Capitolo A7
La divisione cellulare e la riproduzione
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Sadava et al. La nuova biologia.blu PLUS © Zanichelli 2016
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La divisione cellulare pag 154 a 174
La divisione cellulare�è il processo grazie al quale una cellula si divide in due cellule figlie.
Permette agli organismi di accrescersi e sostituire le cellule morte ed è alla base della riproduzione.
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La divisione cellulare
La divisione cellulare è innescata da un segnale riproduttivo interno o esterno alla cellula stessa, al quale seguono:
la duplicazione del DNA,
la segregazione (distribuzione) del DNA
la produzione di enzimi e organuli
la citodieresi, cioè la separazione..
Mitosi
Duplicazione del DNA
Meiosi
Procarioti
Eucarioti
Duplicazione e spiralizzazione del DNA
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Scissione binaria
Divisione cellulare
La divisione cellulare
Suddivide l’informazione genetica contenuta in una cellula tra due cellule figlie identiche.
È un processo di divisione cellulare che genera gameti geneticamente diversi tra loro.
Riproduzione
Riproduzione
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Negli organismi procarioti- scissione binaria
Nei batteri la divisione cellulare avviene per scissione binaria: la cellula cresce di dimensioni, duplica il proprio DNA e poi si divide in due cellule identiche.
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La scissione binaria nei procarioti
Questo processo implica
quattro eventi:
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2-Il ciclo cellulare
È suddiviso in:
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Ciclo Cellulare
La divisione cellulare
Interfase
Mitosi
Citodieresi
Sottofase G1/G0
Sottofase S
Sottofase G2
Profase
Prometafase
Metafase
Anafase
Telofase
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Il ciclo cellulare
mitosi
G2
Sintesi delle Proteine necessarie per la mitosi.
La cellula continua ad accrescersi.
Durante la fase G1 la cellula si accresce e il DNA è in forma di cromatina.
L’interfase è il tempo tra una divisione e l’altra e può essere a sua volta diviso in sottofasi:
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Il ciclo cellulare
I cromosomi delle cellule eucariotiche sono formati da cromatina.
Con il termine cromatina si indica tutto il DNA e le proteine ad esso legate.
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Il ciclo cellulare
La fase mitotica (fase M) è lo stadio in cui la cellula si divide: al suo inizio il DNA si condensa avvolgendosi sugli istoni fino a formare i cromosomi, ciascuno composto da cromatidi fratelli. Questa fase è divisa in mitosi e citodieresi.
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La spiralizzazione del DNA
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Il controllo del ciclo cellulare
Il passaggio tra una fase e l’altra del ciclo cellulare dipende dall’attivazione di alcuni enzimi chiamati Cdk che catalizzano il trasferimento di un gruppo fosfato dall’ATP
a una proteina bersaglio.
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Il controllo del ciclo cellulare
Il passaggio tra le fasi del ciclo cellulare dipende dall’attivazione di complessi ciclina-Cdk che catalizzano la fosforilazione di proteine bersaglio.
Un complesso ciclina-Cdk in fase M regola la progressione della mitosi.
Un complesso ciclina-Cdk regola entrata della cellula in interfase: se la cellula è danneggiata si auto elimina
Un complesso ciclina-Cdk in fase S regola rifazione di errori durante la replicazione del DNA.
Il complesso ciclina-Cdk al termine della fase G2 serve a controllare che il DNA si sia replicato correttamente prima di iniziare la mitosi.
Nella fase M, il DNA e le proteine associate in ogni cromosoma formano strutture compatte.
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La spiralizzazione del DNA
Il grado di spiralizzazione delle molecole di DNA si modifica durante il ciclo cellulare:
Alla fina della fase S i cromatidi sono uniti in corrispondenza del centromero.
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La spiralizzazione del DNA
Ogni cromosoma è formato da due molecole di DNA identiche, chiamate cromatidi fratelli.
I cromatidi fratelli sono uniti tra loro in una regione centrale chiamata centromero.
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Le fasi del ciclo cellulare: la mitosi
La mitosi è composta da cinque fasi distinte: profase, prometafase, metafase, anafase e telofase, a cui fa seguito la citodieresi.
1. Durante la fase S. il nucleo replica il proprio DNA e i centratomi.
2. La cromatina si avvolge e si condensa in cromosomi. Ogni cromosoma è formato da una coppia di cromatidi fratelli. Il nucleo scompare.
3. L’involucro nucleare si frammenta. Compaiono i microtubuli che connettono i cinetocori ai poli. I cromosomi si dirigono verso il centro della cellula.
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La profase
La cromatina si avvolge diventando progressivamente più compatta e condensandosi in cromosomi.
Il DNA della cellula è impacchettato in cromosomi.
Il DNA non spiralizzato è un groviglio di cromatina.
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Le fasi del ciclo cellulare: la mitosi
4. Tutti i centromeri dei cromosomi sono allineati al centro della cellula. I cromosomi sono ancorati a uno dei due poli della cellula attraverso i microtubuli agganciati ai cinetocori.
5. I cromatidi fratelli si separano e i nuovi cromosomi figli cominciano a spostarsi verso i poli.
6. I cromosomi figli raggiungono i poli. Quando la telofase si conclude, l’involucro nucleare e i nucleoli si riformano, la cromatina diventa meno compatta e la cellula entra in una nuova interfase.
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La citodieresi
La citodieresi è il processo di divisione del citoplasma.
Cellula vegetale
Cellula animale
Nelle cellule animali avviene per strozzatura della membrana plasmatica.
Nelle cellule vegetali avviene per deposizione di vescicole il cui contenuto formerà la nuova parete cellulare.
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La riproduzione asessuata (o riproduzione vegetativa) avviene per mitosi e produce una prole geneticamente identica al genitore.
Un cactus
Uno lievito
La riproduzione asessuata
Questa cellule di lievito si dividono in modo asessuato per gemmazione.
Il materiale genetico si duplica e il contenuto della cellula si divide in due.
Asessuata
Sessuata
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La riproduzione
La riproduzione
Meiosi
Zigote
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La prole è dotata di un patrimonio genetico provenienti da entrambi i genitori.
Fecondazione
Cellule aploidi
Cellula diploide
Genera figli geneticamente identici.
La maggior parte di batteri e degli archei si riproduce per scissione binaria.
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3-La riproduzione Sessuata - Le cellule diploidi
La riproduzione sessuata produce organismi che non sono geneticamente identici ai genitori e sfrutta la meiosi per ottenere cellule aploidi dette gameti.
cellule diploidi (2n)
cellule aploidi (n)
mitosi
Cellule somatiche
Cellule germinali
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Cellule diploidi
La riproduzione
Meiosi
Cellule aploidi (gameti)
Cellule diploidi
46
46
Il nucleo si divide due volte (meiosi I e meiosi II) ma il DNA si duplica una volta sola.
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La riproduzione Sessuata - Le cellule diploidi
La meiosi comporta due divisioni successive (meiosi I e meiosi II) che dimezzano il numero di cromosomi, generando quattro gameti aploidi geneticamente diversi tra loro e dalla cellula madre.
meiosi I
meiosi II
meiosi I
meiosi II
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In un organismo che si riproduce per via asessuata, i membri di una popolazione sono di solito molto simili tra loro; un singolo cambiamento nell’ambiente può sterminare l’intera popolazione (adatta in un ambiente che non muta mai).
La riproduzione sessuata fornisce variabilità genetica che aumenta la possibilità di sopravvivenza di qualche membro della popolazione in un ambiente che cambia.
La riproduzione sessuata
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Le cellule somatiche animali sono diploidi (2n), ovvero contengono ciascuna una doppia coppia di cromosomi omologhi.
La meiosi
Le cellule coinvolte nella riproduzione sessuata sono invece cellule aploidi (n), contengono cioè solo una serie di cromosomi anziché due. Queste cellule aploidi, chiamate gameti, sono le cellule sessuali che si uniscono a formare un nuovo individuo.
B
A
d
b
A
d
I cromosomi omologhi hanno lo stesso aspetto e la stessa sequenza di geni
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La meiosi
b
A
d
B
A
d
f
E
G
F
E
g
B
A
d
b
A
d
f
E
G
F
E
g
Zigote
Fecondazione
Cellule aploidi
(n)
Cellula diploide
(2n)
La cellula contiene 2 coppie di cromosomi
Cromosomi omologhi
Lo zigote è la prima cellula diploide di un nuovo organismo.
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La fecondazione unisce i nuclei dei gameti dei due genitori per formare una nuova cellula, lo zigote diploide (2n), che è la prima cellula di un nuovo organismo. Lo zigote comincia a divedersi per mitosi appena dopo la sua formazione.
La formazione dei gameti avviene per meiosi, che compie due divisioni successive.
La meiosi
30
Ogni evento meiotico comprende due divisioni nucleari:
�
che riducono il numero di cromosomi da diploide (2n) ad aploide (n); il nucleo si divide due volte ma il DNA si duplica una volta sola.
Alla fine di questo processo si generano quattro cellule figlie chiamate gameti.
La meiosi
31
La meiosi
Profase II
Metafase II
Anafase II
Quatto cellule figlie (ognuna n)
Telofase II
Cellula parentale (2n)
Profase I
Metafase I
Anafase I
Telefase I
Divisione dei cromatidi omologhi
Divisione dei cromatidi fratelli
Mitosi e meiosi a confronto Meiosi
1. Fra i cromosomi omologhi si verificano l’appaiamento e il crossing over.
2. Le coppie di omologhi si dispongono sulla piastra metafasica.
3. I centromeri non si separano; i cromatidi fratelli restano uniti durante l’anafase I; gli omologhi si separano; il DNA non si replica prima della profase II.
4. Al Termine della telofase I, I cromatidi omologhi si sono separati.
Il corredo cromosomico è aploide.
1. Non c’è l’appaiamento degli omologhi.
2. I singoli cromosomi si allineano lungo la piastra metafasica.
3. I centromeri si separano. I cromatidi fratelli si separano durante anafase diventando i cromosomi figli.
4. Al termine della telofase, il corredo cromosomico è sempre diploide.
5. La mitosi garantisce la stabilità genetica. Il nucleo parentale dà origine a due nuclei figli, geneticamente identici.
5. La meiosi produce 4 cellule figlie aploidi, geneticamente diverse tra loro. Quindi la meiosi è un processo che genera diversità genetica.
Quattro cellule figlie (ognuna è n)
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Il crossing-over
Durante la profase I, lo scambio di DNA mediante crossing-over dà origine a cromosomi geneticamente diversi, e quindi a nuove combinazioni del materiale genetico nei cromatidi ricombinanti.
I cromosomi omologhi si appaiano (sinapsi) formando una struttura chiamata tetrade. In corrispondenza dei chiasmi avviene il crossing-over.
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La meiosi
Chiasma
(sito del crossing-over)
Meiosi I
Meiosi II
Meiosi II
Parentale
Ricombinate
Parentale
Ricombinate
Gameti (n=1)
Coppia di cromosomi omologhi
Cromatidi fratelli
Cellula diploide (2n=2) in profase I
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Mitosi e meiosi a confronto
Alla fine della mitosi le due cellule figlie hanno lo stesso numero di coppie di cromosomi omologhi della cellula madre.
Alla fine della meiosi le quattro cellule figlie contengono la metà del corredo cromosomico della cellula madre.
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4-Il cariotipo
Il cariotipo è una mappa in cui i cromosomi di una cellula sono disposti secondo le loro dimensioni.
Una cellula umana contiene 23 coppie di cromosomi.
Il cariotipo umano femminile
I cromosomi da 1 al 22 sono autosomi, cioè cromosomi simili in entrambi i sessi.
I cromosomi X e Y sono eterosomi, cioè determinano se un individuo è maschio o femmina.
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Le cellule diploidi
La maggior parte delle coppie è costituita da cromosomi omologhi (fanno eccezione i cromosomi X e Y), ossia cromosomi che hanno lo stesso aspetto e la stessa sequenza di geni.
Cromosomi omologhi
Cromosoma paterno
Cromosoma materno
I due Cromosomi omologhi contengono le stesse informazioni.
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Le cellule diploidi
I cromosomi omologhi non sono però identici. I due omologhi differiscono nella combinazione degli alleli (versione diversa di uno stesso gene) presenti sul cromosoma.
Su questi cromosomi omologhi, entrambi gli alleli del gene A sono uguali, cosi come quelli del gene d. Gli alleli del gene B sono diversi (B,b).
cromosomi omologhi, dopo la duplicazione.
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L’importanza della variabilità
La meiosi è fonte di variabilità intraspecifica grazie alla ricombinazione dei cromatidi durante il crossig-over e all’assortimento indipendente, ossia della distribuzione casuale dei cromosomi omologhi.
La fecondazione è fonte di ulteriore variabilità in quanto permette l’unione di gameti di genitori diversi ciascuno con un differente patrimonio genetico.
Assortimento indipendente
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Gli errori nella meiosi
Meiosi I
Meiosi II
Trisomia
Monosomia
Se si verifica una non disgiunzione durante l’anafase della meiosi I, entrambi gli omologhi migreranno verso lo stesso polo.
Cromosoma in sovrannumero.
Viene mostrata solo una coppia di omologhi.
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Gli errori nella meiosi
Queste mutazioni sono caratterizzate da un numero anomalo di cromosomi.
Possono causare la sindrome di Patau (trisomia 13), la sindrome di Edwads (trisomia 18) o la sindrome di Down (trisomia 21).
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
19 20 21 22
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5- La genetica mendeliana
È possibile prevedere i risultati della meiosi attraverso le leggi della genetica mendeliana.
I caratteri ereditari sono controllati da geni che possono esistere in diverse varianti chiamate alleli. In una cellula diploide ci sono due copie per ciascun allele, che si separano durante la meiosi.
5. Prevedere i risultati della meiosi: la genetica mendeliana
Gregor Mendel studiò la trasmissione dei caratteri ereditari effettuando incroci a partire da linee pure di piante di pisello.
Mendel prese in esame sette caratteri che si presentavano in tratti alternativi (es. seme giallo e seme verde).
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Prevedere i risultati della meiosi: la genetica mendeliana
Incrociando piante di linea pura (semi gialli e semi verdi),
Mendel ottenne una generazione F1 di piante
con semi gialli, che fecondandosi a loro volta
producevano una seconda generazione filiale (F2) che
presentava il 75% di piante con semi gialli e il 25% di
piante con semi verdi.
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Prevedere i risultati della meiosi: la genetica mendeliana
Mendel chiamò dominante il tratto che si manifestava
in tutta la generazione F1 e recessivo il tratto che scompariva nella generazione F1 e ricompariva nella F2.
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Prevedere i risultati della meiosi: la genetica mendeliana
Mendel studio anche la trasmissione contemporanea di due caratteri: forma e colore del seme.
Ottenne una F1 che presentava solo i due tratti dominanti.
Nella F2 ottenne quattro combinazioni di caratteri, in rapporto 9 : 3 : 3 : 1.
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Prevedere i risultati della meiosi: la genetica mendeliana
I caratteri ereditari sono controllati da geni che possono esistere in diverse varianti chiamate alleli.
Pensando agli esperimenti di Mendel possiamo dire che per ogni carattere esistono due alleli: per esempio il gene per il carattere «colore del seme» esiste sotto forma di due alleli, uno per il giallo e uno per il verde.
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la genetica mendeliana
Giallo �Omozigote dominante
G
G
g
g
G
g
Verde
Omozigote recessivo
Giallo
eterozigote
F1
x
Colore dominante
Colore recessivo
Ibrido �di colore giallo
Legge della dominanza; Gli individui ibridi della prima generazione filiale (F1) manifestano solo uno dei tratti presenti nella generazione parentale (P).
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la genetica mendeliana
Giallo
eterozigote
G
G
g
g
G
Giallo
eterozigote
Gameti
G
g
g
G
g
x
G
g
G
g
G
g
F2
Giallo
Giallo
Giallo
Verde
Rapporto 3:1
Legge della segregazione; Un allele dominante manifesta sempre i suoi effetti; un allele recessivo ha invece effetto che rimane mascherato nel caso sia presente un allele dominante.
Prevedere i risultati della meiosi: la genetica mendeliana
Le leggi di Mendel sono tre:
Descrivono i meccanismi di trasmissione dei geni e dei caratteri a essi associati.
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Se i geni sono associati sullo stesso cromosoma non si assortiscono in modo indipendente.
Geni non associati
f
l
L
G
g
g
G
L
l
l
Se i geni non sono sullo stesso cromosoma si assortiscono in modo indipendente.
Geni associati
gameti
L G
L g
l G
l g
gameti
G L
g l
3- La terza legge di Mendel: l’assortimento indipendente
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Legge dell’assortimento indipendente. La legge dell’assortimento indipendente afferma che durante la formazione dei gameti, geni diversi si distribuiscono l’uno indipendentemente dall’altro.
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La genetica mendeliana
Il genotipo è l’insieme degli alleli che costituiscono il patrimonio genetico di un individuo (ed è rappresentato con delle lettere che indicano gli alleli per esempio, ll, LL, LI).
Il fenotipo è la caratteristica fisica osservabile determinata da un genotipo. (per esempio, seme rugoso).
Prevedere i risultati della meiosi: la genetica mendeliana
Gli omozigoti hanno alleli identici per un gene (ll, LL), gli eterozigoti possiedono due alleli diversi (LI).
Per prevedere le combinazioni di alleli risultanti da un incrocio si utilizza il quadrato di Punnet.
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Gameti Maschili
Gameti Femminili
Il quadrato di Punnett
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Generazione parentale (P)
Una pianta omozigote per L (seme liscio) viene incrociata con una pianta omozigote per l (seme rugoso).
| |
| |
L
L
l
l
L l
L l
L l
L l
| |
| |
L
l
L
l
L L
L l
L l
Generazione F1
Generazione F2
Si ottengono piante F1 con genotipo L l e fenotipo «seme liscio».
Le piante F1 producono gameti aploidi e ognuna si autoimpollina.
Dalla combinazione dei gameti si ottengono diversi fenotipi.
I fenotipi del seme compaiono in un rapporto 3:1.
l l
Gameti Femminili
Gameti Maschili
L L
x
l l
L
L
l
l
Gameti
L l
x
L l
L
l
L
l
Gameti
Prevedere i risultati della meiosi: la genetica mendeliana
Per studiare la trasmissione dei caratteri ereditari negli esseri umani si usano gli alberi genealogici.
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Femmina
Mascio
Sano
Eterozigote
(fenotipo sano)
Malato
Per studiare la trasmissione dei caratteri ereditari negli esseri umani si usano gli alberi genealogici.
Analizziamo l’albero genealogico di una famiglia portatrice dell’allele recessivo per l’albinismo.
Le malattie genetiche
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Generazione I
Genitori
Generazione II
Generazione III
Generazione IV
Le malattie genetiche- Ereditarietà recessiva (Albinismo)
Entrambi questi cugini sono eterozigoti.
L’unione può dare origine a figli omozigoti recessivi di fenotipo albino.
Le malattie autosomiche recessive si manifestato solo se un individuo eredita l’allele mutato da entrambi i genitori.
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G. II
Generazione I
Genitori
G. III
Le malattie genetiche - Ereditarietà dominante
Le malattie autosomiche dominanti vengono espresse anche negli eterozigoti e quindi si manifestano si solito a ogni generazione.
Ogni individuo affetto dalla malattia di Huntington possiede un genitore affetto dalla malattia.
La malattia di Huntington è una malattia genetica neurodegenerativa che colpisce la coordinazione muscolare e porta ad un declino cognitivo e a problemi psichiatrici.
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Our lesson is over.
Enjoy your study