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La riproduzione cellulare è il modo in cui le cellule degli organismi si moltiplicano o il modo in cui si riproducono. Consiste nella generazione di due cellule figlie dalla divisione di una cellula madre. Ci sono due processi che generano la divisione cellulare: la mitosi e la meiosi. Nel caso della meiosi, ci sono due divisioni successive che generano quattro cellule figlie al completamento del processo. Negli organismi a riproduzione sessuata, la meiosi è il meccanismo che genera i gameti, cioè le cellule sessuali, gli spermatozoi e gli ovociti. La mitosi è il meccanismo di divisione cellulare coinvolto nella crescita e riparazione dei tessuti, e nella riproduzione asessuata: mitosi sotto forma di riproduzione di cellule geneticamente identiche.
mitosi
La mitosi è la fase del ciclo cellulare che comporta la divisione del nucleo cellulare e la separazione dei cromosomi . Il processo di divisione cellulare si completa con la citocinesi, quando il citoplasma della cellula si divide, completando la formazione di due cellule figlie differenziate.
Prima di iniziare la mitosi , la cellula si prepara alla divisione aumentando la sua massa e duplicando tutte le strutture che poi andranno a costituire le due cellule figlie; Il DNA viene replicato, duplicando i cromosomi, e anche il numero di organelli viene raddoppiato. Lo stadio del ciclo cellulare prima della mitosi è chiamato interfase . Dopo la replicazione del DNA, la cellula avrà due serie identiche di DNA che costituiranno l’informazione genetica delle due cellule figlie, che si separeranno durante la mitosi. Per questo, in questa fase avviene anche un altro processo importante: la trasformazione della cromatina in cromosomi.
La mitosi si verifica in cinque fasi. La prima è la profase , lo stadio in cui i centrosomi si duplicano, migrando verso le estremità opposte della cellula, attorno alla quale iniziano a svilupparsi i microtubuli, come mostrato nella figura precedente. In questa fase il nucleolo della cellula scompare. La prometafase è il secondo stadio della mitosi, sebbene a volte sia considerata parte della profase; in questa fase i microtubuli si espandono dai due centrosomi.
Durante la metafase della mitosi, i cromosomi si allineano sulla piastra metafasica o sul piano equatoriale, come mostrato nel terzo diagramma della figura precedente. La fase successiva, anafase , è cruciale nella mitosi; Consiste nella separazione dei cromosomi che formano due copie identiche del materiale genetico della cellula madre. La mitosi si completa in telofase : l’involucro dei nuclei cellulari si riforma attorno ai nuovi cromosomi, che si dispiegano per formare la cromatina.
In questo modo si generano cellule figlie diploidi, che contengono due serie identiche di cromosomi, geneticamente identiche alla madre, con lo stesso numero e tipo di cromosomi. Le cellule somatiche sono esempi di cellule che utilizzano il meccanismo della mitosi per la loro moltiplicazione. Le cellule somatiche sono tutti i tipi di cellule del corpo umano, escluse le cellule sessuali . Il numero di cromosomi delle cellule somatiche umane è 46 mentre il numero di cromosomi delle cellule sessuali è 23.
meiosi
La meiosi è la forma di moltiplicazione delle cellule sessuali, spermatozoi e ovociti, negli organismi che si riproducono sessualmente. La meiosi coinvolge due divisioni cellulari, chiamate meiosi I e meiosi II, come mostrato nello schema seguente.
I due processi di divisione cellulare si sviluppano negli stadi descritti per la mitosi. Nella meiosi I, le coppie di cromosomi omologhi formati dai cromosomi 2n della cellula madre si accoppiano in profase, formando una struttura proteica che consente la ricombinazione dei cromosomi omologhi. L’aggregazione cromosomica sulla piastra equatoriale durante la metafase determina la migrazione di n cromosomi a ciascuno dei centrosomi. Nella meiosi II, i cromatidi omologhi di ciascun cromosoma si dividono e formano i nuclei delle cellule figlie. Tra la meiosi I e II non c’è replicazione del DNA.
Al termine della meiosi, quattro cellule aploidi, che hanno un singolo set di n cromosomi, sono state prodotte da una cellula madre diploide, che contiene due set identici di 2n cromosomi. Le cellule figlie aploidi non sono geneticamente identiche alla cellula madre. Nella riproduzione sessuale, i gameti aploidi si uniranno durante la fecondazione per produrre uno zigote diploide. Quindi lo zigote si dividerà per mitosi, una divisione che continuerà con le cellule successive finché non si svilupperà un nuovo individuo.
Cellule figlie e divisione dei cromosomi
In che modo è garantito che le cellule figlie abbiano il numero corretto di cromosomi dopo la divisione cellulare? Per rispondere a questa domanda è necessario approfondire i processi di divisione cellulare, in particolare nel cosiddetto apparato fuso , fuso acromatico, fuso meiotico o fuso mitotico.. Questo è l’insieme dei microtubuli che verranno menzionati che iniziano a svilupparsi in profase che, insieme a proteine specifiche, manipolano i cromosomi durante la divisione cellulare. Le fibre del fuso si attaccano ai cromosomi replicati allontanandoli al momento opportuno. I microtubuli spostano i cromosomi verso i centrosomi, assicurando che ogni cellula figlia abbia il numero corretto di cromosomi. Queste strutture determinano anche la posizione della piastra metafasica o piano equatoriale, cioè il piano in cui la cellula si divide.
citocinesi
Come si può vedere nei diagrammi precedenti, il processo di divisione cellulare si completa con la citocinesi. Questo processo inizia durante l’anafase della mitosi e termina dopo la telofase. Nella citochinesi si completa la divisione della cellula madre in due cellule figlie, con la partecipazione dei microtubuli.
L’apparato del fuso ha caratteristiche differenziate nella citocinesi a seconda che si tratti di cellule animali o vegetali. Nelle cellule animali, l’apparato del fuso determina la posizione di una struttura importante nel processo di divisione cellulare chiamata anello contrattile. L’anello contrattile è costituito da proteine e filamenti di microtubuli di actina insieme alla proteina motoria miosina. La miosina contrae l’anello dei filamenti di actina, formando un profondo solco chiamato solco di scissione. Man mano che l’anello contrattile continua a contrarsi, divide il citoplasma e fa collassare la cellula, dividendola in due lungo il solco di scissione.
Nelle cellule vegetali, nella citochinesi non si forma un solco di scissione. Invece, le cellule figlie sono sparse su una piastra cellulare costituita da vescicole che vengono rilasciate dagli organelli nell’apparato di Golgi. La piastra cellulare si espande lateralmente e si fonde con la parete cellulare, formando una partizione tra le cellule figlie che si sono formate. Man mano che la piastra cellulare matura, diventa una parete cellulare.
Cancro
La divisione mitotica delle cellule è strettamente regolata per garantire che gli errori vengano corretti e che le cellule si dividano con il numero corretto di cromosomi. Se si verificano errori nel sistema di verifica, le cellule figlie risultanti potrebbero essere diverse l’una dall’altra. Mentre le cellule normali producono due cellule identiche nella mitosi, le cellule tumorali possono produrre più di due cellule figlie; Tre o più cellule figlie possono svilupparsi dalla divisione delle cellule tumorali, mentre queste cellule vengono prodotte a una velocità maggiore rispetto alle cellule normali. Poiché le cellule tumorali si dividono in modo anomalo, le cellule figlie che generano possono avere un numero di cromosomi diverso dal normale.
Le cellule tumorali sono spesso il risultato di mutazioni nei geni che controllano la crescita cellulare o geni che uccidono le cellule tumorali. Queste cellule crescono senza controllo, esaurendo i nutrienti dal loro ambiente. Alcune cellule tumorali viaggiano verso altre parti del corpo attraverso il sistema circolatorio o il sistema linfatico, dove continuano a riprodursi in modo incontrollabile.
Fonti
Introduzione alla biologia cellulare . Editoriale medico panamericano, 2011.
Neil A. Campbell, Jane B. Reece. Biologia Campbell. Nona edizione. Pearson/Benjamin Cummings, 2011.
