Biologia Cellulare: Meiosi, Apoptosi, Necrosi e Autofagia Essenziali

Meiosi: Il Processo di Divisione Cellulare per la Riproduzione

Ogni organismo ha un numero caratteristico di cromosomi (n) nel suo genere. Le cellule specializzate nella funzione sessuale, i gameti, avranno la metà del numero di cromosomi delle cellule somatiche (il resto del corpo).

• Aploide (n): Cellula con un singolo set di cromosomi.
• Diploide (2n): Cellula con due set di cromosomi.

La cellula diploide prodotta dalla fusione di due gameti è nota come zigote. Lo scopo della meiosi è la riduzione del numero di set cromosomici e la ristrutturazione cromosomica nei cromosomi omologhi attraverso lo scambio di materiale genetico.

Profase I: La Fase Più Lunga e Complessa

La dotazione nucleare è conservata fino alla fine della fase in cui si disintegra. Il nucleolo scompare e il fuso si forma. Si suddivide in 5 sottofasi:

• Leptotene: I cromosomi sono più lunghi e sottili rispetto alla mitosi. Sono distribuiti come rosari, chiamati cromomeri. In questi cromosomi si possono distinguere due cromatidi uniti. Alcune delle loro estremità sono attaccate alla membrana nucleare; questo settore è chiamato sito di attacco.
• Zigotene: Avviene la sinapsi dei cromosomi omologhi; non sono fusi, ma rimangono a una distanza di 150-200 nm. Qui può formarsi il complesso sinaptinemale (che rappresenta l'accoppiamento dei cromosomi, con due componenti laterali e una centrale). Appaiono anche strutture dense chiamate noduli di ricombinazione ellissoidali. La condensazione della cromatina diventa più evidente.
• Pachitene: L'associazione dei cromosomi omologhi è completa. I cromosomi sono più corti e densi, non ancora differenziati, ma i cromatidi omologhi sì. Avviene un incrocio (crossing-over) che poi si apprezzerà come chiasma. È la fase più lunga della Profase I. Ogni coppia di cromosomi riceve il nome di bivalente; poiché il gruppo ha 4 cromatidi, è chiamato tetrade.
• Diplotene: È evidente che ogni omologo è composto da due cromatidi. Sono presenti i chiasmi, dove si può vedere l'incrocio.
• Diacinesi: Appaiono cromatidi molto condensati, preparandosi per la Metafase. La separazione del bivalente persiste e il chiasma rimane. Si verifica qui la terminalizzazione dei chiasmi, che si spostano verso le estremità. Il nucleolo comincia a frammentarsi.

Prometafase I

1. Massima condensazione dei cromosomi.
2. Progressiva diminuzione delle dimensioni del nucleolo fino alla sua scomparsa.
3. Disintegrazione della membrana nucleare.
4. I microtubuli si attaccano ai cinetocori.

Metafase I

I bivalenti si allineano all'equatore del fuso, in modo che i cinetocori di ciascun cromosoma omologo siano orientati verso lo stesso polo, mentre i cinetocori del cromosoma omologo opposto sono orientati verso il polo opposto.

Anafase I

I cromosomi omologhi si separano e migrano ai poli opposti, ciascuno ancora composto da due cromatidi. Il chiasma scompare con la disgiunzione dei cromosomi.

Telofase I

Dà luogo a due cellule figlie, i cui nuclei contengono ciascuno n cromosomi con due cromatidi.

Meiosi II

Le due cellule precedenti si separano; nell'Anafase II i cromatidi dei cromosomi n si separano, dando luogo a 4 cellule con n cromatidi ciascuno.

Significato Genetico della Meiosi

• Riduzione del numero di cromosomi da diploide ad aploide.
• Ricombinazione genetica.
• Segregazione dei cromosomi materni e paterni.

Mitosi vs. Meiosi: Tabella Comparativa

A Livello Genetico

• Mitosi: Esatta distribuzione del materiale genetico.
• Meiosi: Segregazione casuale dei cromosomi omologhi e crossing-over come fonte di variabilità genetica.

A Livello Cellulare

• Mitosi: Si ottengono cellule geneticamente identiche.
• Meiosi: Produce una riduzione del set cromosomico esattamente alla metà dei cromosomi omologhi.

A Livello Organismico

• Mitosi: Questa divisione avviene in organismi unicellulari per la riproduzione asessuata e in pluricellulari per lo sviluppo, la crescita, la riparazione e la rigenerazione di tessuti e organi.
• Meiosi: Serve per la formazione delle cellule sessuali riproduttive (gameti) o per la riproduzione asessuata (spore).

Apoptosi: Morte Cellulare Programmata

In una comunità di cellule multicellulari, il loro numero è regolato con precisione. Le cellule che non sono più necessarie si suicidano attivando un programma di morte intracellulare. La macchina intracellulare dell'apoptosi è simile in tutte le cellule animali e dipende da una famiglia di proteasi chiamate caspasi.

Caspasi Coinvolte nell'Apoptosi

• Caspasi Iniziatrici: Caspasi 2, 8, 9, 10.
• Caspasi Effettrici: Caspasi 3, 6, 7.

Le proteine Bcl-2 e AIP sono proteine intracellulari coinvolte nella regolazione delle procaspasi. Il ruolo delle proteine BH123 nella liberazione di proteine dallo spazio intermembrana dei mitocondri è fondamentale nella via intrinseca dell'apoptosi.

Necrosi Cellulare: Morte Cellulare Accidentale

A differenza dell'apoptosi, la necrosi non è un suicidio passivo, ma il risultato finale di una catastrofe bioenergetica provocata dalla riduzione dell'ATP a un livello incompatibile con la sopravvivenza cellulare. È un altro tipo di morte cellulare con caratteristiche diverse, spesso causata da danno e reazioni infiammatorie acute, con rottura delle membrane e rilascio del contenuto all'esterno della cellula.

Caratteristiche Morfologiche della Necrosi

• Perdita di integrità della membrana.
• Flocculazione della cromatina.
• Dilatazione e lisi della cellula.
• Non vi è completa formazione di vescicole di lisi, ma disintegrazione (dilatazione) degli organelli.

Caratteristiche Morfologiche dell'Apoptosi

• Deformazione senza perdita di integrità della membrana.
• Aggregazione della cromatina nucleare alla membrana interna.
• Condensazione e riduzione del volume cellulare.
• Formazione di vescicole delimitate da membrana.
• Non vi è disintegrazione degli organelli, che rimangono intatti.

Caratteristiche Biochimiche della Necrosi

• Perdita di regolazione dell'omeostasi ionica.
• Non richiede energia.
• Digestione casuale del DNA.
• Frammentazione post-litica del DNA.

Caratteristiche Biochimiche dell'Apoptosi

• Processo altamente regolato che coinvolge passaggi di attivazione enzimatica.
• Richiede energia (ATP).
• Frammentazione del DNA in mono- e oligonucleosomi.
• Frammentazione del DNA non casuale, pre-litica.

Significato Fisiologico della Necrosi

• Morte di un gruppo di cellule causata da stimoli patologici.
• Fagocitosi da parte dei macrofagi.
• Significativa risposta infiammatoria.

Significato Fisiologico dell'Apoptosi

• Morte cellulare individuale indotta da stimoli fisiologici.
• Fagocitosi da parte di cellule adiacenti o macrofagi.
• Nessuna risposta infiammatoria.

Autofagia: Il Processo di Riciclo Cellulare

L'autofagia è un processo mediante il quale i componenti citoplasmatici vengono sequestrati in vescicole a doppia membrana chiamate vacuoli autofagici e degradati dalla fusione con i lisosomi.

Autofagia Non Selettiva

Spesso indotta in risposta a cambiamenti nella disponibilità di nutrienti e/o fattori trofici per mantenere l'omeostasi bioenergetica.

Autofagia Selettiva

Viene spesso utilizzata nei processi di rimodellamento cellulare che la richiedono, ma può anche essere indotta in risposta a stimoli tossici per sequestrare componenti danneggiati.

Controllo della Crescita e Divisione Cellulare

I processi cellulari sono regolati da diversi fattori:

1. Fattori mitogeni.
2. Fattori di crescita.
3. Fattori di sopravvivenza.