La Divisione CellulareLa vita viene trasmessa da una generazione di organismi alla successiva sotto forma di nuove cellule attraverso la divisione cellulare

Procarioti(Senza nucleo, un cromosoma)

Eucarioti(Con nucleo, più cromosomi)

La Divisione Cellulare nei PROCARIOTI

Nelle specie unicellulari la divisione cellulare riproduce l’intero organismo

Il materiale genetico formato da un’unica molecola duplicandosi origina 2 cromosomi identici che si ancorano su punti opposti della membrana

La Divisione Cellulare negli Eucarioti

PROCARIOTI (organismi monocellulari senza nucleo): il materiale genetico e'

sparso nel citoplasma in un unico cromosoma

EUCARIOTI (mono e pluricellulari): presentano un nucleo con membrana che racchiude il materiale genetico organizzato in più cromosomi

Nucleo

Cromosomi

IL NUMERO DEI CROMOSOMI E’ UN FATTORE CARATTERISTICO DI UNA DETERMINATA SPECIE. (Non è l’unico).

UNA CELLULA CHE HA SOLO UN SET DI CROMOSOMI E’ DETTA APLOIDE (Cellule germinali: UOVA E SPERMI).

Il numero cromosomico della specie homo sapiens è 2N (2 set di cromosomi, diploidia)Il numero diploide nell’uomo è 46 cromosomi o 23 paia (cellule somatiche).

Esitono cellule triploidi (3N), tetraploidi (4N) (cellule vegetali)

IL NUMERO CROMOSOMICO NON DETERMINA LA SPECIE. Il passero e l’occhiata di mare hanno 46 cromosomi.COSA DETERMINA LA SPECIE? La sequenza delle basi nel DNA dei 46 cromosomi

Gli eucarioti iniziano la vita come cellula singola “ZIGOTE”.

Le cellule figlie generate sono geneticamente uguali alla cellula madre

Alcune cellule degli organi riproduttivi si dividono e formano cellule germinali.

Esistono 2 categorie di cellule: SOMATICHE e GERMINALI

Due tipi di divisione nucleare:

MITOSI Produce due nuovi nuclei ciascuno con un complesso identico al nucleo da cui si originano. Assicura che tutta l’informazione genetica della cellula progenitrice vada a ciascuna cellula figlia.

Negli organismi unicellulari la mitosi produce 2 nuovi individui geneticamente identici.

Negli organismi pluricellulari la mitosi produce 2 cellule identiche che in seguito possono differenziarsi

MEIOSI Produce nuclei figli con metà dell’informazione genetica originaria.

E’ necessaria per la riproduzione sessuale e negli animali da origine ai GAMETI, le cellule sessuali SPERMI e UOVA

Gamete maschile + gamete femminile = ZIGOTE

DNA: il corredo cromosomico si deve duplicare e i due set di cromosomi devono suddividersi in parti uguali nelle due cellule figlie

CITOPLASMA: le due cellule nuove devono ricevere anche il citoplasma con tutto l’equipaggiamento per esprimere l’informazione genetica:

RIBOSOMI PER LE PROTEINE

MITOCONDRI PER L’ENERGIA.

Cosa serve alla cellula per dividersi ?

Tutte le cellule possono dividersi per MITOSI mentre la MEIOSI è presente solo nelle cellule germinali.•LA MITOSI è una divisione di tipo EQUAZIONALE (da una cellula madre due cellule figlie uguali alla madre sia quantitativamente che qualitativamente)

•LA MEIOSI è una divisione RIDUZIONALE (riduce a metà il numero dei cromosomi, produce gameti diversi)

MitosiAvviene nelle cellule somatichedà 2 cellule figlie diploidi

C’è una fase S premitotica per ogni divisione cellulare

Non avviene appaiamento di omologhi

I centromeri si dividono in anafase

Meiosi cellule germinali

Due divisioni cellulari successive di una cellulaproducono 4 cellule figlie aploidi. L’assetto cromosomico viene dimezzato

C’è una unica fase S premitotica per entrambe le divisioni cellulari

Appaiamento dei cromosomi omologhi

A I A II

Anafase I si separano le coppie di omologhiAnafase II si separano i cromatidi fratelli

CICLO CELLULARE

•Serie ordinata di eventi che porta alla duplicazione e alla divisione cellulare

•La durata del ciclo cellulare varia da cellula a cellula

•Una cellula si divide per permettere la riproduzione, per l’accrescimento corporeo o per rimpiazzare altre cellule

• Il ciclo cellulare inizia con la divisione cellulare e termina con la formazione di due cellule figlie

Il ciclo cellulare è contraddistinto da due fasi principali

Interfase = distinta a sua volta in

G1 (primo gap)

S (sintesi)G2

(secondo gap)fase M = mitosi e citocinesiPer la maggior parte del tempo le cellule in ciclo si trovano nella fase di crescita che intercorre tra due divisioni, detta interfase. In questo periodo i costituenti cellulari vengonosintetizzati e assemblati in modo continuativo.La massa cellulare aumenta gradualmente fino al momento della divisione.Durante la fase S avviene la duplicazione del DNA.

G1: è il momento in cui la cellula si accresce ed è attiva dal punto di vista biosinteticoLa cellula aumenta in dimensioni, produce nuovi organelli ed enzimi necessari per duplicare il DNA

S: sintesi del DNA, duplicazione, necessaria per dare alle cellule figlie una copia completa del patrimonio genetico

G2: la cellula si accresce ulteriormente ed accumula materiali ed organelli necessari per affrontare il processo di divisione

Interfase

fase M = mitosi e citocinesi

Processo di divisione nucleare in cui i cromosomi duplicati vengono separati gli uni dagli altri fedelmente per dare origine a due nuclei ognuno con una copia di ciascun cromosoma

•La mitosi è una divisione equazionale

•Le due cellule figlie generate sono geneticamente uguali fra di loro e geneticamente uguali alla cellula madre

•Durante la mitosi la maggior parte delle attività metaboliche sono ridotte, le cellule non rispondono agli stimoli esterni

La mitosi è in genere associata alla citocinesi = processo che comporta la divisione del citoplasma in due parti più o meno uguali

MITOSI

LA MITOSI E’ SUDDIVISA IN 5 FASI

Profase: si forma il cinetocore (complesso proteico) nei centromeri, scompare il nucleolo, compare il fuso

Prometafase: scompare la membrana, fuso e cinetocoro si associano

Metafase: il cinetocore viene attratto dal fuso in direzioni opposte, i cromatidi formano una piastra metafasica

Anafase: le proteine che univano i cromatidi si degradano lasciandoli liberi di dirigersi ai poli opposti

Telofase: si formano due nuclei distinti, i cromosomi si despiralizzano, ricompaiono i nucleoli, citodieresi

2 centrosomi

Membrana nucleare

Fuso

Scomparsa dei nucleoli

Centromeri cinetocore

cinetocore fuso

scompare la membrana Nucleare

cinetocore

fuso cinetocore

cromosomiPiastra

metafasica

membrana Nucleare

nucleoli

Despiralizzazione dei cromosomi

citochinesi

G0 1 cromatidio

G1 1 cromatidio

S prima 1 cromatidio

dopo 2 cromatidi

G2 2 cromatidi

Profase mitotica 2 cromatidi

PERCHE’ I CROMOSOMI MIGRANO VERSO POLI OPPOSTI.

Le fibre del fuso si muovono con movimento contrattile simile a quello dell’actina e della miosina

•Di solito viene studiato su colture di cellule sincrone

•La mitosi dura in genere da 1 a 2 ore

•La fase di sintesi del DNA (S) in genere non dura mai meno di 4 ore

•La variazione totale della durata del ciclo cellulare dipende dalla durata variabile della fase G1

•La durata del ciclo cellulare è variabile da 30 minuti a diversi mesi

Fasi del ciclo cellulare. Le fasi G (presintetica) e S (sintetica) occupano la maggior parte del ciclo cellulare; la fase M (mitotica) è normalmente breve. Alcune cellule sono continuamente in ciclo altre si trovano nella fase di quiescenza (G0)

Le cellule possono essere classificate in base alla loro capacità di crescere e di dividersi:•Cellule che hanno perso la capacità di dividersi (cellule neuronali, globuli rossi)

Cellule che normalmente non si dividono ma che possono essere indotte a dividersi (cellule epatiche)

•Cellule che continuano a dividersi (oogoni, spermatogoni, cell. epiteliali, cell. staminali)

Controllo del ciclo cellulare

Attivazione dell’anafase e della citocinesi

Replicazione del DNA

Attivazione dell’apparato mitotico

Formazione del fuso mitotico

Uscita da M Completa divisione cellulare

Attivazione dei meccanismi di replicazione del DNA

G1

S

G2

M

Entrata in S

Entrata in M

G1

S

G2

M

Entrata in S

Entrata in M

G1

checkpoint•La cellula è grande abbastanza?

•L’ambiente è favorevole?

•Il DNA è dannegiato?

G2 checkpoint•Il DNA è tutto duplicato?•La cellula è grande abbastanza?

Due checkpoint nel ciclo cellulare

Le "cicline“, chiamate così perché la loro abbondanza varia durante il CC, ovvero "ciclano", con dei picchi in fasi particolari del CC.

La transizione tra una fase e l'altra del ciclo e' caratterizzata dalla comparsa di una determinata ciclina (tipica di quella fase) e dalla scomparsa della ciclina della fase precedente (azione permissiva).

Le Cicline sono quindi regolate in due modi:    - loro sintesi per attivazione della trascrizione genica    - loro degradazione tramite il sistema della Ubiquitina-proteasoma.

la sintesi serve per l'ingresso in una fase del ciclo --> la degradazione per l'uscita da una certa fase del ciclo;

UNIDIREZIONALITA' del ciclo cellulare: per poter rientrare nella fase G1, dopo la transizione a fase S, sara' necessario percorrere l'intero ciclo inclusa la divisione cellulare

Protein chinasi attivate ciclicamente

• Fosforilazione attiva o inattiva proteine chiave per l’inizio o la regolazione della replicazione del DNA, della mitosi e della citocinesi

• Protein-chinasi controllano la fosforilazione, Fosfatasi controllano la defosforilazione

• Protein-chinasi ciclino dipendenti sono presenti in tutte le fasi del ciclo cellulare ma sono solo attivate in determinate fasi

• Cicline si legano alle chinasi (protein chinasi ciclina-dipendenti) e le attivano

Controllo della progressione del ciclo cellulare. Le chinasi ciclina-dipendenti (CDK) sono sintetizzate costitutivamente ma si attivano solo quando formano complessi con le cicline

Regolazione dell’attività chinassicaCDK1 da parte della ciclina B nella transizione G2M

CDKN1A (p21)

Apoptosi (morte cellulare)

p53

• I checkpoint assicurano che la cellula sia competente sia in grado cioè di passare allo stadio successivo del ciclo cellulare

• Le proteine inibitorie di Cdk in G1 sono attivate dal danno del DNA

• Lo stop delle cellule in G1 permette alla cellula di riparare il DNA prima della replicazione

• Il blocco del ciclo cellulare rappresenta un meccanismo di protezione per la cellula

Meccanismi di blocco del ciclo cellulare

•Produzione di proteine che inibiscono l’attività chinasica del complesso Cdk-ciclina

Mutazioni a carico di questi geni danno origine ad anomalie del ciclo cellulare -> Tumori

•Blocco del meccanismo di replicazione del DNA

•Fattori di trascrizione che inibiscono l’attività di geni fondamentali nel ciclo cellulare

Fattori di crescita

Molecole proteiche che stimolano la divisione e la crescita cellulare

Agiscono attraverso l’interazione con recettori della membrana plasmatica, quindi agiscono solo su cellule bersaglio

La proliferazione cellulare può essere stimolata o inibita da fattori di crescita:

intrinseci

danno tessutale

morte cellulare

deformazione meccanica

I fattori di crescita possono indurre le cellule quiescenti (G0) a dividersi

In generale il numero di cellule in un determinato tessuto dipende dal bilancio tra l’ingresso di nuove cellule e l’uscita di cellule preesistenti

life death

Meccanismi di regolazione delle popolazioni cellulari.

Morte cellulareLe cellule possono morire attraverso due diversi meccanismi:la necrosi e l’apoptosi, una serie di eventi programmati geneticamente, che portano la cellula all’auto-distruzione.

Necrosi Le cellule si gonfiano e si lisano rilasciando il materiale citoplasmatico nell'ambiente circostante. Il processo necrotico è spesso causa di infiammazione

ApoptosiPerdita di volume condensansazione.Frammentazione del nucleo e del citoplasma in corpi apoptotici.Non si ha versamento di contenuto citosolico nell’ambiente. Nessun processo infiammatorio.

La maggior parte, se non tutte le cellule hanno la capacità di auto-distruggersi mediante l'attivazione di un programma di suicidio al quale sembrano fare eccezione solo cellule particolarmente specializzate quali quelle del muscolo cardiaco e del tessuto nervoso. Questo programma suicida prende il nome di apoptosi o morte cellulare programmata.

A livello citologico, l'apoptosi si manifesta con una condensazione del nucleo e del citoplasma. Successivamente, la cellula si frammenta in vescicole, dette corpi apoptotici, che sono rapidamente fagocitate e digerite dai macrofagi o da cellule vicine