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Meiosi

Meiosi
Curatore scientifico
Dr.ssa Tania Catalano
Specialità del contenuto
Laboratorio analisi Medicina generale

Cos'è la meiosi

La meiosi è un processo di divisione cellulare specializzato nella produzione di cellule riproduttive, quali spore vegetali e fungine, spermatozoi e cellule uovo. Tutte le cellule provengono, infatti, da altre cellule e il meccanismo primario della loro generazione è la divisione cellulare.  

Come avviene la meiosi

La meiosi è il processo di divisione cellulare dei gameti, ovvero delle cellule germinali, come uovo e spermatozoo. Mentre le cellule somatiche hanno 46 cromosomi (23 coppie) all’interno del nucleo, le cellule germinali hanno corredo cromosomico dimezzato, quindi 23 cromosomi. Il motivo di ciò sta nel mantenimento del numero cromosomico dopo la fecondazione. Durante la fecondazione, infatti, la cellula uovo e lo spermatozoo fondono il loro corredo cromosomico.

Avendo 23 cromosomi ciascuno, al momento della formazione dello zigote, questo avrà un corredo normale di 46 cromosomi (23+23). Se, invece, anche le cellule germinali avessero 46 cromosomi, lo zigote avrebbe 92 cromosomi e questo numero sarebbe destinato a raddoppiare a ogni fecondazione.

Al termine della meiosi, da una cellula madre diploide (con 46 cromosomi), attraverso due cicli di divisione noti come meiosi I e meiosi II, si ottengono quattro 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. 

Dove avviene la meiosi

La meiosi è, appunto, una forma specializzata di divisione cellulare che produce cellule riproduttive (di cui fanno parte spore vegetali e fungine, spermatozoi e ovociti).

In generale, questo processo coinvolge una cella "genitore" che si divide in due o più celle "figlie". Più nello specifico, la meiosi si verifica nelle cellule sessuali, ossia le cellule spermatiche e le cellule uovo nel corpo umano.

Meiosi I e meiosi II

La meiosi può essere suddivisa in nove fasi, raggruppabili in due 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 due insiemi identici dei cromosomi della cellula madre. Al di fuori del nucleo sono presenti due 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).
In sintesi: la meiosi inizia con la duplicazione del cromosoma. Poi la cellula attraversa due fasi consecutive di divisione del nucleo, chiamate Meiosi I e Meiosi II. Di conseguenza, il processo complessivo produce quattro cellule figlie da una singola cellula madre. Ogni cellula figlia avrà la metà del numero complessivo dei cromosomi rispetto alla cellula d’origine.

Nel caso degli esseri umani, le cellule speciali chiamate cellule germinali subiscono la meiosi e, in definitiva, danno origine a spermatozoi o ovuli. Le cellule germinali contengono un insieme completo di 46 cromosomi (23 cromosomi materni e 23 cromosomi paterni). Alla fine della meiosi, le cellule riproduttive risultanti, o gameti, hanno ciascuno 23 cromosomi geneticamente unici.

A cosa serve la meiosi

Una corretta separazione dei cromosomi durante la meiosi I e la meiosi I 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.

Uno degli impatti più significativi della meiosi è la generazione della diversità genetica, mediante la ricombinazione di cromosomi omologhi.

Meiosi e cromosomi

Il DNA eucariotico è isolato nel nucleo all'interno della cellula. I lunghi filamenti a doppia elica del DNA sono avvolti strettamente intorno alle proteine, ​​chiamate istoni, per formare una struttura a forma di X: il cromosoma. Per esempio, le cellule del corpo umano hanno complessivamente 46 cromosomi disposti in 23 coppie (comprendono due cromosomi sessuali, XX per le donne e XY per gli uomini).

Tuttavia, gli spermatozoi umani e le cellule uovo prodotte attraverso meiosi hanno solo 23 cromosomi. “La meiosi è riduzione", ha affermato M. Andrew Hoyt, professore di biologia presso l'Università Johns Hopkins.

La meiosi produce cellule figlie che hanno metà dei loro cromosomi uguali a quelli della cellula madre. Così, quando avviene la fecondazione, il numero dei cromosomi viene ripristinato. Per esempio, quando gli spermatozoi umani e l'uovo si combinano durante la fecondazione, producono uno zigote, una cellula con 46 cromosomi.

Poiché gli organismi che si riproducono sessualmente ricevono una serie di cromosomi da ciascun genitore, ogni cromosoma ha una coppia corrispondente, o omologa. Le cellule figlie prodotte durante la meiosi sono geneticamente diverse. I cromosomi omologhi (cioè le coppie di cromosomi della madre e del padre) scambiano segmenti di DNA (crossing-over) per creare cromosomi ibridi geneticamente unici e destinati a ciascuna cellula figlia.

Meiosi e mitosi

Mitosi e meiosi sono processi cellulari molto simili. Diversamente dalla meiosi (dove abbiamo visto che le cellule figlie hanno solo metà dei cromosomi uguali alla cellula madre), la mitosi genera cellule che sono identiche tra loro e uguali alla cellula originale (cellula madre).

Il processo della mitosi riguarda le cosiddette cellule somatiche, ovvero tutte le cellule, escluse quelle con funzioni riproduttive e le cellule germinali che non sono ancora differenziate.
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