Mitosi

Conosci già le cellule e la loro presenza negli organismi viventi, ma sai anche che esse, proprio come noi, nascono, crescono, si riproducono e muoiono? Con il tempo, le cellule iniziano a degradarsi e a morire, quindi devono essere sostituite. In questo capitolo spiegheremo come funziona il processo di divisione cellulare per dare vita a nuove cellule figlie a partire da un'unica cellula madre.

Significato e spiegazione di mitosi

La mitosi è talvolta chiamata cariocinesi, che significa "movimento dei nuclei cellulari". La mitosi costituisce la fase intermedia del ciclo cellulare, una sequenza di crescita e divisione della cellula che inizia con l'interfase e si conclude con la citodieresi o citochinesi.

Prima della mitosi: interfase

L'interfase è la parte principale del ciclo cellulare, poiché ne costituisce il 90%. Questo è il periodo di tempo in cui la cellula cresce, diventa adolescente e poi adulta, e compie le sue funzioni. L'interfase si divide ulteriormente in tre fasi:

1. Fase G₁. La cellula si ingrandisce e si formano nuovi organuli e strutture. I due centrioli, se presenti, si duplicano.

2. Fase S. Il DNA si duplica per formare due coppie identiche di ogni cromosoma, ognuna delle quali è chiamata cromatide.

3. Fase G₂. Ogni coppia di cromatidi inizia a spiralizzarsi e compattarsi. Le due coppie di centrioli si dispongono fuori dalla membrana nucleare e iniziano ad allontanarsi tra loro.

Figura 1. Fase G2 dell'interfase.

Fasi della mitosi

La mitosi si suddivide in 5 fasi in base a ciò che avviene nella cellula e all'aspetto che assume. Poco prima che la cellula inizi la mitosi, si trova alla fine della fase G₂, il che significa che tutte le strutture cellulari e il DNA sono stati duplicati e i cromosomi si stanno compattando.

Profase

La profase, la fase iniziale della mitosi, significa letteralmente "prima della fase". In questa fase si verificano i seguenti processi:

• il nucleolo scompare;

• la membrana nucleare inizia a frammentarsi;

• i cromosomi continuano a condensarsi con l'aiuto di una proteina, la condensina, tanto da essere visibili al microscopio ottico;

• le due coppie di centrioli iniziano a collocarsi ai due poli opposti della cellula;

• dai centrioli si sviluppano le fibre aster e le fibre polari.

Figura 2. Profase.

Prometafase

La prometafase, la seconda fase della mitosi, significa letteralmente "prima della fase di cambiamento". In questa fase si verificano i seguenti fenomeni:

• la membrana nucleare si scompone completamente;

• i due cromatidi che formano ogni cromosoma iniziano a unirsi tra loro nella regione centrale detta centromero, assumendo una conformazione a X;

• sui centromeri si formano i cinetocori, strutture proteiche dalle quali iniziano a svilupparsi i le fibre del cinetocore;

• le fibre del cinetocore si legano alle fibre polari dei centrioli e iniziano a spingere i centrosomi verso i poli della cellula.

Figura 3. Prometafase.

Le fibre del cinetocore e le fibre polari sono due microtubuli che si uniscono tra loro per formare il fuso, una struttura a rete che andrà ad assumere una configurazione che assomiglia a una palla da rugby: osserva le immagini per vedere come si forma! La struttura del fuso si dirama piano piano per tutta la cellula ed è fondamentale per orientare le strutture cellulari affinché la mitosi prosegua correttamente. Anche le fibre aster, citate prima, hanno una loro funzione, poiché ancorano i centrioli ai due poli della cellula.

Figura 4. Il DNA si condensa in una struttura a X.

Figura 5. Coppia di cromatidi alla fine della prometafase.

Metafase

La metafase, la terza fase della mitosi, significa letteralmente "fase di cambiamento". Ecco di seguito ciò che accade in questa fase:

• i microtubuli del fuso manovrano i cromosomi e li dispongono al centro della cellula lungo una linea immaginaria chiamata piano equatoriale.

Figura 6. Metafase.

Anafase

L'anafase, la quarta fase della mitosi, potrebbe essere tradotta come "la fase ascendente". Questa fase è estremamente rapida e in essa avvengono i seguenti processi:

• tutti i legami tra i cromatidi si rompono contemporaneamente;

• i cromatidi si allontanano e formano ognuno un cromosoma indipendente;

• ogni cromosoma è tirato vero il rispettivo polo dai microtubuli del fuso;

• la cellula assume una forma ovale.

Figura 7. Anafase.

Telofase

La telofase, "fase di allontanamento", è la fase finale della mitosi. Ecco cosa accade:

• i cromosomi hanno raggiunto i poli opposti della cellula e si decompattano;

• si ricreano il nucleolo e la membrana nucleare, uno per ogni cellula figlia in formazione;

• i microtubuli del fuso si rompono e vengono riutilizzati come citoscheletro delle nuove cellule figlie.

Figura 8. Telofase.

Dopo la mitosi: citodieresi o citochinesi

Con la citodieresi o citochinesi si completa il processo di divisione mitotica della cellula con la creazione di due cellule figlie geneticamente identiche. Nelle cellule animali, la citodieresi avviene per strozzamento, ovvero la membrana si restringe sempre più in corrispondenza del suo piano equatoriale fino a ridursi a un filo sottile che, infine, si spezza. Nelle cellule vegetali, la citodieresi avviene a seguito della formazione della piastra cellulare, una struttura formata da vescicole che inizia a estendersi lungo il piano equatoriale fino a che su entrambi i suoi lati si crea una membrana cellulare.

Figura 9. Citodieresi in una cellula animale.

Figura 10. Citodieresi in una cellula vegetale.

Mitosi e mutazioni genetiche

A volte, durante la mitosi possono verificarsi mutazioni genetiche. Queste mutazioni possono avvenire per sostituzione, eliminazione o aggiunta di nucleotidi e possono essere dannose, innocue o utili. Le mutazioni genetiche dannose possono causare problemi come difetti fisici alla nascita, aumento del rischio di cancro e ritardi nello sviluppo. Alcune mutazioni genetiche sono rese innocue ad esempio grazie all'azione degli enzimi, che possono garantire che tutto il corpo continui a funzionare senza intoppi. Infine, le mutazioni genetiche utili aiutano a proteggere una persona dallo sviluppare determinate condizioni di salute.

Differenza tra mitosi e meiosi

La mitosi è il processo di divisione cellulare alla base della riproduzione asessuata, mediante la quale gli organismi procarioti e quelli eucarioti unicellulari si riproducono creando nuovi individui. Anche gli eucarioti pluricellulari, tra cui l'uomo, utilizzano la riproduzione asessuata tramite mitosi, ma soltanto per aumentare le proprie dimensioni o per sostituire le cellule morte. Tramite mitosi, il corredo genetico di una specie si mantiene identico, eccezion fatta per le mutazioni.

La meiosi è invece il processo di riproduzione cellulare alla base della riproduzione sessuata grazie alla quale si riproducono gli organismi eucarioti pluricellulari. In questo tipo di riproduzione troviamo due cellule genitori anziché una sola, ciascuna delle quali duplica la metà del suo patrimonio genetico in modo che la cellula figlia riceva metà DNA da un genitore e metà dall'altro. Ciò garantisce la variabilità genetica all'interno di una specie.