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La riproduzione cellulare
La produzione di nuove cellule avviene in continuazione ed è necessaria per generare nuovi organismi,
per la crescita di un organismo, per rimpiazzare le cellule danneggiate o morte.
Nella divisione cellulare si distinguono 4 fasi:
- presenza di un segnale interno o esterno alla cellula che dia il via alla divisione cellulare
- il DNA ed altre componenti cellulari si devono duplicare
- il DNA duplicato deve essere diviso alle due cellule figlie (segregazione)
- aggiungere nuovo materiale alla membrana cellulare che poi sarà divisa in due (citodieresi)
Nei procarioti, che si dividono per scissione, le condizioni che danno il via alla divisione cellulare sono
la presenza di nutrienti e adeguate temperature.
Ad es. Eschericha Coli si divide costantemente ma in particolare a 37°C, in cui esso si divide ogni 40
minuti. In condizioni ottimali la popolazione può raddoppiare ogni 20 minuti.
Ecco l'importanza di abbassare la temperatura per ostacolare la proliferazione batterica.
Negli eucarioti pluricellulari, l'intero organismo deriva da una cellula uovo fecondata.
Questa è l'unione di due cellule sessuali definite gameti. I gameti provengono da ciascuno dei genitori.
Una cellula uovo fecondata ha un corredo cromosomico
proveniente sia dalla madre che dal padre.
Negli eucarioti ci sono due tipi di divisione cellulare a seconda che si producano cellule con corredo
cromosomico di entrambi i genitori (cellule somatiche) o cellule con il corredo cromosomico di un
singolo genitore (germinali). Per cui distinguiamo questi due processi di divisione cellulare:
- mitosi, produce cellule geneticamente uguali alla cellula madre
- meiosi, produce cellule con metà del patrimonio genetico della cellula madre
Cariotipo diploide
Il processo di mitosi inizia con un segnale di divisione.
Infatti a differenza delle cellule procariotiche, quelle eucariotiche non si dividono in continuazione,
l'inizio della divisione non dipende da fattori ambientali o dalla singola cellula ma dalle necessità
dell'intero organismo.
Consideriamo che negli eucarioti c'è molto DNA da duplicare infatti gli eucarioti sono composti da molti
cromosomi. Per questo motivo la replicazione e la segregazione del DNA all'interno dei due nuovi nuclei
sono processi complessi. Il processo di segregazione dei nuovi cromosomi (cromatidi) si chiama mitosi.
Anche il nucleo deve essere diviso in due nuclei figli. Solo dopo questo processo può avvenire la
citodieresi
Il processo di meiosi si verifica nelle cellule germinali durante la produzione di gameti. Quindi solo nelle
cellule che devono generare spermatozoi o cellule uovo.
Le nuove cellule non hanno lo stesso DNA di quelle che le ha generate ovvero c'è un rimescolamento del
materiale ereditario per produrre nuove combinazioni geniche. Qui si origina la variabilità genetica.
La divisione cellulare passa attraverso due stadi che complessivamente si dicono ciclo cellulare. Per la
maggior parte del ciclo vitale la cellula non sta producendo altre cellule ovvero essa si trova in una fase
detta INTERFASE. Alternativamente la cellula potrebbe trovarsi in MITOSI.
Quindi osservando le cellule al microscopio ottico si possono distinguere cellule che si trovano in due fasi:
- o cellule in fase M. A sua volta si divide in due fasi, mitosi e citocinesi.
Durante la mitosi i cromosomi che si sono duplicati vengono fisicamente separati e divisi nelle due cellule
figlie.
Durante la citocinesi la cellula si divide fisicamente in due. La fase M dura circa un'ora.
- o cellule in interfase. Essa può durare ore, giorni o settimane. In questa fase la cellula cresce, compie
varie attività metaboliche e si prepara alla divisione cellulare replicando il suo DNA.
Tutte le cellule si dividono?
- Cellule molto specializzate (nervose, muscolari e globuli rossi) non possono più dividersi.
- Le cellule di alcuni tessuti normalmente non si dividono ma possono farlo in presenza di particolari
stimoli. Le cellule del fegato si dividono se c'è stata un'asportazione chirurgica. I linfociti si dividono se
interagiscono con il relativo antigene.
- Altri tipi cellulari (spermatogoni, cellule staminali ematopoietiche, cellule epiteliali) si dividono
continuamente.
Quanto impiega una cellula a dividersi?
La minima durata del ciclo cellulare è di
circa 30 minuti e la massima può essere
di diversi mesi. Questa durata dipende
dal tessuto.
L'interfase si divide in tre ulteriori fasi:
- fase G1. In questa fase le strutture non si sono duplicate e si può restare molto a lungo in questa
condizione. Addirittura da qui si può passare alla fase G0 che è una fase di riposo.
- fase S. Se viene programmata una divisione cellulare allora si passa a questa fase. Qui avviene la
replicazione del DNA. Da ogni cromosoma si formano due cromatidi fratelli, uniti dalla proteina coesina e
in attesa di segregare. Un organulo collocato nel citoplasma detto centrosoma si duplica.
- fase G2. Ci si prepara alla mitosi, ad es. si sintetizzano i microtubuli che sposteranno i cromosomi verso
le due nuove cellule. Tra la fase G2 e la successiva i centrosomi si separano e migrano ai poli opposti
della cellula.
Le transizioni da una fase all'altra del ciclo cellulare sono sotto il controllo di fattori stimolatori.
In particolare ci sono due punti di passaggio importanti che sono realizzati da sostanze chimiche:
- la transizione da G1 a S
- la transizione da G2 a M
Gli enzimi che inducono tali transizioni si chiamano chinasi ciclina dipendenti (Cdk).
Il fattore di promozione della maturazione (MPF) fa passare dall'interfase alla mitosi. Questo fattore è
composto da due subunità proteiche
- un enzima ad attività chinasicha (che fosforila altre proteine)
- una proteina detta ciclina che quando raggiunge un'alta concentrazione attiva il precedente enzima.
Ricordiamo che la fosforilazione di una proteina apporta cariche elettriche agli amminoacidi fosforilati
modificando la forma e la funzione della proteina.
Durante la divisione ci sono punti di controllo che sono meccanismi di sorveglianza che ritardano o
bloccano la progressione del ciclo cellulare nel caso un cromosoma sia danneggiato, la replicazione del
DNA non sia terminata o l'allineamento dei cromosomi non sia stato raggiunto. La presenza di punti di
controllo è importante perchè, se i danni al DNA non vengono riparati prima della conclusione del ciclo
cellulare, le nuove cellule potrebbero iniziare una trasformazione in cellule cancerose. Per cui è
importante riparare i danni o addirittura eliminare la cellula se non si riescono a riparare i danni.
Esiste una malattia ereditaria,
atassia-telangectasia, in cui i soggetti
hanno un notevole aumento del
rischio di sviluppare tumori.
Questi soggetti sono anche molto
sensibili alle radiazioni ionizzanti.
Il gene ATM coinvolto in questa
malattia codifica per una chinasi
attivata da rotture ai filamenti del
DNA.
Una tale rottura attiva la proteinchinasi ATM e causa l'arresto del ciclo
cellulare.
Il fattore di trascrizione p53 è coinvolto in un simile meccanismo di controllo e in molti tumori si nota
che la sequenza del gene p53 è alterata.
Geni quali P21, P53 e RB sono soppressori tumorali.