Il ciclo cellulare è una rappresentazione delle fasi della vita di una cellula. Nelle precedenti lezioni (Il DNA, I geni, I cromosomi, L’ereditarietà, Le leggi dell’ereditarietà) abbiamo scoperto che l’unione di due cellule speciali con corredo cromosomico dimezzato, i gameti, genera una cellula a corredo cromosomico completo, chiamata zigote. Questa cellula rappresenta la base per la formazione di un nuovo essere vivente. Come è possibile che da questa singola cellula si formi un organismo completo come il nostro, formato da miliardi di cellule che lavorano contemporaneamente? La risposta risiede nel meccanismo di riproduzione delle cellule, denominato mitosi, che rappresenta il punto d’inizio e fine del ciclo cellulare; l’intero significato del ciclo cellulare è quello di preparare la cellula alla suddivisione in due cellule “figlie”. Per la nostra lezione ci baseremo su un’ipotetica cellula standard che racchiude in sé le caratteristiche comuni a tutti i tipi cellulari. Una differenza fondamentale riguarda il ciclo di vita delle cellule germinali (o sessuali) che affronteremo separatamente. Per adesso ci soffermeremo sul ciclo di vita delle cellule somatiche (sono così chiamate tutte le cellule del corpo non sessuali).
Il ciclo cellulare è suddiviso in quattro fasi:
- G1 (dall’inglese “gap”, varco): la più lunga dell’intero ciclo, in cui la cellula si rifornisce di nutrienti e cresce di dimensione.
- S (sintesi DNA): tutti i cromosomi vengono duplicati in vista della divisione cellulare affinché il patrimonio genetico venga equamente diviso tra le due cellule figlie.
- G2: equivalente alla G1, la cellula continua ad accrescersi e a prepararsi alla fase successiva.
- M (mitosi): la cellula si divide in due cellule figlie, ognuna fornita del completo patrimonio genetico a 23 coppie di cromosomi.
A partire dallo zigote, dunque, vengono effettuate delle incessanti serie di divisioni mitotiche che aumentano esponenzialmente la popolazione cellulare: 1 cellula si divide in 2 cellule che a loro volta si dividono in 4 cellule che si dividono in 8 cellule che si dividono in 16 cellule e così via fino a formare un intero organismo formato da miliardi di cellule.
Prima di passare allo studio delle cellule germinali, torniamo alla fase S della mitosi e cerchiamo di capire in dettaglio il modo in cui avviene la duplicazione dei cromosomi.
Nell’immagine del paragrafo successivo possiamo vedere un singolo cromosoma senza il suo cromosoma omologo. Durante la fase S, ogni cromosoma viene duplicato e la sua copia, chiamata cromatide, rimane attaccata al cromosoma originale all’altezza del centro. Quando la cellula si divide, il cromosoma originale e la sua copia si staccano e vengono distribuiti alle due cellule figlie.
La riproduzione delle cellule sessuali
Il ciclo cellulare delle cellule sessuali (spermatociti e ovociti) è fondamentalmente uguale a quello delle cellule somatiche; la differenza risiede nell’ultima parte del ciclo, quella dedicata alla divisione. Se ricordiamo dalle precedenti lezioni, le cellule sessuali possiedono un corredo cromosomico dimezzato, necessario per ristabilire il corretto numero di cromosomi nel momento della fusione con la cellula sessuale dell’altro sesso. Cerchiamo di capire in che modo la cellula ottiene questo dimezzamento.
La divisione cellulare delle cellule sessuali viene chiamata meiosi e consta di due fasi che possono essere paragonate a due mitosi consecutive. Durante la meiosi I la cellula, proprio come nella mitosi, duplica il suo corredo cromosomico e quindi ogni cromosoma presenta, attaccata all’altezza del centro, la sua copia (cromatide). In seguito la cellula si divide, ma diversamente da quanto accade nella mitosi, non si separano i due cromatidi fratelli bensì vengono divisi i cromosomi omologhi. Le due cellule figlie prendono dunque ciascuna un cromosoma di ogni coppia e il risultato di questa prima meiosi saranno due cellule con 23 cromosomi totali ciascuna e ogni cromosoma presenterà ancora il suo cromatide attaccato.
Appena completata questa divisione, le due cellule entrano subito nella meiosi II. Questa fase è identica alla mitosi: ogni cellula si divide di nuovo, separando i cromatidi fratelli e distribuendoli alle due cellule figlie. Il risultato finale della meiosi è quindi quello di formare quattro cellule ognuna con 23 cromosomi totali a partire da una cellula “genitore” con 23 coppie di cromosomi (46 totali), contrariamente a quanto avviene con la mitosi il cui scopo è quello di creare due cellule esattamente uguali alla cellula di partenza.
La determinazione del sesso
Ora che conosciamo il processo della meiosi, possiamo capire qual è il meccanismo che determina il sesso dello zigote. Quando abbiamo parlato della meiosi I, abbiamo scoperto che il suo compito è quello di separare le coppie di cromosomi omologhi. Se ricordate, l’ultima coppia di cromosomi omologhi, la ventitreesima, contiene i cromosomi sessuali X e Y.
Durante la meiosi I delle cellule germinali maschili (spermatozoi) vengono separati tutti i cromosomi omologhi, compresi gli ultimi due, i cromosomi sessuali X e Y. Dalla cellula genitore si formeranno due cellule: una con 22 cromosomi normali e un cromosoma X e un’altra con 22 cromosomi normali e un cromosoma Y. Successivamente, la cellula entra nella meiosi II dove verranno separati i cromatidi fratelli di ogni cromosoma. Il risultato saranno dunque 4 spermatozoi a 23 cromosomi totali, due contenenti il cromosoma X e altri due contenenti il cromosoma Y. Il sesso dello zigote verrà determinato dal tipo di spermatozoo che entrerà nella cellula uovo femminile al momento della fecondazione: se sarà uno spermatozoo con cromosoma Y si unirà all’X dell’ovocita e nascerà un maschio; se al contrario sarà uno spermatozoo X, nascerà una femmina.
Pietro Cappelletti
Studente Facoltà di Medicina
Università di Roma Sapienza
(“un esempio di come la laurea sia una condizione facilitante, ma non necessaria alla comprensione di una materia”, R. Albanesi).
