DNA E RIPRODUZIONE CELLULARE

Dott.ssa Carmela Bergamasco Dott.ssa Laura Attanasio Dott.ssa Chiara Gedressi

Perchè un elefante genera sempre un elefante, un coccodrillo genera sempre un coccodrillo e un’orchidea genera sempre un’ochidea?

Perchè ogni tipo di cellula svolge funzioni vitali specifiche?

Quasi tutta l’informazione della vita conosciuta sulla Terra è conservata nel DNA.

Il DNA è “la sala comandi” della “macchina- cellula”

Deoxyribose Nucleic Acid

Il DNA si struttura come una doppia elica

Una molecola di DNA è un polimero formato da due catene di monomeri avvolte in modo da generare una doppia elica destrorsa . Watson e Crick,1952 … MA QUALI SONO LE UNITA’ STRUTTURALI DEL DNA?

Le unità stutturali del DNA sono i nucleotidi GRUPPO FOSFATO BASE AZOTATA i NUCLEOTIDI sono formati da :

- gruppo fosfato

- zucchero deossiribosio

- base azotata

ZUCCHERO Le basi azotate

-Adenina -Guanina -Timina -citosina

sono 4: purine, 2 anelli pirimidine, 1 anello Legge della complementarietà A-T C-G

…dall’elica …al cromosoma…al cariotipo

Locus

I geni sono tratti di DNA che contengono le istruzioni per le attività cellulari I geni sono detti sequenze codificanti: sono quelle che dirigono la cellula. Esse sono intersperse tra sequenze regolative e sequenze con funzione strutturale

meantnfmcosarjthyuyifkfmns bzvcaxqswthyujukbnpyoitjgur yrtefdgvcbxnservejkamnsbeg dfvrttyghjukiolmmilbnvbcvxcs dfergrtdna?gjyiuoljpgkbidhgr

tfydhsn me a ntnfm cosa rjthyuyifkf mnsbzvcaxqswthyujukbnpy oitjguryrtefdgvcbxn serve j kamnsbegdfvrttyghjukiolm m il bnvbcvxcsdfergrt dna?

g jyiuoljpgkbidhgrtfydhsn

L’insieme dei geni di un organismo costituisce il genoma Dimensioni del Genoma in Megabasi Procarioti Mycoplasma genitali

Haemophilus influenzae Escherichia coli

0.58

1.83

4.7

Eucarioti Saccharomyces cerevisiae 13.5

Caenorabditis elegans Homo sapiens

100 Drosophila melanogaster 165 3300

Duplicazione del DNA Le 2 catene polinucleotidiche della molecola di DNA originario vengono separate,le nuove eliche saranno sintetizzate secondo la legge della complementarietà delle basi.

Il risultato è che si hanno 2 molecole di DNA, ciascuna formata da

-una catena nucleotidica proveniente dalla molecola di partenza,“vecchia” - una catena nucleotidica neoformata, “nuova”

Per questo il modo di riproduzione delle molecole di DNA viene definito DUPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA

Le mutazioni sono cambiamenti della sequenza del DNA

I mutanti albini

Ma perché questi animali presentano tutti la colorazione bianca?

NON PRODUCONO MELANINA

cute pelo occhi Quale relazione esiste tra una mutazione del DNA e la non produzione di una proteina?

IL DNA DIRIGE LA SINTESI PROTEICA!!!

UN GENE

UN GENE

E’ il dogma centrale

UNA PROTEINA

UN POLIPEPTIDE

Quali sono i distretti in cui avvengono questi processi?

EUCARIOTI PROCARIOTI

Linguaggio DNA

Trascrizione

Linguaggio RNA

traduzione

Polipeptide

In che modo gli acidi nucleici codificano l’informazione genetica?

1 nucleotide alla volta 2 nucleotidi alla volta 3 nucleotidi alla volta 4 1  solo 4 aminoacidi 4 2  solo 16 aminoacidi 4 3  64 aminoacidi

IL CODICE GENETICO E’ DEGENERATO

LA TRASCRIZIONE

LE TRE FORME DI RNA TRASCRITTO

RNA messaggero RNA ribosomiale RNA di trasporto

COME AVVIENE LA TRADUZIONE?

Le proteine andranno a determinare l’aspetto e le proprietà della cellula e dell’organismo.

Trasmissione dell’informazione: divisione cellulare

Perchè le cellule si dividono?

Per la riparazione Per l’accrescimento Per la riproduzione

CICLO CELLULARE

Può essere suddiviso in 5 fasi:

INTERFASE G 1 S G 2 DIVISIONE CELLULARE M Citodieresi

Interfase

(G1 + S + G2) Avviene l’accrescimento cellulare con: • Attività metabolica • Sintesi proteica • Sintesi di DNA

G1

(Gap): la cellula è in intensa attività metabolica, aumenta le sue dimensioni, raddoppia gli organuli cellulari e si procura il materiale per la sintesi del DNA

S

(sintesi): avviene la duplicazione del DNA e delle proteine ad esso associate

G 2

(Gap): avvengono gli ultimi preparativi per la divisione cellulare: inizia la compattazione del DNA e l’assemblaggio del fuso mitotico

Divisione Cellulare

(M + Citodieresi) Tale fase comprende:

M

: il nucleo ed il suo contenuto si dividono (mitosi) e si distribuiscono equamente in 2 nuclei figli

Citodieresi

equamente : il citoplasma e gli organelli della cellula madre vengono spartiti dalle due cellule figlie neoformate

Mitosi

4 fasi fondamentali:

1.Profase

2.Metafase

in ciascuna delle quali la cellula utilizza una serie di strutture e di procedure finalizzate alla suddivisione equa del materiale genetico

3.Anafase

4.Telofase

COMT

I ottico cromosomi spiralizzati diventano visibili al microscopio

1.Profase

Cromatidi fratelli

L’involucro nucleare ed il nucleolo cominciano a frammentarsi per poi sparire

Centromero

Si forma l’apparato del fuso

3.Anafase

I cromosomi sono allineati all’equatore della cellula I due cinetocori di un cromosoma sono rivolti verso i poli opposti

2.Metafase

I centromeri si staccano e i cromatidi si separano I poli della cellula si allontanano

Attorno a ciascuna delle due serie di cromosomi complete ed equivalenti si forma la membrana nucleare I cromosomi despiralizzano Compare il nucleolo Il fuso mitotico scompare

4.Telofase

Citodieresi

Divisione del citoplasma della cellula madre in due cellule figlie Cellula animale

Cellula vegetale Nuclei figli fragmoplasto

Processo di divisione cellulare che garantisce la conservazione e la distribuzione dello stesso numero di cromosomi da una cellula madre alle due cellule figlie. Questo è garantito dal fatto che il materiale cromosomico si raddoppia

una

volta e la cellula si divide una volta.

2n

Riproduzione sessuale

Spermatozoo Cellula uovo n n Fecondazione 2n Da dove si originano e come si formano i gameti

CELLULE SOMATICHE E GERMINALI

Cellule somatiche Cellule del corpo Mitosi Cloni cellulari Cellule germinali Cellule gametiche Meiosi Cellule con assetto cromosomico dimezzato

interfase

Meiosi

MEIOSI II MEIOSI I

Cromosomi omologhi

DIPLOIDE APLOIDE

COME SI PRESENTA LA CELLULA ALLA FINE DELL’INTERFASE ? Cromosomi omologhi Cellula premeiotica Cromatidio Materno Cromatidio Paterno Cromatidi fratelli MEIOSI I PROFASE I METAFASE I ANAFASE I TELOFASE I MEIOSI II PROFASE II METAFASE II ANAFASE II TELOFASE II

PROFASE I Coppia di omologhi Tetrade Cromosomi ricombinati

MEIOSI I

l’involucro nucleare e il nucleolo cominciano a frammentarsi; inizia la formazione del fuso.

Omologo i cromosomi omologhi si appaiano mediante il processo di sinapsi; formazione tetrade.

Cromatidi fratelli scambio cromosomici, di segmenti CROSSING OVER .

Punto di scambio

METAFASE I ANAFASE I Allineneamento delle tetradi sul piano equatoriale della cellula Separazione e migrazione dei cromosomi omologhi verso i due poli della cellula Scioglimento delle tetradi

TELOFASE I Si riforma l’involucro nucleare Citodieresi Ciascun cromosoma è ancora costituito da due cromatidi fratelli Cellule aploidi

Profase II

MEIOSI II

I cromosomi si condensano di nuovo Metafase II I cromosomi si allineano in piastra equatoriale Anafase II Telofase II I cromatidi migrano ai poli opposti Si riforma l’involucro nucleare e si ha la citocinesi 4 cellule aploidi

MIGRAZIONE DEI CROMOSOMI E DEI CROMATIDI • MEIOSI I : migrazione dei cromosomi omologhi • MEIOSI II : migrazione dei cromatidi fratelli

Riproduzione sessuata

Fusione di due cellule aploidi in una singola cellula diploide

GAMETI ZIGOTE

Il processo è la FECONDAZIONE

Gametogenesi

Maturazione dei gameti a partire da cellule germinali indifferenziate Cellule germinali maschili Cellule germinali femminili

SPERMATOGONI OVOGONI

La maturazione comporta : • Riduzione del numero cromosomico da diploide (2n) ad aploide (n) • Differenziazione di strutture citoplasmatiche

Spermatogenesi

I gameti maschili prodotti a livello dei TUBULI SEMINIFERI situati nei TESTICOLI Spermatogoni Primari

DIVISIONI MITOTICHE

Spermatogoni Secondari Spermatozoi

Spermatozoo

Acrosoma Nucleo

Testa

Segmento intermedio Centrioli Mitocondri Microtubuli Coda

Ovogenesi

OVAIE OVOGONI PRIMARI

DIVISIONI MITOTICHE

OVOCITI PRIMARI CITOGENESI INEGUALE L’OVOGENESI a differenza della SPERMATOGENESI produce un unico gamete vitale CELLULA UOVO

FECONDAZIONE

Lo spermatozoo rilascia enzimi dal suo acrosoma allo scopo di penetrare attraverso la zona pellucida che circonda l’ovulo

Corona radiata Ovulo Seconda divisione meiotica sospesa Spermatozoo capacitato Zona pellucida

Il primo spermatozoo che raggiunge l’ovulo fonde la sua membrana con quella dell’ovocita

Nucleo dello spermatozoo Le membrane si fondono Il nucleo dello spermatozoo entra nel citoplasma dell’ovulo Il nucleo dell’ovocita completa la divisione meiotica I nuclei dell’ovulo e dello spermatozoo si fondono per formare il nucleo dello zigote Ovulo Nucleo dello spermatozoo Ovulo 2 ° corpo polare Zigote

Cosa succede se c’è un errore nella meiosi?

Ovulo e spermatozoi hanno ciascuno solo 23 cromosomi e la loro unione ripristina il patrimonio genetico di 46 cromosomi.

I soggetti Down hanno un cromosoma in più in ogni cellula del loro corpo.

47 CROMOSOMA 21 IN PIU’

Perchè le cellule si dividono?

Per la riparazione Per l’accrescimento Per la riproduzione di organismi UNICELLULARI

DIVISIONE CELLULARE: Riproduzione di organismi unicellulari

Riproduzione di ORGANISMI UNICELLULARI PROCARIOTI ed EUCARIOTI ASESSUATA solo EUCARIOTI SESSUATA MITOSI (scissione binaria o gemmazione) 2n n 2n oppure n MEIOSI e FUSIONE (coniugazione) 2n n n 2n

RIPRODUZIONE CELLULARE: Procarioti

SCISSIONE BINARIA (riproduzione asessuata)

RIPRODUZIONE CELLULARE: Eucarioti Unicellulari (1)

Specie diverse di LIEVITI (REGNO DEI FUNGHI): Riproduzione asessuata con uno dei seguenti due tipi di mitosi GEMMAZIONE: poco citoplasma alla cellula figlia FISSIONE BINARIA: uguale quantità di citoplasma tra cellula madre e cellula figlia

CICLI VITALI DEI LIEVITI

Lieviti che si riproducono per gemmazione Lieviti che si riproducono per fissione n SAZI Gemmazione: mitosi di cellule diploidi Coniugazione (fusione) AFFAMATI 2n n 2n 2n n Sporulazione (meiosi) Fissione: mitosi di cellule aploidi Sporulazione (meiosi) n n n 2n Coniugazione (fusione)

RIPRODUZIONE CELLULARE: Eucarioti Unicellulari (2)

REGNO DEI PROTISTI: SCISSIONE BINARIA (mitosi) Philum: Ciliati; Genere: Paramecium

RIPRODUZIONE ASESSUATA: Eucarioti Pluricellulari

MITOSI DI GRUPPI DI CELLULE PIANTE (Stoloni) ANIMALI PRIMITIVI (Gemmazione dell’Idra)

ESPERIMENTO: Estrazione del DNA

Schiacciare i kiwi, aggiungere sale e detersivo, riscaldare 15 min a 60

°

C Raffreddare, aggiungere succo di ananas e precipitare il DNA con alcool etilico 95% freddo