Divisione cellulare

Il ciclo cellulare si riferisce alla sequenza di eventi durante la vita tipica di una cellula, che coinvolge la crescita, la replicazione del DNA e la preparazione per la divisione cellulare. Per gli organismi che si riproducono sessualmente, la vita inizia come uno zigote, un uovo fecondato. Nel corso del tempo, quella singola cellula originale cresce e si divide in modo controllato per produrre un individuo complesso e multicellulare. Le cellule continuano questo processo, soprattutto per mantenere e riparare i tessuti durante l'invecchiamento.

Ora diamo un'occhiata più da vicino. Negli eucarioti, il DNA a doppio filamento è appositamente organizzato all'interno di un nucleo legato alla membrana per accogliere lo spazio limitato della cellula. Al primo livello di compattazione, il DNA è avvolto strettamente attorno a proteine specifiche chiamate istoni. Questa combinazione di particelle proteiche di DNA viene quindi ripetuta e impacchettata in array noti come nucleosomi, che, insieme al DNA linker, formano fibre di cromatina a spirale. Infine, altre proteine fibrose compattano ulteriormente la cromatina, impacchettando lunghi tratti di DNA in unità strettamente condensate. Riconosciuti come cromosomi, a seconda della fase di divisione cellulare.

Per prepararsi alla divisione, le cellule devono passare attraverso l'interfase, che è divisa in tre fasi. G1, S e G2. In G1, la prima fase di gap, una cellula figlia appena generata cresce di dimensioni e si prepara per la duplicazione del DNA nella fase successiva. Ora in S, la fase di sintesi, le cellule duplicano il loro DNA nucleare, che rimane impacchettato come cromatina. Le cellule duplicano anche i centrosomi, le strutture organizzative dei microtubuli che formano l'apparato del fuso mitotico. Infine, in G2, la seconda fase di gap, le cellule continuano a crescere, moltiplicare gli organelli e le proteine necessarie per la mitosi e ricostituire le loro riserve di energia. La cellula è ora pronta per entrare nel primo stadio della mitosi.

Composta da cinque stadi unici, la mitosi è una forma di divisione in cui il materiale genetico di una cellula viene suddiviso tra due cellule figlie. Per la prima volta durante la profase nell'uomo, la cromatina nucleica si condensa in cromosomi a forma di X, composti da coppie di cromatidi fratelli attaccati alle giunzioni del centromero. Contemporaneamente al di fuori del nucleo, i centrosomi migrano verso i lati opposti della cellula. Mentre lo fanno, i bastoncelli dei microtubuli iniziano a crescere da ciascuno. Sia verso l'interno che verso l'esterno della cella, formando un apparato fusiforme simile a una ragnatela. Successivamente, l'involucro nucleare si dissolve durante la prometafase, esponendo i cromosomi agli altri contenuti della cellula. Le strutture proteiche compaiono anche su entrambi i lati dei centromeri, una per ogni cromatide. Una volta che questi cinetocori si formano, i microtubuli interni che si estendono si fissano ad essi, con ogni cromatide fratello legato a un polo diverso.

La

mitosi progredisce quindi verso la metafase, in cui l'apparato del fuso riorganizza i cromosomi in modo che siano orientati in modo simile in una fila fissa lungo l'equatore della cellula. Durante l'anafase, i microtubuli fissati con il cinetocoro si accorciano. E i cromatidi fratelli, ora indicati individualmente come cromosomi, vengono trascinati via. Queste e altre dinamiche dei microtubuli allungano anche la cellula. Infine, i cromosomi atterrano ai lati opposti della cellula durante la telofase. E l'apparato del fuso si scioglie. Il materiale genetico si allenta e sorgono due involucri nucleari, uno attorno a ciascun set di cromosomi. Durante la telofase, un processo distinto, tecnicamente non uno stadio della mitosi, chiamato citochinesi, divide anche la cellula. Pertanto, il risultato finale della mitosi è una coppia di cellule geneticamente identica al loro precursore.

Sfortunatamente, le mutazioni possono causare danni ai geni che controllano la regolazione del ciclo cellulare, il che porta alla divisione cellulare che procede incontrollata. In questo caso, ogni successiva divisione cellulare produce cellule figlie con ancora più danni... e la regolazione difettosa della crescita alla fine porta alla formazione di masse cellulari chiamate tumori.

In questo laboratorio, esaminerai le diverse fasi della mitosi utilizzando le cellule della punta della radice di cipolla. E poi esaminare cosa succede quando si perde il controllo del ciclo cellulare.