La divisione cellulare è fondamentale per la riproduzione e la crescita degli organismi, avvenendo attraverso mitosi e meiosi, che producono cellule geneticamente identiche e cellule sessuali aploidi, rispettivamente. Il ciclo cellulare è regolato da cicline e chinasi ciclina-dipendenti, e include checkpoint per garantire la corretta progressione e preparazione della cellula alla divisione. La morte cellulare può avvenire tramite necrosi o apoptosi, quest'ultima essendo un processo programmato di auto-distruzione cellulare.

1. La Divisione Cellulare La vita viene trasmessa da una generazione di organismi alla successiva sotto forma di nuove cellule attraverso la divisione cellulare Procarioti (Senza nucleo, un cromosoma) Eucarioti (Con nucleo, più cromosomi)

2. La Divisione Cellulare nei PROCARIOTI Nelle specie unicellulari la divisione cellulare riproduce l’intero organismo Il materiale genetico formato da un’unica molecola duplicandosi origina 2 cromosomi identici che si ancorano su punti opposti della membrana

5. La Divisione Cellulare negli Eucarioti PROCARIOTI (organismi monocellulari senza nucleo): il materiale genetico e' sparso nel citoplasma in un unico cromosoma EUCARIOTI (mono e pluricellulari): presentano un nucleo con membrana che racchiude il materiale genetico organizzato in più cromosomi Nucleo Cromosomi

6. IL NUMERO DEI CROMOSOMI E’ UN FATTORE CARATTERISTICO DI UNA DETERMINATA SPECIE. (Non è l’unico). UNA CELLULA CHE HA SOLO UN SET DI CROMOSOMI E’ DETTA APLOIDE (Cellule germinali: UOVA E SPERMI). Il numero cromosomico della specie homo sapiens è 2N (2 set di cromosomi, diploidia) Il numero diploide nell’uomo è 46 cromosomi o 23 paia ( cellule somatiche ). Esitono cellule triploidi (3N), tetraploidi (4N) (cellule vegetali) IL NUMERO CROMOSOMICO NON DETERMINA LA SPECIE. Il passero e l’occhiata di mare hanno 46 cromosomi. COSA DETERMINA LA SPECIE? La sequenza delle basi nel DNA dei 46 cromosomi

7. Gli eucarioti iniziano la vita come cellula singola “ZIGOTE” . Le cellule figlie generate sono geneticamente uguali alla cellula madre Alcune cellule degli organi riproduttivi si dividono e formano cellule germinali. Esistono 2 categorie di cellule: SOMATICHE e GERMINALI

8. Due tipi di divisione nucleare: MITOSI Produce due nuovi nuclei ciascuno con un complesso identico al nucleo da cui si originano. Assicura che tutta l’informazione genetica della cellula progenitrice vada a ciascuna cellula figlia. Negli organismi unicellulari la mitosi produce 2 nuovi individui geneticamente identici. Negli organismi pluricellulari la mitosi produce 2 cellule identiche che in seguito possono differenziarsi MEIOSI Produce nuclei figli con metà dell’informazione genetica originaria. E’ necessaria per la riproduzione sessuale e negli animali da origine ai GAMETI , le cellule sessuali SPERMI e UOVA Gamete maschile + gamete femminile = ZIGOTE

10. DNA : il corredo cromosomico si deve duplicare e i due set di cromosomi devono suddividersi in parti uguali nelle due cellule figlie CITOPLASMA: le due cellule nuove devono ricevere anche il citoplasma con tutto l’equipaggiamento per esprimere l’informazione genetica: RIBOSOMI PER LE PROTEINE MITOCONDRI PER L’ENERGIA. Cosa serve alla cellula per dividersi ?

11. Tutte le cellule possono dividersi per MITOSI mentre la MEIOSI è presente solo nelle cellule germinali. LA MITOSI è una divisione di tipo EQUAZIONALE (da una cellula madre due cellule figlie uguali alla madre sia quantitativamente che qualitativamente) LA MEIOSI è una divisione RIDUZIONALE (riduce a metà il numero dei cromosomi, produce gameti diversi)

12. Mitosi Avviene nelle cellule somatiche dà 2 cellule figlie diploidi C’è una fase S premitotica per ogni divisione cellulare Non avviene appaiamento di omologhi I centromeri si dividono in anafase

13. Meiosi cellule germinali Due divisioni cellulari successive di una cellula producono 4 cellule figlie aploidi. L’assetto cromosomico viene dimezzato C’è una unica fase S premitotica per entrambe le divisioni cellulari Appaiamento dei cromosomi omologhi Anafase I si separano le coppie di omologhi Anafase II si separano i cromatidi fratelli A I A II

14. CICLO CELLULARE Serie ordinata di eventi che porta alla duplicazione e alla divisione cellulare La durata del ciclo cellulare varia da cellula a cellula Una cellula si divide per permettere la riproduzione, per l’accrescimento corporeo o per rimpiazzare altre cellule Il ciclo cellulare inizia con la divisione cellulare e termina con la formazione di due cellule figlie

15. Il ciclo cellulare è contraddistinto da due fasi principali Interfase = distinta a sua volta in G1 (primo gap) S (sintesi) G2 (secondo gap) fase M = mitosi e citocinesi Per la maggior parte del tempo le cellule in ciclo si trovano nella fase di crescita che intercorre tra due divisioni, detta interfase . In questo periodo i costituenti cellulari vengono sintetizzati e assemblati in modo continuativo. La massa cellulare aumenta gradualmente fino al momento della divisione. Durante la fase S avviene la duplicazione del DNA.

16. G1 : è il momento in cui la cellula si accresce ed è attiva dal punto di vista biosintetico La cellula aumenta in dimensioni, produce nuovi organelli ed enzimi necessari per duplicare il DNA S : sintesi del DNA, duplicazione, necessaria per dare alle cellule figlie una copia completa del patrimonio genetico G2 : la cellula si accresce ulteriormente ed accumula materiali ed organelli necessari per affrontare il processo di divisione Interfase

17. fase M = mitosi e citocinesi Processo di divisione nucleare in cui i cromosomi duplicati vengono separati gli uni dagli altri fedelmente per dare origine a due nuclei ognuno con una copia di ciascun cromosoma La mitosi è una divisione equazionale Le due cellule figlie generate sono geneticamente uguali fra di loro e geneticamente uguali alla cellula madre Durante la mitosi la maggior parte delle attività metaboliche sono ridotte, le cellule non rispondono agli stimoli esterni La mitosi è in genere associata alla citocinesi = processo che comporta la divisione del citoplasma in due parti più o meno uguali MITOSI

18. LA MITOSI E’ SUDDIVISA IN 5 FASI Profase: si forma il cinetocore (complesso proteico) nei centromeri, scompare il nucleolo, compare il fuso Prometafase: scompare la membrana, fuso e cinetocoro si associano Metafase: il cinetocore viene attratto dal fuso in direzioni opposte, i cromatidi formano una piastra metafasica Anafase: le proteine che univano i cromatidi si degradano lasciandoli liberi di dirigersi ai poli opposti Telofase: si formano due nuclei distinti, i cromosomi si despiralizzano, ricompaiono i nucleoli, citodieresi 2 centrosomi Membrana nucleare Fuso Scomparsa dei nucleoli Centromeri cinetocore cinetocore fuso scompare la membrana Nucleare cinetocore fuso cinetocore cromosomi Piastra metafasica membrana Nucleare nucleoli Despiralizzazione dei cromosomi citochinesi

19. G 0 1 cromatidio G 1 1 cromatidio S prima 1 cromatidio dopo 2 cromatidi G 2 2 cromatidi Profase mitotica 2 cromatidi

20. PERCHE’ I CROMOSOMI MIGRANO VERSO POLI OPPOSTI. Le fibre del fuso si muovono con movimento contrattile simile a quello dell’actina e della miosina

21. Di solito viene studiato su colture di cellule sincrone La mitosi dura in genere da 1 a 2 ore La fase di sintesi del DNA (S) in genere non dura mai meno di 4 ore La variazione totale della durata del ciclo cellulare dipende dalla durata variabile della fase G1 La durata del ciclo cellulare è variabile da 30 minuti a diversi mesi

22. Fasi del ciclo cellulare. Le fasi G (presintetica) e S (sintetica) occupano la maggior parte del ciclo cellulare; la fase M (mitotica) è normalmente breve. Alcune cellule sono continuamente in ciclo altre si trovano nella fase di quiescenza (G 0 )

23. Le cellule possono essere classificate in base alla loro capacità di crescere e di dividersi: Cellule che hanno perso la capacità di dividersi (cellule neuronali, globuli rossi) Cellule che normalmente non si dividono ma che possono essere indotte a dividersi (cellule epatiche) Cellule che continuano a dividersi (oogoni, spermatogoni, cell. epiteliali, cell. staminali)

25. Controllo del ciclo cellulare Attivazione dell’anafase e della citocinesi Replicazione del DNA Attivazione dell’apparato mitotico Formazione del fuso mitotico Uscita da M Completa divisione cellulare Attivazione dei meccanismi di replicazione del DNA G 1 S G 2 M Entrata in S Entrata in M

26. G 1 S G 2 M Entrata in S Entrata in M G 1 checkpoint La cellula è grande abbastanza? L’ambiente è favorevole? Il DNA è dannegiato? G 2 checkpoint Il DNA è tutto duplicato? La cellula è grande abbastanza? Due checkpoint nel ciclo cellulare

27. Le "cicline“, chiamate così perché la loro abbondanza varia durante il CC, ovvero "ciclano", con dei picchi in fasi particolari del CC.

28. La transizione tra una fase e l'altra del ciclo e' caratterizzata dalla comparsa di una determinata ciclina (tipica di quella fase) e dalla scomparsa della ciclina della fase precedente (azione permissiva). Le Cicline sono quindi regolate in due modi: - loro sintesi per attivazione della trascrizione genica - loro degradazione tramite il sistema della Ubiquitina-proteasoma. la sintesi serve per l'ingresso in una fase del ciclo --> la degradazione per l'uscita da una certa fase del ciclo; UNIDIREZIONALITA' del ciclo cellulare: per poter rientrare nella fase G1, dopo la transizione a fase S, sara' necessario percorrere l'intero ciclo inclusa la divisione cellulare

29. Protein chinasi attivate ciclicamente Fosforilazione attiva o inattiva proteine chiave per l’inizio o la regolazione della replicazione del DNA, della mitosi e della citocinesi Protein-chinasi controllano la fosforilazione, Fosfatasi controllano la defosforilazione Protein-chinasi ciclino dipendenti sono presenti in tutte le fasi del ciclo cellulare ma sono solo attivate in determinate fasi Cicline si legano alle chinasi (protein chinasi ciclina-dipendenti) e le attivano

31. Controllo della progressione del ciclo cellulare. Le chinasi ciclina-dipendenti (CDK) sono sintetizzate costitutivamente ma si attivano solo quando formano complessi con le cicline

32. Regolazione dell’attività chinassicaCDK1 da parte della ciclina B nella transizione G2  M CDKN1A (p21) Apoptosi (morte cellulare) p53

33. I checkpoint assicurano che la cellula sia competente sia in grado cioè di passare allo stadio successivo del ciclo cellulare Le proteine inibitorie di Cdk in G 1 sono attivate dal danno del DNA Lo stop delle cellule in G 1 permette alla cellula di riparare il DNA prima della replicazione Il blocco del ciclo cellulare rappresenta un meccanismo di protezione per la cellula

34. Meccanismi di blocco del ciclo cellulare Produzione di proteine che inibiscono l’attività chinasica del complesso Cdk-ciclina Mutazioni a carico di questi geni danno origine ad anomalie del ciclo cellulare -> Tumori Blocco del meccanismo di replicazione del DNA Fattori di trascrizione che inibiscono l’attività di geni fondamentali nel ciclo cellulare

35. Fattori di crescita Molecole proteiche che stimolano la divisione e la crescita cellulare Agiscono attraverso l’interazione con recettori della membrana plasmatica, quindi agiscono solo su cellule bersaglio La proliferazione cellulare può essere stimolata o inibita da fattori di crescita: intrinseci danno tessutale morte cellulare deformazione meccanica

36. I fattori di crescita possono indurre le cellule quiescenti (G0) a dividersi

37. In generale il numero di cellule in un determinato tessuto dipende dal bilancio tra l’ingresso di nuove cellule e l’uscita di cellule preesistenti Meccanismi di regolazione delle popolazioni cellulari. life death

38. Morte cellulare Le cellule possono morire attraverso due diversi meccanismi: la necrosi e l’ apoptosi , una serie di eventi programmati geneticamente, che portano la cellula all’auto-distruzione. Necrosi Le cellule si gonfiano e si lisano rilasciando il materiale citoplasmatico nell'ambiente circostante. Il processo necrotico è spesso causa di infiammazione Apoptosi Perdita di volume condensansazione. Frammentazione del nucleo e del citoplasma in corpi apoptotici. Non si ha versamento di contenuto citosolico nell’ambiente. Nessun processo infiammatorio.

39. La maggior parte, se non tutte le cellule hanno la capacità di auto-distruggersi mediante l'attivazione di un programma di suicidio al quale sembrano fare eccezione solo cellule particolarmente specializzate quali quelle del muscolo cardiaco e del tessuto nervoso. Questo programma suicida prende il nome di apoptosi o morte cellulare programmata . A livello citologico, l'apoptosi si manifesta con una condensazione del nucleo e del citoplasma. Successivamente, la cellula si frammenta in vescicole, dette corpi apoptotici, che sono rapidamente fagocitate e digerite dai macrofagi o da cellule vicine