomi.

Nella mitosi semiaperta, poiché l'EN è parzialmente smontato, lo spazio nucleare viene invaso da microtubuli nucleati dai centrosomi e attraverso due aperture nell'EN, formando fasci circondati dall'EN.

Nella mitosi aperta, avviene il completo smontaggio dell'EN, l'apparato mitotico è completato ei cromosomi iniziano a spostarsi verso il centro della cellula.

Metaphase

Cromosomi allineati nella piastra equatoriale della cellula durante la metafase mitotica

In metafase, i cromosomi si allineano all'equatore della cellula. Il piano immaginario perpendicolare all'asse del fuso, passante per la circonferenza interna della cellula, è chiamato piastra metafase.

Nelle cellule di mammifero, l'apparato mitotico è organizzato in un fuso mitotico centrale e una coppia di astri. Il fuso mitotico è costituito da un fascio simmetrico bilaterale di microtubuli che si divide all'equatore della cellula, formando due metà opposte. Gli astri sono costituiti da un gruppo di microtubuli su ciascun polo del fuso.

Nell'apparato mitotico sono presenti tre gruppi di microtubuli: 1) astrali, che formano l'aster, partono dal centrosoma e si irradiano verso la corteccia cellulare; 2) del cinetocore, che sono attaccati ai cromosomi attraverso il cinetocore; e 3) polare, che interdigitano con i microtubuli del polo opposto.

In tutti i microtubuli sopra descritti, le estremità (-) sono rivolte verso il centrosoma.

Nelle cellule vegetali, se non c'è centrosoma, il fuso è simile a quello delle cellule animali. Il mandrino è costituito da due metà con polarità opposta. Le estremità (+) sono sulla placca equatoriale.

anafase

Fonte: Leomonaci98, da Wikimedia Commons

L'anafase è divisa in precoce e tardiva. All'inizio dell'anafase, si verifica la separazione dei cromatidi fratelli.

Questa separazione avviene perché le proteine ​​che mantengono l'unione sono scisse e perché c'è un accorciamento dei microtubuli del cinetocore. Quando la coppia di cromatidi fratelli si separa, vengono chiamati cromosomi.

Durante lo spostamento verso i poli dei cromosomi, il cinetocore si muove lungo il microtubulo dello stesso cinetocore quando la sua estremità (+) si dissocia. Per questo motivo, il movimento dei cromosomi durante la mitosi è un processo passivo che non richiede proteine ​​motorie.

Nella tarda anafase si verifica una maggiore separazione dei poli. Una proteina KRP, attaccata all'estremità (+) dei microtubuli polari, nella regione di sovrapposizione degli stessi, viaggia verso l'estremità (+) di un microtubulo polare antiparallelo adiacente. Pertanto, KRP spinge il microtubulo polare adiacente verso l'estremità (-).

Nelle cellule vegetali, dopo la separazione dei cromosomi, rimane al centro del fuso uno spazio con microtubuli interdigitati o sovrapposti. Questa struttura consente l'avvio dell'apparato citochinetico, chiamato fragmoplasto.

telofase

Telofase. Leomonaci98

Nella telofase accadono vari eventi. I cromosomi raggiungono i poli. Il cinetocore scompare. I microtubuli polari continuano ad allungarsi, preparando la cellula alla citochinesi. L'involucro nucleare viene riformato dai frammenti dell'involucro madre. Il nucleolo riappare. I cromosomi sono decondensati.

citochinesi

La citochinesi è la fase del ciclo cellulare durante la quale la cellula si divide. Nelle cellule animali, la citosinesi avviene per mezzo di una cintura di costrizione di filamenti di actina. Questi filamenti scivolano l'uno sull'altro, il diametro del cinturino diminuisce e si forma una scanalatura di scissione attorno alla circonferenza della cella.

Man mano che la costrizione continua, il solco si approfondisce e si forma un ponte intercellulare, che contiene il corpo centrale. Nella regione centrale del ponte intercellulare si trovano i fasci di microtubuli, che sono coperti da una matrice elettrodensa.

La rottura del ponte intercellulare tra le cellule sorelle post-mitotiche avviene per abscissione. Esistono tre tipi di abscissione: 1) meccanismo di guasto meccanico; 2) meccanismo di riempimento da vescicole interne; 3) costrizione della membrana plasmatica per la fissione.

Nelle cellule vegetali, i componenti della membrana si assemblano al loro interno e si forma la piastra cellulare. Questa placca cresce fino a raggiungere la superficie della membrana plasmatica, fondendosi con essa e dividendo la cellula in due. Quindi la cellulosa si deposita sulla nuova membrana plasmatica e forma la nuova parete cellulare.

Meiosi

La meiosi è un tipo di divisione cellulare che riduce della metà il numero di cromosomi. Pertanto, una cellula diploide si divide in quattro cellule figlie aploidi. La meiosi si verifica nelle cellule germinali e dà origine ai gameti.

Gli stadi della meiosi consistono in due divisioni del nucleo e del citoplasma, vale a dire la meiosi I e la meiosi II. Durante la meiosi I, i membri di ciascuna coppia di cromosomi omologhi si separano. Durante la meiosi II, i cromatidi fratelli si separano e vengono prodotte quattro cellule aploidi.

Ogni fase della mitosi è suddivisa in profase, prometafase, metafase, anafase e telofase.

Meiosi I

- Prophase I. I cromosomi si condensano e il fuso inizia a formarsi. Il DNA è raddoppiato. Ogni cromosoma è costituito da cromatidi fratelli, attaccati al centromero. I cromosomi omologhi si accoppiano durante la sinapsi, consentendo l'incrocio, che è la chiave per la produzione di gameti diversi.

- Metafase I. La coppia di cromosomi omologhi si allineano lungo la piastra metafase. Il chiasma aiuta a tenere insieme la coppia. I microtubuli del cinetocore a ciascun polo si legano a un centromero di un cromosoma omologato.

- Anafase I. I microtubuli del cinetocore vengono accorciati e le coppie omologhe vengono separate. Un omologo duplicato va a un polo della cella, mentre l'altro omologo duplicato va all'altro lato del polo.

- Telophase I. Omologhi separati formano un gruppo ad ogni polo della cellula. L'involucro nucleare si riformula. La citochinesi si verifica. Le cellule risultanti hanno la metà del numero di cromosomi della cellula originale.

Meiosi II

- Prophase II. Un nuovo fuso si forma in ogni cellula e la membrana cellulare scompare.

- Metaphase II. La formazione del mandrino è completata. I cromosomi hanno cromatidi fratelli, uniti al centromero, allineati lungo la piastra metafase. I microtubuli del cinetocore che partono da poli opposti si legano ai centromeri.

- Anafase II. I microtubuli si accorciano, i centromeri si dividono, i cromatidi fratelli si separano e si muovono verso i poli opposti.

- Telophase II. L'involucro nucleare si forma attorno a quattro gruppi di cromosomi: si formano quattro cellule aploidi.

Importanza

Alcuni esempi illustrano l'importanza dei diversi tipi di divisione cellulare.

- Mitosi. Il ciclo cellulare ha punti irreversibili (replicazione del DNA, separazione dei cromatidi fratelli) e punti di controllo (G1 / S). La proteina p53 è la chiave per il checkpoint G1. Questa proteina rileva i danni al DNA, arresta la divisione cellulare e stimola l'attività degli enzimi che riparano i danni.

In oltre il 50% dei tumori umani, la proteina p53 presenta mutazioni che annullano la sua capacità di legare specifiche sequenze di DNA. Le mutazioni in p53 possono essere causate da agenti cancerogeni, come il benzopirene nel fumo di sigaretta.

- Meiosi. È associato alla riproduzione sessuale. Da un punto di vista evolutivo, si ritiene che la riproduzione sessuale sia nata come processo per riparare il DNA. Pertanto, il danno a un cromosoma può essere riparato sulla base delle informazioni dal cromosoma omologa.

Si ritiene che lo stato diploide fosse transitorio negli organismi antichi, ma divenne più rilevante man mano che il genoma si ingrandiva. In questi organismi, la riproduzione sessuale ha la funzione di complementazione, riparazione del DNA e variazione genetica.

Riferimenti

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