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Ciclo cellulare e divisione cellulare

Una cellula cresce, copia il suo DNA e si divide seguendo un ordine preciso chiamato ciclo cellulare: interfase (G1, S, G2) e fase M. Nella fase S il DNA raddoppia (2C → 4C), ma il numero di cromosomi resta lo stesso. La mitosi (profase, metafase, anafase, telofase) e la citocinesi producono due cellule identiche a quella di partenza: è una divisione equazionale, usata per la crescita e la riparazione. La meiosi ha due divisioni; nella meiosi I i cromosomi omologhi si appaiano, si scambiano pezzi (crossing over) e si separano, dimezzando il numero di cromosomi (2n → n). Produce quattro cellule aploidi per i gameti e crea variabilità.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Il ciclo cellulare è un orologio: G1 (crescita), S (copia del DNA), G2 (preparazione), M (divisione). Tocca ogni fase: M è la fetta più piccola. G0 è una stanza laterale.
  2. La fase S da vicino: tocca "Copia il DNA". Ogni cromosoma diventa due cromatidi fratelli. I cromosomi restano 4, ma il DNA raddoppia da 2C a 4C.
  3. La mitosi in quattro tappe. Toccale in ordine: i cromosomi compaiono, si allineano al centro, si separano e si formano due nuovi nuclei.
  4. La divisione del citoplasma: una cellula animale si strozza dall'esterno; una cellula vegetale costruisce una piastra cellulare dal centro verso l'esterno.
  5. Meiosi I: i cromosomi simili si appaiano, si scambiano pezzi (crossing over), restano uniti nei chiasmi, poi le coppie intere si separano. Il numero di cromosomi si dimezza.
  6. Gioco libero: scegli 2n e poi mitosi o meiosi. Conta le nuove cellule e i cromosomi dentro ognuna.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Perché l'interfase non è una fase di riposo?

Durante G1, S e G2 la cellula cresce, produce proteine e copia tutto il suo DNA. Sembra ferma al microscopio solo perché i cromosomi non si vedono.

Se il DNA raddoppia nella fase S, perché il numero di cromosomi non raddoppia?

Ogni cromosoma fa una copia identica che resta attaccata allo stesso centromero. Contiamo i cromosomi dai centromeri, quindi il numero resta 2n mentre il DNA diventa 4C.

Perché la metafase è la tappa migliore per contare i cromosomi?

I cromosomi sono al massimo dell'avvolgimento e più spessi, e stanno tutti su un solo piano all'equatore, quindi ognuno si vede e si conta facilmente.

Perché una cellula vegetale non può dividersi con un solco?

La sua rigida parete di cellulosa non può strozzarsi verso l'interno. Costruisce quindi una nuova parete dal centro (piastra cellulare) verso l'esterno.

Qual è la differenza tra sinapsi e crossing over?

La sinapsi (zigotene) è solo l'appaiamento dei cromosomi omologhi. Il crossing over (pachitene) è lo scambio vero e proprio di pezzi tra i cromatidi non fratelli della coppia.

Perché la meiosi ha bisogno di due divisioni?

La meiosi I separa le coppie di omologhi (dimezzando il numero), ma ogni cromosoma ha ancora due cromatidi. La meiosi II separa quei cromatidi, così ognuna delle 4 cellule riceve cromosomi singoli.

Il ciclo cellulare

Il ciclo cellulare è la sequenza di eventi con cui una cellula copia il proprio genoma, costruisce le altre sue parti e si divide in due cellule figlie. La copia del DNA avviene in una sola fase, ma la crescita della cellula continua sempre. Una tipica cellula umana in coltura si divide circa ogni 24 ore; il lievito impiega circa 90 minuti.

Due fasi principali

G0 – lo stadio quiescente

Alcune cellule smettono di dividersi (per esempio le cellule del cuore negli adulti) e escono da G1 per entrare in G0. Restano vive e svolgono il loro lavoro, ma non si dividono se non serve. Negli animali la mitosi avviene solo nelle cellule del corpo (somatiche) diploidi, mentre nelle piante può avvenire sia in cellule aploidi sia diploidi.

Mitosi: la divisione equazionale

Nella mitosi il numero di cromosomi delle cellule figlie è uguale a quello della cellula madre, per questo si chiama divisione equazionale. Le tappe:

Citocinesi

Nelle cellule animali compare un solco nella membrana che si approfondisce finché la cellula si strozza in due. Nelle cellule vegetali la parete non può strozzarsi, quindi al centro si forma una piastra cellulare che cresce verso le pareti laterali e diventa la lamella mediana. Organelli come mitocondri e plastidi vengono distribuiti tra le due cellule. Quando la cariocinesi non è seguita dalla citocinesi, si forma una cellula con più nuclei – un sincizio, per esempio l'endosperma liquido della noce di cocco.

Meiosi: la divisione riduzionale

La meiosi avviene nelle cellule diploidi che formeranno i gameti (o le spore nelle piante). Ha due divisioni (meiosi I e II) ma una sola copia del DNA. Risultato: quattro cellule aploidi (n).

Meiosi I

Meiosi II

Molto simile alla mitosi: profase II, metafase II (cromosomi all'equatore), anafase II (i centromeri si dividono, i cromatidi fratelli si separano), telofase II. Risultato: una tetrade di quattro cellule aploidi.

Mitosi e meiosi a confronto

MitosiMeiosi
Una divisioneDue divisioni
2 cellule figlie4 cellule figlie
2n → 2n (equazionale)2n → n (riduzionale nella meiosi I)
Nessun appaiamento, nessun crossing overSinapsi e crossing over nella profase I
Figlie identiche alla madreFiglie diverse (variabilità)
Cellule del corpo (somatiche)Cellule che formano gameti/spore

Cromosomi e DNA durante il ciclo

Regola: numero di cromosomi = numero di centromeri. "C" è la quantità di DNA di un set aploide prima della copia.

StadioCromosomiDNA
G12n2C
Dopo S, G2, profase, metafase2n (ognuno con 2 cromatidi)4C
Anafase della mitosi (cellula intera)4n (i cromatidi ora sono separati)4C
Ogni figlia dopo la mitosi2n2C
Ogni cellula dopo la meiosi In (ognuno con 2 cromatidi)2C
Ogni cellula dopo la meiosi IInC

Importanza della mitosi e della meiosi

Mitosi

Meiosi

Provaci: conta i cromosomi come un biologo

Prendi 4 pezzi lunghi e 4 corti di lana o di scovolino, in due colori: uno per la "madre" e uno per il "padre". Ogni coppia (uno lungo rosso + uno lungo blu) è una coppia di omologhi, quindi 2n = 4. Simula la mitosi: attacca una copia accanto a ogni pezzo (fase S), allineali, separa le copie – conta 4 in ogni nuova "cellula". Ora simula la meiosi: appaia lungo con lungo e corto con corto, scambia un pezzetto di lana (crossing over), separa le coppie intere, poi dividi di nuovo – conta 2 in ognuna delle 4 cellule. Controlla la risposta con il cursore nel passo 6 del 3D.

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Una cellula vegetale ha 2n = 16 in G1. Indica il numero di cromosomi e la quantità di DNA (considera DNA in G1 = 2C) in (a) G2, (b) ogni figlia dopo la mitosi.

(a) G2: il DNA è stato copiato, quindi 4C; i cromosomi sono ancora 16 (ognuno con 2 cromatidi). (b) Ogni figlia: 16 cromosomi, 2C.

2. Una cellula con 2n = 24 fa la meiosi. Quanti cromosomi ci sono in ogni cellula dopo la meiosi I e dopo la meiosi II?

La meiosi I dimezza il numero: 12 (ognuno con 2 cromatidi). La meiosi II separa i cromatidi ma mantiene il numero: 12 in ognuna delle 4 cellule.

3. Quanti bivalenti si formano nella profase I di una cellula umana (2n = 46)? Quanti cromatidi sono?

Bivalenti = n = 23. Ognuno ha 4 cromatidi, quindi 23 × 4 = 92 cromatidi.

4. Una cellula si divide per mitosi 5 volte di seguito (tutte le figlie si dividono ogni volta). Quante cellule si ottengono?

Ogni ciclo raddoppia il numero: 2⁵ = 32 cellule.

5. Quante divisioni meiotiche servono per produrre 100 granuli di polline? (Ogni meiosi ne dà 4.)

100 ÷ 4 = 25 divisioni meiotiche (25 meiociti).

6. Un ciclo cellulare dura 24 ore. In un vetrino con 100 cellule in divisione, 4 sono in fase M. Stima quanto dura la fase M.

La quota di cellule in una fase ≈ la quota di tempo passata in essa: 4/100 × 24 h = 0.96 h ≈ 1 ora.

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. In quale fase viene copiato il DNA?
2. I cromosomi si allineano all'equatore nella:
3. Il crossing over avviene nel:
4. Le cellule che smettono di dividersi entrano in:
5. La meiosi in una cellula con 2n = 20 produce:

Esercizi: rispondi da solo

Scrivi o scegli la risposta, poi premi Controlla. Usa un suggerimento se sei bloccato; la soluzione completa appare dopo la tua risposta.

Domande frequenti

Quali sono le fasi del ciclo cellulare?

Interfase (G1, S, G2) e fase M (mitosi + citocinesi). Le cellule che smettono di dividersi entrano in G0.

Qual è la differenza principale tra mitosi e meiosi?

La mitosi dà 2 cellule identiche con lo stesso numero di cromosomi; la meiosi dà 4 cellule diverse con metà dei cromosomi.

In quale fase avviene il crossing over?

Nel pachitene della profase I della meiosi.

Dove si studia

NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Reproduction
NetherlandsVWO 4 (bovenbouw, 2e fase)Reproduction (part 1)
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIV. Cell division
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIV. Cell division
RomaniaClasa a IX-aThe cell: structural and functional unit of life
Spain4º ESOThe cell
Spain2º BachilleratoCell biology
Ukraine10 класReproduction
Ukraine10 класReproduction and development
CBSE (India)Class 11Cell: Structure and Function
CBSE (India)Class 11Cells and Organisms
England (GCSE, A level)Year 104.1 Cell biology
England (GCSE, A level)Year 123.2 Cells
England (GCSE, A level)Year 123.4 Genetic information, variation and relationships
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10From molecules to organisms: structures and processes
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Cell Communication and Cell Cycle
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Heredity
South Korea고등학교 2학년Continuity and diversity of life
South Korea고등학교 3학년Heredity
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 9Genetics and genetic engineering
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 12Genetics and genetic engineering
FranceTerminaleGenetics and evolution
Russia10 классCell life cycle
Russia10 классReproduction and development
China高一Comp.1 Ch.6 Cell life cycle
China高一Comp.2 Ch.2 Genes and chromosomes

Da studiare prima

Da studiare dopo

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