Bentornati a tutti. Dopo aver visto nello scorso video come avviene la mitosi, oggi tratteremo la meiosi. Innanzitutto voglio ringraziarvi immensamente per il sostegno e l'apprezzamento che rivolgete al mio lavoro in ogni singolo video.
e colgo l'occasione per invitare ad iscriversi chi ancora non l'abbia fatto e si è interessato a seguire le lezioni di biologia che sono già presenti o usciranno su questo canale e tanti altri video sempre riguardanti il mondo della biologia. Come sempre inizio il video ricordandovi ed esortandovi, se non l'aveste ancora fatto, a riprendere le scorse lezioni. In questo video più che mai alcuni concetti devono essere ben compresi perché non potrò ritratarli altrimenti il video diventerebbe troppo lungo. Vi consiglio soprattutto lezioni 5, la lezione 9, la lezione 7 e la lezione 6. Nella lezione 5 andiamo a trattare il nucleo del DNA che in questo video sarà molto importante avere tutte le informazioni preliminari per comprendere la meiosi. Nella lezione 9 invece tratteremo la mitosi che è un evento che si è sviluppato, si è evoluto prima della meiosi e capendo la mitosi riusciamo anche a capire come avviene la meiosi.
Poi dei video che sono comunque importanti per comprendere questo argomento che sono la lezione 7 sulla duplicazione del dna e la lezione 6 sul ciclo cellulare. E allora iniziamo a vedere che cos'è la meiosi ma per fare questo bisogna fare una piccola premessa. Da quando nasciamo a quando diveniamo adulti il nostro organismo cresce e si sviluppa grazie alla riproduzione di ogni cellula che abbiamo in corpo.
Per aumentare il numero di cellule il nostro corpo fa sì che esse si riproducano tramite un meccanismo di riproduzione chiamato mitosi. Quindi le cellule del nostro corpo, chiamate cellule somatiche, si riproducono tramite mitosi, che abbiamo già visto nella lezione 9. Sappiamo anche che tutte le cellule del nostro organismo contengono tutte l'intero genoma, e cioè la quantità di DNA capace di dare origine ad un organismo. completo.
Ogni cellula del nostro corpo avrà quindi lo stesso quantitativo di DNA, con la sola differenza che le cellule muscolari, ad esempio, leggeranno solo le informazioni importanti per fare il muscolo, mentre le cellule nervose, ad esempio, leggeranno solo quella parte di DNA necessaria a costruire, in questo caso, i nervi. Quindi abbiamo detto ogni cellula. contiene lo stesso quantitativo di DNA e l'intero genoma, cioè l'intera quantità di DNA presenti in ogni cellula umana, è condensato sotto forma di 46 cromosomi.
E per quanto riguarda la definizione di cromosomi vi rimando alla lezione numero 5 in cui trattiamo appunto il nucleo e il DNA. La cosa più interessante è che questi 46 cromosomi in realtà sono in coppie di omologhi e cioè a 2 a 2 contengono le stesse informazioni e 23 ci arrivano dalla mamma e 23 ci arrivano da papà. Semplificando molto, dentro ogni nostra cellula abbiamo un cromosoma su cui c'è scritto di che colore abbiamo gli occhi appartenente a mamma e sul cromosoma omologo c'è anche lì scritto di che colore avremo gli occhi, ma da parte di papà. Potrebbe prevalere il primo, potrebbe prevalere il secondo, oppure potrebbe il colore degli occhi intendo, potrebbe essere un misto dei due cromosomi omologhi, cioè dei due geni contenuti sui cromosomi omologhi. Ovviamente questa è una grossa semplificazione solo per far capire di cosa stiamo parlando.
Quindi 46 cromosomi, 23 coppie, 23 derivanti da mamma, 23 derivanti da papà. I cromosomi si definiscono, abbiamo detto, omologhi, perché ogni coppia di cromosomi fa la stessa cosa. Questo modo di costruire il genoma, e cioè con informazioni provenienti da tutti e due i genitori, e quindi informazioni differenti, aumenta di molto la variabilità genica e di conseguenza ovviamente la capacità di adattarsi all'ambiente. La riproduzione che sfrutta l'unione di un individuo maschile ed uno femminile, e quindi non la semplice clonazione come abbiamo visto che avviene per i batteri o per la mitosi.
Questo tipo di riproduzione, cioè con un maschio ed una femmina, che uniscono le loro cellule per formare un nuovo individuo, si chiama riproduzione sessuata. E c'è bisogno quindi che il DNA di un maschio venga unito al DNA di una femmina. I cromosomi del papà si devono unire ai cromosomi provenienti dalla mamma.
C'è solo un piccolo problema. Se prendessimo una cellula somatica maschile, che ha 46 cromosomi, ed una cellula somatica femminile, che anch'essa avrà 46 cromosomi, come abbiamo detto, otterremmo la prima cellula del futuro figlio. perché unendo queste due cellule otterremmo una cellula che però conterrebbe 92 cromosomi.
Vi dico subito che non nascerebbe nessun bambino con 92 cromosomi. Questo perché se i cromosomi non sono precisamente 46, ad esclusione ovviamente di alcune rare patologie come nel caso della sindrome di Down, nessun individuo umano può nascere. Quindi un nuovo individuo... un nuovo bambino può nascere solo da una prima cellula che contiene 46 cromosomi.
E quindi c'è un problema. Non possiamo unire una cellula della mamma con 46 cromosomi ed una del papà con 46 cromosomi, ma dovremo riuscire in qualche modo ad immezzarli. In questa slide quindi vediamo che c'è quindi bisogno che una cellula maschile divida il suo quantitativo di cromosomi, precisamente come sapete ormai a 23. e che una cellula femminile faccia altrettanto, e che così unendosi diano origine alla prima cellula del nuovo individuo chiamata zigote.
Quindi la prima cellula che ha formato noi, la prima cellula del nuovo bimbo, si chiama zigote, che conterrà come obbligatorio per natura, per la natura umana, 46 cromosomi, non di più, non di meno. In questa rappresentazione quindi vi faccio proprio vedere come. da una cellula maschile di 46 cromosomi ed una femminile di 46 cromosomi, tramite un tipo particolare di riproduzione cellulare che si chiama meiosi, otterremo due cellule che hanno, nel caso della cellula maschile, 23 cromosomi, nel caso della cellula femminile 23 cromosomi, e che quando si uniranno daranno origine alla prima cellula, che darà poi origine ovviamente al bimbo, al bambino, al nuovo individuo, che ne avrà 46 di cromosomi. Il problema grosso è, siccome le cellule si dividono sempre tramite mitosi e quindi cellule con 46 cromosomi danno origine ad altre cellule con 46 cromosomi, come facciamo ad ottenerne una di cellula con 23 cromosomi? Ed ecco che le uniche cellule umane che sono capaci di dimezzare il numero di cromosomi...
e cioè di essere haploidi, quindi dimezzare il numero di cromosomi, avere la metà di cromosomi, cioè 23, si definisce, una cellula che fa questo si definisce haploide, mentre una cellula normale, una cellula da 46 cromosomi, quindi le cellule somatiche, si definiscono diploidi. Ecco, dicevamo, le uniche cellule che sanno diventare haploidi sono i gameti, ossia le cellule sessuali, e noi le chiamiamo in modo diverso tra maschio e femmina. Perché nei maschi, perché sono proprio diverse, nei maschi sono gli spermatozoi e nelle femmine gli ovuli. Quindi se vi dovessero chiedere quali sono le uniche cellule umane che hanno la metà dei cromosomi, rispetto a tutte le altre cellule del corpo, sono solo spermatozoi nei maschi e ovuli nelle femmine. E allora ricapitoliamo.
Abbiamo detto una cellula con 46 cromosomi, e cioè... Il corredo cromosomico completo si chiama diploide. Una cellula con 23 cromosomi, cioè la metà, si chiama ploide. Nell'essere umano le uniche cellule aploidi sono gli spermatozoi, nei maschi, e gli ovuli, nelle femmine. Per formarsi queste cellule con metà dei cromosomi, quindi aploidi, non potranno essere create tramite mitosi, che ricordiamo produce cellule identiche tra loro, e identiche anche alla cellula iniziale, ma dovranno essere create tramite un diverso processo di riproduzione cellulare, e cioè la meiosi, esattamente l'argomento di questo video.
E dopo questo preludio andiamo a vedere come si effettua la meiosi. La meiosi comprende due divisioni nucleari successive, denominate meiosi 1 e meiosi 2, quindi prima parte e seconda parte. In queste due divisioni si divide il numero di cromosomi E ovviamente anche il numero, il quantitativo, scusatemi, del DNA, che ricordiamo era già stato duplicato nella fase S.
Perché sarebbe troppo semplice dire, ah beh, ma basterebbe dividere una cellula con 46 cromosomi. Sarebbe troppo semplice. La natura ovviamente non si è sviluppata in questo modo così razionale. La natura ha costruito la meiosi in un periodo successivo, quando già esisteva la mitosi. Quindi esistevano organismi come i batteri che facevano mitosi.
La natura ha deciso che la riproduzione sessuata, quindi con maschio e femmina, era più vantaggiosa e allora sulla mitosi ha costruito la meiosi. E quindi vedremo che la meiosi è una successione di due divisioni. Una di queste è tra l'altro molto simile a quello che avviene in mitosi, ma appunto sono necessarie queste due divisioni, perché la natura ha dovuto perfezionarsi già avendo strutturato bene la mitosi.
Quindi già utilizzando la mitosi la natura ha dovuto strutturarsi un po'meglio ed effettuare la meiosi, motivo per cui le divisioni cellulari in questo caso, invece che essere una e semplice, saranno due. La prima dividerà i cromosomi, ve lo anticipo già, la seconda dividerà i cromatidi. Ma adesso andiamo a vedere più nel dettaglio. Nella prima divisione, e quindi andiamo a vedere nella meiosi 1, lo vedete in alto a sinistra, abbiamo ovviamente la profase 1, metafase 1, anafase 1, telofase 1, e quindi tutte le fasi che trovavamo anche in mitosi semplicemente susseguite dal numero 1. Perché? Perché stiamo trattando la prima divisione mieiotica.
Nella profase 1 quindi i cromosomi divengono visibili, la membrana nucleare si dissolve, i cromosomi omologhi, quindi ricordiamo i facenti parte della stessa coppia, aderiscono tra loro appaiandosi in modo da formare delle tetradi. Le tetradi... metto il laser, ecco qua, così lo possiamo vedere bene, sono esattamente queste figure formate da quattro cromatidi. Vedete? Sono ovviamente due cromosomi omologhi appaiati, che se andiamo a contare però i bastoncelli che li formano, cioè i cromatidi, sono esattamente quattro.
Motivo per cui questa formazione si chiama tetrade. Qui abbiamo una tetrade e qui un'altra tetrade. Ovviamente in queste figure io vi ho semplificato il numero di cromosomi a quattro cromosomi. Ricordiamoci noi ne abbiamo 46. Il raggruppamento in tetradi è fondamentale perché i cromatidi omologhi devono potersi scambiare dei tratti di DNA con un meccanismo chiamato crossing over, che andiamo subito a vedere. Nella profase 1 quindi avviene il crossing over e cioè questi cromosomi definiti omologhi vanno a toccarsi e scambiarsi, vedete, ognuno dei due.
va a toccare un cromatidio dell'altro cromosoma e va a scambiare un pezzettino di cromatidio con il cromosoma omologo. Quindi il crossing over è un importante meccanismo di ricombinazione del materiale genetico proveniente dai due genitori perché ci sarà il cromatide omologo della mamma che andrà a toccare il cromatide omologo del papà e che avviene durante ovviamente la profase 1, tutto questo processo. Tale meccanismo riguarda lo scambio di porzioni omologhe, ricordiamolo quindi che contengono la stessa tipologia di geni, e quindi porzioni omologhe di materiale genetico, che si verifica fra due cromatidi appartenenti a due cromosomi diversi di una coppia di omologhi. Durante il crossing over non si ha né la perdita né l'acquisizione di materiale genetico, perché esso determina scambi reciproci.
Quindi il crossing over... È un meccanismo che determina la ricombinazione genetica e così una conseguente maggiore variabilità genetica, perché ricordiamoci, più noi ricombiniamo i nostri geni e più abbiamo una maggiore ricombinazione genica e quindi un miglior adattamento all'ambiente. Grazie a questo meccanismo del crossing over, la specie umana e tutte le specie ovviamente che lo effettuano, hanno la possibilità di adattarsi in maniera migliore all'ambiente. Nella metafase 1 le tetradi si dispongono sul piano equatoriale della cellula, ancorate mediante i cinetocori alle fibre del fuso, che si è nel frattempo formato completamente. Si passa poi all'anafase e io qua vi ho sintetizzato anche la telofase 1. Qui i cromosomi omologhi si separano, come vedete, hanno una porzione di cromatidio che è già stata variata.
Vedete che il cromosoma rosa ha già un pezzettino di cromosoma blu, così come il cromosoma blu ha un pezzettino di cromosoma rosa omologo. E quindi i cromosomi omologhi si separano e si distribuiscono in maniera assolutamente casuale verso i poli della cellula, in numero però uguale, quindi uno da una parte e uno dall'altra. Bisogna mettere in evidenza che qui, appunto, a differenza della mitosi, si dividono i cromosomi e non i cromatidi.
Ricordiamoci che nell'anafase della mitosi si dividevano i cromatidi, qua invece stiamo dividendo i cromosomi omologhi. Quindi al termine di questa fase avremo già delle cellule haploidi. E allora qua possiamo iniziare con la seconda divisione meiotica, che è sostanzialmente una mitosi, quindi già sappiamo come avviene il meccanismo, e parte con la profase 2. Nella profase 2 l'involucro nucleare scompare di nuovo, se necessario i cromosomi si spiralizzano, cioè si ricondensano, e ricordiamo che essi sono presenti in numero haploide già, formati quindi da due cromatidi ciascuno. Però abbiamo un omologo da una parte un omologo dall'altra. A questo punto nella metafase 2 le coppie di cromatidi si allineano sul piano equatoriale della cellula e come prevedibile nell'anafase 2 i cromatidi si separano e migrano verso i poli della cellula come nella mitosi lungo le fibre del fuso.
Quindi vedete bene che la seconda fase della meiosi è molto simile alla mitosi. Infatti qua vengono divisi i cromatidi fratelli. Arriviamo poi alla telofase 2 e conseguentemente alla citodieresi, in cui si formano i nuclei. Al termine soprattutto della citodieresi saranno presenti quattro cellule aploidi in questo caso, quindi non due come nella mitosi, ma saranno quattro perché saranno derivate da due divisioni successive. Queste cellule vengono chiamate gameti, e cioè le cellule sessuali, contenenti ciascuna un solo cromatidio per ciascun cromosoma omologo di partenza.
E quindi vediamo bene in questa immagine come da una cellula diploide, grazie alla meiosi, si formano quattro cellule aploidi. La cosa molto interessante è che appunto le cellule aploidi del maschio saranno gli spermatozoi, quindi avranno questa codina che gli rende la possibilità di muoversi, mentre Le cellule aploidi della femmina saranno gli ovuli. Come notate me ne ho disegnato uno un po'più grosso degli altri.
Questo perché è quello che avviene in natura, e cioè non è importantissimo prenderlo in considerazione in questo momento, lo prenderemo poi in considerazione quando faremo l'apparato riproduttivo, ma delle quattro cellule aploidi che si vengono a formare nella donna, solo una conterà poi tutto il materiale necessario a dare origine a una nuova vita, quindi ad essere fecondata. Questo perché... perché questa cellula un po'più grossa si ruba un bel po'di citoplasma dalle altre tre cellule più piccoline. Sarà lei poi che avrà la capacità di essere fecondata. Ma ora non ci soffermiamo su questo particolare, ma precisiamo una cosa, e cioè un confronto tra mitosi e meiosi.
Alla fine della mitosi le due cellule figlie hanno lo stesso numero di coppie di cromosomi omologhi della cellula madre, mentre invece alla fine della meiosi le quattro cellule figlie contengono la metà. del corredo cromosomico della cellula madre e aggiungerei anche che il loro corredo cromosomico è anche molto più vario perché è stato scambiato grazie al crossing over con il cromosoma omologo dell'altro genitore. Abbiamo quindi all'interno di queste cellule aploidi un materiale genetico molto variegato che potrà avere informazioni della mamma, potrà avere informazioni del papà e di conseguenza potrà avere informazioni anche dei nonni o delle nonne, paterni o materni, perché la quantità di DNA, rimanendo pur la stessa, è stata scambiata con il cromosomo omologo dell'altro genitore. E per concludere ho voluto utilizzare una lezione di Zanichelli, secondo me molto utile e chiara per ripassare il tutto.
Dalla nascita fino alla pubertà, il nostro corpo produce solo cellule diploidi, necessarie ad esempio per la crescita. Ma quando raggiungiamo la maturità sessuale le cose cambiano. Gli organi riproduttivi, i testicoli e ovaie, producono i gameti, ossia gli spermatozoi nei maschi e le cellule uovo nelle femmine. Si tratta di cellule haploidi, generate con un processo chiamato meiosi.
La meiosi è un processo di divisione cellulare che avviene nelle ovaie, nelle femmine, e nei testicoli, nei maschi. A partire da una cellula diploide, ovvero che contiene coppie di cromosomi omologhi, la meiosi conduce alla produzione di quattro cellule aploidi. ovvero cellule con un corredo cromosomico dimezzato, chiamate gameti. Le femmine produrranno quattro cellule uovo, i maschi quattro spermatozoi, a partire da una cellula madre diploide. Vediamo in dettaglio tutte le fasi della meiosi.
Prima dell'inizio della meiosi, durante l'interfase, avviene la duplicazione del DNA della cellula. La meiosi dunque può iniziare. La cromatina si addensa. e la membrana nucleare scompare, mentre ogni coppia di cromosomi omologhi si appaia in una struttura chiamata tetrade. In questa fase i due cromosomi omologhi di ogni tetrade, che sono uno di origine materna e uno di origine paterna, aderiscono l'uno all'altro e si scambiano tra loro alcuni segmenti durante un processo detto crossing over.
Il crossing over è un fenomeno molto importante dal punto di vista evolutivo, perché aumenta la differenza genetica dei gameti. Dopo il crossing over, le tetradi si dispongono sul piano equatoriale della cellula, dove ciascun cromosoma si aggancia alle fibre del fuso di microtubuli, che, ritirandosi, dividono le tetradi e trascinano i cromosomi omologhi ai poli opposti della cellula. Ciascuno dei cromosomi omologhi è ancora formato da due cromatidi e la cellula inizia l'acito di eresi, al termine della quale ogni cellula figlia contiene un solo cromosoma di ciascuna coppia di omologhi. A questo punto segue un'altra interfase, ma diversa dalla precedente. Si tratta di un'interfase molto breve e, cosa di fondamentale importanza, il DNA questa volta non si duplica.
Le due cellule figlie vanno incontro a una nuova divisione cellulare, simile a una mitosi, ma poiché il DNA non è stato duplicato, i due cromatidi di ciascun cromosoma si separano, diventando cromosomi indipendenti. Poi avviene una seconda citodieresi, alla fine della quale contiamo quattro cellule haploidi. Infatti, se contiamo il numero di cromosomi della cellula diploide dalla quale siamo partiti e lo confrontiamo con il numero di cromosomi delle cellule figlie, ci accorgiamo che in ogni cellula figlia, ovvero in ogni gamete, i cromosomi sono dimezzati, e grazie al crossing over sono anche tutti diversi tra loro.
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