Da dove provengono le cellule?

Immagine 3D di una cellula di topo nelle fasi finali della divisione cellulare (telofase). (Immagine di Lothar Schermelleh)

A volte si morde accidentalmente il labbro o la pelle del ginocchio, ma nel giro di pochi giorni la ferita guarisce. E ‘ magia? Oppure, c’è un’altra spiegazione?

Ogni giorno, ogni ora, ogni secondo uno degli eventi più importanti della vita sta accadendo nel tuo corpo—le cellule si stanno dividendo. Quando le cellule si dividono, creano nuove cellule. Una singola cellula si divide per formare due cellule e queste due cellule si dividono per formare quattro cellule, e così via. Chiamiamo questo processo “divisione cellulare” e “riproduzione cellulare”, perché nuove cellule si formano quando le vecchie cellule si dividono. La capacità delle cellule di dividersi è unica per gli organismi viventi.

Perché le celle si dividono?

Le celle si dividono per molte ragioni. Ad esempio, quando si scuote il ginocchio, le cellule si dividono per sostituire le cellule vecchie, morte o danneggiate. Anche le cellule si dividono in modo che gli esseri viventi possano crescere. Quando gli organismi crescono, non è perché le cellule stanno diventando più grandi. Gli organismi crescono perché le cellule si dividono per produrre sempre più cellule. Nei corpi umani, quasi due trilioni di cellule si dividono ogni giorno.

Guarda le cellule che si dividono in questo video time lapse di una cellula animale (in alto) e di una cellula batterica di E. coli (in basso). Il video comprime 30 ore di divisione cellulare mitotica in pochi secondi. (Video dell’Istituto Nazionale di Genetica)

Quante cellule ci sono nel tuo corpo?

Tu e io abbiamo iniziato come una singola cella, o quello che chiameresti un uovo. Con il tempo si è un adulto, si avrà trilioni di cellule. Quel numero dipende dalla dimensione della persona, ma i biologi mettono quel numero intorno a 37 trilioni di cellule. Sì, questo è trilione con una “T.”

Come fanno le cellule a sapere quando dividere?

Nella divisione cellulare, la cella che si divide è chiamata cella “genitore”. La cellula madre si divide in due cellule “figlie”. Il processo si ripete quindi in quello che viene chiamato il ciclo cellulare.

Divisione cellulare delle cellule polmonari cancerose (Immagine da NIH)

Le cellule regolano la loro divisione comunicando tra loro utilizzando segnali chimici da proteine speciali chiamate cicline. Questi segnali agiscono come interruttori per dire alle cellule quando iniziare a dividere e in seguito quando smettere di dividere. È importante che le cellule si dividano in modo da poter crescere e quindi i tagli guariscono. È anche importante che le cellule smettano di dividersi al momento giusto. Se una cellula non può smettere di dividersi quando si suppone che si fermi, questo può portare a una malattia chiamata cancro.

Alcune cellule, come le cellule della pelle, si dividono costantemente. Abbiamo bisogno di fare continuamente nuove cellule della pelle per sostituire le cellule della pelle che perdiamo. Sapevi che perdiamo da 30.000 a 40.000 cellule morte ogni minuto? Ciò significa che perdiamo circa 50 milioni di cellule ogni giorno. Questo è un sacco di cellule della pelle da sostituire, rendendo la divisione cellulare nelle cellule della pelle è così importante. Altre cellule, come le cellule nervose e cerebrali, si dividono molto meno spesso.

Come le cellule si dividono

A seconda del tipo di cellula, ci sono due modi in cui le cellule si dividono: mitosi e meiosi. Ognuno di questi metodi di divisione cellulare ha caratteristiche speciali. Una delle differenze chiave nella mitosi è che una singola cellula si divide in due cellule che sono repliche l’una dell’altra e hanno lo stesso numero di cromosomi. Questo tipo di divisione cellulare è buono per la crescita, la riparazione e la manutenzione di base. Nella meiosi una cellula si divide in quattro cellule che hanno la metà del numero di cromosomi. Ridurre il numero di cromosomi della metà è importante per la riproduzione sessuale e prevede la diversità genetica.

Divisione cellulare mitosi

La mitosi è il modo in cui le cellule somatiche o non riproduttive si dividono. Le cellule somatiche costituiscono la maggior parte dei tessuti e degli organi del corpo, tra cui pelle, muscoli, polmoni, intestino e cellule ciliate. Le cellule riproduttive (come le uova) non sono cellule somatiche.

Nella mitosi, la cosa importante da ricordare è che le cellule figlie hanno ciascuno gli stessi cromosomi e DNA della cellula madre. Le cellule figlie della mitosi sono chiamate cellule diploidi. Le cellule diploidi hanno due set completi di cromosomi. Poiché le cellule figlie hanno copie esatte del DNA della loro cellula madre, nessuna diversità genetica viene creata attraverso la mitosi nelle cellule sane normali.

La divisione cellulare della mitosi crea due cellule diploidi figlie geneticamente identiche. I passi principali della mitosi sono mostrati qui. (Immagine di Mysid da Science Primer e National Center for Biotechnology Information)

Il ciclo cellulare della mitosi

Prima che una cellula inizi a dividersi, è nella “Interfase.”Sembra che le cellule debbano dividersi costantemente (ricorda che ci sono 2 trilioni di divisioni cellulari nel tuo corpo ogni giorno), ma ogni cellula trascorre la maggior parte del suo tempo nell’interfase. Interfase è il periodo in cui una cellula si sta preparando a dividere e avviare il ciclo cellulare. Durante questo periodo, le cellule stanno raccogliendo nutrienti ed energia. La cellula madre sta anche facendo una copia del suo DNA per condividere equamente tra le due cellule figlie.

Il processo di divisione della mitosi ha diversi passaggi o fasi del ciclo cellulare—interfase, profase, prometafase, metafase, anafase, telofase e citocinesi—per creare con successo le nuove cellule diploidi.

Il ciclo cellulare mitosi comprende diverse fasi che si traducono in due nuove cellule figlie diploidi. Ogni fase è evidenziata qui e mostrata dalla microscopia ottica con fluorescenza. Clicca sull’immagine per saperne di più su ogni fase. (Immagine da OpenStax College con il lavoro modificato da Mariana Ruiz Villareal, Roy van Heesheen, e il Wadsworth Center.)

Quando una cellula si divide durante la mitosi, alcuni organelli sono divisi tra le due cellule figlie. Ad esempio, i mitocondri sono in grado di crescere e dividersi durante l’interfase, quindi le cellule figlie hanno ciascuna abbastanza mitocondri. L’apparato di Golgi, tuttavia, si rompe prima della mitosi e si ricompone in ciascuna delle nuove cellule figlie. Molte delle specifiche su ciò che accade agli organelli prima, durante e dopo la divisione cellulare sono attualmente in fase di ricerca. (Si può leggere di più su parti cellulari e organelli cliccando qui.)

Divisione cellulare meiosi

La meiosi è l’altro modo principale in cui le cellule si dividono. La meiosi è la divisione cellulare che crea cellule sessuali, come le cellule uovo femminili o gli spermatozoi maschili. Cosa è importante ricordare della meiosi? Nella meiosi, ogni nuova cellula contiene un insieme unico di informazioni genetiche. Dopo la meiosi, lo sperma e le cellule uovo possono unirsi per creare un nuovo organismo.

La meiosi è il motivo per cui abbiamo diversità genetica in tutti gli organismi che si riproducono sessualmente. Durante la meiosi, una piccola porzione di ciascun cromosoma si interrompe e si ricollega a un altro cromosoma. Questo processo è chiamato “crossing over” o ” ricombinazione genetica.”La ricombinazione genetica è la ragione per cui i fratelli completi fatti da cellule uovo e spermatozoi degli stessi due genitori possono apparire molto diversi l’uno dall’altro.

Il ciclo cellulare della meiosi ha due fasi principali di divisione: Meiosi I e Meiosi II. Il risultato finale della meiosi è quattro cellule figlie aploidi che contengono ciascuna informazioni genetiche diverse l’una dall’altra e dalla cellula madre. Clicca per maggiori dettagli. (Immagine da Science Primer del Centro Nazionale per l’informazione biotecnologica.)

Il ciclo cellulare della Meiosi

La Meiosi ha due cicli di divisione cellulare, convenientemente chiamati Meiosi I e Meiosi II. La Meiosi I dimezza il numero di cromosomi ed è anche quando si verifica l’attraversamento. La meiosi II dimezza la quantità di informazioni genetiche in ciascun cromosoma di ciascuna cellula. Il risultato finale sono quattro cellule figlie chiamate cellule aploidi. Le cellule aploidi hanno solo un set di cromosomi-metà del numero di cromosomi come cellula madre.

Prima che inizi la meiosi, la cellula passa attraverso l’interfase. Proprio come nella mitosi, la cellula madre usa questo tempo per prepararsi alla divisione cellulare raccogliendo nutrienti ed energia e facendo una copia del suo DNA. Durante le fasi successive della meiosi, questo DNA verrà commutato durante la ricombinazione genetica e quindi diviso tra quattro cellule aploidi.

Quindi ricorda, la mitosi è ciò che ci aiuta a crescere e la meiosi è il motivo per cui siamo tutti unici!

Bianconi E, Piovesan A, Facchin F, Beraudi A, Casadei R, Frabetti F, Vitale L, Pelleri MC, Tassani S, Piva F, Perez-Amodio S, Strippoli P, Canaider S. Ann. Una stima del numero di cellule nel corpo umano. Estratto il 14 marzo 2014 da https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23829164.

Originale cellula animale e E. Coli cellulare video dal National Institute of Genetics via Wikimedia. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Movie_4._Cell_division.ogv