Mitosi e meiosi: come avvengono i processi cellulari

Che cos’è il ciclo cellulare e quando si duplica il DNA?

Il ciclo cellulare è l’insieme degli eventi che conducono una cellula dalla sua formazione alla successiva divisione. Comprende l’interfase e la fase di divisione cellulare.
Durante l’interfase la cellula cresce, svolge le proprie funzioni, sintetizza le molecole necessarie e prepara il materiale genetico alla divisione. Si distinguono tre fasi principali:

• Fase G1 – la cellula cresce e produce proteine e componenti cellulari.
• Fase S – avviene la replicazione del DNA, cioè la duplicazione del materiale genetico.
• Fase G2 – la cellula completa la preparazione alla divisione e verifica che le condizioni siano adeguate.

La duplicazione del DNA avviene quindi prima della mitosi e prima della meiosi, durante la fase S dell’interfase. Non avviene in profase, come talvolta viene riportato nelle spiegazioni semplificate.

Dopo la replicazione, ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli, inizialmente quasi identici, uniti nella regione del centromero. Il numero di cromosomi non raddoppia: aumenta la quantità di DNA presente nella cellula.
Per approfondire il meccanismo, gli enzimi coinvolti e le diverse fasi del processo, leggi la guida sulla replicazione del DNA.

Questa distinzione è essenziale per comprendere le differenze tra mitosi e meiosi e interpretare correttamente gli esercizi sul corredo cromosomico.

Che cos’è la mitosi e quali sono le sue fasi?

La mitosi è il processo di divisione del nucleo di una cellula eucariotica che consente di distribuire i cromosomi duplicati in due nuclei figli. È generalmente seguita dalla citodieresi, cioè dalla divisione del citoplasma, che porta alla formazione di due cellule figlie.
La mitosi è importante per lo sviluppo dell’organismo, la crescita e il mantenimento dei tessuti. Negli organismi unicellulari eucariotici può inoltre contribuire alla riproduzione asessuata.

Le fasi classiche della mitosi sono profase, metafase, anafase e telofase. In una descrizione più dettagliata si distingue anche la prometafase.

Profase: i cromosomi diventano visibili

Durante la profase la cromatina si condensa progressivamente, rendendo riconoscibili i cromosomi al microscopio.
Ogni cromosoma è formato da due cromatidi fratelli, prodotti dalla replicazione del DNA durante la fase S. Nelle cellule animali, i centrosomi si allontanano e contribuiscono a organizzare il fuso mitotico, formato da microtubuli.

È importante ricordare che in questa fase il DNA è già stato duplicato: la profase serve a organizzare e distribuire il materiale genetico, non a copiarlo.

Prometafase: i microtubuli si collegano ai cromosomi

Nella prometafase, l’involucro nucleare si disgrega nelle cellule in cui questo evento fa parte della divisione mitotica. I microtubuli del fuso possono così raggiungere i cromosomi e collegarsi ai cinetocori, complessi proteici situati nella regione del centromero.

Questi collegamenti permettono di controllare l’orientamento dei cromosomi e di predisporre la loro corretta separazione.

Metafase: i cromosomi si allineano

Durante la metafase i cromosomi si dispongono sul piano equatoriale della cellula, formando la cosiddetta piastra metafasica.
I cinetocori dei cromatidi fratelli sono collegati a microtubuli provenienti da poli opposti del fuso. Prima di procedere alla separazione, la cellula verifica che i cromosomi siano correttamente collegati.

Questo controllo contribuisce a ridurre il rischio che le cellule figlie ricevano un numero errato di cromosomi.

Anafase: si separano i cromatidi fratelli

Durante l’anafase i cromatidi fratelli si separano e vengono diretti verso poli opposti della cellula. Una volta separati, ciascun cromatidio viene considerato un cromosoma indipendente.

La corretta distribuzione dei cromosomi è fondamentale affinché le cellule figlie ricevano il patrimonio genetico previsto.

Telofase e citodieresi: si formano le cellule figlie

Nella telofase i cromosomi raggiungono i poli opposti, iniziano a decondensarsi e si riformano gli involucri nucleari.
La citodieresi completa la divisione separando il citoplasma. Nelle cellule animali si forma generalmente un solco di divisione; nelle cellule vegetali si sviluppa una piastra cellulare che darà origine alla nuova parete divisoria.

Al termine si ottengono normalmente due cellule figlie con lo stesso numero di cromosomi della cellula madre.

Qual è il risultato della mitosi?

In una cellula diploide umana, che possiede normalmente 46 cromosomi, la mitosi produce due cellule figlie con 46 cromosomi ciascuna.
Le cellule figlie sono generalmente molto simili geneticamente tra loro e alla cellula di origine, salvo eventuali mutazioni o errori nella distribuzione del materiale genetico.

La mitosi non dimezza il corredo cromosomico: mantiene il numero di cromosomi della cellula di partenza. Questo meccanismo permette, per esempio, di rinnovare le cellule della pelle o di riparare un tessuto dopo una lesione.

Che cos’è la meiosi e a cosa serve?

La meiosi è un processo di divisione cellulare specializzato che permette di ottenere cellule aploidi a partire da cellule diploidi.
Negli organismi che si riproducono sessualmente, è fondamentale per la formazione delle cellule coinvolte nella riproduzione e per il mantenimento del numero cromosomico da una generazione alla successiva.

A differenza della mitosi, la meiosi comprende due divisioni cellulari successive, chiamate meiosi I e meiosi II, precedute da una sola replicazione del DNA.
La prima divisione è detta riduzionale perché separa i cromosomi omologhi e dimezza il numero di cromosomi per cellula. La seconda è detta equazionale perché separa i cromatidi fratelli senza un ulteriore dimezzamento del corredo cromosomico.

Meiosi I: la divisione riduzionale

La meiosi I presenta quattro fasi principali: profase I, metafase I, anafase I e telofase I.

Profase I.
I cromosomi omologhi si appaiano attraverso un processo chiamato sinapsi. Ogni coppia comprende due cromosomi omologhi, ciascuno formato da due cromatidi fratelli: nel complesso si hanno quattro cromatidi, che costituiscono una tetrade.

Durante questa fase può avvenire il crossing-over, cioè lo scambio di segmenti di DNA tra cromatidi non fratelli appartenenti a cromosomi omologhi.

Metafase I.
Le coppie di cromosomi omologhi si dispongono sul piano equatoriale. L’orientamento di ciascuna coppia è indipendente da quello delle altre, contribuendo alla variabilità genetica dei prodotti della meiosi.

Anafase I.
I cromosomi omologhi si separano e migrano verso poli opposti. I cromatidi fratelli, invece, rimangono uniti.

Telofase I e citodieresi.
Si formano normalmente due cellule con corredo aploide. Ogni cromosoma è ancora costituito da due cromatidi fratelli: il numero di cromosomi è stato dimezzato, ma la duplicazione del DNA non è stata ancora annullata.

Tra meiosi I e meiosi II può esserci un breve intervallo chiamato interchinesi, durante il quale non avviene una nuova replicazione del DNA.

Meiosi II: la divisione equazionale

La meiosi II è simile, per alcuni aspetti, alla mitosi. Le due cellule prodotte dalla prima divisione si dividono nuovamente, senza duplicare il DNA.

Profase II.
I cromosomi si condensano e si organizza un nuovo fuso meiotico.

Metafase II.
I cromosomi si allineano sul piano equatoriale di ciascuna cellula.

Anafase II.
I cromatidi fratelli si separano e migrano verso poli opposti.

Telofase II e citodieresi.
Si formano i nuclei figli e si completa la divisione cellulare.

In generale, da una cellula che entra in meiosi si ottengono quattro prodotti aploidi, spesso geneticamente differenti.
Nella formazione dei gameti umani, tuttavia, la divisione del citoplasma non è simmetrica nell’oogenesi: si forma una grande cellula destinata a diventare il gamete femminile funzionale e piccoli globuli polari. Il completamento della meiosi II dell’ovocita umano avviene in seguito alla fecondazione.

Che cos’è il crossing-over e perché aumenta la variabilità genetica?

Il crossing-over è uno scambio reciproco di segmenti di DNA tra cromatidi non fratelli di una coppia di cromosomi omologhi. Avviene durante la profase I della meiosi.
Il processo produce nuove combinazioni di alleli lungo i cromosomi, diverse da quelle presenti inizialmente sui cromosomi parentali.
La variabilità genetica aumenta anche grazie all’assortimento indipendente dei cromosomi omologhi durante la meiosi I: ogni cellula riceve una combinazione casuale di cromosomi di origine materna e paterna.

Questi meccanismi, insieme alla combinazione dei gameti durante la fecondazione, contribuiscono alla diversità genetica degli individui. Per approfondire il rapporto tra ereditarietà e trasmissione dei caratteri, puoi consultare anche l’articolo sulle leggi di Mendel e i meccanismi di ereditarietà.

Qual è la differenza tra mitosi e meiosi?

La differenza fondamentale è che la mitosi conserva il numero di cromosomi, mentre la meiosi lo dimezza. Cambiano anche il numero di divisioni, il comportamento dei cromosomi omologhi e il grado di variabilità genetica dei prodotti finali.

Per ripassare gli argomenti di genetica collegati a questi processi, è disponibile la guida Genetica: gli argomenti da studiare per il Test di ammissione a Medicina.

Quanti cromosomi hanno le cellule dopo mitosi e meiosi?

Per comprendere il numero di cromosomi è utile distinguere tra cromosomi e cromatidi. Un cromosoma duplicato contiene due cromatidi fratelli, ma viene contato come un solo cromosoma fino alla loro separazione.
Nell’essere umano, una cellula somatica diploide possiede normalmente 46 cromosomi, organizzati in 23 coppie.

La tabella mostra perché non bisogna confondere la duplicazione del DNA con il raddoppio del numero di cromosomi. Dopo la fase S, infatti, il numero di cromosomi resta 46, ma ciascuno è formato da due cromatidi.

Dopo la meiosi I, invece, ogni cellula possiede 23 cromosomi, ciascuno ancora duplicato. Solo al termine della meiosi II i cromatidi fratelli vengono separati.

Che cosa succede se i cromosomi non si separano correttamente?

Durante la mitosi o la meiosi possono verificarsi errori nella segregazione cromosomica. Uno di questi è la non-disgiunzione, cioè il mancato distacco corretto dei cromosomi omologhi o dei cromatidi fratelli.
Se si verifica durante la meiosi, la non-disgiunzione può generare cellule aploidi con un cromosoma in più o in meno. Dopo la fecondazione, queste alterazioni possono determinare un numero anomalo di cromosomi nello zigote.

Un esempio è la trisomia 21, generalmente associata alla presenza di una copia aggiuntiva del cromosoma 21.
Gli errori di segregazione durante la mitosi possono invece generare cellule con corredi cromosomici differenti all’interno dello stesso organismo, fenomeno che può contribuire alla formazione di popolazioni cellulari geneticamente diverse.

Domande frequenti su mitosi e meiosi

Qual è la differenza principale tra mitosi e meiosi?

La mitosi produce normalmente due cellule figlie mantenendo il numero di cromosomi; la meiosi comprende due divisioni successive e porta alla formazione di prodotti aploidi con metà del corredo cromosomico della cellula madre diploide.

Quando avviene la duplicazione del DNA?

La duplicazione del DNA avviene durante la fase S dell’interfase, prima della mitosi o della meiosi I. Non si verifica una seconda replicazione tra meiosi I e meiosi II.

In quale fase della meiosi avviene il crossing-over?

Il crossing-over avviene durante la profase I, quando i cromosomi omologhi sono appaiati. Lo scambio coinvolge cromatidi non fratelli.

Quali cromosomi si separano durante la meiosi I?

Durante l’anafase I si separano i cromosomi omologhi. I cromatidi fratelli rimangono uniti fino all’anafase II.

La meiosi produce sempre quattro gameti funzionali?

No. La meiosi produce normalmente quattro prodotti aploidi, ma il risultato della gametogenesi dipende dal sesso e dal tipo di organismo. Nell’oogenesi umana, per esempio, la divisione asimmetrica del citoplasma porta alla formazione di un grande prodotto funzionale e di globuli polari.

Perché la meiosi è importante per la variabilità genetica?

Perché il crossing-over e l’assortimento indipendente dei cromosomi omologhi producono combinazioni genetiche differenti. La fecondazione aumenta ulteriormente la diversità combinando il patrimonio genetico dei due gameti.

Mitosi e meiosi: cosa ricordare

La mitosi e la meiosi sono entrambe precedute dalla replicazione del DNA, ma svolgono funzioni differenti.
La mitosi distribuisce il materiale genetico duplicato in due cellule figlie e mantiene il numero di cromosomi. La meiosi comprende due divisioni successive: nella prima separa i cromosomi omologhi, nella seconda i cromatidi fratelli, formando prodotti aploidi.

Per affrontare correttamente gli esercizi è essenziale ricordare tre concetti: il DNA si duplica nella fase S, il crossing-over avviene durante la profase I e il numero di cromosomi non coincide con il numero di cromatidi.
Queste distinzioni permettono di comprendere non soltanto le fasi della divisione cellulare, ma anche il ruolo della meiosi nella riproduzione sessuata e nella variabilità genetica.