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Nell’ambito di un organismo pluricellulare è necessario che tutte le cellule (per non riconoscersi reciprocamente estranee) abbiano lo stesso patrimonio ereditario. A ciò provvede la mitosi, dividendo fra le cellule figlie i cromosomi, in cui l’eguaglianza dell’informazione genetica è assicurata dal meccanismo di reduplicazione del DNA, in una continuità cellulare che va dallo zigote alle ultime cellule dell’organismo, in quella che si chiama linea somatica di generazioni cellulari.

Cos’è la meiosi?

La meiosi è un processo mediante il quale una cellula eucariota con corredo cromosomico diploide dà origine a quattro cellule figlie con corredo cromosomico aploide. Tale processo potrebbe sembrare molto simile alla mitosi ma, al contrario di questa, si ha la riduzione del corredo cromosomico in doppia copia a corredo a singola copia. Tramite poi il cosiddetto crossing-over (incrocio esterno), si ha lo scambio e la ricombinazione genetica dei cromosomi, uno dei principali eventi alla base dell’evoluzione degli organismi eucarioti.

La meiosi è fondamentale nella riproduzione sessuale, la ricombinazione dell’informazione genetica proveniente dalle cellule di due individui differenti (maschio e femmina) della stessa specie, produce risultati ogni volta differenti, e naturalmente differenti anche dai due genitori.

La meiosi si verifica solo nelle cellule della linea germinale. Quando una lunga serie di divisioni mitotiche ha sufficientemente moltiplicato il numero di cellule germinali disponibili, queste ultime entrano in meiosi, approntando così i gameti. I gameti, fondendosi nella fecondazione, mettono in comune il loro materiale cromosomico.

Al termine della meiosi, da una cellula madre diploide (con 46 cromosomi), attraverso 2 cicli di divisione noti come meiosi I e meiosi II, si ottengono 4 cellule figlie aploidi (con 23 cromosomi) e diverse tra di loro.

Sulla base della relativa complessità delle loro cellule, tutti gli organismi viventi sono classificati come procarioti o eucarioti. I procarioti, come i batteri, consistono in una singola cellula dotata di una semplice struttura interna. Il loro DNA galleggia liberamente all’interno della cellula in una massa chiamata nucleoide, simile a un insieme di fili intrecciati. Gli eucarioti, invece, sono organismi il cui DNA è chiuso all’interno di un vano centrale chiamato nucleo. Gli animali, le piante e i funghi sono eucarioti. Le cellule eucariotiche di solito hanno anche componenti specializzati, ciascuno dei quali svolge una funzione specifica, chiamati organelli e che includono:

• Mitocondri;
• Cloroplasti;
• Reticolo endoplasmatico;
• Apparato di Golgi;
• Lisosomi.

Meiosi I e meiosi II

La meiosi può essere suddivisa in 9 fasi, raggruppabili in 2 momenti distinti ossia la prima volta che la cellula si divide (meiosi I) e la seconda volta che si divide (meiosi II).

Meiosi I

La meiosi I consiste di: interfase, profase I, metafase I, anafase I, telofase I e citocinesi.

• Interfase: il DNA nella cella viene copiato e risultano 2 insiemi identici dei cromosomi della cellula madre. Al di fuori del nucleo sono presenti 2 centrosomi, ciascuno contenente una coppia di centrioli; queste strutture sono fondamentali per il processo di divisione cellulare. Durante l’interfase, i microtubuli si estendono proprio a partire da questi centrosomi;
• Profase I: i cromosomi copiati si condensano in strutture a forma di X che possono essere facilmente visibili al microscopio. Ogni cromosoma è composto da due cromatidi gemelli contenenti informazioni genetiche identiche. I cromosomi si accoppiano in modo che entrambe le copie del cromosoma 1 siano accoppiate, così come le copie del cromosoma 2, e così via. Le coppie di cromosomi possono quindi scambiarsi parti di DNA in un processo chiamato ricombinazione o incrocio. Alla fine della profase I, la membrana intorno al nucleo nella cellula si dissolve, rilasciando i cromosomi. Il fuso meiotico, costituito da microtubuli e altre proteine, si estende attraverso la cellula tra le centriole;
• Metafase I: le coppie cromosomiche si allineano l’una accanto all’altra lungo il centro (equatore) della cellula. I centrioli sono ora ai poli opposti della cella con i fusi meiotici che si estendono da loro. Le fibre del fuso meiotico si attaccano al cromosoma di ogni coppia;
• Anafase I: i due cromosomi vengono poi separati dal fuso meiotico, che trascina un cromosoma in un polo della cellula e l’altro cromosoma nel polo opposto. Nella meiosi I, i cromatidi delle cellule “sorelle” rimangono insieme. Ciò è differente rispetto a ciò che accade nella mitosi e nella meiosi II;
• Telofase I e citocinesi: i cromosomi completano il loro movimento verso i poli opposti della cellula. A ogni polo della cellula si riuniscono una serie completa di cromosomi e una membrana si forma intorno ad ogni set di cromosomi per creare due nuovi nuclei. La singola cellula forma le due cellule figlie, separate e contenente ciascuna un set completo di cromosomi all’interno del nucleo. Questo processo è noto come citocinesi.

Meiosi II

La meiosi II consiste di: profase II, metafase II, anafase II, telofase II e citocinesi.

• Profase II: ora ci sono due cellule figlie, ciascuna contenente 23 coppie di cromosomi (o cromatidi). In ciascuna delle due cellule figlie i cromosomi si condensano nuovamente in strutture visibili a forma di X che possono essere facilmente osservabili al microscopio. Successivamente, la membrana attorno al nucleo in ogni cellula figlia si dissolve liberando i cromosomi. I centrioli si duplicano e il fuso meiotico si forma di nuovo;
• Metafase II: in ciascuna delle due cellule figlie i cromosomi (o coppia di cromatidi delle cellule sorelle) si allineano dall’estremo all’estremo lungo l’equatore della cellula. I centrioli sono ora ai poli opposti in ciascuna delle cellule figlie. Le fibre del fuso meiotico si attaccano quindi a ciascuno dei cromatidi delle cellule sorelle;
• Anafase II: i cromatidi in questione vengono poi tirati a poli opposti a causa dell’azione del mandrino meiotico. I cromatidi separati sono ora cromosomi singoli;
• Telofase II e citocinesi: i cromosomi completano il loro movimento verso i poli opposti della cellula. Ad ogni polo della cellula si riuniscono una serie completa di cromosomi. Una membrana si forma intorno a ogni set di cromosomi per creare due nuovi nuclei cellulari. Questa è l’ultima fase della meiosi, tuttavia la divisione cellulare non è completa senza un altro ciclo di citochinesi. Una volta che la citocinesi è completa ci sono quattro cellule nipoti, ciascuna con mezzo set di cromosomi (aploide): nei maschi, queste quattro cellule sono tutti spermatozoi, nelle femmine, una delle cellule è una cellula uovo, mentre le altre tre sono corpi polari (piccole cellule che non si sviluppano in uova).

Ma a cosa serve la meiosi?

Una corretta separazione dei cromosomi durante la meiosi I e la meiosi II è essenziale per generare spermatozoi, cellule uovo ed embrioni sani. Il fallimento della separazione cromosomica è chiamata “non disgiunzione” e può portare a gameti con cromosomi mancanti o cromosomi extra. Quando i gameti con un numero di cromosomi anomalo vengono fecondati, la maggior parte degli embrioni risultanti non sopravvive e viene distrutto con aborti spontanei. Tuttavia, non tutte le anomalie cromosomiche sono fatali.

Per esempio, la sindrome di Down è il risultato della presenza di un cromosoma 21 in più (o di una parte di esso). Le persone con la sindrome di Klinefelter sono persone di sesso maschile, ma hanno un cromosoma X in più (quindi XXY).

I bambini affetti da Sindrome di Patau hanno trisomia del cromosoma 13, così come quelli affetti da Sindrome di Edwards presentano trisomia del cromosoma 18. Il verificarsi di questi errori di separazione durante la meiosi è un rischio che aumenta con l’età della madre, ma sono fattori di rischio anche agenti inquinanti e radiazioni.

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Riferimenti Bibliografici
Curtis H., et al – Invito alla Biologia – Zanichelli – 1996;

Anelli G., et al – Albatros Lezioni e Immagini di Biologia – Paravia Bruno Mondadori Editori – 2005;

A cura di
Dott. Gianmaria Celia e Dott.ssa Marta Doria