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Riproduzione cellulare e mitosi
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La riproduzione cellulare è fondamentale per la vita, garantendo che ogni cellula derivi da una preesistente. Nei procarioti, avviene tramite scissione binaria, mentre negli eucarioti si distingue in mitosi, per la crescita e il mantenimento dei tessuti somatici con formazione di cellule identiche, e meiosi, per la produzione di gameti con variabilità genetica. Il ciclo cellulare include interfase (G1, S, G2) e fase M (mitosi, citodieresi), strettamente regolato da checkpoints mediati da complessi ciclina-CDK e APC, essenziali per prevenire divisioni anomale. I fattori di crescita esterni e le proprietà di autorinnovamento e potenza delle cellule staminali (totipotenti, pluripotenti, multipotenti, oligopotenti, unipotenti) sono cruciali per la proliferazione, differenziamento e l'omeostasi tissutale.
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- Ogni cellula deriva da una preesistente, attraverso un processo che include aumento di volume, produzione di nuove molecole e replicazione del DNA, culminando nella divisione.
- La **riproduzione nei procarioti** avviene per scissione binaria, producendo due cellule figlie identiche, un processo asessuato comune anche a cloroplasti e mitocondri.
- Negli **eucarioti unicellulari**, la divisione è mitotica (asessuata), talvolta meiotica in condizioni di stress (es. lieviti).
- Negli **eucarioti pluricellulari**, la divisione cellulare mitotica è cruciale per la formazione, crescita e omeostasi dei tessuti somatici, agendo come una clonazione e mantenendo il corredo cromosomico. La meiosi, invece, avviene nelle cellule della linea germinale per produrre gameti aploidi e geneticamente variabili.
- Il **ciclo cellulare mitotico** si compone di **interfase** (preparazione) e **fase di divisione** (mitosi e citodieresi):
- **Fase G1**: Crescita cellulare, raddoppio del volume e sintesi di macromolecole.
- **Fase S**: Replicazione del DNA e duplicazione dei centrioli. I cromosomi si presentano con due cromatidi fratelli uniti dal centromero.
- **Fase G2**: Inizio assemblaggio del fuso mitotico e parziale spiralizzazione della cromatina.
- La **fase mitotica (M)** prevede:
- **Profase**: Compattazione della cromatina in cromosomi, formazione del fuso mitotico.
- **Prometafase**: Frammentazione dell'involucro nucleare, i microtubuli si collegano ai cromosomi.
- **Metafase**: Cromosomi allineati sulla piastra metafasica, massima compattazione.
- **Anafase**: Separazione dei cromatidi fratelli (anafase A) e allungamento della cellula (anafase B) grazie ai microtubuli e proteine motrici.
- **Telofase**: Riformazione degli involucri nucleari attorno ai due set di cromosomi separati.
- La **citodieresi** (divisione fisica della cellula) differisce:
- Nelle **cellule animali**: Anello contrattile di actina e miosina strozza la cellula formando un solco di scissione.
- Nelle **cellule vegetali**: Vescicole del Golgi formano una piastra cellulare centrale che si espande verso l'esterno, creando una nuova parete.
- Il **controllo del ciclo cellulare** è gestito da **checkpoint** che assicurano il completamento ordinato degli eventi. Proteine chiamate **cicline (Cyc)** si legano a **chinasi ciclina-dipendenti (CDK)**, formando complessi attivi (es. MPF per la transizione G2/M) che fosforilano substrati chiave.
- Il **complesso che promuove l'anafase (APC)** è una ubiquitin ligasi che, attivata da M-Cdk, degrada la securina (permettendo la separazione dei cromatidi) e la ciclina mitotica (disattivando M-Cdk e promuovendo citodieresi e decondensazione cromosomica).
- La **transizione G1-S** è regolata da fattori di crescita e nutrienti: la proteina **pRb** blocca la trascrizione di geni per la replicazione del DNA, e viene inattivata dalla fosforilazione mediata da Cdk-ciclina in presenza di segnali di crescita.
- I **fattori di crescita** attivano cascate di segnalazione (es. via Ras/MAPK) che portano alla sintesi di cicline e CDK, promuovendo la progressione del ciclo.
- Le **cellule staminali** sono caratterizzate da **autorinnovamento** (divisione illimitata) e **potenza** (capacità di differenziarsi in diverse linee cellulari). Si distinguono in totipotenti, pluripotenti, multipotenti, oligopotenti e unipotenti, a seconda del loro potenziale differenziativo.
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