La divisione cellulare, chiamata anche riproduzione cellulare, è il processo che permette alle cellule di riprodursi e di dare origine a nuove cellule. Questo processo è fondamentale per la vita, perché consente la crescita, lo sviluppo e il rinnovamento degli organismi viventi. Esistono diversi tipi di divisione cellulare, a seconda del tipo di cellula coinvolta e dell’obiettivo che si vuole raggiungere.
Nelle cellule procariote, come i batteri, la divisione cellulare avviene per scissione binaria, un tipo di riproduzione asessuata in cui la cellula madre duplica il suo DNA e si divide in due cellule figlie identiche tra loro e alla cellula madre. Questo tipo di divisione cellulare permette ai batteri di moltiplicarsi rapidamente e di adattarsi a diverse condizioni ambientali.
Nella divisione cellulare, giocano un ruolo molto importante i cromosomi, strutture di filamenti composti da DNA e proteine che si trovano nel nucleo delle cellule eucariote e nel citoplasma di quelle procariote. I cromosomi contengono il materiale genetico che determina le caratteristiche ereditabili degli esseri viventi. Prima che la cellula inizi la fase di divisione, il DNA contenuto nel nucleo viene duplicato, in modo che quando la cellula avrà completato tutti i processi, ci saranno due cellule figlie identiche ad essa. Un’eccezione riguarda le cellule specializzate nella riproduzione di un organismo vivente: in questo caso le cellule figlie avranno metà dei cromosomi di partenza perché si fonderanno con quelle di un altro organismo dopo l’accoppiamento.
Nelle cellule eucariote, come quelle animali e vegetali, la divisione cellulare può avvenire per mitosi o per meiosi, due processi diversi che coinvolgono il nucleo e i cromosomi. La mitosi è un tipo di riproduzione asessuata in cui la cellula madre produce due cellule figlie con lo stesso numero e lo stesso tipo di cromosomi della cellula madre. La mitosi permette alle cellule somatiche (quelle che costituiscono i tessuti e gli organi) di rinnovarsi e di sostituire le cellule danneggiate o morte.
La meiosi è un tipo di riproduzione sessuata in cui la cellula madre produce quattro cellule figlie con la metà del numero di cromosomi della cellula madre. La meiosi permette alle cellule germinali (quelle che danno origine ai gameti, ovvero gli spermatozoi e le uova) di formarsi e di garantire la variabilità genetica tra gli individui. I gameti hanno la metà dei cromosomi del genitore perché quando si fondono, cellula maschile con quella femminile, permettono di ottenere un nuovo organismo con lo stesso numero di cromosomi dei genitori. Questo tipo di divisione è la base della riproduzione della maggior parte degli esseri viventi
La divisione cellulare è un processo complesso e regolato da diversi meccanismi che ne controllano l’inizio, lo svolgimento e la fine. Se questi meccanismi vengono alterati, la divisione cellulare può diventare anomala e causare delle malattie, come il cancro.
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Fasi della mitosi
La mitosi è un processo di divisione cellulare che avviene nelle cellule eucariotiche. La mitosi permette di formare due cellule figlie identiche alla cellula madre, con lo stesso numero e tipo di cromosomi. La mitosi ha diverse funzioni, tra cui la crescita, la riparazione e la riproduzione degli organismi pluricellulari.
La mitosi si svolge in cinque fasi principali: profase, prometafase, metafase, anafase e telofase. Vediamo in cosa consistono queste fasi.
Nella profase i cromosomi si condensano e diventano visibili al microscopio. Ogni cromosoma è formato da due cromatidi fratelli, che sono copie identiche del DNA prodotte durante la fase S del ciclo cellulare. I cromatidi sono uniti da una struttura chiamata centromero. Inoltre, i centrioli (organelle presenti solo nelle cellule animali) si spostano ai poli opposti della cellula e iniziano a formare il fuso mitotico, una rete di microtubuli che servirà a separare i cromosomi. Infine, la membrana nucleare e il nucleolo si dissolvono. Successivamente, nella prometafase, i microtubuli del fuso mitotico si allungano e si attaccano ai centromeri dei cromosomi tramite delle proteine chiamate cinetocori. I cromosomi iniziano a muoversi verso il centro della cellula.
Nella metafase i cromosomi si allineano sulla piastra equatoriale della cellula, formando una fila. Questa è la fase più breve della mitosi e la più facile da osservare al microscopio.
Nell’anafase i centromeri si dividono e i cromatidi fratelli si separano. Ogni cromatide viene trascinato verso il polo opposto della cellula dai microtubuli del fuso mitotico che si accorciano. In questo modo si formano due gruppi di cromosomi uguali ai poli della cellula.
Nella telofase i cromosomi raggiungono i poli della cellula e si addensano, tornando a formare la cromatina. Si riformano anche la membrana nucleare e il nucleolo intorno a ogni gruppo di cromosomi. Il fuso mitotico si disassembla e la cellula si prepara alla citocinesi, la divisione del citoplasma.
La citocinesi avviene in modo diverso a seconda del tipo delle cellule. In quelle animali, durante le fasi precedenti, si forma un solco di divisione attorno al centro della cellula, dove si erano allineati i cromosomi. Sotto la membrana plasmatica, un anello di proteine si contrae e stringe la membrana verso l’interno riducendo il diametro della cellula fino a dividerla in due. Infine, la membrana si chiude completamente dividendo il citoplasma in due aree distinte, ciascuna con il proprio nucleo e organelli.
Nelle cellule vegetali, durante la telofase, vescicole che vengono dall’apparato di Golgi si spostano verso il centro, si fondono e formano una struttura chiamata piastra cellulare. La piastra inizierà a espandersi verso i lati della cellula e a dividere il citoplasma fino a fondersi con la parete cellulare. Alla fine la cellula madre verrà divisa in due cellule figlie, ciascuna con una parete cellulare e una porzione del citoplasma originale.
Fasi della meiosi
La meiosi è un processo di divisione cellulare che produce quattro cellule figlie con la metà del numero di cromosomi della cellula madre. La meiosi è essenziale per la riproduzione sessuata e la diversità genetica, infatti quando le cellule figlie si fondo
La meiosi si compone di due fasi principali: la meiosi I e la meiosi II. Anche in questo caso, prima avviene la duplicazione dei cromosomi in modo da avere due coppie di cromosomi interi nella cellula genitore. Ciascun cromosoma duplicato è formato da due parti, chiamate cromatidi, collegate al centro da una piccola regione chiamata centromero. A quel punto la fase di meiosi I serve a creare due cellule con una coppia di cromosomi ciascuno, mentre la meiosi II crea altre due cellule con un solo filamento di cromosomi per ogni cellula figlia ottenuta dalla fase precedente. Le quattro cellule ottenute, i gameti, saranno pronti nell’eventuale fusione con i gameti di un altro individuo compatibile.
La meiosi I è la fase di riduzione del numero di cromosomi. Nella profase I, i cromosomi si appaiano con i loro omologhi, cioè quelli con la stessa forma e dimensione, e si scambiano frammenti di DNA in un processo chiamato crossing-over. Questo processo mescola parti del codice genetico ottenuto dalla madre con quello ottenuto dal padre con il risultato di due cromosomi ricombinati.
Nella metafase I, le coppie di cromosomi si allineano nel piano equatoriale della cellula ma non seguono una regola rigida: in un caso possono distribuirsi in modo, mentre all’interno di un’altra cellula che si divide possono distribuirsi in un modo completamente diverso. Nell’anafase I, i cromosomi si separano dai loro omologhi e si muovono verso i poli opposti della cellula, in modo simile alla mitosi. Nella telofase I, si formano due cellule figlie con lo stesso numero di cromosomi del genitore.
La meiosi II è la fase di separazione delle cromatidi sorelle e funziona in modo simile alla mitosi. Nella profase II, i cromosomi si condensano nuovamente e si attaccano ai microtubuli del fuso mitotico. Nella metafase II, i cromosomi si allineano al centro della cellula. Nell’anafase II, le cromatidi sorelle si separano e si muovono verso i poli opposti della cellula. Nella telofase II, si formano quattro cellule figlie con un numero aploide di cromosomi costituito da un singolo cromatide.
La meiosi è un processo complesso e delicato della duplicazione cellulare che garantisce la trasmissione dei caratteri ereditari da una generazione all’altra.
Problemi che possono derivare dalla divisione cellulare
Purtroppo, a volte, può succedere che la duplicazione del DNA e la divisione dei cromosomi possa portare a errori che influiscono sulla vita della cellula e a quella dell’organismo che la ospita o di eventuali figli.
Ogni cellula ha un suo tempo di riproduzione, alcune si duplicano continuamente, come quelle staminali che producono globuli rossi o quelli della pelle mentre altre quasi mai, come quelle del sistema nervoso.
Uno meccanismi che regolano la divisione è quello dell’invecchiamento cellulare: le cellule di un neonato si riproducono molto più velocemente rispetto ad un adulto. Un altro meccanismo è l’inibizione da contatto come nel caso di una ferita alla pelle: appena le cellule si toccano ricevono un segnale che li porta a bloccare la divisione. Infine, esiste un meccanismo chiamato punto critico: una cellula riconosce di doversi dividere dopo avere raggiunto determinate condizioni come l’aumento della sua massa.
Una cellula danneggiata può riprodursi continuamente anche se non dovrebbe, per esempio potrebbe sviluppare dei fattori di crescita autonomi o dei recettori che inducono la riproduzione anche se non riceve dei segnali. Questo porta una cellula a trasformarsi in un tumore.
Invece, nel caso della meiosi, può succedere che un gamete potrebbe avere un cromosoma in più o in meno e quando si unisce ad un gamete sano sviluppi un individuo con un numero di cromosomi anomalo. E’ il caso, ad esempio, di chi ha la sindrome di Down a motivo della presenza di 47 cromosomi invece di 46.