Gli organismi multicellulari iniziano la vita come una singola cellula che cresce e si divide. Durante la crescita, questo ciclo si ripete quasi all’infinito, formando nuove cellule. Sono queste cellule che alla fine costituiscono l’organismo adulto. Sono necessarie nuove cellule per sostituire le cellule che sono morte o
per consentire a un organismo di crescere. Il nucleo e il citoplasma di una cellula si dividono in processi noti come mitosi e citocinesi, che sono fasi di una serie di eventi noti come ciclo cellulare.

Negli organismi unicellulari procarioti ed eucarioti coincide con la riproduzione dell’intero organismo; in quelli pluricellulari, invece, interviene in processi diversi quali crescita, riproduzione dei tessuti e dell’organismo.

Il ciclo cellulare. Il ciclo di vita di una cellula può essere suddiviso in tre stadi, : 1 interfase, 2 mitosi (divisione del nucleo) ,3 citocinesi(divisione del citoplasma)( Fig. 18.01).

La divisione cellulare negli eucarioti

Il ciclo cellulare è l’insieme degli eventi che portano dalla cellula madre alla nascita di 2 cellule figlie. Può essere diviso in tre stadi principali: interfase, mitosi cioè divisione del nucleo in due, ciascuno con un identico set di cromosomi, citocinesi, cioè la divisione del citoplasma e dell’intera cellula(Fig.18.01).

In ogni fase del ciclo cellulare si verificano eventi particolari con caratteristiche distintive.

L’interfase

Considerata la parte più lunga del ciclo cellulare, è di lunghezza estremamente variabile. Quando la crescita è rapida, come in un embrione umano in via di sviluppo e nel punto di crescita di un giovane stelo, può durare circa 24 ore o meno. Ma, nelle cellule mature che raramente si dividono, dura un periodo molto lungo, a volte indefinitamente (come in alcune cellule, che una volta differenziate, si dividono raramente o mai più, dove il nucleo rimane permanentemente in interfase).

Al microscopio ottico, il nucleo sembra “riposare”. Ma non è così: i cromosomi sono attivamente coinvolti nella sintesi proteica. Dai cromosomi vengono prelevate copie dell’informazione di particolari geni o gruppi di geni (sotto forma di mRNA) da utilizzare nel citoplasma. È nei ribosomi del citoplasma che le proteine vengono assemblate dagli amminoacidi, combinate in sequenze dettate dalle informazioni del gene e trasmesse sotto forma di mRNA. I cromosomi distintamente compatti, visibili durante la mitosi, si disperdono sotto forma di cromatina. Tra la cromatina si possono vedere una o più strutture di colorazione scura, note come nucleoli, chimicamente costituiti da proteine e RNA, sintetizzati dei ribosomi. Questi minuscoli organelli migrano quindi nel citoplasma.

Le fasi dell’interfase

La prima fase di crescita (G1),:nel citoplasma avviene la sintesi di nuovi organelli. Questo è anche un momento di intensa attività biochimica nel citoplasma e negli organelli, e c’è un accumulo di riserva di energia prima che si verifichi nuovamente la divisione nucleare.

Fase S :avviene la sintesi del DNA (S), quando ogni cromosoma si replica. Le due strutture identiche formate prendono il nome di cromatidi, che rimangono attaccati fino a quando non si dividono durante la mitosi.

Seconda fase di crescita (G2), che è una continuazione del periodo precedente di intensa attività biochimica e di aumento della quantità di citoplasma.

Mitosi

Le due nuove cellule che si formeranno dopo la mitosi e la citocinesi sono geneticamente identiche. Questi processi consentono a un organismo di far crescere più cellule o di riparare il tessuto danneggiato sostituendo le cellule danneggiate o di creare nuove cellule per sostituire quelle vecchie. La mitosi è anche il modo in cui un embrione cresce da un uovo fecondato durante lo sviluppo. Molti organismi si riproducono utilizzando la mitosi; esempi includono gli organismi unicellulari come l’ ameba, il paramecio e il lievito. La riproduzione in questo modo è nota come riproduzione asessuata poiché non sono coinvolti gameti e la prole è geneticamente identica al genitore.

Ci sono quattro stadi distinti nella mitosi, sebbene il processo sia continuo, con ogni stadio che si sovrappone al successivo. Non ci sono intervalli tra le fasi( Fig. 18.02)

Profase
Durante la profase, i cromosomi diventano visibili al microscopio. Durante l’interfase sono stati tirati fuori in lunghi fili, consentendo al macchinario cellulare di accedere ai geni, ma ora i cromosomi si avvolgono
su se stessi diverse volte per produrre un superavvolgimento (Fig.18.01). Il superavvolgimento non solo rende i cromosomi più corti e spessi, ma anche riduce lo spazio che occupano e consente loro di prendere parte ai processi che seguono. Possiamo seguire questi processi perché i cromosomi
superavvolti possono essere visti usando un microscopio. Poiché il DNA è stato replicato durante l’interfase, in questa fase ogni cromosoma è costituito da due copie identiche. Queste due copie sono chiamate cromatidi fratelli e sono attaccate l’una all’altra in un punto chiamato centromero. In questo momento sono visibili anche strutture note come centrioli, che si spostano sui lati opposti della cellula mentre si formano i microtubuli tra di loro. Questa struttura di microtubuli è chiamata fuso.
Mentre la profase volge al termine, l’involucro nucleare si rompe.

Metafase

La metafase inizia quando l’involucro nucleare si è rotto. Man mano che scompare, si
crea più spazio in modo che i cromosomi possano spostarsi in posizione durante la loro
divisione. I cromatidi fratelli si allineano sui microtubuli al centro, o equatore, del fuso e
sono attaccati dai loro centromeri.

Anafase
Durante l’anafase, i centromeri si dividono ei cromatidi fratelli vengono separati e si
spostano verso i centrioli ai lati opposti, o poli, della cellula mentre le fibre del fuso si
accorciano. Ogni cromatide fratello è ora chiamato di nuovo cromosoma.

Telofase
Una volta che le due serie di cromosomi raggiungono i loro poli opposti, le fibre
del fuso si rompono e si forma un involucro nucleare attorno a ciascuna serie
di cromosomi. Allo stesso tempo, i cromosomi si srotolano e diventano invisibili
attraverso un microscopio ottico.Dopo la telofase, nelle cellule animali, la membrana plasmatica si restringe e i due nuovi nuclei si separano. Alla fine, durante la citocinesi, i due lati della membrana
plasmatica si incontrano e si formano due cellule completamente nuove. Ognuno ha un set
completo di cromosomi, citoplasma, organelli e un centriolo.

Nelle cellule vegetali, il citoplasma si divide in modo leggermente diverso. In primo
luogo, una piastra cellulare si forma lungo il centro della cellula, separando il citoplasma in
due regioni. Le vescicole si accumulano ai bordi della piastra cellulare e rilasciano cellulosa
e pectine, necessarie per formare una nuova parete cellulare. Gradualmente una parete
cellulare si accumula lungo la piastra cellulare separando i due nuclei e dividendo il
citoplasma per formare due nuove cellule

Controllo del ciclo cellulare

Il ciclo cellulare è regolato da un sistema di controllo molecolare. I punti chiave di questo sistema sono i punti di controllo in cui operano i segnali, che devono essere scavalcati. Vengono riconosciuti tre punti di controllo: G1, G2 e in M. Al punto di controllo G2, se qui viene ricevuto il segnale di ‘via libera ‘, la cella passa attraverso M per C. Le sostanze del segnale di controllo molecolare nel citoplasma delle cellule sono proteine note come chinasi e cicline. Le chinasi, enzimi che attivano o inattivano altre proteine, sono sempre presenti nel citoplasma, sebbene a volte in uno stato inattivo. Le chinasi sono attivate da specifiche cicline, quindi sono chiamate chinasi ciclina-dipendenti .Man mano che le concentrazioni di cicline aumentano, si combinano con le molecole di CDK per formare un complesso che funziona come fattore promotore della mitosi (MPF). Man mano che il MPF si accumula ,si condensano i cromosomi, la membrana nucleare si frammenta e infine si forma il fuso, ovvero la mitosi viene attivata. La scoperta delle cicline è stata accidentale ed è attribuita in parte a Tim Hunt e in parte a Paul Nurse, che hanno ricevuto il Premio Nobel nel 2001 per il loro contributo alla scoperta del controllo del ciclo cellulare( Fig.18.04).