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Ciclo cellulare, mitosi e meiosiCiclo cellulare, mitosi e meiosi
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Divisione cellulareDivisione cellulare
Quando le cellule raggiungono determinate Quando le cellule raggiungono determinate dimensioni devono arrestare l’accrescimento o dimensioni devono arrestare l’accrescimento o dividersidividersi
La divisione cellulare negli eucarioti coinvolge due La divisione cellulare negli eucarioti coinvolge due processi: mitosi (che assicura che ogni nuovo nucleo processi: mitosi (che assicura che ogni nuovo nucleo riceva lo stesso numero di cromosomi presenti nella riceva lo stesso numero di cromosomi presenti nella cellula madre) e la citocinesi (divisione del cellula madre) e la citocinesi (divisione del citoplasma tra le due cellule figlie)citoplasma tra le due cellule figlie)
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Divisione cellulareDivisione cellulare
Organismi eucarioti Organismi eucarioti unicellulari si unicellulari si riproducono in riproducono in modo asessuato per modo asessuato per MITOSIMITOSI
Nei pluricellulari la Nei pluricellulari la mitosi serve mitosi serve all’accrescimento e all’accrescimento e alla rigenerazione alla rigenerazione dei tessutidei tessuti
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MITOSI fasiMITOSI fasi
Dopo la replicazione del DNA all’interno del nucleo:Dopo la replicazione del DNA all’interno del nucleo:
Condensazione e segregazione del DNA in due nuclei figliCondensazione e segregazione del DNA in due nuclei figli
Divisione del citoplasma (citodieresi)Divisione del citoplasma (citodieresi)
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Ciclo cellulare fasiCiclo cellulare fasi
Interfase (G1 + S + G2)Interfase (G1 + S + G2)
MitosiMitosi
La mitosi rappresenta la fase conclusiva del ciclo cellulareLa mitosi rappresenta la fase conclusiva del ciclo cellulare
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Ciclo cellulare checkpointsCiclo cellulare checkpoints
G1 checkpoint: dimensioni cellulari, presenza di nutrienti
G2 checkpoint:dimensioni cellulari, presenza di nutrienti, duplicazione DNA completa? danni al DNA? (riparazione del danno o… apoptosi)
M checkpoint:Cromosomi allineati sulla piastra del fuso? sono attaccati alle fibre del fuso?
Sintesi del DNA
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Prima che la cellula entri in mitosi il materiale genetico Prima che la cellula entri in mitosi il materiale genetico viene viene duplicato duplicato (fase S) , ciascun cromosoma risulta (fase S) , ciascun cromosoma risulta quindi costituito da 2 cromatidiquindi costituito da 2 cromatidi
double strand
99
Es.: nell’uomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, Es.: nell’uomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, l’altro paternal’altro paterna
Corredo cromosomicoCorredo cromosomico
……
Cr 1Cr 1
Cr 2Cr 2
Cr 3Cr 3
Cr 4Cr 4
Cr 5Cr 5Cr 6Cr 6
Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n)Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n) 2 omologhi2 omologhi
1010
profaseprofase Condensazione dei cromosomi
4 cromosomi monocromatidici
4 cromosomi dicromatidici
Cr 1
Cr 2
materno
paterno
Fase S
materno
paterno
1111
profaseprofase
metafasemetafase
Scomparsa membrana nucleare
I cromosomi si allineano lungo il pianoequatoriale della cellula
Le fibre del fuso (microtubuli) si attaccano al centromero di ogni cromosoma attraverso i cinetocori
1212
L’apparato del FUSO MITOTICO L’apparato del FUSO MITOTICO +CINETOCORE assicurano la +CINETOCORE assicurano la corretta ripartizione dei cromosomi corretta ripartizione dei cromosomi nelle due cellule figlienelle due cellule figlie
I due cromatidi fratelli adesriscono ai microtubuliI due cromatidi fratelli adesriscono ai microtubuliprovenienti dai due poli opposti del fusoprovenienti dai due poli opposti del fuso
1313
profaseprofase
metafasemetafase
anafaseanafase
Separazione dei cromatidi fratelli
1414
Segregazione dei cromosomiSegregazione dei cromosomi
cromosomacromosoma microtubulimicrotubuli
cromosomicromosomi
microtubulimicrotubuli
1515
profaseprofase
metafasemetafase
anafaseanafase
telofasetelofase
Decondensazione dei cromosomi
Ricompare la membrana nucleare
1616
profaseprofase
metafasemetafase
anafaseanafase
telofasetelofase
citodieresicitodieresi
1717
InterfaseInterfase ProfaseProfase MetafaseMetafase
AnafaseAnafase TelofaseTelofase
1818
2020
Nell’organismo pluricellulare adulto vi sono Nell’organismo pluricellulare adulto vi sono CELLULE PERENNI che dopo essersi differenziate non CELLULE PERENNI che dopo essersi differenziate non compiono piu’ il ciclo (neuroni)compiono piu’ il ciclo (neuroni)CELLULE STABILI (p.es. gli epatociti) che normalmente non CELLULE STABILI (p.es. gli epatociti) che normalmente non compiono il ciclo ma hanno la possibilità di riprenderlocompiono il ciclo ma hanno la possibilità di riprenderloCELLULE STAMINALI che continuamente compiono il cicloCELLULE STAMINALI che continuamente compiono il ciclo
c. perennic. perenni
c. stabili
Schema ciclo cellulare
2121
Cellule staminaliCellule staminali
Cellule Cellule non specializzatenon specializzate che possono subire diversi cicli di che possono subire diversi cicli direplicazione e rinnovarsi per periodi di tempo molto lunghireplicazione e rinnovarsi per periodi di tempo molto lunghimantenendosi indifferenziate…mantenendosi indifferenziate…
……possono essere indotte a differenziare dando origine a possono essere indotte a differenziare dando origine a cellule specializzate (neuroni, cardiomiociti, cellule cellule specializzate (neuroni, cardiomiociti, cellule pancreatiche che producono insulina…)pancreatiche che producono insulina…)
2222
Cellule staminaliCellule staminali
2323
Cellule staminali embrionaliCellule staminali embrionali
da blastocisti 4-5 giornida blastocisti 4-5 giorni
danno origine a tutti i tipi cellulari dell’individuo danno origine a tutti i tipi cellulari dell’individuo
(totipotenti)(totipotenti)
anche nel liquido amniotico sono reperibili cellule anche nel liquido amniotico sono reperibili cellule
staminali pluripotentistaminali pluripotenti
2424
Cellule staminali dell’adultoCellule staminali dell’adulto
Le cellule degli organismi pluricellulari nei diversi Le cellule degli organismi pluricellulari nei diversi
tessuti sono differenziate in diversi tipi con funzioni tessuti sono differenziate in diversi tipi con funzioni
specifiche. specifiche.
In ogni tessuto esiste una popolazione di cellule In ogni tessuto esiste una popolazione di cellule
staminali scarsamente differenziate, che si dividono staminali scarsamente differenziate, che si dividono
attivamente e che servono al rinnovamento del attivamente e che servono al rinnovamento del
tessuto stesso (per ripristinare cellule danneggiate es: tessuto stesso (per ripristinare cellule danneggiate es:
midollo osseo, muscolo)midollo osseo, muscolo)
2525
Cellule staminali del midollo osseoCellule staminali del midollo osseo
L’essere umano necessita approssimativamente 1011 nuove cellule ematopoietiche al giorno
2626
Cellule staminali del muscoloCellule staminali del muscolo
In seguito a un danno alle fibre muscolari vengono prodotti dei segnali locali che inducono le cellule satellite a proliferare, allo scopo di generare una progenie cellulare sufficientemente numerosa per riparare il danno tissutale
Fibra muscolare
Cellula satellite
2727
2929
Cellule staminali applicazioniCellule staminali applicazioni
BMT (trapianto di midollo osseo) terapia basata su cellule BMT (trapianto di midollo osseo) terapia basata su cellule
staminali dell’adulto in uso da molti anni (Il primo trapianto staminali dell’adulto in uso da molti anni (Il primo trapianto
allogenico di midollo osseo nell’uomo viene eseguito nel 1959 allogenico di midollo osseo nell’uomo viene eseguito nel 1959
da E. Donnal Thomas in un paziente affetto da leucemia acuta)da E. Donnal Thomas in un paziente affetto da leucemia acuta)
terapie sostituzione cellule in malattie degenerative (Parkinson, terapie sostituzione cellule in malattie degenerative (Parkinson,
diabete, distrofia muscolare, ricostruzione della pelle)diabete, distrofia muscolare, ricostruzione della pelle)
3030
IsolamentoIsolamento
Tessuti dell’adulto Cordone ombelicale Blastocisti preimpianto
Espansione Espansione in vitroin vitro
DifferenziamentoDifferenziamento
3131
In alcuni eucarioti In alcuni eucarioti con modalità diverse: con modalità diverse: (facoltativa) (facoltativa) (gemmazione, scissione, frammentazione, (gemmazione, scissione, frammentazione, partenogenesi)partenogenesi)
Riproduzione asessuataRiproduzione asessuataGli individui neoformati sono identici al genitore (cloni)Gli individui neoformati sono identici al genitore (cloni)NON crea variabilità nella specieNON crea variabilità nella specie
Nei procariotiNei procarioti SCISSIONE BINARIASCISSIONE BINARIA(obbligata)(obbligata)
protozoi, celenterati, protozoi, celenterati, platelminti platelminti
3232
Riproduzione asessuataRiproduzione asessuata
per GEMMAZIONE in Hydra per GEMMAZIONE in Hydra
(Cnidari)(Cnidari)
L’idra è anche in grado di L’idra è anche in grado di
riprodursi sessualmente come riprodursi sessualmente come
evidenziato dalla presenza di evidenziato dalla presenza di
un uovo.un uovo.
3333
Riproduzione SessuataRiproduzione Sessuata
Riguarda la maggior parte degli eucarioti, Riguarda la maggior parte degli eucarioti,
richiede la partecipazione di due individui di richiede la partecipazione di due individui di
sesso diverso che contribuiscono entrambi al sesso diverso che contribuiscono entrambi al
patrimonio genetico dei discendentipatrimonio genetico dei discendenti
2n2n
nn
2n2nGli individui neoformati non sono maiGli individui neoformati non sono mai
identici ai genitori: ricombinazione e identici ai genitori: ricombinazione e
riassortimento indipendente dei caratteririassortimento indipendente dei caratteri
parentali creanoparentali creano
VARIABILITA’ GENETICAVARIABILITA’ GENETICA
3434
Es.: nell’uomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, Es.: nell’uomo 23 coppie di omologhi, uno di derivazione materna, l’altro paternal’altro paterna
Corredo cromosomicoCorredo cromosomico
……
Cr 1Cr 1
Cr 2Cr 2
Cr 3Cr 3
Cr 4Cr 4
Cr 5Cr 5Cr 6Cr 6
Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n)Cellula somatica: 2 corredi cromosomici (2n) 2 omologhi2 omologhi
Gameti: 1 corredo cromosomico (n) Gameti: 1 corredo cromosomico (n) 1 omologo per coppia1 omologo per coppia
3535
MeiosiMeiosi
Una sola duplicazione del DNA seguita da 2 successive divisioni
cellulari
Le due divisioni cellulari vengono indicate come prima e seconda
divisione meiotica (meiosi I, meiosi II), ciascuna suddivisa in
profase, metafase, anafase, telofase
Da una cellula diploide si originano quattro cellule aploidi
3636
I° DIVISIONE MEIOTICA (riduzionale)I° DIVISIONE MEIOTICA (riduzionale)
crossing over Segregazione indipendente omologhi
n
2nmaterno paterno
condensazione cromosomi
3737
II° DIVISIONE MEIOTICA (equazionale)II° DIVISIONE MEIOTICA (equazionale)
Si parte da una cellula 2n con cromosomi dicromatidici per arrivare a 4 cellule n con cromosomi monocromatidici
3838
Gameti parentaliGameti parentali
Gameti ricombinantiGameti ricombinanti
Crossing over (ricombinazione)Crossing over (ricombinazione)scambio di tratti di DNA (processo di rottura e saldatura) tra i cromatidi non fratelli di scambio di tratti di DNA (processo di rottura e saldatura) tra i cromatidi non fratelli di due omologhidue omologhi
3939
Effetto del crossing overEffetto del crossing over
La sequenza dei geni rimane invariata, quello che cambia è la
“combinazione” degli alleli di loci diversi lungo il cromosoma
I cromosomi ricombinanti sono diversi dai parentali
4242
Assortimento indipendente dei cromosomi parentali e Assortimento indipendente dei cromosomi parentali e crossing over generano infinita variabilità nei gameticrossing over generano infinita variabilità nei gameti
Per 2 coppie di omologhi= 2Per 2 coppie di omologhi= 22 2 possibili combinazionipossibili combinazioniNell’uomo 23 coppie di omologhi= 2Nell’uomo 23 coppie di omologhi= 22323 possibili combinazioni possibili combinazioni (8 388 608)(8 388 608)
Assortimento indipendenteAssortimento indipendente
4545
Appaiamento dei cr. Appaiamento dei cr. omologhi solo in meiosiomologhi solo in meiosi
Ricombinazione solo in Ricombinazione solo in meiosimeiosi
Mitosi: divisione Mitosi: divisione equazionaleequazionale
Meiosi: divisione Meiosi: divisione riduzionaleriduzionale
Mitosi produce 2 cell Mitosi produce 2 cell identiche, meiosi 4 cellule identiche, meiosi 4 cellule diversediverse
MITOSI e MEIOSI a confronto:MITOSI e MEIOSI a confronto:
4646
Confronto tra mitosi e meiosiConfronto tra mitosi e meiosi
MitosiMitosi MeiosiMeiosi
Sia nelle cellule somatiche che Sia nelle cellule somatiche che nelle germinalinelle germinali
Solo nelle cellule germinaliSolo nelle cellule germinali
Una sola replicazione del DNA Una sola replicazione del DNA seguita da una singola divisione seguita da una singola divisione cellularecellulare
Una sola replicazione del DNA Una sola replicazione del DNA seguita da due divisioni seguita da due divisioni cellularicellulari
Cellule figlie (2n) identiche tra Cellule figlie (2n) identiche tra loro e alla cellula parentaleloro e alla cellula parentale
Quattro cellule figlie (n) tutte Quattro cellule figlie (n) tutte geneticamente diversegeneticamente diverse
Funzione di accrescimento, Funzione di accrescimento, ricambio cellulare e ricambio cellulare e riproduzione asessuatariproduzione asessuata
Funzione di riproduzione Funzione di riproduzione sessuatasessuata
4747
Gametogenesi ♂ Gametogenesi ♂
Normalmentedegenerano
(Cellule germinali)
4848
SpermatogenesiSpermatogenesi
processo che inizia processo che inizia
con la pubertà.con la pubertà.
L’intero percorso di L’intero percorso di
maturazione da maturazione da
spermatogoniospermatogonio
a spermatozooa spermatozoo
dura 65-75 ggdura 65-75 gg
4949
Processo continuo, che parte dalla pubertà e Processo continuo, che parte dalla pubertà e continua per il resto della vitacontinua per il resto della vita
Vengono prodotti miliardi di spermatozoi nel Vengono prodotti miliardi di spermatozoi nel corso della vitacorso della vita
Da ogni spermatocita primario si ottengono 4 Da ogni spermatocita primario si ottengono 4 spermatozoispermatozoi
Caratteristiche della spermatogenesiCaratteristiche della spermatogenesi
5050
Gametogenesi ♀ Gametogenesi ♀
Normalmentedegenerano
(Cellule germinali)(Cellule germinali)
5151
Nei primi mesi di vita fetale inizia meiosi Nei primi mesi di vita fetale inizia meiosi blocco alla profase Iblocco alla profase I
Dalla pubertà fino alla menopausa un ovocita Dalla pubertà fino alla menopausa un ovocita ogni 28 giorni riprende la meiosi e completa la ogni 28 giorni riprende la meiosi e completa la I° divisioneI° divisione
Solo se fecondatoSolo se fecondato, l’ovocita secondario , l’ovocita secondario completa il processo di meiosi e diventa completa il processo di meiosi e diventa cellula uovo aploidecellula uovo aploide
OvogenesiOvogenesi
5353
Caratteristiche dell’ovogenesiCaratteristiche dell’ovogenesi
- Gli ovociti invecchiano insieme alla donna…..con l’età- Gli ovociti invecchiano insieme alla donna…..con l’età
aumenta il rischio di errori nella meiosi aumenta il rischio di errori nella meiosi ♀♀
- Nel periodo di vita feconda una donna produce circa 400- Nel periodo di vita feconda una donna produce circa 400 ovociti secondari (12 x numero di anni fertili)ovociti secondari (12 x numero di anni fertili)
- Alla pubertà il numero è ridotto a circa 200.000- Alla pubertà il numero è ridotto a circa 200.000
- Alla nascita le ovaie contengono qualche milione di ovociti - Alla nascita le ovaie contengono qualche milione di ovociti primari (bloccati in profase I)primari (bloccati in profase I)
Processo DISCONTINUO in cui la produzione dei gameti Processo DISCONTINUO in cui la produzione dei gameti avviene ciclicamente e si interrompe con il sopraggiungereavviene ciclicamente e si interrompe con il sopraggiungeredella menopausadella menopausa
- Da ogni oocita primario si ottiene una sola cellula uovo matura- Da ogni oocita primario si ottiene una sola cellula uovo matura
5454n-1n-1n-1n-1n+1n+1n+1n+1
meiosi I
meiosi II 2n2n
n+1n+1 n-1n-1
NON DISGIUNZIONENON DISGIUNZIONE IN IIN Iaa DIV. MEIOTICA DIV. MEIOTICA
Dopo fecondazione: zigote trisomicoDopo fecondazione: zigote trisomico monosomicomonosomico
5555
Il rischio di avere un figlio affetto da s. di Down (trisomia 21) o
altre anomalie cromosomiche dovute ad errori meiotici aumenta
con l’aumentare dell’età materna
5656
Età materna al parto in Età materna al parto in annianni
RischioRischio
2525 1/13761/1376
3030 1/9601/960
3535 1/4241/424
4040 1/1261/126
4545 1/311/31
4646 1/241/24
4747 1/171/17
4848 1/161/16
4949 1/9,51/9,5
Rischio sindrome di DownRischio sindrome di Down
5757
Gametogenesi ♂ e ♀ Gametogenesi ♂ e ♀ a confrontoa confronto
Dalla pubertà
Dalla pubertà
Si moltiplicano per tutta la vita Si moltiplicano solo fino ai primi mesi di vita fetale
Profase I
Scoppio follicolo
Una sola cellula uovo matura