Riproduzione e divisione cellulare: mitosi e meiosi

La divisione cellulare e la riproduzione degli organismi rappresentano i cardini su cui si basa il ciclo vitale di ogni forma vivente sul nostro pianeta.

Attraverso la divisione cellulare, gli organismi crescono, riparano i tessuti danneggiati e, in molti casi, si riproducono, perpetuando la specie nel tempo. Questo processo si articola principalmente in due modalità: la mitosi, che consente alle cellule somatiche di duplicarsi generando due cellule figlie geneticamente identiche, e la meiosi, cruciale nella formazione di gameti, che riduce a metà il materiale genetico preparando alla fusione tra cellule sessuali.

Oltre a questi meccanismi, la riproduzione può avvenire in modi estremamente vari: questa diversità di strategie riproduttive, evidenzia non solo l’ingegnosità evolutiva della vita nel garantire la propria continuità, ma anche l’importanza della variabilità genetica come motore di adattamento e evoluzione delle specie.

• Divisione cellulare: definizione e tipologie
• Il ruolo dei cromosomi nella divisione cellulare
• Il ciclo cellulare per la riproduzione
• Il ciclo cellulare nelle cellule eucariote
• La divisione cellulare nelle cellule eucariote: mitosi e citodieresi
• La divisione cellulare nelle cellule eucariote: meiosi

Divisione cellulare: definizione e tipologie

Quando una cellula si divide in due cellule figlie ecco che si parla di divisione cellulare, che sta alla base della riproduzione degli organismi viventi e permette loro di crescere e di sostituire le cellule morte. Ogni cellula figlia riceve una massa pari circa alla metà della cellula madre.

Man mano che la cellula cresce, i suoi componenti ricevono sempre meno nutrimento, ed ecco allora che questa si scinde prima di raggiungere il limite massimo delle sue dimensioni.

Le cellule possono essere distinte in diversi modi in base alla loro capacità di dividersi:

• Le cellule proliferanti vengono continuamente sostituite perché hanno una vita limitata.
  Un esempio sono le cellule epiteliali (quelle della pelle che riveste il nostro corpo);
• Le cellule proliferanti non si rinnovano mai, come ad esempio i neuroni (quelle del sistema nervoso);
• Le cellule proliferanti per necessità sono quelle cellule che vengono sostituite solo in casi particolari, come ad esempio quelle delle ossa, che si riparano in caso di frattura.

Le cellule possono poi essere classificate in due grandi categorie in base alla loro struttura interna: eucariote e procariote. La distinzione fondamentale tra queste due tipologie risiede nella presenza o assenza di un nucleo vero e proprio.

• Le cellule eucariote possiedono un nucleo ben definito, racchiuso da una membrana nucleare, che contiene il materiale genetico (DNA). Queste cellule si caratterizzano per la complessità strutturale, avendo numerosi organelli interni, ciascuno con funzioni specifiche.
• Al contrario, le cellule procariote sono più semplici e non possiedono un nucleo delimitato da una membrana. Il loro materiale genetico, sotto forma di un singolo filamento circolare di DNA, si trova libero nel citoplasma, in una regione chiamata nucleoide.

In base a ciò, la divisione cellulare si distingue tra:

• Divisione cellulare delle cellule procariote: nei batteri la divisione cellulare avviene per scissione binaria. La cellula aumenta di dimensioni, duplica il proprio DNA e poi si divide, producendo due cellule identiche;
• Divisione cellulare delle cellule eucariote: gli eucarioti hanno molti cromosomi, pertanto i processi di duplicazione e di segregazione risultano più complicati di quelli delle cellule procariote. I cromosomi delle cellule eucariote sono costituiti ciascuno da una singola molecola di DNA.

Il ruolo dei cromosomi nella divisione cellulare

La divisione cellulare può avvenire in due modi:

• per divisione diretta, più semplice e tipica degli organismi unicellulari;
• per divisione indiretta, che può avvenire secondo il processo di mitosi oppure di meiosi, e qui entrano in gioco i cromosomi.

Un cromosoma è una struttura filamentosa e allungata costituita da cromatina ed è presente nel nucleo delle cellule animali e vegetali.

Ogni cromosoma è formato da due parti uguali chiamate cromatidi. I due cromatidi “fratelli” hanno una forma a X e si sono formati in seguito alla duplicazione del DNA. Si uniscono in un punto chiamato centromero costituito da una struttura proteica.

Il corredo cromosomico è caratteristico di ogni specie e può essere:

• diploide, indicato con 2n ovvero due copie di ogni cromosoma;
• aploide, indicato con n in cui è presente un unico set cromosomico ovvero un solo cromosoma per ogni tipo.

Nella tabella viene indicato il numero di cromosomi di alcune specie.

Il ciclo cellulare per la riproduzione

Tra una divisione cellulare e l’altra possiamo identificare il ciclo cellulare. Questo, negli organismi unicellulari, coincide con il loro ciclo vitale, mentre negli organismi pluricellulari è solo una parte del ciclo vitale.

La maggior parte degli organismi completa il proprio ciclo vitale attraverso la riproduzione sessuata che avviene grazie ai gameti: cellule riproduttive che trasmettono le informazioni genetiche materne e paterne e possono essere animali o vegetali.

Il ciclo cellulare nelle cellule eucariote

Nelle cellule eucariote il ciclo cellulare si può suddividere in due momenti:

• L’INTERFASE è il periodo di tempo in cui le cellule crescono tra una divisione cellulare e l’altra. Si distinguono tre fasi specifiche chiamate fase G1 di accrescimento, fase S di duplicazione del DNA e fase G2 di preparazione alla mitosi;
• LA DIVISIONE CELLULARE vera e propria, in cui si divide il nucleo (mitosi) e in seguito si divide il citoplasma (citodieresi).

La divisione cellulare nelle cellule eucariote: mitosi e citodieresi

La mitosi è un processo di divisione cellulare che consente a una cellula madre di generare due cellule figlie geneticamente identiche, cruciale per la crescita, la riparazione dei tessuti e la riproduzione asessuata negli organismi eucariotici. La mitosi si articola in diverse fasi sequenziali, ognuna caratterizzata da eventi specifici:

1. Profase: In questa fase iniziale, i cromosomi si condensano e diventano visibili al microscopio come strutture distinte. Il nucleolo scompare e il nucleo inizia a disgregarsi, mentre il fuso mitotico, composto da microtubuli, inizia a formarsi ai poli della cellula.
2. Prometafase: Il nucleo si dissolve completamente, consentendo ai microtubuli del fuso di attaccarsi ai cinetocori presenti sui cromosomi. I cromosomi iniziano a muoversi verso il centro della cellula.
3. Metafase: I cromosomi si allineano lungo la piastra metafasica, una regione immaginaria al centro della cellula. Questo allineamento assicura che, durante la successiva divisione, ogni cellula figlia riceva una copia esatta di ciascun cromosoma.
4. Anafase: I cromatidi fratelli, precedentemente uniti, si separano e vengono trascinati verso i poli opposti della cellula dai microtubuli del fuso. Questo assicura che ciascuna cellula figlia riceverà un set completo di cromosomi.
5. Telofase: I cromosomi iniziano a decondensarsi, ritornando allo stato filiforme meno visibile, mentre si formano due nuovi nuclei intorno ai gruppi di cromosomi ai poli della cellula. Inizia anche la citochinesi, il processo di divisione del citoplasma.

La citodieresi è la fase subito successiva alla telofase. Nelle cellule animali si forma una strozzatura che diventa sempre più profonda fino a formare le due cellule; nelle cellule vegetali si forma una barriera chiamata fragmoplasto che diviene una parete vera e propria separando le due cellule figlie.

Alla fine del processo, le due cellule figlie hanno lo stesso numero di coppie di cromosomi omologhi della cellula madre.

La divisione cellulare nelle cellule eucariote: meiosi

La meiosi rappresenta un tipo speciale di divisione cellulare fondamentale per la riproduzione sessuata negli organismi eucariotici. A differenza della mitosi, che produce due cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre, la meiosi genera quattro cellule figlie, con corredo cromosomico aploide chiamate gameti.

La riproduzione sessuata implica la formazione dei gameti e la fecondazione. Nella fecondazione, il gamete maschile (spermatozoo) si unisce al gamete femminile (cellula uovo). Dopo essersi divisi più volte per mitosi ne risulta lo zigote, la cellula da cui si svilupperà l’individuo unico e irripetibile con specifiche caratteristiche. I cromosomi paterni e quelli materni si uniscono quindi a formare il cariotipo dell’organismo figlio.

Nell’essere umano il cariotipo o corredo cromosomico è costituito da 46 cromosomi. Ogni cellula del corpo umano contiene 23 coppie di cromosomi omologhi e si dice diploide. Le cellule diploidi sono dette cellule somatiche.

La meiosi è divisa in due fasi distinte: Meiosi I e Meiosi II, ciascuna delle quali comprende fasi simili a quelle della mitosi, ma con risultati diversi.

• Durante la Meiosi I, i cromosomi omologhi, ciascuno costituito da due cromatidi fratelli, si accoppiano e si scambiano segmenti di DNA attraverso un processo che aumenta la diversità genetica delle cellule figlie. I cromosomi omologhi si separano, portando alla formazione di due cellule figlie diploidi, ciascuna con un insieme unico di cromosomi.
• La Meiosi II segue immediatamente senza una nuova replicazione del DNA. In questa fase, simile alla mitosi, i cromatidi fratelli di ciascuna cellula figlia si separano e vengono distribuiti nelle cellule figlie, risultando in quattro cellule gametiche aploidi, o gameti, ciascuna con un singolo set di cromosomi.

Alla fine della meiosi le quattro cellule figlie contengono la metà del corredo cromosomico della cellula madre.

Nella nostra specie la determinazione del sesso maschile o femminile avviene grazie ai cromosomi paterni (X o Y) che al momento della fecondazione penetrano nell’ ovulo materno il quale contiene sempre il cromosoma X. Nella femmina abbiamo due cromosomi uguali mentre nel maschio abbiamo cromosomi diversi.