MITOSI E MEIOSI A CONFRONTO.

La mitosi.
La mitosi è il principale processo che assicura che ogni cellula di un organismo porti gli stessi cromosomi, mantenendo il numero corretto di cromosomi in ogni cellula.

Il tipo di divisione cellulare che ripartisce i cromosomi in maniera equivalente tra le cellule figlie, il meccanismo cellulare che porta alla conservazione del materale genetico attraverso le varie generazioni cellulari. Quando si parla di mitosi ci si riferisce al processo finale di un ciclo cellulare in cui si assiste alla seprarazione di una cellula madre in due cellule figlie, infatti esso rappresenta solo una piccola parte del ciclo cellulare, il periodo che intercorre tra di essa è nota come interfase.

Dunque con il termine mitosi intendiamo il processo di divisione cellulare, solo una piccola parte del ciclo cellulare è utilizzato per la divisione della cellula. Il periodo che intercorre tra le divisioni è noto come interfase.

Interfase.

L'interfase a sua volta è suddivisibile in tre stadi che vengono rispettivamente chiamati G1-S-G2.

La fase G1 parte dalla nascita di una nuova cellula, a sua volta derivata da un precedente processo di mitosi.

Durante la G1 la cellula utilizza l'informazione genetica che ha ereditato per portare avanti tutte le sue funzioni. Questa fase comunemente è nota come di accrescimento, è molto variabile anche a seconda del tipo di cellula, per fare un esempio le cellule embrionali tendono a dividersi molto velocemente, le cellule del cervello invece tendono a sostare in una fase nota come fase G0, una fase di riposo della G1 e permangono in tale stato per tutta la durata della vita.

La mitosi la possiamo suddividere per comodità in vari stadi, ognuno dei quali caratterizzato da uno o più eventi cruciali. Le fasi della mitosi sono: profase, prometafase, metafase, anafase, telofase, citochinesi.

Come possiamo notare dall'immagine sopra, prima dell'inizio della fase G2 la cellula entra in fase S. Durante tale fase il materiale genetico viene duplicato.

 Durante la replicazione, ciascun cromosoma si duplia per produrre cromatidi fratelli identici, che saranno visibili quando i cromosomi si condenseranno all'inizio della mitosi. I due cromatidi fratelli rimanfono uniti al centromero.

L'intervallo G2 è compreso tra la duplicazione dei cromosomi e l'inizio della mitosi. Durante questa fase la cellula subisce un accrescimento, anche se limitato rispetto alla fase G1 e sintetizzano le proteine fondamentali per i ossimi stadi cellulari. All'esterno del nucleo si può osservare l'inizio della formazione dei microtubuli che saranno fondamentali per le prossime fasi cellulari.

I microtubuli si irradiano all'interno del citoplasma a partire da un centro singolo di organizzazione noto con il termine di centrosoma, localizzato vicino alla membrana nucleare.

Nelle cellula animali il centrosoma è costituito nella sua parte centrale da due organelli scuri noti con il termine di centrioli . Durante la fase S e G2 i centrosomi si replicano producendo due centrosomi che rimangono molto vicini.

Profase: condensazione dei cromosomi.

Il DNA è contenuto nel nucleo delle cellule, quando la cellula non è in fase di divisione cellulare (interfase) il nucleo è intatto, I cromosomi durante questa fase appaiono come aggregati indistinguibili di cromatina.

Durante la profase l'inizio della mitosi è rappresentato da un condensamento dei singoli cromosomi, processo appunto noto come condensazione. Ogni cromosoma che si condensa ha già subito il processo della replicazione ed è costituito da due cromatidi fratelli uniti tra di loro da una struttura nota come centromero.

 Il processo di condensazione è straordinario, la macromolecola del DNA come molti  sapranno è molto grande, potrebbe raggiungere una lungezza di svariati centimetri, per essere contenuta nel nucleo deve essere letteralmente impacchettata attraverso complessi e specifici processi.
Con la condensazione i cromosomi si trasformano da uno stat metabolicamente attivo ad una cndizione che li rende pronti per ilsucessivo trasporto nelle cellule figlie.
Durante questa fase i nucleoli iniziano a scomparire. I centrosomi si sono duplicati in interfase, si dividono e sono chiaramente distinguibili come due entità separate visibili al microscopio ottico. Nello stesso tempo una sottile e fitta rete di  microtubuli dell'interfase si disaggrega ed è sostituita da microtubuli che crescono e si contraggono rapidamente verso i propri centri di organizzazione dei centrosomi. I centrosomi continuano a separarsi migrano attorno alla membrana nucleare verso le estremità opposte del nucleo.

Prometafase: La prometafase, inizia con la disgregazione della membrana nucleare, ciò permette ai microtubuli irradiati dai centrosomi di invadere la regione corrispondente al nucleo.

I cromosomi si attaccano ai microtubli mediante il cinetocore.

I cinetocori contengono proteine che agiscono da motori molecolari, permettendo ai cromosomi di scivolare lungo i microtubuli.

Quando il cinetocore di un cromosoma inizialmente si attacca al microtubulo in prometafase, il motore che risiede sul cinetocore muove il cromosoma verso il centrosoma da cui quel microtubulo origina.

I microtubuli che crescono da due centrosomi catturano a caso i cromosomi  attraverso i cinetocori di uno dei due cromatidi fratelli. Il risultato è che qualche volta è possibile osservare cromosomi che si raggruppano in prossimità di ciascun centrosoma.

In questa parte iniziale della prometafse un cromatidio per ogni cromosoma è attaccato a un microtubulo ma il cinetocore del cromatidio fratello rimane libero.

Il fuso mitotico è costituito da tre diversi tipi di fibre microtubulari: tutti questi microtubuli si originano dai centrosomi che funzionano come i due poli dell'apparato del fuso.

I microtubuli che si estendono tra un centrosoma e il cinetocore di un cromatidio sono i microtubuli del cinetocore oppure le fibre centromeriche.

 I microtubuli che da ogni centrosoma sono diretti verso il centro della cellula sono definiti microtubuli polari; i microtubuli polari che si originano dai centrosomi opposti si interdigitano vicino l'equatore della cellula.

Ci sono infine, i corti microtubuli astrali, fibre poco stabili che si estendono dal centrosoma verso la periferia della cellula.

Verso la fine della prometafase i cinetocori dei cromatidi fratelli non ancora attaccati si associano ai microtubuli emanati dai centrosomi opposti.

In questo modo i cromosomi sono orientati in modo tale che un cromatidio fratello si affaccia verso un polo della cellula e l'altro verso il polo opposto.

Metafase: Il collegamento dei cromatidi fratelli innesca una serie di reazioni che permettono ai cromosomi di muoversi verso l'equatore immaginario, la cosidetta piastra metafasica.
Quando i cromosomi si allineano su di essa le forze che tirano i cromatidi verso i poli e le forze che lo mantengono in una posizione equidistante dai poli si equivalgono.

Anafase: durante l'anafase avviene la separazione dei cromosomi fratelli, ciò fa in modo che ogni cromatidio venga tirato verso il polo a cui è collegato tramite i microtubuli del cinetocore non appena il cromosoma si muove verso il polo, i microtubuli del cinetocore si accorciano.
Dato che le braccia dei cromatidi metacentrici seguono passivamente i cinetocori, assumono una configurazione caratteristica a forma di V durante l'anafase.
La connessione dei cromatidi fratelli ai microtubuli emanati dai poli opposti del fuso sta a significare che l'informazione genetica che migra verso un polo è esattamente uguale a quella che muove verso il polo opposto.

Telofase: la trasformazione finale del nucleo durante la mitosi avviene in telofase. La telofase è come la profase al contrario, le fibre del fuso iniziano a disperdersi e a livello di ciascun polo si riforma una membrana nucleare intorno al gruppo di cromatidi e ricompaiono i nucleoli. I cromatidi ora si comportano come cromosomi indipendenti che si decondensano e si despiralizzano fino a costituire un massa affrovigliata di cromatina. La mitosi finisce qui.



La meiosi e la produzione di cellule germinali aploidi, i gameti.
Durante i vari cicli di divisioni embrionali, la maggior parte delle cellule possono crescere e dividersi attraverso la mitosi o arrestarsi in G0.
Le cellule che vanno in divisione mitotica e quelle arrestate nella fase G0 sono chiamate cellule somatiche, e le cellule che derivano da esse andranno a costituire gran parte dei tessuti di un organismo durante il suo ciclo vitale. Altre cellule avranno un destino del tutto diverso; sono le cellule germinali; il loro destino  sarà quello di specializzarsi nella produzione dei gameti. Le cellule germinali faranno in seguito parte degli organi riproduttivi (testicoli, ovaie negli animali, fiori e antere nelle piante) dove infine andranno incontro alla meiosi, la divisione a due fasi che produce i gameti (cellule uova e spermatozoi o polline).
Tali cellule conterranno metà numero di cromosomi rispetto alle altre cellule dell'organismo.
Le cellule somatiche possiedono vita limitata; tendono ad andare incontro ad un certo numero di divisioni cellulari mitotiche e poi muoiono. Al contrario quelle germinali tendono ad acquistare una sorta di immortalità in quanto, generando gameti, trasmettono i geni di un indviduo alla generazione successiva.


 La meiosi è un processo cellulare mediante il quale il materiale cromosomico si replica una volta mentre la cellula si divide due volte, questo meccanismo ha l'importante funzione di diminuire il numero di cromosomi all'interno delle cellule figlie. Nelle cellule pre-meiotiche ogni cromosoma è appaiato con un omologo, e per ogni coppia di omologhi un cromosoma è dato dallo spermatozoo (contributo paterno) e un cromosoma è dato dall'uovo (contributo materno). Alla conclusione della meiosi ogni cellula sarà aploide, cioè mostrerà solo un membro della coppia di cromosomi omologhi sia esso materno o paterno. La meiosi nei primi stadi dello sviluppo di un organismo è di fondamentale importanza in quanto assicura una costanza nel numero cromosomico attraverso le generazioni di una particolare specie. Infatti se ciò non avvenisse la fusione di due cellule dipolidi produrrebbe uno zigote con il doppio dei cromosomi presenti nella generazione parentale, ad esempio nell'uomo il numero dei cromosomi in una cellula diploide è 46, la fusione di due cellule diploidi produrrebbe in seguito uno zigote con 92 cromosomi, nelle generazione successiva il doppio!
Inoltre errori nella segregazione dei cromosomi durante le fasi meiotiche possono portare a delle anomalie a livello genetico, come il processo definito di non disgiunzione nel quale i cromosomi non segregano correttamente portando alla formazione di gameti che presentano un numero maggiore di cromosomi in un gamete rispetto al normale e in un altro gamete essere assenti, oppure essere presenti in un numero deficitario rispetto al normale. La stragrande maggioranza di queste anomalie sono letali sia che coinvolgano cromosomi autosomici o sessuali, in alcuni casi come la trisomia 21 che causa la sindrome di down non è mortale ma porta modificazioni fenotipiche che possono essere molto debilitanti per l'individuo che ne è affetto.
In altri casi ancora a differenza dei casi in cui si verificano errori nella segregazione dei cromosomi, alcuni animali ibridi portano cromosomi non omologhi che non possono segregare correttamente. Un esempio è l'unione tra il cavallo e l'asino che produce il mulo che come molti sanno è sterile. Ciò è dovuto al fatto che il padre asino porta 30 cromosomi il cavallo 32 e molti di questi cromosomi sono troppo differenti per potersi appaiare, cio provoca formazione di gameti non vitali nel mulo con conseguente sterilità.
Abbiamo accennato al fatto che la meiosi svolge un ruolo di fondamentale importanza nell'assicurare la costanza del numero cromosomico nelle generazioni successive, ma allo stesso tempo svolge un ruolo primario nell'assicurare la variabilità genetica nelle generazioni. Infatti la meiosi presenta due aspetti di fondamentale importanza nell'assicurare la variabilità genetica. Primo è del tutto casuale quale dei cromosomi migri verso un determinato polo della cellula, 2) gameti diversi portano combinazioni genetiche differenti. Inoltre dobbiamo tenere conto anche del fatto che più aumenta l'assortimento di combinazioni geniche in una popolazione maggiori saranno le possibilità che alcuni individui possiedano combinazioni di alleli che possono permettere la sopravvivenza di un individuo in un particolare ambiente, e inoltra maggiore sarà il numero di cromosomi maggiore la variabilità genetica. Ad esempio negli esseri umani il numero di cromosomi in un gamete è 23 l'assortimento casuale di gameti con i rispettivi cromosomi potrebbe produrre 2 elevato alla 23 tipi di gameti differenti...(quindi 2 elevata alla 23 combinazioni genotipiche differenti).
Una seconda caratteristica poi è il mescolamento dei cromosomi che avviene durante il processo del crossing over in cui i cromosomi scambiano tra di loro segmenti di materiale genetico, contribuendo alla variabilità genetica, senza contare che la riproduzione sessuale amplifica questa variabilità, durante la riproduzione di uno qualsiasi dei tanti spermatozooi geneticamente diversi può fecondare uno dei tanti ovuli con la propria distinta identità genetica.

La meiosi è costituita da due cicli di divisione cellulare.
Caratteristica principale della meiosi è che a differenza della mitosi avengono due divisioni nucleari anzichè una sola.
Nella meiosi I l'evento principale è costituito dall'appaiamento dei cromosomi omologhi, dallo scambio di materiale genetico tra i cromosomi e infine dalla loro separazione.

Profase I: è la fase più lunga del processo meiotico, è il momento in cui avviene il crossing over.

La profase può essere suddivisa in vari sottostadi, il primo è noto come leptotene; all'avvio della meiosi I il dna è stato già duplicato, è la fsi in cui i cromosomi iniziano ad ispessirsi. Tutti i cromosomi sono già stati duplicati all'inizio della meiosi I ed ognuno è costituito da un cromatidio fratello attaccati d una struttura nota come centromero. In questo stadio i cromatidi sono strettamente associati tra di loro da apparire come un unica identità. Il successivo stadio è noto come zigotene, inizia questo stadio quando tutti i cromosomi omologhi sono appaiati tra di loro e inizian ad unirsi come una iusura lampo, a formare la sinapsi. QUesto processo avviene grazie all'azione e alla formazione di una elaborata e complessa struttura proteica nota come complesso sinaptinemale, è importante la formazione di tale complesso affinchè l'appaiamento dei cromosomi avvenga con estrema precisione, giustapponendo le stesse regioni genetiche dei due cromosomi.
Il pachitene; è lo stadio in cui avviene il crossing over, i cromosomi sono ora appaiati per tutta la loro lunghezza, i cromosomi X e Y sono differenti; l'appaiamento nel loro caso avviene solo in prossimità di particolari zone omolghe che permettono un appaiamento limitato. Durante il pachitene iniziano a formarsi delle particolari strutture denominate noduli di ricombinazione. A livello dei noduli di ricombinazione avviene uno scambio di materiale genomico tra i cromatidi non fratelli (materni e paterni). Lo scambio noto come crossing over, ha come risultato la ricombinazione di materiale genetico. Come risultato ogni cromosoma della coppia potrebbe non essere più di derivazione paterna e materna, ognuno comunque ha ancora un entità genomica completa dal momento che non vi è interruzione nell'informazione genetica.

Il diplotene ha inizio ha inizio con il dissolvimento del complesso sinaptinemale e con una leggera separazione dei cromosomi omologhi. I cromosomi omologhi allinearti di ciascun cromosoma rimangono legati ancora attraverso particolari strutture note come chiasmi, che sembrano essere i luoghi dove è avvenuto il crossing over. La diacinesi è accompagnata da una condensazione ulteriore dei cromatidi. A causa di questo ispessimento e accorciamento dei cromosomi può notare che ogni tetrade è costituita da quattro cromatidi fratelli tenuti insieme da un centromero. I cromatidi fratelli che sono andati incontro al crossing-over restano associati strettamente all'altezza dei chiamsi. Il completamento della diacinesi è analogo a quello della prometafase mitotica: la membrana nucleare si disaggrega e iniziano a comparire le prime fibre del fuso.

Metafase I: la differenza tra il fuso che si viene a formare durante questo processo e quello che si forma nella metafase mitotica è che durante la meiosi ogni cromatidio fratello possiede un cinetocore in grado di poter interaginre con i microtubuli che originano dai poli della opposti al fuso.
Inoltre in meiosi I i cinetocori dei cromatidi fratelli vanno incontro a fusione, ciò farà si che ogni cromosoma contenga un solo cinetocore.
La presenza di un solo cinetocore ha una conseguenza, durante l'anafase non vi sono forze opposte in grado di tirare i cromatidi fratelli da un lato e dall'atro. Nella metafase I al contrario le strutture dei microtubulu provenienti da poli opposti si attaccano ai cinetocori dei cromosomi omologhi.
I cromosomi in questo modo sono allineati nella piastra metafasica, i cinetocori dei cromosoi materni e paterni si affaceranno ai poli opposti del fuso, posizionando i cromosomi omologhi in modo tale che durante l'anafase possano venire tirati in direzioni opposte.
Dal momento che l'allineamento e l'aggancio di ciascun bivalente alle fibre del fuso sono indipendenti da quelli di qualsiasi altro bivalente, i cromosomi che si affacceranno ad un polo saranno un miscuglio casuale di cromosomi di origine materna e paterna.

Anafase I: al momento dell'anafase I i chiasmi che uniscono i cromosomi omologhi si dissolvono, permettendo agli omologhi materni e paterni di muoversi verso i poli del fuso.
Nella prima divisione meiotica i centromeri non si dividono come in meiosi; così per ogni bivalente migregà verso ciascun polo solo un cromosoma, costituito da due cromatidi fratelli uniti al centromero.
Durante questa fase avviene la ricombinazione tramite il processo definito del crossing over, il quale riveste un ruolo di fondamentale importanza nella segregzione dei cromosomi omologhi durante la prima divisione meiotica.
Questo perchè i chiasmi, mantenendo uniti i cromosomi omologhi, assicurano anche che i centromeri rimangano attaccati ai poli opposti del fuso per tutta la durata della metafase.
Quando in un bivalente la ricombinazione non avviene si possono verificare dei grvi errori nell'aggncio, e nel trasporto dei cromosomi, che possono portare ad un movimento dei cromosomi omologhi verso lo stesso polo invece che tra i poli opposti.

Telofase I: Durante il processo della telofase iniziano a formarsi le membrane nucleari che si formano attorno ai cromosomi che sono migrati ai poli.
I nuclei figli che si stanno per formare contengono ciascuno metà dei cromosomi del nucleo parentale, ma ciascun cromosoma è costituito da cromatidi fratelli uniti al centromero, durante la meiosi il numero di cromosomi si riduce alla metà del normale numero diploide (quindi si ha in questo momento un corredo aploide).

Durante la meiosi II, i cromatidi fratelli si separano e si ha la produzione dei gameti aploidi.
Le fasi che caraterizzano la meiosi II sono più o meno identiche alla meiosi I:

Profase II: Nell'interfase precedente alla meiosi I i cromosomi si sono decondensati, ora si ricondensano al termine della profase II la membrana nucleare si dissolve nuovamente e si riforma il fuso.

Metafase II: durante tale fase i cinetocori dei cromatidi fratelli si attaccano al fibre del fuso, come nella metafase mitotica.
Tale fase però possiede una caratteristica fondamentale che la distingue da quella mitotica. Il numero dei cromosomi è la metà di quello presente nella metafase mitotica e nella maggior parte dei cromosomi i due cromatidi fratelli non sono più perfettamente identici a causa della ricombinazione avvenuta durante la meiosi I, i cromatidi possiedono ancora gli stessi geni ma possono portare combinazioni differenti di alleli.

Anafase II: come accade nella mitosi anche in questa fase i centromeri si separano e ciò permette ai cromatidi di migrare verso i poli opposti.

Telofase II: si sono formate quatttro cellule figlie si riformano le membrane e la citochinesi colloca i nuclei in cellula distinte. Il risultato è la formazione di quattro gameti aploidi .Alla fine di questa fase ognuno dei gameti ha lo stesso numero di cromosomi della cellula da cui si origina. La meiosi due per tale motivo viene definito divisione equazionale.