Ogni giorno nel nostro corpo si verificano cambiamenti invisibili all'occhio umano e alla coscienza: le cellule del corpo scambiano sostanze tra loro, sintetizzano proteine e grassi, vengono distrutte e ne vengono create di nuove per sostituirle.
Se una persona si taglia accidentalmente la mano mentre cucina, dopo pochi giorni la ferita guarirà, e al suo posto rimarrà solo una cicatrice biancastra; ogni poche settimane la nostra pelle cambia completamente; dopo tutto, ognuno di noi una volta era una minuscola cellula ed era formato dalle sue ripetute divisioni.
La base di tutti questi processi importantissimi, senza i quali la vita stessa non sarebbe possibile, è la mitosi. Si può dare una breve definizione: la mitosi (chiamata anche cariocinesi) è una divisione cellulare indiretta che produce due cellule che corrispondono a quella originale nel corredo genetico.
Significato biologico e ruolo della mitosi
Nella mitosi è tipico copiare l'informazione contenuta nel nucleo sotto forma di molecole di DNA e non viene apportata alcuna modifica al codice genetico, a differenza della meiosi, quindi dalla cellula madre si formano due cellule figlie, assolutamente identiche ad essa, aventi le stesse proprietà.
Pertanto, il significato biologico della mitosi è mantenere l'immutabilità genetica e la costanza delle proprietà cellulari.
Le cellule che hanno attraversato la divisione mitotica contengono informazioni genetiche sulla struttura dell'intero organismo, quindi il suo sviluppo è del tutto possibile da una singola cellula. Questa è la base per la propagazione vegetativa delle piante: se prendi un tubero di patata o una foglia strappata da una viola e lo metti in condizioni adatte, potrai far crescere una pianta intera.
In agricoltura, è importante mantenere costanti la resa, la fertilità, la resistenza ai parassiti e alle condizioni ambientali, quindi è comprensibile il motivo per cui, quando possibile, viene utilizzato il metodo vegetativo di propagazione delle piante.
Inoltre, con l'aiuto della mitosi, avviene il processo di rigenerazione: la sostituzione di cellule e tessuti. Quando una parte del corpo viene danneggiata o persa, le cellule iniziano a dividersi attivamente, sostituendo quelle perse.
Particolarmente impressionante è la rigenerazione dell'idra, un piccolo celenterato che vive nelle acque dolci.
La lunghezza dell'idra è di diversi centimetri, ad un'estremità del corpo ha una suola, con l'aiuto della quale si attacca al substrato, e all'altra ci sono tentacoli che servono a catturare il cibo.
Se si taglia il corpo in più parti, ognuna di esse sarà in grado di ripristinare quella mancante, mantenendo proporzioni e forma.
Sfortunatamente, più l'organismo è complesso, più debole è la sua rigenerazione, quindi gli animali più sviluppati, compreso l'uomo, potrebbero non sognare nemmeno una cosa del genere.
Fasi e schema della mitosi
L’intera vita di una cellula può essere suddivisa in sei fasi nella seguente sequenza:
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Inoltre, il processo di divisione stesso consiste negli ultimi cinque.
In breve, la mitosi può essere descritta come segue: la cellula crea e accumula sostanze, il DNA si raddoppia nel nucleo, i cromosomi entrano nel citoplasma, che è preceduto dalla loro spiralizzazione, si posizionano all'equatore della cellula e si separano nella forma dei cromosomi figli ai poli con l'aiuto dei fili del fuso.
Dopo che tutti gli organelli della cellula madre sono stati divisi approssimativamente a metà, si formano due cellule figlie. La loro composizione genetica rimane la stessa:
- 2n, se quello originario era diploide;
- n, se quello originale era aploide.
Vale la pena notare: nel corpo umano, tutte le cellule, escluse le cellule sessuali, contengono un doppio set di cromosomi (sono chiamati somatici), quindi la mitosi avviene solo nella forma diploide.
La mitosi aploide è inerente alle cellule vegetali, in particolare ai gametofiti, ad esempio un germoglio di felce a forma di piatto a forma di cuore, una pianta frondosa nei muschi.
Lo schema generale della mitosi può essere rappresentato come segue:
Interfase
La mitosi stessa è preceduta da una lunga preparazione (interfase), ed è per questo che tale divisione è chiamata indiretta.
Durante questa fase avviene la vita vera e propria della cellula. Sintetizza proteine, grassi e ATP, li immagazzina, cresce e aumenta il numero di organelli per la successiva divisione.
Vale la pena notare: Le cellule sono in interfase per circa il 90% della loro vita.
Si compone di tre fasi nel seguente ordine: presintetico (o G1), sintetico (S) e postsintetico (G2).
Durante il periodo presintetico avviene la crescita principale della cellula e l'accumulo di energia in ATP per la futura divisione; il corredo cromosomico è 2n2c (dove n è il numero di cromosomi e c è il numero di molecole di DNA). L'evento più importante del periodo sintetico fu il raddoppio (o replicazione, o riduplicazione) del DNA.
Ciò avviene nel modo seguente: i legami tra le basi azotate corrispondenti (adenina - timina e guanina - citosina) vengono rotti con l'aiuto di uno speciale enzima, quindi ciascuna delle singole catene viene completata in una doppia catena secondo la regola della complementarità. Questo processo è rappresentato nel diagramma seguente:
Pertanto, il set cromosomico diventa 2n4c, cioè compaiono coppie di cromosomi a due cromatidi.
Durante il periodo post-sintetico dell'interfase, avviene la preparazione finale per la divisione mitotica: il numero di organelli aumenta e anche i centrioli raddoppiano.
Profase
Il processo principale con cui inizia la profase è la spiralizzazione (o torsione) dei cromosomi. Diventano più compatti, più densi e alla fine possono essere visti con il microscopio più comune.
Quindi si forma un fuso di divisione, costituito da due centrioli con microtubuli situati su diversi poli della cellula. Il set genetico, nonostante il cambiamento nella forma del materiale, rimane lo stesso: 2n4c.
Prometafase
La prometafase è una continuazione della profase. Il suo evento principale è la distruzione della membrana nucleare, a seguito della quale i cromosomi entrano nel citoplasma e si trovano nella zona dell'ex nucleo. Vengono quindi posizionati in linea sul piano equatoriale del fuso, a quel punto la prometafase è completata. L'insieme dei cromosomi non cambia.
Metafase
Durante la metafase, i cromosomi sono completamente spiralizzati, motivo per cui vengono solitamente studiati e contati durante questa fase.
Quindi i microtubuli “si allungano” dai poli dei cromosomi situati all'equatore della cellula e si uniscono a loro, pronti per essere separati in diverse direzioni.
Anafase
Dopo che le estremità dei microtubuli sono attaccate al cromosoma da lati diversi, si verifica la loro divergenza simultanea. Ogni cromosoma “si spezza” in due cromatidi, che da quel momento in poi vengono chiamati cromosomi figli.
I fili del fuso si accorciano e tirano i cromosomi figli verso i poli della cellula, con il corredo cromosomico che ammonta a 4n4c, e su ciascun polo - 2n2c.
Telofase
La telofase completa la divisione cellulare mitotica. Si verifica la despiralizzazione: lo svolgimento dei cromosomi, portandoli in una forma in cui è possibile leggere informazioni da essi. Le membrane nucleari vengono riformate e il fuso di fissione viene distrutto perché non necessario.
La telofase termina con la separazione del citoplasma e degli organelli, la separazione delle cellule figlie l'una dall'altra e la formazione delle membrane cellulari in ciascuna di esse. Ora queste cellule sono completamente indipendenti e ciascuna di esse entra di nuovo nella prima fase della vita: l'interfase.
Conclusione
Molta attenzione è prestata a questo argomento in biologia; nelle lezioni scolastiche, gli studenti dovrebbero capire che con l'aiuto della mitosi, tutti gli organismi eucariotici si riproducono, crescono, si riprendono dai danni e senza di essa non può verificarsi un singolo rinnovamento o rigenerazione cellulare.
Ciò che è importante è che la mitosi garantisce la costanza dei geni per un certo numero di generazioni, e quindi la costanza delle proprietà che sono alla base dell'ereditarietà.
Ciclo cellulare è il periodo della vita di una cellula da una divisione all’altra. È costituito da periodi di interfase e di divisione. La durata del ciclo cellulare varia nei diversi organismi (per i batteri - 20-30 minuti, per le cellule eucariotiche - 10-80 ore).
Interfase
Interfase (dal lat. Inter- fra, fasi– emergenza) è il periodo che intercorre tra le divisioni cellulari o dalla divisione alla sua morte. Il periodo che va dalla divisione cellulare alla morte è caratteristico delle cellule di un organismo multicellulare che, dopo la divisione, hanno perso la capacità di farlo (eritrociti, cellule nervose, ecc.). L'interfase occupa circa il 90% del ciclo cellulare.
L'interfase comprende:
1) periodo presintetico (G 1) – iniziano i processi intensivi di biosintesi, la cellula cresce e aumenta di dimensioni. È durante questo periodo che le cellule degli organismi multicellulari che hanno perso la capacità di dividersi rimangono fino alla morte;
2) sintetico (S) – DNA e cromosomi raddoppiano (la cellula diventa tetraploide), i centrioli, se presenti, raddoppiano;
3) postsintetico (G 2) – sostanzialmente i processi di sintesi nella cellula si fermano, la cellula si prepara alla divisione.
Avviene la divisione cellulare diretto(amitosi) e indiretto(mitosi, meiosi).
Amitosi
Amitosi – divisione cellulare diretta, in cui non si forma un apparato di divisione. Il nucleo si divide a causa della costrizione anulare. Non esiste una distribuzione uniforme dell’informazione genetica. In natura, i macronuclei (grandi nuclei) dei ciliati e delle cellule placentari nei mammiferi sono divisi dall'amitosi. Le cellule tumorali possono dividersi per amitosi.
La divisione indiretta è associata alla formazione di un apparato di fissione. L'apparato di divisione comprende componenti che assicurano una distribuzione uniforme dei cromosomi tra le cellule (fuso di divisione, centromeri e, se presenti, centrioli). La divisione cellulare può essere divisa in divisione nucleare ( mitosi) e divisione citoplasmatica ( citocinesi). Quest'ultimo inizia verso la fine della fissione nucleare. Le più comuni in natura sono la mitosi e la meiosi. Occasionalmente si verifica endomitosi- fissione indiretta che avviene nel nucleo senza distruzione del suo guscio.
Mitosi
Mitosi è una divisione cellulare indiretta in cui dalla cellula madre si formano due cellule figlie con un identico insieme di informazioni genetiche.
Fasi della mitosi:
1) profase – avviene la compattazione della cromatina (condensazione), i cromatidi si muovono a spirale e si accorciano (diventano visibili al microscopio ottico), i nucleoli e la membrana nucleare scompaiono, si forma un fuso, i suoi fili sono attaccati ai centromeri dei cromosomi, i centrioli si dividono e divergono ai poli della cellula;
2) metafase – i cromosomi sono massimamente spiralizzati e situati lungo l’equatore (nella placca equatoriale), i cromosomi omologhi si trovano nelle vicinanze;
3) anafase – i fili del fuso si contraggono simultaneamente e allungano i cromosomi verso i poli (i cromosomi diventano monocromatici), la fase più breve della mitosi;
4) telofase – si formano la spirale dei cromosomi, i nucleoli e la membrana nucleare, inizia la divisione del citoplasma.
La mitosi è caratteristica principalmente delle cellule somatiche. La mitosi mantiene un numero costante di cromosomi. Aiuta ad aumentare il numero di cellule, quindi si osserva durante la crescita, la rigenerazione e la propagazione vegetativa.
Meiosi
Meiosi (dal greco meiosi- riduzione) è una divisione cellulare a riduzione indiretta, in cui dalla cellula madre si formano quattro cellule figlie, aventi informazioni genetiche non identiche.
Esistono due divisioni: meiosi I e meiosi II. L'interfase I è simile all'interfase prima della mitosi. Nel periodo post-sintetico dell'interfase, i processi di sintesi proteica non si fermano e continuano nella profase della prima divisione.
Meiosi I:
– profase I – i cromosomi si muovono a spirale, il nucleolo e l’involucro nucleare scompaiono, si forma un fuso, i cromosomi omologhi si avvicinano e si uniscono lungo i cromatidi fratelli (come il fulmine in un castello) – avviene coniugazione, formandosi così tetradi, O bivalenti, si forma un crossover cromosomico e le sezioni vengono scambiate - attraversando, allora i cromosomi omologhi si respingono, ma rimangono collegati nelle aree in cui è avvenuto l'incrocio; i processi di sintesi sono completati;
– metafase I – i cromosomi si trovano lungo l’equatore, i cromosomi omologhi – bicromatidi si trovano uno di fronte all’altro su entrambi i lati dell’equatore;
– anafase I – i filamenti del fuso si contraggono e si allungano simultaneamente lungo un cromosoma bicromatoide omologo verso i poli;
– telofase I (se presente) - i cromosomi despirano, si formano un nucleolo e una membrana nucleare, il citoplasma è distribuito (le cellule che si formano sono aploidi).
Interfase II(se presente): la duplicazione del DNA non avviene.
Meiosi II:
– profase II – i cromosomi diventano più densi, il nucleolo e la membrana nucleare scompaiono, si forma un fuso di fissione;
– metafase II – i cromosomi si trovano lungo l’equatore;
– anafase II – i cromosomi, con simultanea contrazione dei fili del fuso, divergono ai poli;
– telofase II – i cromosomi despirano, si formano il nucleolo e la membrana nucleare e il citoplasma si divide.
La meiosi avviene prima della formazione delle cellule germinali. Permette la fusione delle cellule germinali per mantenere costante il numero di cromosomi della specie (cariotipo). Fornisce variabilità combinatoria.
Andamento temporale della mitosi e della citocinesi tipica di una cellula di mammifero. I numeri esatti variano a seconda delle diverse celle. La citocinesi inizia in anafase e termina, di regola,
entro la fine della telofase
La fase del ciclo cellulare corrispondente alla divisione cellulare è chiamata fase M. La fase M è convenzionalmente divisa in sei fasi, che si trasformano gradualmente e continuamente l'una nell'altra. I primi cinque - profase, prometafase, metafase, anafase e telofase - costituiscono la mitosi e il processo di separazione del citoplasma cellulare, o citocinesi, che inizia in anafase, procede fino al completamento del ciclo mitotico e, di regola, è considerata parte della telofase.
La durata delle singole fasi è diversa e varia a seconda del tipo di tessuto, dello stato fisiologico dell'organismo e di fattori esterni. Le fasi più lunghe sono associate ai processi di sintesi intracellulare: profase e telofase. Le fasi più rapide della mitosi, durante le quali avviene il movimento dei cromosomi: metafase e anafase. Il processo effettivo di divergenza cromosomica ai poli di solito non supera i 10 minuti.
Profase
Gli eventi principali della profase comprendono la condensazione dei cromosomi all'interno del nucleo e la formazione di un fuso di divisione nel citoplasma della cellula. La disintegrazione del nucleolo in profase è una caratteristica caratteristica, ma non obbligatoria, di tutte le cellule.
Convenzionalmente, l'inizio della profase è considerato il momento della comparsa dei cromosomi visibili al microscopio a causa della condensazione della cromatina intranucleare. La compattazione dei cromosomi avviene a causa dell'elica del DNA a più livelli. Questi cambiamenti sono accompagnati da un aumento dell'attività delle fosforilasi che modificano gli istoni direttamente coinvolti nella composizione del DNA. Di conseguenza, l’attività trascrizionale della cromatina diminuisce drasticamente, i geni nucleolari vengono inattivati e la maggior parte delle proteine nucleolari si dissociano. I cromatidi fratelli condensanti all'inizio della profase rimangono accoppiati per tutta la loro lunghezza con l'aiuto delle proteine di coesione, ma all'inizio della prometafase la connessione tra i cromatidi viene mantenuta solo nella regione del centromero. Entro la profase tardiva, si formano cinetocori maturi su ciascun centromero dei cromatidi fratelli, necessari affinché i cromosomi si attacchino ai microtubuli del fuso nella prometafase.
Insieme ai processi di condensazione intranucleare dei cromosomi, nel citoplasma inizia a formarsi il fuso mitotico, una delle strutture principali dell'apparato di divisione cellulare, responsabile della distribuzione dei cromosomi tra le cellule figlie. Corpi polari, microtubuli e cinetocori cromosomici prendono parte alla formazione del fuso di divisione in tutte le cellule eucariotiche.
L'inizio della formazione del fuso mitotico in profase è associato a drammatici cambiamenti nelle proprietà dinamiche dei microtubuli. L'emivita del microtubulo medio diminuisce di circa 20 volte da 5 minuti a 15 secondi. Tuttavia, il loro tasso di crescita aumenta di circa 2 volte rispetto agli stessi microtubuli interfasici. Le estremità più polimerizzanti sono “dinamicamente instabili” e cambiano bruscamente da una crescita uniforme ad un rapido accorciamento, in cui l’intero microtubulo spesso si depolimerizza. È interessante notare che per il corretto funzionamento del fuso mitotico è necessario un certo equilibrio tra i processi di assemblaggio e depolimerizzazione dei microtubuli, poiché né i microtubuli del fuso stabilizzati né quelli depolimerizzati sono in grado di muovere i cromosomi.
Insieme ai cambiamenti osservati nelle proprietà dinamiche dei microtubuli che compongono i filamenti del fuso, durante la profase si formano i poli di divisione. I centrosomi replicati nella fase S divergono in direzioni opposte a causa dell'interazione dei microtubuli polari che crescono l'uno verso l'altro. Con le loro estremità negative, i microtubuli sono immersi nella sostanza amorfa dei centrosomi, e i processi di polimerizzazione avvengono dalle estremità positive rivolte verso il piano equatoriale della cellula. In questo caso, il probabile meccanismo di separazione dei poli è spiegato come segue: le proteine simili alla dineina orientano le estremità più polimerizzanti dei microtubuli polari in una direzione parallela e le proteine simili alla chinesina, a loro volta, le spingono verso i poli di divisione.
Parallelamente alla condensazione dei cromosomi e alla formazione del fuso mitotico, durante la profase avviene la frammentazione del reticolo endoplasmatico, che si scompone in piccoli vacuoli, che poi divergono verso la periferia della cellula. Allo stesso tempo, i ribosomi perdono le connessioni con le membrane del RE. Anche le cisterne dell'apparato di Golgi cambiano la loro localizzazione perinucleare, scomponendosi in singoli dictosomi distribuiti nel citoplasma senza un ordine particolare.
Prometafase
Prometafase
La fine della profase e l'inizio della prometafase sono solitamente contrassegnati dalla disintegrazione della membrana nucleare. Alcune proteine della lamina vengono fosforilate, per cui l'involucro nucleare si frammenta in piccoli vacuoli e i complessi dei pori scompaiono. Dopo la distruzione della membrana nucleare, i cromosomi si trovano nella regione nucleare senza un ordine particolare. Tuttavia, presto iniziano tutti a muoversi.
Nella prometafase si osserva un movimento intenso ma casuale dei cromosomi. Inizialmente, i singoli cromosomi si spostano rapidamente verso il polo più vicino del fuso mitotico ad una velocità che raggiunge i 25 μm/min. Vicino ai poli di divisione, aumenta la probabilità di interazione del microtubulo del fuso appena sintetizzato e termina con i cinetocori cromosomici. Come risultato di questa interazione, i microtubuli del cinetocore vengono stabilizzati dalla depolimerizzazione spontanea e la loro crescita garantisce in parte la rimozione del cromosoma ad essi collegato nella direzione dal polo al piano equatoriale del fuso. Dall'altro lato, il cromosoma è percorso da filamenti di microtubuli provenienti dal polo opposto del fuso mitotico. Interagendo con i cinetocori, partecipano anche al movimento dei cromosomi. Di conseguenza, i cromatidi fratelli si associano ai poli opposti del fuso. La forza sviluppata dai microtubuli provenienti da poli diversi non solo stabilizza l'interazione di questi microtubuli con i cinetocori, ma alla fine porta anche ciascun cromosoma nel piano della piastra metafase.
Nelle cellule dei mammiferi, la prometafase avviene solitamente entro 10-20 minuti. Nei neuroblasti della cavalletta, questa fase dura solo 4 minuti, mentre nell'endosperma dell'Haemanthus e nei fibroblasti del tritone dura circa 30 minuti.
Metafase
Metafase
Alla fine della prometafase, i cromosomi si trovano nel piano equatoriale del fuso a distanze approssimativamente uguali da entrambi i poli di divisione, formando una placca metafase. La morfologia della placca metafase nelle cellule animali, di regola, si distingue per una disposizione ordinata dei cromosomi: le regioni centromeriche sono rivolte verso il centro del fuso e le braccia sono rivolte verso la periferia della cellula. Nelle cellule vegetali, i cromosomi spesso si trovano sul piano equatoriale del fuso senza un ordine rigoroso.
La metafase occupa una parte significativa del periodo della mitosi ed è caratterizzata da uno stato relativamente stabile. Per tutto questo tempo, i cromosomi vengono trattenuti nel piano equatoriale del fuso a causa delle forze di tensione equilibrate dei microtubuli del cinetocore, eseguendo movimenti oscillatori di ampiezza insignificante nel piano della piastra metafase.
Nella metafase, così come durante le altre fasi della mitosi, il rinnovamento attivo dei microtubuli del fuso continua attraverso l'assemblaggio intensivo e la depolimerizzazione delle molecole di tubulina. Nonostante una certa stabilizzazione dei fasci di microtubuli del cinetocore, si verifica un costante riassemblaggio dei microtubuli interpolari, il cui numero raggiunge il massimo in metafase.
Alla fine della metafase si osserva una netta separazione dei cromatidi fratelli, la cui connessione è mantenuta solo nelle regioni centromeriche. I bracci cromatidi sono paralleli tra loro e lo spazio che li separa diventa chiaramente visibile.
Anafase
L'anafase è lo stadio più breve della mitosi, che inizia con l'improvvisa separazione e successiva separazione dei cromatidi fratelli verso i poli opposti della cellula. I cromatidi divergono con una velocità uniforme che raggiunge 0,5-2 µm/min e spesso assumono una forma a V. Il loro movimento è guidato da forze significative, stimate in 10 dyne per cromosoma, ovvero 10.000 volte la forza richiesta per spostare semplicemente un cromosoma attraverso il citoplasma alla velocità osservata.
Tipicamente, la segregazione cromosomica in anafase consiste in due processi relativamente indipendenti chiamati anafase A e anafase B.
L'anafase A è caratterizzata dalla separazione dei cromatidi fratelli ai poli opposti della divisione cellulare. Le stesse forze che prima trattenevano i cromosomi nel piano della placca metafase sono responsabili del loro movimento. Il processo di separazione dei cromatidi è accompagnato da una riduzione della lunghezza dei microtubuli del cinetocore depolimerizzante. Inoltre, il loro decadimento si osserva principalmente nella regione dei cinetocori, dalle estremità più. Probabilmente, la depolimerizzazione dei microtubuli nei cinetocori o nella regione dei poli di divisione è una condizione necessaria per il movimento dei cromatidi fratelli, poiché il loro movimento si ferma con l'aggiunta di tassolo o acqua pesante, che hanno un effetto stabilizzante sui microtubuli. Il meccanismo alla base della segregazione cromosomica nell'anafase A rimane sconosciuto.
Durante l'anafase B, i poli della divisione cellulare divergono e, a differenza dell'anafase A, questo processo avviene a causa dell'assemblaggio dei microtubuli polari dalle estremità positive. I filamenti antiparalleli polimerizzanti del fuso, quando interagiscono, creano in parte una forza che allontana i poli. L'entità del movimento relativo dei poli in questo caso, così come il grado di sovrapposizione dei microtubuli polari nella zona equatoriale della cellula, varia notevolmente tra individui di specie diverse. Oltre alle forze di spinta, i poli di divisione sono influenzati dalle forze di attrazione dei microtubuli astrali, che si creano come risultato dell'interazione con le proteine simili alla dineina sulla membrana plasmatica della cellula.
La sequenza, la durata e il relativo contributo di ciascuno dei due processi che compongono l'anafase possono essere estremamente diversi. Pertanto, nelle cellule di mammifero, l'anafase B inizia immediatamente dopo l'inizio della divergenza dei cromatidi ai poli opposti e continua fino a quando il fuso mitotico si allunga di 1,5-2 volte rispetto a quello della metafase. In alcune altre cellule, l'anafase B inizia solo dopo che i cromatidi raggiungono i poli di divisione. In alcuni protozoi, durante l'anafase B, il fuso si allunga 15 volte rispetto alla metafase. L'anafase B è assente nelle cellule vegetali.
Telofase
Telofase
La telofase è considerata la fase finale della mitosi; si ritiene che il suo inizio sia il momento in cui i cromatidi fratelli separati si fermano ai poli opposti della divisione cellulare. All'inizio della telofase si osserva la decondensazione dei cromosomi e, di conseguenza, un aumento del loro volume. Vicino ai singoli cromosomi raggruppati inizia la fusione delle vescicole della membrana, che inizia la ricostruzione dell'involucro nucleare. Il materiale per costruire le membrane dei nuclei figli appena formati sono frammenti della membrana nucleare inizialmente disintegrata della cellula madre, nonché elementi del reticolo endoplasmatico. In questo caso, le singole vescicole si legano alla superficie dei cromosomi e si fondono insieme. Le membrane nucleari esterne ed interne vengono gradualmente ripristinate, la lamina nucleare e i pori nucleari vengono ripristinati. Durante il processo di ripristino della membrana nucleare, vescicole di membrana distinte probabilmente si collegano alla superficie dei cromosomi senza riconoscere sequenze nucleotidiche specifiche, poiché gli esperimenti hanno dimostrato che il ripristino della membrana nucleare avviene attorno a molecole di DNA prese in prestito da qualsiasi organismo, anche da un virus batterico. All'interno dei nuclei cellulari appena formati, la cromatina si disperde, la sintesi dell'RNA riprende e i nucleoli diventano visibili.
Parallelamente ai processi di formazione dei nuclei delle cellule figlie in telofase, inizia e finisce lo smontaggio dei microtubuli del fuso. La depolimerizzazione procede nella direzione dai poli di divisione al piano equatoriale della cellula, dalle estremità meno alle estremità più. In questo caso, i microtubuli persistono più a lungo nella parte centrale del fuso, che forma il corpo di Fleming residuo.
La fine della telofase coincide prevalentemente con la separazione del corpo cellulare madre mediante citocinesi. In questo caso si formano due o più cellule figlie. I processi che portano alla separazione del citoplasma iniziano a metà dell'anafase e possono continuare dopo il completamento della telofase. La mitosi non è sempre accompagnata dalla divisione del citoplasma, pertanto la citocinesi non è classificata come una fase separata della divisione mitotica ed è solitamente considerata parte della telofase.
Esistono due tipi principali di citocinesi: divisione per costrizione cellulare trasversale e divisione per formazione di una piastra cellulare. Il piano di divisione cellulare è determinato dalla posizione del fuso mitotico e corre ad angolo retto rispetto all'asse lungo del fuso.
Quando una cellula si divide mediante una costrizione trasversale, il sito della divisione citoplasmatica viene preliminarmente stabilito durante l'anafase, quando un anello contrattile di filamenti di actina e miosina appare nel piano della piastra metafasica sotto la membrana cellulare. Successivamente, per effetto dell'attività dell'anello contrattile, si forma un solco di scissione, che progressivamente si approfondisce fino alla completa divisione della cellula. Al termine della citocinesi, l'anello contrattile si disintegra completamente e la membrana plasmatica si contrae attorno ad un corpo di Fleming residuo, costituito da un accumulo di resti di due gruppi di microtubuli polari, strettamente impacchettati insieme da materiale di matrice densa.
La divisione mediante formazione della piastra cellulare inizia con il movimento di piccole vescicole delimitate dalla membrana verso il piano equatoriale della cellula. Qui si fondono per formare una struttura a forma di disco, circondata da membrana, chiamata placca cellulare iniziale. Le piccole vescicole originano principalmente dall'apparato di Golgi e si spostano verso il piano equatoriale lungo i microtubuli polari residui del fuso, formando una struttura cilindrica detta fragmoplasto. Man mano che la piastra cellulare si espande, i microtubuli del primo fragmoplasto si spostano simultaneamente verso la periferia della cellula, dove, a causa delle nuove vescicole di membrana, la crescita della piastra cellulare continua fino alla sua fusione finale con la membrana della cellula madre. Dopo la separazione finale delle cellule figlie, le microfibrille di cellulosa si depositano nella piastra cellulare, completando la formazione di una parete cellulare rigida.
| Prevost, Jean-Louis |
Tra tutti gli argomenti interessanti e piuttosto complessi della biologia, vale la pena evidenziare due processi di divisione cellulare nel corpo: meiosi e mitosi. All'inizio può sembrare che questi processi siano gli stessi, poiché in entrambi i casi avviene la divisione cellulare, ma in realtà c'è una grande differenza tra loro. Prima di tutto, devi capire la mitosi. Cos'è questo processo, cos'è l'interfase della mitosi e che ruolo svolgono nel corpo umano? Questo sarà discusso più dettagliatamente in questo articolo.
Un processo biologico complesso che è accompagnato dalla divisione cellulare e dalla distribuzione dei cromosomi tra queste cellule: tutto questo si può dire della mitosi. Grazie ad esso, i cromosomi contenenti DNA sono distribuiti uniformemente tra le cellule figlie del corpo.
Ci sono 4 fasi principali nel processo di mitosi. Sono tutti interconnessi, poiché le fasi passano agevolmente dall'una all'altra. La prevalenza della mitosi in natura è dovuta al fatto che è coinvolta nel processo di divisione di tutte le cellule, inclusi muscoli, nervi e così via.
Brevemente sull'interfase
Prima di entrare nello stato di mitosi, una cellula che si divide entra in interfase, cioè cresce. La durata dell'interfase può occupare più del 90% del tempo totale di attività cellulare in modalità normale.
L’interfase è divisa in 3 periodi principali:
- fase G1;
- Fase S;
- fase G2.
Si svolgono tutti in una certa sequenza. Esaminiamo ciascuna di queste fasi separatamente.
Interfase - componenti principali (formula)
Fase G1
Questo periodo è caratterizzato dalla preparazione della cellula alla divisione. Aumenta di volume per l'ulteriore fase della sintesi del DNA.
Fase S
Questa è la fase successiva del processo interfase, durante il quale le cellule del corpo si dividono. Di norma, la sintesi della maggior parte delle cellule avviene in un breve periodo di tempo. Dopo la divisione, le cellule non aumentano di dimensioni, ma inizia l'ultima fase.
Fase G2
La fase finale dell'interfase, durante la quale le cellule continuano a sintetizzare proteine aumentando di dimensioni. Durante questo periodo nella cellula sono ancora presenti nucleoli. Inoltre, nell'ultima parte dell'interfase, avviene la duplicazione dei cromosomi e la superficie del nucleo in questo momento è ricoperta da uno speciale guscio che ha una funzione protettiva.
Una nota! Alla fine della terza fase avviene la mitosi. Comprende anche diverse fasi, dopo le quali avviene la divisione cellulare (questo processo in medicina è chiamato citocinesi).
Fasi della mitosi
Come notato in precedenza, la mitosi è divisa in 4 fasi, ma a volte possono essercene di più. Di seguito sono riportati i principali.
Tavolo. Descrizione delle principali fasi della mitosi.
| Nome della fase, foto | Descrizione |
|---|---|
| Durante la profase si verifica la spiralizzazione dei cromosomi, a seguito della quale assumono una forma contorta (è più compatta). Tutti i processi sintetici nelle cellule del corpo si fermano, quindi i ribosomi non vengono più prodotti. |
| Molti esperti non distinguono la prometafase come una fase separata della mitosi. Spesso tutti i processi che si verificano in esso vengono definiti profase. Durante questo periodo, il citoplasma avvolge i cromosomi, che si muovono liberamente all'interno della cellula fino a un certo punto. |
| La fase successiva della mitosi, che è accompagnata dalla distribuzione dei cromosomi condensati sul piano equatoriale. Durante questo periodo, i microtubuli vengono rinnovati continuamente. Durante la metafase, i cromosomi sono disposti in modo tale che i loro cinetocori siano in una direzione diversa, cioè diretti verso i poli opposti. |
| Questa fase della mitosi è accompagnata dalla separazione dei cromatidi di ciascun cromosoma l'uno dall'altro. La crescita dei microtubuli si ferma, ora iniziano a smontarsi. L'anafase non dura a lungo, ma durante questo periodo di tempo le cellule riescono a disperdersi più vicino a poli diversi in numero approssimativamente uguale. |
| Questa è l'ultima fase durante la quale inizia la decondensazione dei cromosomi. Le cellule eucariotiche completano la loro divisione e attorno a ciascun insieme di cromosomi umani si forma un guscio speciale. Quando l'anello contrattile si contrae, il citoplasma si separa (in medicina questo processo è chiamato citotomia). |
Importante! La durata dell'intero processo di mitosi, di norma, non supera 1,5-2 ore. La durata può variare a seconda del tipo di cellula da dividere. Inoltre, la durata del processo è influenzata da fattori esterni, come le condizioni di luce, la temperatura e così via.
Che ruolo biologico gioca la mitosi?
Cerchiamo ora di comprendere le caratteristiche della mitosi e la sua importanza nel ciclo biologico. Prima di tutto, assicura molti processi vitali del corpo, compreso lo sviluppo embrionale.
La mitosi è anche responsabile del ripristino dei tessuti e degli organi interni del corpo dopo vari tipi di danni, con conseguente rigenerazione. Nel processo di funzionamento, le cellule muoiono gradualmente, ma con l'aiuto della mitosi l'integrità strutturale dei tessuti viene costantemente mantenuta.
La mitosi garantisce la conservazione di un certo numero di cromosomi (corrisponde al numero di cromosomi nella cellula madre). leggi sul nostro sito.
Video - Caratteristiche e tipi di mitosi
Mitosiè un metodo di divisione delle cellule eucariotiche, che porta alla formazione di 2 cellule figlie che hanno lo stesso corredo cromosomico e di una cellula madre.
Durante la mitosi avviene una divisione cellulare, che consiste di quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase. L'insieme dei cromosomi nelle cellule prima e dopo la divisione è diploide. Lo stato delle informazioni ereditarie rimane invariato dopo la separazione. La mitosi nelle cellule vegetali fu scoperta nel 1874 da I. D. Chistyakov, e nelle cellule animali la divisione mitotica fu scoperta poco dopo - nel 1878 - da W. Fleming e P. I. Peremezhko.
fasi della mitosi
Profase - fase di spiralizzazione dei cromosomi dicromatidi. I seguenti processi si verificano in profase:
■ spiralizzazione (condensazione), cioè accorciamento e ispessimento dei cromosomi dicromatidi;
■ differenze tra centrioli e poli;
■ riduzione e scomparsa del nucleolo (nucleoli)
■ disintegrazione in frammenti della membrana nucleare;
■ formazione mandrini - sistema di microtubuli in una cellula che si divide. Fornisce la segregazione cromosomica nella mitosi e nella meiosi. Il fuso contiene due tipi di microtubi: quelli che si estendono dai poli (polari) e dai centromeri dei cromosomi (cromosomici). La divergenza cromosomica si verifica a causa della riduzione dei microtubi cromosomici. Il fuso, insieme ai centri di raccolta dei microtubuli, costituisce l'apparato mitotico.
Metafase- la fase di disposizione dei cromosomi dicromati all'equatore della cellula. Nella metafase i cromosomi si trovano all'equatore
I-III- profase; IV- metafase; V-VI - anafase; VII-VIII- telofase.
cellule ad uguale distanza dai poli del nucleo sullo stesso piano, formando il cosiddetto piastra metafasica.È importante notare che rimangono in questa posizione per un periodo piuttosto lungo. A questo proposito, la metafase è utile per contare il numero di cromosomi in una cellula.
Anafase- fase di differenziazione dei cromosomi monocromatici ai poli delle cellule. Nell'anafase i cromosomi si separano in singoli cromatidi e si spostano verso i poli della cellula.
Telofase - fase di despiralizzazione dei cromosomi monocromatici. è detta anche “profase inversa”, poiché si verificano processi opposti ai processi di profase: despiralizzazione cromosomi monocromatici, la posizione dei centrioli vicino al nucleo, la formazione del nucleolo (nucleoli), la formazione dell'involucro nucleare e la distruzione del fuso.
Il significato biologico della mitosi: 1) garantisce la precisa distribuzione del materiale ereditario tra due cellule figlie; 2) garantisce la costanza del cariotipo durante la riproduzione asessuata; 3) è alla base della riproduzione asessuata, della rigenerazione e della crescita.
BIOLOGIA +Colchicina- un alcaloide che ha un forte effetto antimiotico. Questo composto inibisce la formazione dei filamenti del fuso mitotico impedendone la raccolta dalle subunità proteiche della tubulina. La colchicina viene utilizzata in biologia per studiare il cariotipo e per la diagnosi clinica di anomalie cromosomiche, in allevamento per ottenere probabilità poliploidi, in medicina per ridurre il dolore della gotta, ecc. La colchicina si ottiene dai cormi del croco autunnale (Colchicum autunnale L.) , che appartiene alla famiglia delle Melanthia nell'ordine delle Liliaceae. Il colchico è una pianta molto velenosa, ma allo stesso tempo un'importante pianta medicinale e un'interessante pianta ornamentale.
