Definizione di divisione cellulare

La divisione cellulare è il processo che le cellule subiscono per dividersi. Ci sono diversi tipi di divisione cellulare, a seconda del tipo di organismo che si sta dividendo. Gli organismi si sono evoluti nel tempo per avere forme diverse e più complesse di divisione cellulare. La maggior parte dei procarioti, o batteri, usano la fissione binaria per dividere la cellula. Gli eucarioti di tutte le dimensioni usano la mitosi per dividersi. Gli eucarioti che si riproducono sessualmente usano una forma speciale di divisione cellulare chiamata meiosi per ridurre il contenuto genetico nella cellula. Questo è necessario nella riproduzione sessuale perché ogni genitore deve dare solo la metà del materiale genetico richiesto, altrimenti la prole avrebbe troppo DNA, il che può essere un problema. Questi diversi tipi di divisione cellulare sono discussi di seguito.

Tipi di divisione cellulare

Divisione cellulare procariotica

I procarioti si replicano attraverso un tipo di divisione cellulare nota come fissione binaria. I procarioti sono organismi semplici, con una sola membrana e nessuna divisione interna. Così, quando un procariote si divide, replica semplicemente il DNA e si divide a metà. Il processo è un po’ più complicato di così, poiché il DNA deve prima essere svolto da speciali proteine. Anche se il DNA nei procarioti di solito esiste in un anello, può diventare piuttosto aggrovigliato quando viene usato dalla cellula. Per copiare il DNA in modo efficiente, deve essere disteso. Questo permette anche ai due nuovi anelli di DNA creati di essere separati dopo essere stati prodotti. I due filamenti di DNA si separano in due lati diversi della cellula procariote. La cellula poi si allunga e si divide nel mezzo. Il processo può essere visto nell’immagine qui sotto.

Il DNA è la linea aggrovigliata. Gli altri componenti sono etichettati. I plasmidi sono piccoli anelli di DNA che vengono copiati durante la fissione binaria e possono essere raccolti nell’ambiente, da cellule morte che si rompono. Questi plasmidi possono poi essere ulteriormente replicati. Se un plasmide è benefico, aumenterà in una popolazione. Questo è in parte il modo in cui avviene la resistenza agli antibiotici nei batteri. I ribosomi sono piccole strutture proteiche che aiutano a produrre proteine. Sono anche replicati in modo che ogni cellula possa averne abbastanza per funzionare.

Divisione cellulare eucariotica: Mitosi

Gli organismi eucarioti hanno organelli legati alla membrana e DNA che esiste sui cromosomi, il che rende la divisione cellulare più difficile. Gli eucarioti devono replicare il loro DNA, gli organelli e i meccanismi cellulari prima di dividersi. Molti degli organelli si dividono usando un processo che è essenzialmente la fissione binaria, portando gli scienziati a credere che gli eucarioti si siano formati da procarioti che vivevano all’interno di altri procarioti.

Dopo che il DNA e gli organelli sono replicati durante l’interfase del ciclo cellulare, l’eucariote può iniziare il processo di mitosi. Il processo inizia durante la profase, quando i cromosomi si condensano. Se la mitosi procedesse senza la condensazione dei cromosomi, il DNA si aggroviglierebbe e si romperebbe. Il DNA eucariotico è associato a molte proteine che possono piegarlo in strutture complesse. Quando la mitosi procede verso la metafase, i cromosomi sono allineati al centro della cellula. Ogni metà di un cromosoma, conosciuto come cromatidi sorella perché sono copie replicate l’una dell’altra, si separa in ogni metà della cellula mentre la mitosi procede. Alla fine della mitosi, un altro processo chiamato citochinesi divide la cellula in due nuove cellule figlie.

Tutti gli organismi eucarioti usano la mitosi per dividere le loro cellule. Tuttavia, solo gli organismi unicellulari usano la mitosi come forma di riproduzione. La maggior parte degli organismi multicellulari si riproducono sessualmente e combinano il loro DNA con quello di un altro organismo per riprodursi. In questi casi, gli organismi hanno bisogno di un metodo diverso di divisione cellulare. La mitosi produce cellule identiche, ma la meiosi produce cellule con metà delle informazioni genetiche di una cellula normale, permettendo a due cellule di organismi diversi della stessa specie di combinarsi.

Divisione cellulare eucariotica: Meiosi

Negli animali che si riproducono sessualmente, è solitamente necessario ridurre l’informazione genetica prima della fecondazione. Alcune piante possono esistere con troppe copie del codice genetico, ma nella maggior parte degli organismi è altamente dannoso avere troppe copie. Gli esseri umani con anche una sola copia in più di un cromosoma possono subire cambiamenti dannosi al loro corpo. Per contrastare questo, gli organismi che si riproducono sessualmente subiscono un tipo di divisione cellulare nota come meiosi. Come prima della mitosi, il DNA e gli organelli vengono replicati. Il processo di meiosi contiene due diverse divisioni cellulari, che avvengono una dietro l’altra. La prima meiosi, la meiosi I, separa i cromosomi omologhi. I cromosomi omologhi presenti in una cellula rappresentano i due alleli di ogni gene che un organismo possiede. Questi alleli sono ricombinati e separati, così le cellule figlie risultanti hanno solo un allele per ogni gene e nessuna coppia di cromosomi omologhi. La seconda divisione, la meiosi II, separa le due copie di DNA, proprio come nella mitosi. Il risultato finale della meiosi in una cellula è di 4 cellule, ciascuna con una sola copia del genoma, che è la metà del numero normale.

Gli organismi tipicamente confezionano queste cellule in gameti, che possono viaggiare nell’ambiente per trovare altri gameti. Quando due gameti del tipo giusto si incontrano, uno feconda l’altro e produce uno zigote. Lo zigote è una singola cellula che sarà sottoposta a mitosi per produrre i milioni di cellule necessarie per un grande organismo. Quindi, la maggior parte degli eucarioti usa sia la mitosi che la meiosi, ma in fasi diverse del loro ciclo vitale.

Fasi della divisione cellulare

A seconda del tipo di divisione cellulare che un organismo usa, le fasi possono essere leggermente diverse.

Fasi della mitosi

La mitosi inizia con la profase in cui il cromosoma viene condensato. La cellula procede alla metafase dove i cromosomi sono allineati sulla piastra di metafase. Poi i cromosomi vengono separati nell’anafase e il citoplasma della cellula viene schiacciato durante la telofase. La citochinesi è il processo finale che rompe la membrana cellulare e divide la cellula in due.

Fasi della meiosi

Le fasi della meiosi sono simili alla mitosi, ma i cromosomi agiscono diversamente. La meiosi ha due fasi, che includono due divisioni cellulari separate senza che il DNA si replichi tra loro. La meiosi I e la meiosi II hanno le stesse 4 fasi della mitosi: profase, metafase, anafase e telofase. La citochinesi conclude entrambi i cicli di meiosi.

Nella profase I, i cromosomi sono condensati. Nella metafase I, i cromosomi si allineano di fronte alle loro coppie omologhe. Quando sono separati nell’anafase I e nella telofase I, c’è solo una forma di ogni gene in ogni cellula, nota come divisione di riduzione. La meiosi II procede nello stesso modo della mitosi, che i cromatidi sorelle si dividono sulla piastra di metafase. Entro la telofase II, ci sono 4 cellule, ciascuna con la metà degli alleli della cellula madre e una sola copia del genoma. Le cellule possono ora diventare gameti e fondersi insieme per creare nuovi organismi.

Quiz

1. Le cellule somatiche sono cellule che riempiono il corpo, e devono riprodursi per riparare i danni. Le cellule gametiche sono cellule che producono gameti. Quale tipo di divisione cellulare subisce ogni tipo di cellula?
A. Somatica= mitosi; Gametica= meiosi
B. Somatico= mitosi; Gametico= meiosi e mitosi
C. Somatico= mitosi e meiosi; Gametico= meiosi e mitosi

2. I mitocondri sono organelli nelle cellule che creano ATP, una molecola usata per l’energia. I mitocondri devono replicarsi all’interno della cellula, separati dalla mitosi o dalla meiosi, per regolare la quantità di energia fornita. Nei mitocondri, c’è un anello di DNA che controlla il metabolismo mitocondriale. Questo mtDNA viene replicato, i mitocondri si allungano e si dividono a metà. Che tipo di divisione cellulare è questa?
A. Fissione binaria
B. Mitosi
C. Meiosi

3. L’evoluzione dipende dal successo della replicazione del DNA. Infatti, tutto il DNA sulla Terra proviene da una o due sole cellule originali, e la maggior parte degli organismi sono imparentati tra loro. Cosa è responsabile delle diverse forme di vita?
A. Mutazione
B. Ricombinazione genetica
C. Entrambi