La riproduzione cellulare: riassunto

RIPRODUZIONE CELLULARE

Una delle caratteristiche fondamentali della cellula è la capacità di riprodursi. Gli organismi unicellulari si riproducono per divisione dell’unica cellula che li compone. Perciò in essi la riproduzione cellulare ha solo il compito di assicurare la continuità della loro specie nel tempo.
Negli organismi pluricellulari la riproduzione assicura anche la crescita dell’individuo e la riparazione di parti danneggiate o usurate. Ricorrendo alla meiosi e alla riproduzione sessuale, gli organismi pluricellulari rimescolano il materiale genetico dei genitori per aumentare la variabilità genetica.

CICLO CELLULARE

Si definisce ciclo cellulare la sequenza di eventi compresa tra due divisioni cellulari successive. Negli organismi unicellulari (per esempio, batteri, amebe) il ciclo cellulare coincide con il ciclo vitale (cioè con l’insieme degli eventi tra una generazione e quella successiva). Negli organismi pluricellulari il ciclo cellulare è in genere una parte del ciclo vitale (quello relativo alla crescita corporea, che si compie appunto attraverso ripetute divisioni cellulari). La maggior parte degli organismi pluricellulari completa infatti il proprio ciclo vitale attraverso la riproduzione sessuale, che comporta la fecondazione di una cellula uovo da parte di uno spermatozoo. Cellule uovo e spermatozoi sono cellule sessuali che si originano attraverso una particolare forma di divisione cellulare chiamata meiosi.

Al termine di un ciclo cellulare si formano due cellule figlie identiche alla cellula madre dalla quale derivano. Questa identità è garantita dalla duplicazione dell’informazione genetica completa della cellula madre nei nuclei delle due nuove cellule. Il materiale genetico è rappresentato dal DNA, che normalmente è disperso in tutto il nucleo come una massa confusa (cromatina). Durante la divisione cellulare, il DNA si spiralizza formando i cromosomi, costituiti da due bracci (cromatidi) uniti tra loro in corrispondenza di una regione particolare (centromero). Nella maggior parte delle cellule (cellule somatiche) si trovano coppie di cromosomi (ciascun membro della coppia è detto cromosoma omologo) con la stessa forma, la stessa lunghezza e un’informazione genetica molto simile: uno di origine paterna e uno di origine materna. Si definisce diploide la cellula che possiede coppie di cromosomi omologhi. Il numero dei cromosomi nelle cellule diploidi è caratteristico di ogni specie (nell’uomo è 46).

Il ciclo cellulare viene distinto in due fasi: l’interfase e la divisione cellulare.

L’interfase occupa la maggior parte del ciclo cellulare e viene divisa in tre momenti: nella fase G1, che segue la precedente divisione cellulare, la cellula cresce di dimensioni, moltiplica gli organuli e svolge le sue funzioni caratteristiche; nella fase S avviene la sintesi del DNA e di conseguenza la duplicazione dei cromosomi; nella fase G2 la cellula organizza le strutture necessarie alla divisione.

La divisione cellulare si compone di due processi distinti: la divisione nucleare (o mitosi) e la divisione del citoplasma (o citodieresi).

MITOSI

La mitosi è l’insieme dei processi che portano alla corretta trasmissione dei cromosomi alle due cellule figlie. Nonostante il processo sia continuo, si usa distinguere quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase.

Nella profase i cromosomi, già duplicati durante l’interfase, si ispessiscono e diventano ben visibili.

Ogni cromosoma appare formato da due cromatidi uniti tramite il centromero. La membrana nucleare e i nucleoli si dissolvono. Si forma il fuso mitotico, costituito da fibre di microtubuli che dalle due estremità della cellula (poli cellulari) convergono verso il centro. Nelle cellule animali il fuso mitotico origina dai due centrioli.

La metafase è caratterizzata dall’allineamento dei cromosomi su un piano (piano equatoriale) al centro della cellula e dal legame che si crea tra i filamenti del fuso mitotico e i centromeri. Alla fine della metafase ogni centromero si sarà diviso, per cui ogni cromatidio ne possiede uno proprio.

Durante l’anafase i filamenti del fuso “tirano” ogni cromatidio di un cromosoma in direzioni opposte verso uno dei due poli. In corrispondenza di ogni polo si trova quindi lo stesso numero di cromatidi, che coincide con quello dei cromosomi inizialmente presenti nella cellula madre.

Alla telofase i cromatidi si despiralizzano per formare l’intreccio di filamenti tipico dell’interfase. Intanto scompare il fuso mitotico e ciascun nucleo figlio viene separato dal citoplasma per mezzo di una membrana nucleare.

CITODIERESI

La citodieresi è il processo con cui si divide il citoplasma delle due cellule figlie. Avviene con due modalità differenti nelle cellule animali e nelle cellule vegetali. Nella zona equatoriale delle cellule animali compare una strozzatura che si fa sempre più profonda fino a determinare la separazione delle cellule figlie. Nelle piante la parete cellulare si forma a spese di una placca cellulare che compare nella regione centrale del fuso.

RIPRODUZIONE SESSUALE

Si definisce riproduzione sessuale la formazione di un nuovo individuo dall’unione di due cellule sessuali, provenienti da ciascuno dei due genitori.

Le cellule che prendono parte alla riproduzione sessuale sono i gameti: vengono detti spermatozoi quelli maschili, cellule uovo quelli femminili.

A differenza delle cellule somatiche, i gameti sono cellule aploidi, cioé contengono un solo cromosoma. Durante la riproduzione lo spermatozoo si fonde con la cellula uovo (fecondazione) e si forma nuovamente una cellula diploide, lo zigote, che andrà incontro a ripetute divisioni mitotiche per costituire l’organismo completo. La presenza di cellule aploidi è indispensabile affinché il numero di cromosomi di una specie rimanga costante. Infatti, se lo spermatozoo e la cellula uovo fossero diploidi, di generazione in generazione il numero dei cromosomi aumenterebbe. Il meccanismo che porta alla formazione delle cellule aploidi è la meiosi.

MEIOSI

La meiosi è il processo che riduce a metà il corredo cromosomico di una cellula diploide, dando origine a due cellule figlie aploidi.

La meiosi, preceduta dall’interfase durante la quale i cromosomi vengono duplicati, consiste in due divisioni cellulari, una successiva all’altra, dette meiosi I e meiosi II, che vengono divise ognuna in quattro fasi: profase I, metafase I, anafase I, telofase I e profase II, metafase II, anafase II e telofase II.

Durante la meiosi I i cromosomi, composti ciascuno da due cromatidi, formano coppie di cromosomi omologhi, che si appaiano. I cromatidi dei cromosomi omologhi si intrecciano in certi punti (chiasmi) e si verifica il crossing-over, cioè lo scambio di segmenti corrispondenti di DNA.

Al termine i cromosomi omologhi di ogni coppia si separano l’uno dall’altro (segregazione) e ciascuna cellula figlia riceve uno solo dei due cromosomi di ogni coppia. Poiché la segregazione di una coppia di omologhi è indipendente dalla segregazione di un’altra coppia, si dice che avviene un assortimento indipendente dei cromosomi.

Dopo la meiosi I le cellule figlie entrano nell’interfase, durante la quale si accrescono, ma non duplicano i cromosomi. Nella meiosi II i cromatidi di ogni omologo si separano e diventano cromosomi indipendenti. In totale la meiosi dà origine a quattro cellule aploidi, i gameti, che diventeranno spermatozoi o cellule uovo a seconda che appartengano rispettivamente a un organismo maschile o femminile.

Spiegazione dell'illustrazione qui sopra:

1. Profase I iniziale: i cromosomi cominciano a essere visibili.
2. Profase I: i cromosomi si sono condensati; gli omologhi si appaiano formando strutture chiamate tetradi e si intrecciano nei chiasmi. 
3. Metafase I: la membrana nucleare è scomparsa e si è formato il fuso; le coppie di cromosomi raggiungono il piano equatoriale della cellula. 
4. Anafase I: i cromosomi omologhi, costituiti ciascuno da un paio di cromatidi, vengono “tirati” dalle fibre del fuso verso i poli opposti; i centromeri che tengono uniti i cromatidi fratelli non si dividono e ogni cromosoma resta formato da due cromatidi.
5. Telofase I: i cromosomi omologhi sono completamente separati e il fuso sta scomparendo. La membrana nucleare si riforma e compare il nucleolo; la citodieresi divide la cellula in due.
6. Profase II: il materiale dei cromosomi, che diviene diffuso quando è completata la prima divisione meiotica, inizia di nuovo a condensarsi. La membrana nucleare si dissolve e il nucleolo scompare.
7. Metafase II: si sono formati due fusi e i cromosomi si stanno disponendo sul piano equatoriale.
8. Anafase II: i centromeri si sono divisi e i cromatidi si stanno muovendo verso i poli opposti della cellula; da questo momento i cromatidi sono “cromosomi figli”.
9. Telofase II: i cromosomi figli sono giunti ai poli. Con la citodieresi si riforma la membrana nucleare, i cromosomi figli si despiralizzano, si rifoma il nucleolo e scompare il fuso mitotico.

Leggi anche:

• Cellula eucariote e procariote
  Riassunto di biologia sulla differenza tra le cellule procariote ed eucariote, la funzione e la struttura della membrana plasmatica e le proteine
• La cellula: riassunto
  Descrizione della cellula: riassunto. La scoperta, la struttura, la forma, le dimensioni, le funzioni e le tipologie di cellule
• Mitosi e meiosi
  Mitosi, meiosi e ciclo cellulare: differenze tra le due e fasi. Spiegazione semplice per capire come distinguerle