Introduzione alla riproduzione cellulare

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Introduzione alla riproduzione cellulare

• I procarioti

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Premessa

• La capacità di crescere e riprodursi è un
  attributo fondamentale delle cellule, quello da
  cui dipende la sopravvivenza di ogni specie di
  organismo, unicellulare o pluricellulare. Lo
  studio della riproduzione cellulare è importante
  in molti settori della biologia cellulare, tra
  cui quelli che riguardano lo sviluppo ed il
  funzionamento degli organismi. Luomo, per
  esempio, comincia ad esistere come cellula
  singola, luovo fecondato, e cresce per
  riproduzione cellulare fino a raggiungere, allo
  stato adulto, più di cento trilioni di cellule.
  Ogni 24 ore, per mantenere le funzioni dei vari
  tessuti, avvengono in un organismo umano adulto
  circa un trilione di divisioni cellulari, 10
  milioni al secondo. Naturalmente non tutte le
  cellule si riproducono allo stesso modo si va
  dalla insostituibilità di quelle muscolari
  scheletriche e nervose a quelle del sangue e di
  alcuni epiteli che devono essere riprodotte molto
  velocemente data la loro breve vita.

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Riproduzione delle cellule procariote

• Una cellula batterica si riproduce aumentando le
  dimensioni e replicando contemporaneamente il suo
  cromosoma e, quindi, dividendosi in due cellule,
  ciascuna delle quali riceve uno dei cromosomi
  prodotti dalla replicazione. La crescita che
  avviene tra una divisione e laltra consiste in
  un raddoppio in quantità di tutti i componenti
  cellulari. Una nuova cellula figlia di E. coli,
  per esempio, comincia una vita indipendente
  subito dopo la divisione cellulare. Quindi inizia
  la crescita cellulare dove si riscontra un
  aumento considerevole del numero dei ribosomi in
  concomitanza con laumento della capacità
  cellulare di sintesi delle proteine. Il percorso
  di crescita cellulare, la replicazione dei
  cromosomi e le altre fasi della divisione
  cellulare sono coordinati ma poco ancora si sa
  sulle basi molecolari di questi controlli.

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Riproduzione delle cellule procariote

• Fig.1
• Divisione cellulare in E.coli vista al
  microscopio elettronico. La divisione è quasi
  ultimata, resta sol un piccolo setto che si sta
  chiudendo.
• Nellultima immagine ingrandita, è possibile
  distinguere il materiale genetico sparso e di
  colore più intenso.

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Riproduzione delle cellule procariote

• La replicazione del DNA inizia quando la cellula
  ha raggiunto una dimensione limite che risulta
  essere di gran lunga inferiore a quella che sarà
  raggiunta al momento della divisione cellulare.
  La connessione tra crescita cellulare e
  replicazione del DNA è dimostrata dal fatto che
  se si blocca la sintesi proteica con un inibitore
  quale la puromicina, non si ha aumento cellulare
  e non avviene la replicazione del DNA. Lo stesso
  avviene se si tolgono alla cellula di E. coli le
  fonti di azoto o di zucchero sicchè se manca o
  si abbassa la produzione di ATP per la mancanza
  di molecole adibite alla produzione di energia,
  cessa anche la produzione di ribosomi e quindi
  cessa la crescita cellulare e la replicazione del
  DNA per la mancanza del raggiungimento della
  dimensione critica atta alla replicazione.

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Riproduzione delle cellule procariote

• Nei procarioti, la divisione cellulare consiste
  nella separazione dei due cromosomi figli in due
  nucleoidi distinti, quindi la migrazione dei due
  nucleoidi alle due estremità della cellula,
  seguita da una crescita della membrana plasmatica
  e della parete cellulare verso linterno per
  formare un setto trasversale tra i nucleoidi
  (Figura 1). Successivamente avviene il distacco
  sul piano del setto e le due cellule figlie si
  separano. La velocità di crescita della cellula
  individuale, e quindi la velocità di riproduzione
  cellulare, dipende dalle condizioni di
  alimentazione e dalla temperatura. E. coli può
  crescere in un terreno costituito solo da una
  molecola organica semplice come il glucosio da
  cui trarre carbonio ed energia più vari ioni
  inorganici. In un terreno nutritivo con glucosio
  come fonte di carbonio e di energia, una cellula
  a 37 C raddoppia di dimensioni e si divide, in
  media, ogni 40 minuti.

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Riproduzione delle cellule procariote

• In un terreno ricco di aminoacidi, purine,
  pirimidine ed altre molecole organiche, le
  cellule crescono più in fretta e il tempo di
  divisione si riduce a 20 minuti. Questa è una
  velocità piuttosto alta di proliferazione
  cellulare. Un singolo batterio, che si riproduca
  con un tempo di generazione di 20 minuti, produce
  una popolazione di più di dieci milioni di
  cellule nellarco di 8 ore. Man mano che le
  sostanze nutrienti della coltura vengono
  consumate, la crescita di ciascuna cellula
  rallenta e quindi si arresta. A riproduzione
  cellulare interrotta, il numero di cellule rimane
  invariato per un po, quindi le stesse cominciano
  a morire se non vengono trasferite in un terreno
  di coltura fresco. Spesso è utile registrare il
  comportamento proliferativo delle cellule in
  coltura per mezzo di una curva di crescita, come
  mostrato in figura 2.

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Riproduzione delle cellule procariote

• Fig.2

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Riproduzione delle cellule procariote

• Si dà inizio alla crescita di una coltura
  inoculando cellule in un terreno di coltura
  fresco (tempo 0). Dopo un periodo di adattamento
  al nuovo terreno della durata di qualche minuto,
  la proliferazione ha inizio. La fase di
  adattamento è detta fase di latenza (lag
  phase). La seguente proliferazione è di tipo
  esponenziale pertanto, mettendo in grafico il
  logaritmo del numero di cellule rispetto al tempo
  (ordinata e ascissa di fig. 2), si ottiene una
  linea retta. Il tempo di generazione si leggere
  dalla pendenza della retta come il tempo
  necessario alla coltura per raddoppiare. Questo
  periodo di rapida crescita logaritmica o fase
  esponenziale, è seguito da un rallentamento della
  crescita e quindi da una fase stazionaria, in cui
  il numero di cellule non cambia, infine la
  coltura entra nella fase di declino, durante la
  quale le cellule cominciano a morire.