DAI GENITORI AI FIGLI, L’EREDITÀ DELLA VITAIl centro di controllo delle attività cellulari: il nucleo

La cellula è l’unità fondamentale di tutti gli esseri viventi e come tale è anch’essa dotata di un ciclo vitale, nasce, cresce si riproduce e muore. Gli esseri viventi possono essere classificati come unicellulari se hanno il corpo rappresentato da una sola cellula o pluricellulari se hanno il corpo formato da numerose cellule. Un insieme di cellule con la stessa forma e funzione costituisce un tessuto. Più tessuti che collaborano ad una funzione biologica formano un organo. Più organi formano un sistema o un apparato, per esempio il sistema scheletrico, formato dalle ossa, o l’apparato digerente formato dal canale alimentare e le ghiandole annesse. Le cellule costituenti il tessuto muscolare, scheletrico, tegumentario, nervoso ecc. …, sono dette cellule somatiche (dal greco: soma=corpo), quelle sessuali, cioè la cellula uovo nella femmina e lo spermatozoo nel maschio, sono invece dette cellule germinali. Osservando una cellula al microscopio elettronico, sia che appartenga alla linea somatica o germinale, si noteranno alcune caratteristiche comuni a tutte. Esse possiedono un involucro esterno sottile ed elastico detto membrana cellulare. Internamente, racchiuso dalla membrana, è presente un liquido gelatinoso detto citoplasma composto di acqua, sali minerali, zuccheri, e proteine. Immersi nel citoplasma si trovano innumerevoli organuli detti organuli citoplasmatici. Organuli citoplasmatici e citoplasma nel loro insieme formano il citosol della cellula. Tra gli organuli sospesi nel citoplasma ricordiamo: 1. Nucleo: dirige tutte le informazioni indispensabili alla vita cellulare2. Mitocondri: forniscono energia alla cellula mediante la respirazione cellulare3. Centrioli: intervengono durante la divisione cellulare producendo il fuso mitotico4. Reticolo Endoplasmatico (RE): interviene nella produzione delle proteine tramite i ribosomi5. Apparato del Golgi: indirizza le proteine, prodotte dai ribosomi del RE, dove servono6. Lisosomi: distruggono le sostanze di rifiuto provenienti dal metabolismo cellulare.

NUCLEOIl nucleo rappresenta l’organulo più voluminoso delle cellule animali. Esso può essere definito la centrale operativa della cellula, predispone il momento della divisione cellulare, determina la fabbricazione di particolari sostanze, dirige gli scambi con altre cellule vicine. Esternamente è rivestito da una membrana, detta membrana nucleare, questa presenta numerosi forellini detti pori nucleari che costituiscono le vie attraverso cui le informazioni escono ed entrano nel nucleo stesso. All’interno del nucleo è presente il Nucleoplasma, liquido gelatinoso ricco in acqua, nel quale stanno immersi: cromatina e nucleolo. La cromatina è un groviglio di DNA e particolari proteine dette istoni. Il nucleolo è un organulo di forma tondeggiante che produce i ribosomi.

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Il DNA, acido desossiribonucleico, è una grossa molecola molto complessa formata da due filamenti uniti tra loro da legami chimici detti legami idrogeno.Ogni filamento è formato da migliaia di unità concatenate tra loro dette nucleotidi. I nucleotidi a loro volta sono costituiti da uno zucchero a cinque atomi di carbonio: desossiribosio, un gruppo fosfato e una base azotata o semplicemente base. Le basi che compaiono nel DNA sono quattro: Adenina, Timina, Guanina e Citosina, rispettivamente indicate come A, T, G, C, dalle loro iniziali. Adenina e Guanina fanno parte di una famiglia di sostanze chimiche dette purine; Timina e Citosina invece, fanno parte di un’altra famiglia: le pirimidine.I legami idrogeno che tengono uniti i due filamenti si instaurano proprio tra le basi presenti in ogn’uno di essi, ed in particolare: le adenine presenti su di un filamento possono legarsi esclusivamente alle timine dell’altro filamento, mentre le citosine presenti su di un filamento possono legarsi esclusivamente alle guanine dell’altro filamento. Tra guanina e citosina i legami idrogeno sono tre mentre tra adenina e timina sono solo due, perciò il legame C-G è più forte rispetto a quello A-T.

Come le lettere del nostro alfabeto compongono le parole che ci consentono di comunicare, analogamente le lettere A,T,G,C, raggruppandosi in vario modo danno luogo a sequenze dette sequenze geniche o semplicemente geni che racchiudono uno speciale messaggio che il DNA può inviare alla cellula. Tale messaggio tuttavia per poter essere compreso nei vari distretti cellulari deve essere opportunamente tradotto. Per questo la cellula è munita di particolari traduttori detti ribosomi, generati principalmente dal nucleolo presente nel nucleo.

DIVISIONE CELLULAREAbbiamo paragonato la cellula all’organismo dicendo che anch’essa svolge tutte le funzioni tipiche di ogni essere vivente, cioè nasce, cresce, si riproduce e muore ed inoltre, durante la sua crescita si nutre, respira e produce sostanze di rifiuto. La riproduzione cellulare, come per l’intero organismo, avviene quando la cellula giunge a maturazione, essa allora si divide e genera delle cellule figlie. Le cellule somatiche si riproducono in modo differente rispetto a quelle germinali. La divisione cellulare che interessa le cellule somatiche è detta mitosi; quella che interessa le cellule della linea germinale è detta meiosi. I due processi di divisione cellulare sono molto differenti perché la mitosi mantiene inalterato il quantitativo di DNA che passa dalla cellula madre alle cellule figlie; la meiosi che serve a generare le cellule sessuali, invece, porta al dimezzamento della quantità di DNA nelle cellule figlie. Le cellule germinali sono dette aploidi. Le cellule somatiche, col doppio del DNA rispetto alle germinali, son dette diploidi. La riduzione a metà del quantitativo di DNA nei gameti è necessaria perché, quando il gamete maschile si unisce a quello femminile si genera una nuova cellula, lo zigote, con il DNA materno e paterno, pertanto doppio rispetto alle cellule che l’hanno originata.

MITOSILa mitosi è il processo di duplicazione cellulare tramite il quale una cellula somatica si divide in due parti uguali, originando due cellule figlie identiche a se. Essa conduce all’accrescimento del corpo degli organismi pluricellulariIl processo mitotico avviene in quattro fasi, precedute da una fase preparatoria detta interfase.I fase: profase

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II fase: metafase III fase: anafaseIV: telofaseNell’interfase preparatoria, il nucleo comunica alla cellula che è giunto il momento di dividersi e la molecola di DNA si apre come una cerniera e si sdoppia. In poche parole ogni filamento del DNA di partenza funge da stampo per la costruzione del suo nuovo compagno. Inizia così la mitosi vera e propria con la profase, durante la quale il DNA appena duplicato si compatta a formare dei fiocchetti detti cromosomi e cominciano a scomparire la membrana nucleare ed il nucleolo. Il centro del cromosoma prende il nome di centromero, i bracci del cromosoma son detti cromatidi. Ogni cromosoma è pertanto formato da DNA vecchio e nuovo.

Alla profase segue la metafase, in essa la membrana nucleare scompare del tutto e si attivano i centrioli (organuli che funzionano solo in questo periodo della vita cellulare), che si portano ai poli opposti della cellula, i cromosomi si dispongono lungo la fascia equatoriale e dai centrioli si diramano dei particolari filamenti che costituiscono il così detto fuso mitotico.

Nella anafase il DNA che compone i cromosomi si separa a livello del centromero ed i cromatidi, migrano trascinati dal fuso mitotico verso i poli opposti della cellula in prossimità dei centrioli.

Nella telofase si ricrea la membrana nucleare e la cellula si strozza al centro liberando due nuove cellule figlie che hanno ereditato lo stesso corredo cromosomico della cellula madre, e pertanto saranno identiche ad essa.

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Durante la mitosi si evidenziano 23 coppie di cromosomi, uguali a due a due detti cromosomi omologhi. Le coppie sono numerate da 1 a 22 fa eccezione la coppia responsabile del sesso di un individuo, indicata con le lettere XX→ se femmina XY→ se maschio.

MEIOSIIl processo è leggermente più complesso di quello mitotico. Esso avviene in due fasi fondamentali: MEIOSI I e MEIOSI II. Si parte anzitutto da una cellula progenitrice che prende il nome di oogonio se da essa dovranno discendere le cellule uovo e spermatogonio se invece dovrà generare gli spermatozoi. Oogonio e spermatogonio possiedono entrambi 46 cromosomi 23 di origine paterna e 23 di origine materna (RICORDA che ognuno di noi deriva dalla fusione di una cellula sessuale materna ed una paterna). Nella meiosi I, dalla cellula progenitrice diploide, se ne formano due aploidi che non sono ancora vere e proprie cellule sessuali. Nella meiosi II, dalle due cellule aploidi se ne formano quattro sempre aploidi che sono le cellule sessuali mature. Nel sesso femminile solo una delle cellule sessuali generata sopravvive, le altre tre regrediscono e muoino.

Durante la meiosi I, -analogamente a quanto succedeva nella normale mitosi- il DNA si duplica, formando copie identiche di se stesso che poi si compattano a formare i cromosomi uguali a due a due. La membrana nucleare comincia a scomparire e i cromosomi si dispongono lungo la fascia equatoriale della cellula. Qui sta volta le cose cambiano, infatti avviene un fenomeno noto come crossig over, attraverso il quale le coppie di cromosomi omologhi si scambiano reciprocamente frammenti di DNA.

Questo processo è molto importante per la variabilità genetica e l’adattamento evolutivo infatti i cromosomi che ne risultano saranno costituiti da un miscuglio di DNA e sono detti cromosomi ibridi.

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A questo punto, un intero cromosoma ibrido migra verso un polo ed il suo omologo migra verso il polo opposto. Infine la cellula si strozza al centro e si formano due cellule, ciascuna con 23 cromosomi.

Ora si realizza la meiosi II. I 23 cromosomi delle due nuove cellule si dispongono direttamente nella fascia equatoriale. Tali cromosomi si separano a livello del centromero nei due cromatidi fratelli che migrano seguendo il fuso. Ogni cellula si strozza al centro e si generano così quattro cellule aploidi con corredo cromosomico dimezzato rispetto alla cellula progenitrice di partenza.

UN ALTRO ACIDO NUCLEICO:L’RNA Fin ora si è parlato di un solo tipo di acido nucleico, il DNA (acido desossiribonucleico), in realtà le cellule eucariote ne possiedono un secondo tipo, detto acido ribonucleico: RNA. In particolare in esse esistono tre tipi fondamentali di RNA, mRNA→ detto RNA messaggerotRNA→ detto RNA di trasportorRNA→ detto RNA ribosomiale di cui sono composti i ribosomi, traduttori del messaggio genico.

DIFFERENZE TRA DNA ED RNA Il DNA è una macromolecola a doppio filamento composta da molecole più semplici che sono il desossiribosio, zucchero a cinque atomi di carbonio e quattro basi azotate: adenina, timina, guanina e citosina; l’RNA, invece è una macromolecola a singolo filamento composta da molecole più semplici che sono: il ribosio, zucchero a cinque atomi di carbonio leggermente diverso rispetto al desossiribosio del DNA e quattro basi azotate: adenina, uracile, guanina e citosina. In poche parole al posto della timina, nell’RNA è presente l’uracile come pirimidina.Il DNA risiede esclusivamente dentro il nucleo e contiene messaggi all’interno dei geni che lo compongono. Ma se non può uscire dal nucleo come arrivano i suoi messaggi al resto della cellula? Quando un messaggio, dal nucleo deve essere inviato all’esterno di esso, il DNA si apre in prossimità della sequenza genica che contiene l’informazione. Usando come stampo il gene contenuto nel DNA, il messaggio viene trascritto su una nuova molecola: l’RNA messaggero mRNA. Una volta che il messaggio lascia il nucleo sotto forma di mRNA, intervengono tRNA e rRNA quest’ultimo è il principale costituente dei ribosomi, organuli di forma tondeggiante che servono per la traduzione del RNA messaggero. Infatti il messaggio così com’è non può essere compreso dal resto della cellula e va pertanto tradotto.

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Per la traduzione un ribosoma si posiziona sul messaggero (mRNA), occupando due gruppetti di tre basi per volta. Un gruppetto di tre basi prende il nome di codone, ES.: AUG GUA CCG ATT. Il ribosoma attrae verso di sé due molecole di tRNA che si posizionano sopra le triplette segnalate dal ribosoma. Il tRNA si chiama trasportatore perché trasporta una sostanza chiamata aminoacido. Ogni aminoacido corrisponde ad una precisa tripletta del messaggero.

Man mano che il ribosoma si sposta sul messaggero, tanti tRNA, si susseguono lungo il percorso, ognuno col suo amminoacido. Il tRNA che si posiziona per primo scarica il proprio amminoacido sul secondo e va via. Il secondo scarica il suo aminoacido e quello che ha ricevuto dal primo, sul terzo e se ne va, fino ad ottenere una catena di amminoacidi. Gli aminoacidi, uniti assieme da legami chimici detti legami peptidici, formano le proteine. Le proteine sono dunque il messaggio genico tradotto in un linguaggio facilmente utilizzabile dal resto della cellula. In natura esistono 20 amminoacidi essenziali ma le loro combinazioni sono molteplici, quindi le proteine che ne derivano sono miliardi e miliardi, ogn’una con una sua funzione ben precisa.

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Metionina↓

AUG

Arginina↓CGC

Glicina ↓GGA