Transcript 18. il ciclo cellulare - E
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18. IL CICLO CELLULARE
Tu#e le cellule derivano da altre cellule
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Le cellule negli organismi pluricellulari e nei tessuti specializzati possono avere un diverso grado di specializzazione detto differenziamento . All
ʼ
interno di ogni tessuto esiste una popolazione di cellule
“
staminali
”
che serve a rinnovare il tessuto stesso. Le cellule staminali sono scarsamente differenziate e si dividono attivamente . Le cellule differenziate non si dividono più, svolgono la loro funzione e vanno incontro a morte programmata ( apoptosi ).
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Tre categorie di cellule:
Cellule molto specializzate:
nervose, muscolari, globuli rossi che hanno perso la capacità di dividersi.
Cellule differenziate
fegato. che normalmente non si dividono, ma possono farlo in risposta ad uno stimolo appropriato; per esempio le cellule del
Cellule attivamente proliferanti
: cellule staminali del tessuto epiteliale, midollo osseo (globuli rossi e bianchi), cellule germinali.
Cellule staminali
Cellule non specializzate che possono subire diversi cicli di replicazione e rinnovarsi per periodi di tempo molto lunghi mantenendosi indifferenziate… …possono essere indotte a differenziare insulina…)
in vitro
o
in vivo
dando origine a cellule specializzate (neuroni, cardiomiociti, cellule pancreatiche che producono 29/04/14 4 2
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Anche le piante possiedono Cellule Staminali:
due popolazioni di cellule staminali: 1.
il meristema apicale del germoglio 2.
il meristema apicale della radice. A differenza dell’uomo, le piante adulte contengono cellule staminali
totipotenti
nel senso che ogni cellula possiede la capacità di generare nuovi organi (foglie, fiori ecc.) o anche l’intera pianta. sono cellule vegetali non differenziate il cui unico scopo è la riproduzione, si occupano quindi della riparazione e della crescita della pianta in lunghezza (meristema primario o apicale), ed in larghezza (meristema secondario). In queste cellule è intensa l’attività proliferativa. 3
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Perchè una cellula si divide?
Quando una cellula cresce, diventa più grande il volume della cellula aumenta più velocemente della sua area di superficie le richieste cellulari (il volume) sono maggiori della capacità della cellula di portare dentro nutrienti ed esportare rifiuti.
Soluzione
? Dividersi in due cellule più piccole 4
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FASE G1
(G = gap): nella quale la cellula monitora le sue dimensioni e l ʼ ambiente esterno e cresce sintetizzando RNA e proteine
FASE S
(S = synthesis): durante la quale avviene la replicazione del materiale genetico. Il DNA passa da 2n a 4n
FASE G2
: rappresenta una fase in cui avviene il controllo dell mitosi. In questa fase il DNA ha un corredo 4n ʼ avvenuta replicazione di tutti i cromosomi e una crescita secondaria prima della
FASE M
(M = Mitosis): si compone di profase, metafase, anafase e telofase e citochinesi 6
sequenza di even, che si ripete ogni 18-‐24 ore
Fase G1
in genere occupa tra le 6 e le 12 ore nelle cellule che crescono più rapidamente.
Fase S
dura 6-‐ 8 ore
Fase G2
è la fase più corta dell ʼ interfase
Fase M
è di circa 1 ora.
La durata del ciclo varia molto a seconda del tipo cellulare.
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Fasi del ciclo hanno diverso contenuto di DNA per cellula
29/04/14 La sintesi di RNA e proteine avviene conBnuamente durante il ciclo, mentre la sintesi di DNA solo durante la fase S. 9
I processi più importan5 del ciclo cellulare vengono avvia5 da un apposito sistema di controllo
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G1 checkpoint
: controllo delle dimensioni cellulari, della presenza di un ambiente favorevole
G1/S checkpoint
: controllo dell’assenza di danni genetici, es. radiazioni ionizzanti possono indurre rotture nel DNA
G2 checkpoint
: controllo delle dimensioni, della completa duplicazione e dell’integrità di tutto il materiale genetico. È durante questo checkpoint che vengono riparati gli eventuali danni rilevati al DNA.
M checkpoint
: controllo dell’assemblamento corretto dei cromosomi al fuso mitotico 10
La progressione lungo il ciclo cellulare è sotto il controllo di proteine chinasi dipendenti da cicline (Cdk)
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Le cicline furono chiamate così perchè vanno incontro a cicli di sintesi e degradazione in ciascun ciclo cellulare. I livelli di Cdk invece sono costanti
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Per diventare a
ʼ
essere fosforilata in un sito e defosforilata in altri due
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Cdk diverse si associano a cicline diverse per formare complessi che promuovono vari eventi del ciclo cellulare
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S-‐phase promoting factor (SPF) Mitosis promoting factor (
MPF
)
COMPLESSI CICLINA-‐CDK
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Il ciclo cellulare può essere arrestato in punti di controllo ben precisi da proteine che inibiscono le Cdk
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Gli sBmoli che inducono proliferazione cellulare vengono deH
MITOGENI
29/04/14 Se mancano quesB segnali ciclo cellulare si arresta al
Punto di controllo in G1
G0
stato non proliferaBvo in cui la cellula può restare anche per tuKa la vita 14
29/04/14 Il controllo puà avvenire in varie fasi del ciclo cellulare che può essere bloccato in risposta a vari segnali grazie all ʼ intervento delle
proteine inibitrici delle cdk (CKI)
Spegnimento CDK
1. Inattivazione per fosforilazione su 2° aa 1. Legame con CKI (ex.p27)
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INTERFASE G1/S/G2
Cromosomi decondensati e distribuiti nel nucleo Attiva sintesi proteica Crescita cellulare Duplicazione del DNA
MITOSI
Condensazione dei cromosomi Separazione dei cromosomi Divisione cellulare
MITOSI
PROCESSO DI DIVISIONE CELLULARE CHE GARANTISCE LA CONSERVAZIONE E LA DISTRIBUZIONE DELLO STESSO NUMERO DI CROMOSOMI DA UNA CELLULA MADRE ALLE DUE CELLULE FIGLIE. IL MATERIALE CROMOSOMICO SI RADDOPPIA
UNA
VOLTA E LA CELLULA SI DIVIDE
UNA
VOLTA.
La mitosi produce sempre due cellule geneticamente identiche alla cellula madre.
Cellula madre 46 cromosomi Cellula figlia 46 cr Cellula figlia 46 cr 29/04/14 16
Ogni cellula conBene circa 2 metri di DNA Diametro nucleo = 5 – 8 μm
Come organizzare il DNA?
Il DNA nucleare si distribuisce nei
CROMOSOMI
3,2 x 10 9 coppie di nucleo8di distribuite in 24 cromosomi
2 copie di ogni cromosoma (
DIPLOIDE
) 1 dal padre 1 dalla madre:
CROMOSOMI
OMOLOGHI
cellule germinali (uova e spermi) 1 copia: -‐
CROMOSOMA X
dalla madre -‐
CROMOSOMA Y
dal padre
Prima della MITOSI
1. REPLICAZIONE DEL DNA
cromaBdi fratelli duplicazione centromero
Tenu8 insieme dalle coesine
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2. DUPLICAZIONE DEL CENTROSOMA
Centrosoma = piccola struttura costituita da tubuli proteici situata vicino al nucleo Centrosoma Centrioli • Ciascun centriolo è costituito da 9 gruppi di 3 tubuli
2. DUPLICAZIONE DEL CENTROSOMA
Comincia all ʼ inizio della fase S ASTER: Organizzazione a stella dei microtubuli, intorno al centrosoma, visibile durante la mitosi. 29/04/14 18
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PROFASE
Si assembla il fuso mito5co Cromosoma formato da 2 croma5di fratelli (visibili al microscopio) Centromero La croma5na è condensata, si formano i cromosomi
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• Nell’
interfase
, i
centrosomi si duplicano
. • Nella
profase
, i due
centrosomi s’allontanano l’uno dall’altro
.
Le fibre del fuso si organizzano tra i due centrosomi
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le coesine
tengono uniti i due cromatidi
Le condensine
determinano la spiralizzazione della cromatina
La fosforilazione delle condensine
determina la condensazione della cromatina 20
• Le
coesine
formano legami incrociati tra due cromatidi fratelli, incollandoli insieme. • Le
condensine
mediano legami incrociati intramolecolari per creare delle anse nel DNA nel processo di condensazione dei cromosomi. 29/04/14
PROMETAFASE
Polo del fuso Frammen5 dell
ʼ
involucro nucleare Coppia di cinetocori Disgregazione dell
ʼ
involucro nucleare, i cromosomi si collegano ai microtubuli tramite i cinetocori
Cinetocore:
Complessa macchina proteica, che contribuisce a generare e controllare le forze utili al movimento dei cromosomi
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Ricerca e cattura dei cromosomi
Gli attacchi non corretti sono altamente instabili mentre quelli corretti vengono bloccati 29/04/14
METAFASE
i cromosomi sono all
ʼ
equatore del fuso; i microtubuli dei 2 cinetocori si collegano ai poli oppos5 del fuso
L
ʼ
all allineamento dei cromosomi
ʼ
equatore del fuso è determinato dall
ʼ
equilibrio di forze di trazione e di spinta esercitate dai microtubuli
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ANAFASE
ripristino, per ogni polo, del numero originario di cromosomi.
cromosomi I croma5di si separano e vengono 5ra5 verso i poli del fuso
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Accorciamento dei microtubuli del cinetocoro Allontanamento dei due poli del fuso
METAFASE ANAFASE A
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TELOFASE
- Cromosomi raggiungono i poli del fuso Si comincia a riformare involucro nucleare Riprende la trascrizione 29/04/14 25
AL TERMINE DELLA MITOSI LE MEMBRANE NUCLEARI RIFORMATE SUI CROMOSOMI CONSENTONO LA DECONDENSAZIONE DEI CROMOSOMI E LA RIPRESA DELL ʼ ATTIVITA ʼ CELLULARE NELLE CELLULE FIGLIE SI AVRA ʼ UNA COPIA DI OGNI CROMOSOMA PARENTALE = UNA COPPIA DI CROMOSOMI PER TIPO
CITOCHINESI
Citoplasma diviso in 2 da un
anello contrattile
di filamenti di actina 29/04/14 26
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DIVISIONE DEGLI ORGANELLI MITOCONDRI E CLOROPLASTI
Devono replicare il loro DNA nell ʼ interfase per poi dividersi in due mediante la formazione di un solco
RE e GOLGI
si frammentano in seguito al rimaneggiamento dei microtubuli e restando attaccati ad essi sotto forma di piccole vescicole, si distribuiscono tra due cellule 27
MITOSI NELLE CELLULE VEGETALI
si deve formare una
NUOVA PARETE
ad opera del
FRAGMOPLASTO:
formato nella telofase dai microtubuli interpolari residui del fuso mitotico 29/04/14 28
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