La continuità della vita: la respirazione cellulare

La continuità della vita: la respirazione cellulare:

La maggior parte cellula - STRUTTURA DELLE CELLULE EUCARIOTE" class="text">delle cellule si duplicano seguendo il processo seguente, chiamato divisione cellulare:

La duplicazione del DNA;

La sua distribuzione in due nuclei li;

La divisione della cellula in due parti.

Ciascuna delle due cellule lie ereditano dalla madre la metà del suo citoplasma e lo stesso DNA.

Il ciclo cellulare è la sequenza di eventi compresa tra due divisioni cellulari successive.

Il ciclo vitale è la sequenza di eventi nella vita di un organismo da una generazione a quella successiva.

Negli organismi unicellulari, il ciclo cellulare coincide con il ciclo vitale.

Negli organismi pluricellulari, il ciclo cellulare costituisce una parte dee ciclo vitale: gli organismi pluricellulari  iniziano il ciclo vitale come un uovo fecondato, e ripetute divisioni cellulari danno origine a migliaia di miliardi di cellule che formano l'organismo adulto. Durante il ciclo viale, molti organismo pluricellulari danno origine a un uovo fecondato, mediante la riproduzione sessuale.

La divisione cellulare degli organi riproduttori si chiama meiosi.

Quando uno spermatozoo feconda una cellula uovo, incomincia il ciclo vitale di un nuovo organismo.

I fondamenti della divisione cellulare:

Dopo la riproduzione cellulare, la prole deve ereditare di due requisiti indispensabili per poter vivere:

l'informazione ereditaria necessaria per dirigere i processi vitali;

altri materiali indispensabili al nuovo individuo per sopravvivere e utilizzare l'informazione ereditaria.

Con la divisione cellulare, a ciascuna cellula lia vengono trasmessi il corredo completo dell'informazione ereditaria e i materiali che si trovano nel citoplasma:

In tutte le cellule viventi, l'informazione ereditaria è contenuta nel DNA, che consiste di una lunga catena di nucleotidi, i geni. Questi portano le informazioni per la sintesi di enzimi e altre proteine necessarie per costruire una cellula e sostenerne le attività metaboliche.

Una cellula, per sopravvivere, deve possedere una serie completa di istruzioni genetiche, pertanto, nella sua riproduzione, non puô essere scissa in due parti, da dare a ciascuna cellula lia. Al contrario, deve duplicare il proprio DNA e fornire le molecole necessarie per leggere le istruzioni genetiche.

Invece, tutti gli organuli, le sostanze nutritive, gli enzimi ed altre molecole non vengono duplicati ma vengono spartiti tra le cellule lie, poiché non possono essere sintetizzati ex novo.

Le attività di una cellula tra due divisioni cellulari successive formano il ciclo cellulare:

Il ciclo cellulare:

Le cellule appena formate si riforniscono di sostanze nutritive dall'ambiente, sintetizzano un ulteriore quantità di materiali propri e si accrescono;

La cellula si divide dopo un periodo di tempo.

Questa descrizione generica vale sia per le cellule procarioti che per quelle eucarioti.

Confronto tra i cromosomi nei procarioti e negli eucarioti:

Il DNA di tutte le cellule viventi è racchiuso nei cromosomi.

In una cellula procarioti, il DNA è contenuto in un unico cromosoma circolare attaccato in un punto alla membrana plasmatica. In una cellula eucariote, invece, il DNA è associato a un numero scarso di proteine.

Ecco le differenze tra cellule procarioti e cellule eucarioti:

Le cellule eucarioti hanno una maggiore quantità di DNA rispetto a quelle procarioti;

Le cellule eucarioti distribuiscono il DNA e le proteine tra molti cromosomi, invece che in un unico cromosoma come quelle procarioti;

I cromosomi eucarioti sono contenuti nel nucleo cellulare, mentre il cromosoma procariote è contenuto nel nucleo cellulare.

Il ciclo della cellula procariote:

Il ciclo cellulare degli organismo procarioti si svolge velocemente. Per la maggior parte del ciclo, la cellula assorbe sostanze nutritive dall'ambiente esterno, si accresce e duplica il suo proprio DNA. Dopo la duplicazione, la cellula si divide. Avendo un solo cromosoma ed essendo priva di nucleo, la cellula batterica ridivide per scissione binaria. Questo processo è suddiviso in cinque fasi:

Prima della duplicazione del DNA, il cromosoma si attacca a un punto della membrana plasmatica;

Il cromosoma si duplica, danno origine a una coppia di cromosomi identici che si attaccano a due punti vicini della membrana plasmatica;

La cellula si divide e una membrana plasmatica si inserisce tra i due punti di attacco, allontanando i due cromosomi;

Mentre i cromosomi si spostano verso le estremità opposte della cellula , la membrana plasmatica che circonda la regione mediana della cellula si approfondisce verso l'interno;

Alla fine, si formano due nuove cellule lie.

Il cromosoma eucariote:

Il cromosoma eucarioti è formato da un'unica molecola di DNA associata a proteine dette istoni:

Il materiale presente nel nucleo, chiamato cromatina e le strutture filamentose scure che si formano durante la divisione cellulare al posto del nucleo, chiamate cromosomi, sono in realtà lo stesso materiale in differenti stadi di condensazione.

Un cromosoma eucariote è una lunga molecola di DNA unita in un complesso con proteine chiamate istoni.

Durante l'interfase, intervallo di tempo tra una divisione e l'altra, la cellula deve poter leggere l'informazione contenuta nei cromosomi, operazione che puô avvenire solo se il filamento di cromatina è disteso, e non avvolto su se stesso.

Durante la mitosi invece, i cromosomi devono spostarsi nei nuclei li, e i cromosomi risultano più facilmente trasportabili se avvolti.

Nella maggior parte dei casi, i cromosomi sono costituiti da due bracci che si protendono dal centromero. Nell'interfase i cromosomi si duplicano ma rimangono attaccati al centromero. Le due coppie prendono il nome di cromatidi fratelli.

I cromosomi eucarioti si presentano spesso in coppie contenenti informazioni genetiche simili:

Quando sono condensati, i cromosomi assumono forme, dimensioni e colorazioni caratteristiche per ogni specie. Nelle cellule non impiegate dalla riproduzione (cellule somatiche), ne sono presenti molti. In ogni coppia di cromosomi con stesse dimensioni e colorazioni sono contenute sequenze di geni morfologicamente simili. I membri di una coppia sono detti omologhi.

I cromosomi sono raggruppati in due serie omologhe, che costituiscono il corredo cromosomico diploide.

Le cellule dotate di coppie di cromosomi omologhi sono definite diploidi. (i 46 cromosomi delle cellule umane somatiche sono presenti come 23 coppie di omologhi)

Gli organismi poliploidi hanno per ciascun tipo di cromosoma un numero di omologhi superiore a 2.

Il numero dei differenti tipi di cromosomi è chiamato numero apolide, e viene designato con n (negli esseri umani n=23).

Negli organismi a riproduzione sessuale vengono prodotte cellule che hanno soltanto un membro di ciascuna coppia di cromosomi omologhi. Queste cellule sono chiamate apolidi, oppure gameti. Si distinguono in cellule uovo, prodotte da individui femminili e spermatozoi, prodotti da individui maschili. Quando i gameti maschili si fondono con quelli femminili formano una cellula diploide, lo zigote (uovo fecondato).

Il ciclo cellulare negli eucarioti

Il ciclo cellulare nelle cellule eucarioti consiste in due fasi principali:

l'interfase, ciò il periodo tra due divisioni cellulari;

la divisione cellulare, che è costruita da mitosi e citodieresi

L'accrescimento, la duplicazione dei cromosomi e la maggior parte delle attività della cellula si verificano durante l'interfase

Durante l'interfase la cellula si sviluppa in diverse fasi:

G₁: la cellula preleva sostanze nutritive dall'ambiente, svolge le sue funzioni caratteristiche e si accresce;

S: si verifica la sintesi del DNA, e inizia il processo di duplicazione dei cromosomi;

G₂: la cellule sintetizzano molecole diverse dal DNA necessarie alla divisione cellulare.

La divisione cellulare comprende la divisione del nucleo (mitosi) e quella del citoplasma (citodieresi)

Nella mitosi copie identiche di DNA vengono racchiuse in nuovi nuclei.

Nella citodieresi il citoplasma si ripartisce in due cellule lie , ciascuna delle quali riceve uno dei nuclei neoformati e la stessa quantità di citoplasma dell'altra.

La mitosi

La mitosi si divide in quattro fasi: la profase, la metafase, l'anafase e la telofase.

Nella profase: i cromosomi si spiralizzano, si condensano e se il nucleo; si forma il fuso mitotico per aggregazione di microtuboli costituiti da una proteina, la tubulina;i cetrioli si duplicano e le due coppie si dispongono ai poli opposti della regione nucleare; i cromosomi si dispongono al centro.

Nella metafase: i microtuboli del fuso contribuiscono ad allineare i cromosomi lungo il piano equatoriale della cellula

Nella anafase: il centromero di ciascun cromosoma si divide e i cromatidi fratelli si separano e migrano lungo i microtuboli del fuso verso i poli opposti della cellula.

Nella telofase: quando i cromosomi raggiungono i poli del fuso, il fuso si dissolve, si forma una membrana nucleare attorno a ciascun nuovo nucleo e i cromosomi stessi ritornano sottili e distesi.

(Inoltre la riproduzione per mitosi costituisce la base per la riproduzione asessuata negli eucarioti)

La citodieresi

La citodieresi, alla fine della telofase, ripartisce il citoplasma in due metà uguali contenenti un nucleo ciascuna.

Nelle cellule animali la membrana plasmatica viene "strozzata" da alcuni filamenti ad anello di proteine.

Nelle cellule vegetali la parete cellulare rigida impedisce alla cellula di dividersi in due. L'apparato di Golgi produce vescicole che si allineano all'equatore, tra i due nuclei. Queste due vescicole poi si fondono, formando una struttura concava, la placca (o piastra cellulare. La placca cellulare forma la nuova membrana plasmatica.