Ciclo cellulare

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Introduzione

Ciclo cellulare Insieme delle fasi della vita di una cellula comprese tra la formazione della cellula e la sua divisione in due cellule figlie (mitosi).

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Ciclo cellulare nei procarioti e negli eucarioti

Negli organismi procarioti la duplicazione del DNA e la sua ripartizione nelle due cellule figlie avviene in modo simultaneo, secondo un processo continuo la cui frequenza dipende dalla specie e dalle condizioni ambientali. Mentre il DNA, che in questi organismi ha forma di anello, si replica e forma un nuovo anello, contemporaneamente la cellula si allunga fino a dividersi e formare due cellule figlie, nelle quali si ripartiscono le due copie dell’acido nucleico. Nei procarioti, dunque, si parla propriamente di scissione binaria, processo più semplice della mitosi, tipica delle cellule eucarioti; pertanto, non si distingue un vero e proprio ciclo cellulare.

Negli organismi eucarioti la divisione cellulare per mitosi è un processo complesso, che richiede non solo la replicazione del patrimonio genetico della cellula madre e la sua successiva distribuzione tra le due cellule figlie, ma anche la sintesi delle strutture mitotiche (come il fuso di fibre proteiche), e la duplicazione di tutte le componenti intracellulari che saranno necessarie alle cellule neoformate. In questi organismi, la presenza di un vero e proprio ciclo cellulare, composto da fasi distinte, garantisce la separazione tra il momento della duplicazione e quello della ripartizione del DNA; inoltre, permette alla cellula di svolgere le reazioni metaboliche indispensabili alla sua sopravvivenza senza interferire con l’impegnativa funzione mitotica.

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Fasi del ciclo cellulare

Nel ciclo cellulare si distinguono quattro fasi o stadi. La cellula appena formata entra nello stadio G₁ (G dall’inglese gap, “intervallo”), durante il quale svolge un’intensa attività metabolica e si specializza (processo di differenziamento), fino a raggiungere le sue dimensioni e forma caratteristiche. Nel successivo stadio S (“sintesi”), avviene la duplicazione del DNA; lo stadio G₂ permette la sintesi dei componenti necessari alla mitosi, che avviene nell’ultima fase o stadio M e si conclude con la citodieresi e la nascita delle due cellule figlie. Il periodo che comprende gli stadi G₁, S e G₂ è chiamato interfase.

Lo stadio G₁ può avere una durata che varia a seconda del tipo cellulare; ad esempio, alcune cellule dell’epidermide e gli elementi sanguigni immaturi nel midollo osseo hanno un G₁ di poche ore, mentre in alcune cellule tumorali questa fase dura alcuni giorni. Gli altri stadi hanno una durata più costante: per S si calcolano 7-10 ore; G₂ dura 2-5 ore; M solo 1-2 ore. Alcune cellule dell’organismo durante lo stadio M effettuano una divisione più complessa, che determina la formazione di cellule figlie con un patrimonio genetico dimezzato; tale meccanismo, denominato meiosi, è quello con cui si formano le cellule riproduttive (gameti).

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Regolazione del ciclo cellulare

La successione tra una fase e l’altra del ciclo cellulare è controllata da una famiglia di enzimi detti genericamente chinasi dipendenti da ciclina, o Cdk. Questi enzimi devono il loro nome al fatto che si attivano quando si legano a composti regolatori, le cicline, di natura proteica. La sintesi delle Cdk è sotto il controllo del complesso di geni detti cdc, dall’inglese cell division cycle.