Controllo del ciclo cellulare e morte della cellula - Le 4 fasi del ciclo cellulare, Un sistema centrale di controllo innesca i processi più im

Controllo del ciclo cellulare e morte della cellula

Il ciclo cellulare ha come compito fondamentale la duplicazione accurata della gran massa di DNA contenuto nei cromosomi e la distribuzione precisa delle due copie in due cellule lie geneticamente identiche. La durata del ciclo varia da un tipo di cellula all'altro; prenderemo in considerazione la sequenza di eventi propria di una cellula di mammifero che si divide piuttosto spesso, con un ciclo che dura circa 24 ore.

Le 4 fasi del ciclo cellulare

Il ciclo della cellula eucaristica si divide in 4 fasi. Gli eventi più impressionanti del ciclo sono la MITOSI (divisione del nucleo) e la CITOCHINESI (separazione in due cellule lie); i due processi assieme costituiscono la FASE M del ciclo cellulare. Esso richiede un tempo di circa un'ora, che è un tempo molto piccolo se consideriamola durata totale del ciclo cellulare. Il periodo  tra una fase M e l'altra è detto INTERFASE, al microscopio appare come un intervallo in cui non succede niente, a parte che la cellula cresce di dimensioni. Nonostante le ingannevoli apparenze, l'interfase è un periodo di intensa attività cellulare, che comprende le 3 restanti fasi del ciclo: durante la FASE S (S sta per sintesi), la cellula replica il suo DNA nucleare, processo indispensabile perché la divisione avvenga. La fase S è preceduta e seguita da due fasi in cui la cellula continua a crescere. La FASE G₁ (G da gap: intervallo) è l'intervallo compreso tra il completamento della fase M e l'inizio della fase S. La FASE G₂ è l'intervallo tra la fine della fase S e l'inizio della fase M. Durante le fasi G la cellula effettua un "monitoraggio dell'ambiente interno ed esterno" per accertarsi che le condizioni siano adatte e i preparativi terminati prima di impegnarsi nel pesante compito della fase S e delle mitosi. In particolari punti di G₁ e G₂ la cellula decide dunque se procedere nella fase successiva o attendere. Durante tutta l'interfase la cellula continua a trascrivere geni, sintetizzare proteine ed incrementare la sua massa; nel loro insieme le fasi G₁ e G₂ concedono altro tempo per la crescita cellulare e la duplicazione degli orfanelli citoplasmatici: se l'interfase durasse solo quanto basta per al replicazione del DNA, la cellula non farebbe in tempo a duplicare il suo volume prima di dividersi, diventando così sempre più piccola ad ogni ciclo terminato (in alcuni casi può succedere).

Un sistema centrale di controllo innesca i processi più importanti del ciclo

Una centralina di controllo fa partire le varie operazioni in un ordine prestabilito; i processi in corso regolano a loro volta la centralina stessa in certi punti critici del ciclo. Gli eventi devono avvenire in una certa sequenza che va mantenuta, anche se una delle fasi si protrae oltre il previsto. Tutto il DNA nucleare si deve duplicare prima che il nucleo cominci a dividersi; questo significa che un'intera fare S deve precedere la fase M. Se la sintesi del DNA rallenta o si arresta, saranno rimandate anche la mitosi e la citochinesi. Allo stesso modo, se il DNA è danneggiato, il ciclo deve fermarsi in G₁ o G₂, in modo che la cellula possa riparare i danni. Il sistema di controllo provvede a tutto ciò attraverso dei "freni molecolari" capaci di arrestare il ciclo stesso a vari posti di blocco, detti punti di controllo. Il sistema non innesca lo scatto successivo a meno che la cellula non sia pronta. In G₁ e G₂ ci sono dei punti di controllo importanti: il punto in G₁ serve alla cellula per avere conferma che l'ambiente sia favorevole alla proliferazione cellulare e che il suo DNA sia in buone condizioni, prima di entrare in fase S. se le condizioni fuori dalla cellula non sono favorevoli, le cellule possono sospendere temporaneamente l'avanzamento in G₁ verso S o entrare persino in uno stato di quiescenza specifico, noto come G₀ (G zero). Molte cellule, come quelle nervose e quelle del muscolo scheletrico, restano in G₀ per tutta la vita di un individuo. Il punto di controllo in G₂ garantisce che la cellula non entri in mitosi finché non abbia riparato eventuali danni al DNA e non abbia completato la replicazione.

Il sistema di controllo del ciclo

Due tipi di apparati sono implicati nella divisione cellulare; un tipo fabbrica i nuovi componente della cellula in crescita un altro li trasferisce nella sede appropriata o li distribuisce correttamente quando avviene la divisione in due. Molto importante è la centrale di controllo di tutti questi apparati, che li "accende" e li "spegne" al momento giusto e ne coordinale attività verso l'obiettivo finale. Questa centrale di controllo è chiamata sistema di controllo del ciclo cellulare, la quale assicura la progressione del ciclo.

Importanza della proteina Chinasi nel ciclo

Il sistema di controllo del ciclo cellulare governa gli apparati attivando e disattivando proteine e complessi proteici chiave, che innescano o regolano la replicazione del DNA, la mitosi e la citochinesi. La fosforilazione seguita da defosforilazione è uno degli strumenti che la cellula impiega più spesso per modificare li stato delle sue proteine e il sistema di controllo del ciclo ne fa ripetutamente uso. Le reazioni di fosforilazione (che regolano il ciclo cellulare) sono catalizzate da un gruppo di proteine chinasi, enzimi che catalizzano il trasferimento di un gruppo fosfato dall'ATP ad una particolare catena laterale della proteina bersaglio. Gli effetti della fosforilazione sono reversibili dato che il fosfato può essere rimosso (defosforilazione), reazione catalizzata da un altro gruppo di enzimi, le proteine fosfatasi. Nelle cellule proliferanti, proteine chinasi principali del sistema di controllo del ciclo, sono presenti in tutte le fasi; esse, però, vengono attivate solo in momenti ben definiti del ciclo, per poi essere disattivate rapidamente. Per esempio alcune proteine chinasi entrano in attività alla fine della fase G1 e inducono la cellula a entrare in fase S; un'altra si attiva subito prima della fase M e induce la cellula ad entrare in mitosi. L'accensione e lo spegnimento di queste chinasi al momento opportuno dipende da un secondo gruppo di proteine: le Ciclone. Esse non hanno attività enzimatica propria ma legandosi, rendono attivabili le chinasi del ciclo cellulare. Per questo nell'ambiente del sistema di controllo si parla di PROTEINE CHINASI CICLINA DIPENDENTI o CDK.

La morte cellulare programmata: Apoptosi

In un organismo pluricellulare le cellule fanno parte di una comunità altamente organizzata. In questa comunità il numero delle cellule è regolato rigidamente, non solo controllando la divisione cellulare, ma anche controllando il tasso di morte cellulare. Se non sono più necessarie, le cellule si suicidano, attivando un programma intracellulare per il proprio decesso. Questo evento prende il nome di MORTE CELLULARE PROGRAMMATA, o più spesso APOPTOSI. Sia nei tessuti in sviluppo sia in quelli adulti l'entità del fenomeno della morte programmata è impressionante. Per esempio, nel sistema nervoso di un vertebrato in sviluppo altre la metà delle cellule nervose prodotte muoiono appena formate o quasi. In una persona adulta sana muoiono miliardi di cellule nel midollo osseo e nell'intestino. A cosa serve una strage così massiccia? In alcuni casi è per ragione di necessità; le zampe di un topino, così come le nostre mani o i nostri piedi, sono scolpiti dall'apoptosi durante lo sviluppo embrionale: nascono come appendici a forma di spatola e si modellano solo se muoiono le cellule tra un dito e l'altro. Quando alla metamorfosi di un girino diventa una rana, le cellule della coda muoiono e questa sparisce perché alla rana adulta non serve.