Divisione cellulare: note utili sulla divisione cellulare negli animali (2071 parole)

Leggi questo articolo per conoscere il processo di divisione cellulare negli animali!

Una singola cellula aumenta gradualmente di dimensioni e ottiene nutrimento dall'ambiente per diffusione e altri processi fisico-chimici. Quando la cellula è sufficientemente ingrandita, la distanza tra la membrana cellulare e il nucleo è aumentata a tal punto che soffre la nutrizione della cellula per diffusione. Pertanto, la divisione della cellula in due piccole cellule figlie è una necessità biologica per fornire un'alimentazione equa alla cellula.

Cortesia dell'immagine: edupic.net/Images/Mitosis/telophase_3D.png

Lo stimolo per la divisione cellulare deriva dai geni del DNA nucleare che organizza la sintesi delle macro-molecole proteiche attraverso l'RNA. Un composto chimico noto come chalone viene rilevato localmente nel tessuto normale che inibisce la divisione cellulare in un determinato stadio. Quando il tessuto è parzialmente danneggiato, il livello di chalone cade e le cellule si dividono fino a quando non viene ripristinata la normale popolazione cellulare del tessuto.

La divisione cellulare può essere diretta o indiretta.

Divisione diretta (Amitosi):

Il processo è molto rapido, completato in pochi minuti. All'inizio, il nucleo si restringe nel mezzo, quindi si divide, seguito dalla divisione del citoplasma della cellula (Fig 3-1)

Forse la divisione amitotica non ha luogo nelle specie di mammiferi, a meno che le cellule non siano patologiche.

Divisione indiretta:

Presenta due tipi: Mitosi e Meiosi. In entrambi i tipi di divisione cellulare sono coinvolti due processi: cariocinesi o divisione nucleare e citochinesi o divisione citoplasmatica.

Mitosi:

È il metodo più comune di divisione cellulare e si verifica in tutte le cellule somatiche e nelle cellule germinali immature. Le due cellule figlie sono identiche nel numero di cromosomi e nella distribuzione dei geni come nella cellula madre. Quindi la mitosi è chiamata divisione omotipica o equivalente.

Il processo richiede da 1 a 2 _1/2 ore per essere completato. La mitosi può essere simmetrica o asimmetrica. Nella mitosi simmetrica le potenzialità funzionali delle cellule figlie sono simili. Nella mitosi asimmetrica, tuttavia, una cellula figlia è più differenziata rispetto all'altra cellula.

Questa è la base della differenziazione cellulare dalle cellule staminali indifferenti. Prima che la cellula si divida, esiste un periodo noto come interfase in cui i singoli cromosomi non sono visibili perché sono srotolati in strutture molto lunghe e strette in modo che siano inferiori ai limiti di risoluzione del microscopio ottico. Durante l'interfase, il nucleo della cellula possiede un involucro nucleare e contiene una rete di fili o granuli di cromatina e un nucleolo. La replicazione del DNA avviene nei cromosomi. All'esterno dell'involucro nucleare si trovano due centrioli accoppiati nel citofase.

La mitosi coinvolge quattro processi successivi: profase, metafase, anafase e telofase. (Fig. 3-2)

Prophase:

È caratterizzato dalle seguenti caratteristiche

(i) I singoli cromosomi vengono prima visualizzati al microscopio come fili sottili lunghi poiché sono strettamente avvolti lungo l'intera lunghezza. Ogni cromosoma si divide longitudinalmente in due cromatidi tranne il centromero.

(ii) I due centrioli accoppiati sono separati l'uno dall'altro mediante l'allungamento dei microtubuli continui del fuso acromatico e occupano i poli opposti del nucleo. I microtubuli continui sono organizzati dai centrioli.

(iii) Successivamente, la membrana nucleare e il nucleolo scompaiono. I cromosomi sono ora impigliati in un reticolo di microtubuli continui. Questo stadio può essere chiamato pro-metafase. La profase impiega circa 1 _1/2 ore per essere completata.

metafase:

Nel frattempo la regione centromerica di ciascun cromosoma presenta un cinetocore bilaterale simile a un disco. Dai cinetocori viene organizzata una serie di microtubuli cromosomici che si estendono bilateralmente verso i centrioli opposti. La crescita dei microtubuli cromosomici consente ai centromeri dei singoli cromosomi con i loro cromatidi accoppiati di occupare il piano equatoriale del fuso. Questo rappresenta l'immagine classica della formazione degli aster in metafase. La metafase persiste per circa 20 minuti.

La colchicina arresta la divisione cellulare in metafase, perché impedisce la formazione di microtubuli del fuso e si combina organicamente con la proteina tubulina. Nella metafase trattata con colchicina (C-metafase) i cromosomi si trovano ad assemblare attorno ai centrioli. L'applicazione della colchicina nella coltura cellulare è uno strumento importante negli studi sul cariotipo.

anafase:

Qui i centromeri si rovesciano longitudinalmente e i due cromatidi si separano per formare due nuovi cromosomi. Quando le fibre del fuso si contraggono, ogni coppia di cromosomi appena formati si separa e migra verso il polo opposto del fuso. Alla fine si formano due complementi cromosomi identici e completi. La separazione dei cromatidi per formare due nuovi cromosomi avviene mediante la contrazione dei microtubuli cromosomici, che esercitano forze centrifughe sulla regione centromerica dei cromosomi dai centrioli opposti. Simultaneamente, i microtubuli continui dei centrioli opposti si spostano verso l'interno formando il corpo centrale nella regione centrale della cellula divisoria, dove appare il solco di scissione.

telofase:

Questo è un periodo di riorganizzazione. I cromosomi della figlia sono avvolti dalla nuova membrana nucleare e il nucleo riappare. I cromosomi si srotolano e la loro identità individuale viene persa. Infine, il citoplasma si divide e si formano due cellule complete.

Nel processo di citochinesi il solco di scissione si sviluppa attorno al precedente piano equatoriale del fuso acromatico che ora è occupato dal corpo centrale. Forse la contrazione delle componenti fibrillari del citoplasma aiuta nella contrazione delle clessidre del clivaggio. A volte i resti del medio corpo si trovano sotto forma di piccola condensazione citoplasmatica sotto la membrana cellulare di ciascuna cellula figlia dopo completa separazione.

Ciclo cellulare:

Quando cellule dello stesso tipo vengono coltivate in coltura cellulare, si moltiplicano continuamente per mitosi ripetute. Tali cambiamenti ciclici di una cellula, che coinvolgono l'interfase e la mitosi, sono noti come il ciclo cellulare. L'interfase consiste di tre fasi (figura 3-3) -

(a) stadio G ₁ (Gap 1), in cui la cellula entra immediatamente dopo il completamento della mitosi e diventa metabolicamente attiva per sintetizzare enzimi, proteine ​​strutturali e altri organelli;

(b) Fase S (di sintesi), in cui avviene la replicazione del DNA per trasmettere tutte le informazioni genetiche della specie. Questo copre un periodo di circa 7 ore e porta alla formazione di due cromatidi che conferiscono a ciascun cromosoma la caratteristica configurazione a forma di x. Una volta che una cellula entra nello stadio S, si impegna a completare la mitosi;

(c) La fase G ₂ (Gap 2) appare prima dell'inizio della mitosi successiva. L'apparecchio mandrino è sintetizzato in questo stadio.

Alcune cellule del corpo, nel processo di differenziazione per eseguire funzioni specializzate, lasciano il ciclo cellulare e non entrano nello stadio S. Si dice che tali celle siano nello stadio G _O.

Categorie delle cellule del corpo:

Le cellule del corpo rientrano in tre categorie generali.

Categoria 1:

Include quelle cellule del corpo che non riescono a dividersi nella vita post-natale. Le cellule nervose sono l'esempio classico di questa categoria. Con l'avanzare dell'età si riducono progressivamente di numero. Pertanto le cellule nervose non passano attraverso il ciclo cellulare.

Categoria 2:

Alcune delle cellule del corpo specializzate, come l'epitelio intestinale e l'epidermide della pelle, vengono continuamente perse dalla superficie del corpo dall'usura e dalla morte cellulare. Per ricostituire la perdita, nuove cellule dello stesso tipo vengono continuamente riprodotte dalla mitosi da alcune cellule staminali o cellule precursori. Così nella seconda categoria si mantiene uno stato stazionario di popolazione cellulare mediante un processo di turn over delle cellule.

Categoria 3:

Alcune delle cellule del corpo appartenenti a questa categoria sono altamente specializzate e di solito non si dividono. Possiedono una lunga durata della vita. Le cellule epatiche sono esempi di questa categoria. Quando vengono rimossi due terzi del fegato, le cellule epatiche specializzate subiscono la mitosi in condizioni alterate fino al ripristino del volume originale del fegato.

Meiosi:

La meiosi è il processo di divisione cellulare che produce cellule figlia aploidi da una cellula madre diploide. Si chiama divisione eterotipica e si verifica solo nelle cellule sessuali durante la maturazione dei gameti. Consiste di due divisioni consecutive (figura 3-4)

Prima Divisione Meiotica

Prophase:

È prolungato e consiste nelle seguenti cinque fasi:

leptotene:

I singoli cromosomi sono visibili in quanto lunghi filamenti sottili e caratteristici cromosomi con perline compaiono lungo la loro lunghezza. Un'estremità di ciascun cromosoma è attaccata alla membrana nucleare.

zigotene:

I cromosomi omologhi sono disposti in coppie nel senso della lunghezza, stabilendo una relazione punto-punto. Questo processo è noto come sinapsi. Un membro della coppia è materno e l'altro membro è di origine paterna.

pachytene:

Ogni cromosoma si divide longitudinalmente in due cromatidi tranne il centromero. Quindi quattro cromatidi sono assemblati in luoghi. Questo fenomeno è noto come la formazione dei tetradi. Durante il processo di profase i cromosomi subiscono spirale lungo
la loro lunghezza; in tal modo vengono progressivamente accorciati e addensati.

diplotene:

Durante questa fase, i cromatidi non fratelli di una tetrade si incrociano in uno o più punti che formano il chioma. Al punto di incrociare i cromatidi si rompono con l'aiuto di un enzima endonucleasi e quindi si uniscono con un segmento di cromatidi non fratelli di cromosomi omologhi, catalizzati da un altro enzima, la ligasi. Questo fenomeno è noto come cross-over. Il cross-over consente un continuo rimescolamento dei geni, in modo che possano avvenire nuove combinazioni a volte vantaggiose. Questo costituisce la base strutturale della diversità ereditaria tra individui provenienti dalla stessa parentela.

diacinesi:

Ora i centromeri omologhi si separano e i cromosomi sono separati dopo lo srotolamento. Nel frattempo scompaiono la membrana nucleare e il nucleolo.

Metafase I:

Dopo l'incrocio, le coppie omologhe di cromosomi si allineano sul piano equatoriale del fuso.

Anaphase I:

I centomeri non si dividono e le coppie omologhe di cromosomi si separano l'una dall'altra e migrano verso i poli opposti del fuso che trasporta la loro coppia di cromatidi.

Telophase I:

(i) Ciascuna delle due cellule figlie presenta metà del numero originale di cromosomi (aploide). La prima divisione meiotica viene a volte indicata come una divisione di riduzione;

(ii) Esiste una ridistribuzione del materiale genetico a causa del crossover.

Seconda Divisione Meiotica:

Ciascuna delle cellule figlie della prima divisione entra direttamente in Metaphase II, ei cromosomi si allineano nei nuovi piani equatoriali del fuso. La replicazione del DNA non ha luogo tra la prima e la seconda divisione meiotica.

Anaphase II:

I centromeri si dividono e i cromatidi si separano per formare nuovi cromosomi che migrano verso i poli opposti del fuso.

Telophase II:

Quattro gameti sono formati dalle due cellule della prima divisione meiotica, ciascuna con numero aploide di cromosomi. Questo è associato alla sintesi di un filamento polinucleotidico per ripristinare il tipico modello a doppia elica della molecola di DNA. La seconda divisione meiotica è una divisione equivalente del primo già ridotto.

Peculiarità nella meiosi:

(a) A differenza della mitosi, l'apparizione dei cromosomi e l'associazione dei cromosomi omologhi nella forma della sinapsi sono osservati nella prima fase della prima divisione meiotica.

(b) L'attraversamento di segmenti omologhi tra i quattro cromatidi, in fase avanzata, è una novità. L'attraversamento consente un continuo rimescolamento dei geni in modo che possano verificarsi combinazioni nuove e talvolta vantaggiose.

(c) In Anafase I, i centromeri non si dividono, e questo culmina nella divisione di riduzione della prima meiosi con il numero aploide di cromosomi.

(d) In Anafase II, i centromeri si dividono e questo mantiene il numero aploide dei cromosomi. Quattro cellule aploidi sono formate da una cellula grandipolare dipliod. Questi prodotti meiotici vengono poi trasformati in gameti funzionali, spermatozoi e ovuli,

(e) La divisione della riduzione nella meiosi è una necessità, perché quando l'ovulo viene fecondato dallo spermatozoo, lo zigote risultante presenta il numero diploide dei cromosomi, che è costante per la specie.

(f) Nell'oogenesi, la meiosi I inizia nell'oocita primario nella vita intrauterina e si completa prima dell'ovulazione. Dopo l'ovulazione l'ovocita secondario completa la meiosi II per formare un uovo maturo, solo quando avviene la fecondazione. Questo è solo un esempio nell'umanità in cui il completamento della Meiosi I richiede dai 15 ai 45 anni per essere completato. Tale periodo prolungato di meiosi nella donna anziana potrebbe essere un fattore di non disgiunzione nella gametogenesi.

Un ovocita primario (diploide) di solito dà origine a un ovulo maturo (aploide) dopo due divisioni consecutive. Le altre cellule figlie aploidi da due o tre corpi polari che sono biologicamente inerti perché possiedono una quantità minima di citoplasma.

(g) La spermatogenesi ha luogo alla pubertà e uno spermatocita primario (diploide) dà origine a quattro spermatozoi aploidi attivi dopo due divisioni meiotiche consecutive.

(h) Le principali caratteristiche della meiosi sono:

io. Non esiste alcuna replicazione del DNA tra Meiosis I e Meiosis II.

ii. Lo scambio di materiali genetici tra cromosomi omologhi avviene in Meiosi I.

iii. L'intero processo di meiosi può richiedere anni, anziché ore.