Qual è il ciclo cellulare?

Il ciclo cellulare comprende l’intera vita di una cellula dalla nascita fino alla sua morte. È il tempo dalla formazione di una cellula dalla sua cellula madre fino alla sua divisione nelle sue cellule figlie.

Una parte importante del ciclo cellulare è la divisione cellulare, il processo per cui una cellula viene replicata per formare due cellule figlie, attraverso il processo di mitosi o riproduzione asessuata; o quattro cellule figlie, attraverso il processo di meiosi o riproduzione sessuale. Tuttavia, questa divisione forma solo una piccola parte del ciclo cellulare.

Fasi del ciclo cellulare

Il ciclo cellulare negli eucarioti è comunemente suddiviso in due fasi principali. Il ciclo inizia quando la mitosi o la meiosi produce una cellula figlia. Questa cellula entra in interfase, una lunga fase che rappresenta circa il 90% del ciclo cellulare. Dopo l’interfase, la cellula entra nella mitosi o nella meiosi, che porta alla divisione cellulare (citocinesi) e all’inizio di un nuovo ciclo cellulare in ciascuna delle cellule figlie.

Nella mitosi, l’interfase può essere ulteriormente suddivisa in tre sotto-fasi: la prima è nota come { G }_{ 1 }, per il primo gap o la prima crescita; la seconda è nota come fase S, per la sintesi, e la terza è nota come { G }_{ 2 }, per il secondo gap o la seconda crescita. Durante le due fasi G, la crescita cellulare,la sintesi proteica e la sintesi enzimatica si verificano, mentre durante la fase S il DNA viene replicato. La replicazione del DNA avviene senza aumentare il numero di cromosomi; in questo modo, c’è abbastanza DNA nella cellula per due cellule figlie, mantenendo la stessa ploidia (numero di set cromosomici) della cellula madre. Non confondersi tra replicazione del DNA e replicazione cromosomica. La replicazione cromosomica porterà ad un cambiamento nella ploidia mentre la replicazione del DNA non lo farà.

Nella meiosi, il ciclo cellulare è leggermente più complicato: proprio come la meiosi può essere suddivisa in meiosi I e meiosi II, così può interfase. L’interfase I precede la meiosi I ed è divisa in fasi G e S. Dopo che la meiosi I è completa, l’interfase II accade, ma questo è compreso soltanto una fase di G. A seguito di ciò, si verifica la meiosi II. Le due fasi G sono essenziali per la crescita cellulare e la sintesi proteica, mentre la fase S è responsabile della replicazione del DNA. Dopo la meiosi I, la replicazione del DNA non deve verificarsi dopo la meiosi I, poiché la replicazione si è già verificata prima della meiosi I. Questo è il motivo per cui l’interfase II non include una fase S.

Il ciclo cellulare è controllato in diversi punti per innescare e coordinare determinati eventi. Questi includono un checkpoint { G} _ {1}, un checkpoint { G} _ {2} e un checkpoint M, così come la possibilità di passare a una fase non divisoria { G} _ {0} è un segnale non dato. Questo è utile negli organismi in cui le cellule si consumano e devono essere sostituite continuamente (questo è il modo in cui cresciamo e alla fine invecchiamo). Durante la crescita sono necessarie nuove cellule per tenere conto della maggiore dimensione corporea (sia peso che altezza).

Si verificano numerosi eventi ad ogni checkpoint. Alla fine della seconda fase di crescita, poco prima che la cellula entri nella fase M, avviene il controllo di qualità; la massa della cellula viene controllata per assicurarsi che sia raddoppiata, che la replicazione del DNA sia conclusa e che il DNA non sia danneggiato. Questo punto è chiamato un punto di controllo mitotico. Poco prima che la cellula esca dalla fase M avviene un altro controllo di qualità; qui viene controllato l’allineamento dei cromosomi e viene controllato l’attacco del mandrino a tutti i cromosomi. Prima che le cellule entrino nella fase S dell’interfase passano attraverso il punto di INIZIO o di restrizione; è qui che viene controllato lo stato nutrizionale della cellula e, soprattutto, il DNA viene nuovamente controllato per danni. Se hai prestato attenzione, potresti aver notato che l’integrità del DNA è già stata controllata una volta al punto di controllo mitotico, questo perché l’integrità del DNA è probabilmente la cosa più importante nella cellula.

La fase S dell’interfase

La fase S di un ciclo cellulare si verifica durante l’interfase, prima della mitosi o della meiosi ed è responsabile della sintesi o della replicazione del DNA. In questo modo, il materiale genetico di una cellula viene raddoppiato prima che entri nella mitosi o nella meiosi, consentendo di avere abbastanza DNA da dividere in cellule figlie. La fase S inizia solo quando la cellula ha superato il checkpoint { G }_{ 1} ed è cresciuta abbastanza da contenere il doppio del DNA. La fase di S è fermata da una proteina chiamata p16 fino a che questo accade.

La proteina p16 è vitale nella soppressione dei tumori ed è stata identificata come la proteina che impedisce che alcuni tumori si verifichino. Contrasta le attività delle proteine chinasi dipendenti dalla ciclina che sono responsabili della segnalazione quando la cellula è pronta a passare alla fase successiva. Le chinasi lo segnalano fosforilando la proteina del retinoblastoma (pRB) che quando attiva dice alla cellula di passare alla fase successiva.

L’evento più importante che si verifica nella fase S è la replicazione del DNA. Lo scopo di questo processo è quello di produrre il doppio della quantità di DNA, fornendo la base per i set cromosomici delle cellule figlie. La replicazione del DNA inizia in un punto in cui i complessi di pre-replicazione normativi sono collegati al DNA nella fase { G }_{ 1}. Questi complessi fungono da segnale per dove dovrebbe iniziare la replicazione del DNA. Vengono rimossi nella fase S prima che inizi la replicazione in modo che la replicazione del DNA non si verifichi più di una volta.

Oltre alla replicazione del DNA, la crescita cellulare continua a verificarsi attraverso la fase S e continuano a essere prodotte proteine ed enzimi necessari per la sintesi del DNA.

Sintesi del DNA

La molecola del DNA ha la forma di una doppia elica. Durante la fase S, un enzima chiamato elicasi svolge il filamento di DNA, nello stesso modo in cui si aprirebbe una cerniera. I due singoli filamenti di DNA possono quindi essere utilizzati come modelli per formare due identici filamenti di DNA doppio.

Un enzima chiamato DNA polimerasi lega quindi i nucleotidi a ciascuno dei singoli filamenti di DNA del modello utilizzando la regola di accoppiamento della base complementare: l’adenina si lega alla timina e la citosina si lega alla guanina. In questo modo si forma una nuova doppia elica di DNA identica all’originale.

Figura 3: Sintesi del DNA che si verifica durante la fase S.

Dopo che tutto il DNA è stato decompresso e sintetizzato in due nuovi filamenti di DNA, la cellula si sposta da questa fase nella fase { G }_{ 1 } della mitosi, o profase I della meiosi.

Perché la fase S è importante

La sintesi del DNA deve avvenire rapidamente, poiché le coppie di basi spaiate del filamento di DNA durante la replicazione sono vulnerabili a mutageni dannosi, che possono portare ad anomalie genetiche, malattie cellulari o persino morte cellulare. Questa fase è altamente regolata, a causa della sua importanza nella conservazione del materiale genetico. Se c’è qualche danno al DNA in una cellula, può essere identificato e fissato nella fase S.

Oltre alla replicazione del DNA, i numerosi controlli coinvolti nel garantire il buon funzionamento dello spettacolo sono cruciali per garantire che la cellula non passi più tempo di quanto sia necessario in questa fase. Eventuali ritardi possono avere un effetto a cascata sui tassi di crescita, sostituzione cellulare, e questo avrebbe implicazioni negative per l’organismo nel suo complesso.

Biology Review

Il ciclo cellulare è il processo da quando una cellula è formata per divisione, fino al punto in cui si divide in cellule figlie. Questo include mitosi o meiosi e interfase. In un ciclo mitotico, l’interfase è suddivisa in una prima fase di gap ({ G }_{ 1 }), una fase di sintesi (S) e una seconda fase di gap ({ G }_{ 2 }). Durante { G } _ {1} e { G} _ {2} la cellula cresce e vengono sintetizzate proteine ed enzimi. Durante la fase S, il DNA viene sintetizzato nel processo di replicazione del DNA. Nel ciclo meiotico, l’interfase è divisa in interfase I e interfase II. L’interfase I include una fase di gap (G) e una fase di sintesi (S), mentre l’interfase II include solo una fase di gap (G).

La fase S è regolata da complessi di pre-replicazione normativi, che segnalano dove dovrebbe iniziare la sintesi del DNA; la proteina p16 e i suoi partner associati, che inibiscono la cellula dall’entrare nella fase S fino a quando non è abbastanza grande; e percorsi regolatori durante la replicazione del DNA. Gli errori in questa fase possono portare ad anomalie genetiche, malattie o morte cellulare (morti cellulari non pianificate, da non confondere con l’apoptosi). La fase S è anche importante per il rilevamento e la correzione del danno al DNA.

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