Ogni cellula inizia la sua vita quando si separa dalla cellula madre e termina la sua esistenza, permettendo alle sue cellule figlie di apparire. La natura fornisce più di un modo per dividere il loro nucleo, a seconda della loro struttura.
Metodi di divisione cellulare
La divisione nucleare dipende dal tipo di cellula:
- Fissione binaria (trovata nei procarioti).
- Amitosi (divisione diretta).
- Mitosi (trovata negli eucarioti).
- Meiosi (progettata per la divisione delle cellule germinali).
I tipi di divisione nucleare sono determinati dalla natura e corrispondono alla struttura della cellula e alla funzione che svolge nel macroorganismo o da sola.
Fissione binaria
Questo tipo è più comune nelle cellule procariotiche. Consiste nel raddoppiare la molecola circolare del DNA. La fissione binaria del nucleo è chiamata così perché dalla cellula madre compaiono due cellule figlie di dimensioni identiche.
Dopo che il materiale genetico (DNA o molecola di RNA) è stato preparato in modo appropriato, cioè raddoppiato, dalla parete cellulare iniziasi forma un setto trasversale, che gradualmente si restringe e divide il citoplasma della cellula in due parti approssimativamente identiche.
Il secondo processo di fissione è chiamato gemmazione, o fissione binaria irregolare. In questo caso, appare una sporgenza sul sito della parete cellulare, che cresce gradualmente. Dopo che le dimensioni del "rene" e della cellula madre sono uguali, si separeranno. E una sezione della parete cellulare viene sintetizzata di nuovo.
Amitosi
Questa divisione nucleare è simile a quella sopra descritta, con la differenza che non c'è duplicazione di materiale genetico. Questo metodo è stato descritto per la prima volta dal biologo Remak. Questo fenomeno si verifica nelle cellule patologicamente alterate (degenerazione del tumore) ed è anche una norma fisiologica per il tessuto epatico, la cartilagine e la cornea.
Il processo di divisione nucleare è chiamato amitosi, perché la cellula conserva le sue funzioni e non le perde, come durante la mitosi. Questo spiega le proprietà patologiche inerenti alle cellule con questo metodo di divisione. Inoltre, la divisione nucleare diretta avviene senza un fuso di fissione, quindi la cromatina nelle cellule figlie è distribuita in modo non uniforme. Successivamente, tali cellule non possono utilizzare il ciclo mitotico. A volte, l'amitosi provoca la formazione di cellule multinucleate.
Mitosi
Questa è una fissione nucleare indiretta. Si trova più comunemente nelle cellule eucariotiche. La principale differenza tra questo processo è che le cellule figlie e la cellula madre contengono lo stesso numero di cromosomi. In tal modoil numero richiesto di cellule viene mantenuto nel corpo e sono possibili anche i processi di rigenerazione e crescita. Flemming fu il primo a descrivere la mitosi in una cellula animale.
Il processo di divisione nucleare in questo caso è suddiviso in interfase e mitosi diretta. L'interfase è lo stato di riposo della cellula tra le divisioni. Può essere suddiviso in più fasi:
1. Periodo presintetico: la cellula cresce, in essa si accumulano proteine e carboidrati, l'ATP (adenosina trifosfato) viene sintetizzato attivamente.
2. Periodo sintetico - Il materiale genetico è raddoppiato.
3. Periodo post-sintetico - gli elementi cellulari si raddoppiano, compaiono le proteine che compongono il fuso di divisione.
Fasi della mitosi
La divisione del nucleo di una cellula eucariotica è un processo che richiede la formazione di un organello aggiuntivo: il centrosoma. Si trova vicino al nucleo e la sua funzione principale è la formazione di un nuovo organello: il fuso di divisione. Questa struttura aiuta a distribuire i cromosomi in modo uniforme tra le cellule figlie.
Ci sono quattro fasi della mitosi:
1. Profase: la cromatina nel nucleo si condensa in cromatidi, che si raccolgono vicino al centromero per formare cromosomi a coppie. I nucleoli si disintegrano e i centrioli si spostano ai poli della cellula. Si forma un fuso a fissione.
2. Metafase: i cromosomi si allineano in una linea attraverso il centro della cellula, formando la piastra della metafase.
3. Anafase: i cromatidi si spostano dal centro della cellula ai poli, quindi il centromero si divide in due. Taleil movimento è possibile grazie al fuso di divisione, i cui fili contraggono e allungano i cromosomi in direzioni diverse.
4. Telofase: si formano nuclei figli. I cromatidi si trasformano di nuovo in cromatina, si forma il nucleo e in esso - i nucleoli. Tutto finisce con la divisione del citoplasma e la formazione di una parete cellulare.
Endomitosi
L'aumento del materiale genetico che non comporta la divisione nucleare è chiamato endomitosi. Si trova nelle cellule vegetali e animali. In questo caso, non c'è distruzione del citoplasma e del guscio del nucleo, ma la cromatina si trasforma in cromosomi e quindi despira di nuovo.
Questo processo produce nuclei poliploidi con un maggiore contenuto di DNA. Simile si verifica nelle cellule che formano colonie del midollo osseo rosso. Inoltre, ci sono casi in cui le molecole di DNA raddoppiano di dimensione, mentre il numero di cromosomi rimane lo stesso. Si chiamano politene e si trovano nelle cellule degli insetti.
Significato della mitosi
La divisione nucleare mitotica è un modo per mantenere un insieme costante di cromosomi. Le cellule figlie hanno lo stesso insieme di geni della madre e tutte le caratteristiche ad esso inerenti. La mitosi è necessaria per:
- crescita e sviluppo di un organismo multicellulare (dalla fusione di cellule germinali);
- spostare le cellule dagli strati inferiori a quelli superiori, oltre a sostituire le cellule del sangue (eritrociti, leucociti, piastrine);
- ripristino dei tessuti danneggiati (in alcuni animali, la capacità di rigenerarsi èuna condizione necessaria per la sopravvivenza, come stelle marine o lucertole);
- riproduzione asessuata di piante e alcuni animali (invertebrati).
Meiosi
Il meccanismo di divisione nucleare delle cellule germinali è in qualche modo diverso da quello somatico. Di conseguenza, si ottengono cellule che hanno la metà delle informazioni genetiche rispetto ai loro predecessori. Ciò è necessario per mantenere un numero costante di cromosomi in ogni cellula del corpo.
La meiosi si svolge in due fasi:
- fase di riduzione;
- fase equazionale.
Il corso corretto di questo processo è possibile solo in cellule con un insieme uniforme di cromosomi (diploide, tetraploide, esaproide, ecc.). Naturalmente, è possibile sottoporsi alla meiosi in cellule con una serie dispari di cromosomi, ma la prole potrebbe non essere vitale.
È questo meccanismo che assicura la sterilità nei matrimoni interspecie. Poiché le cellule sessuali contengono diversi insiemi di cromosomi, ciò rende difficile per loro fondersi e produrre una prole vitale o fertile.
Prima divisione della meiosi
Il nome delle fasi ripete quelle in mitosi: profase, metafase, anafase, telofase. Ma ci sono una serie di differenze significative.
1. Profase: un doppio insieme di cromosomi compie una serie di trasformazioni, passando attraverso cinque stadi (leptotene, zigotene, pachitene, diplotene, diacinesi). Tutto questo avviene grazie alla coniugazione e al crossing over.
La coniugazione è l'unione di cromosomi omologhi. In leptoten tra di loro si formanofili sottili, quindi nello zigote, i cromosomi sono collegati a coppie e di conseguenza si ottengono strutture di quattro cromatidi.
Crossingover è il processo di scambio incrociato di sezioni di cromatidi tra cromosomi fratelli o omologhi. Ciò si verifica allo stadio del pachitene. Si formano incroci (chiasmi) di cromosomi. Una persona può avere da trentacinque a sessantasei di tali scambi. Il risultato di questo processo è l'eterogeneità genetica del materiale risultante, o la variabilità delle cellule germinali.
Quando arriva lo stadio diplotene, i complessi dei quattro cromatidi si rompono ei cromosomi fratelli si respingono. La diacinesia completa il passaggio dalla profase alla metafase.
2. Metafase: i cromosomi si allineano vicino all'equatore della cellula.
3. Anafase: i cromosomi, ancora costituiti da due cromatidi, si allontanano verso i poli della cellula.
4. Telofase: il fuso si rompe, risultando in due cellule aploidi con una quantità doppia di DNA.
Seconda divisione della meiosi
Questo processo è anche chiamato "mitosi della meiosi". Al momento tra due fasi, la duplicazione del DNA non si verifica e la cellula entra nella seconda profase con lo stesso insieme di cromosomi che aveva lasciato dopo la telofase 1.
1. Profase: i cromosomi si condensano, il centro cellulare si separa (i suoi resti divergono verso i poli della cellula), l'involucro nucleare viene distrutto e si forma un fuso di divisione, situato perpendicolare al fuso dalla prima divisione.
2. Metafase: i cromosomi si trovano all'equatore, formatipiastra metafase.
3. Anafase: i cromosomi si dividono in cromatidi, che si allontanano.
4. Telofase: si forma un nucleo nelle cellule figlie, i cromatidi despiralizzano in cromatina.
Alla fine della seconda fase, da una cellula madre, abbiamo quattro cellule figlie con un mezzo set di cromosomi. Se la meiosi si verifica in concomitanza con la gametogenesi (cioè la formazione di cellule germinali), la divisione è brusca, irregolare e si forma una cellula con un insieme aploide di cromosomi e tre corpi di riduzione che non portano le informazioni genetiche necessarie. Sono necessari affinché solo la metà del materiale genetico della cellula madre sia preservata nell'uovo e nello sperma. Inoltre, questa forma di divisione nucleare assicura l'emergere di nuove combinazioni di geni, nonché l'eredità di alleli puri.
Nei protozoi c'è una variante della meiosi, quando nella prima fase si verifica una sola divisione e nella seconda c'è un crossing over. Gli scienziati suggeriscono che questa forma sia un precursore evolutivo della normale meiosi negli organismi multicellulari. Potrebbero esserci altri modi di fissione nucleare che gli scienziati non conoscono ancora.
