Interfase
Che cosa è l'interfase?
L'Interfase è quella fase del ciclo cellulare che separa due divisioni mitotiche. L'Interfase è la fase più lunga del ciclo e consente alla cellula di svolgere le normali funzioni fisiologiche cui essa è deputata nell'organismo e di predisporre l'ambiente cellulare ad una nuova divisione mitotica.
L'Interfase è suddivisa in momenti distinti (o fasi) e il passaggio da un momento all'altro non avviene in maniera casuale ma segue un preciso ordine ed è determinato dal funzionamento di specifici sistemi di controllo.
L'Interfase è la fase di maggior durata del ciclo cellulare e separa due successive divisioni mitotiche.
Momenti dell'Interfase
L'Interfase inizia immediatamente dopo la fine di una mitosi cellulare; appena questa è terminata, la cellula entra nel primo momento dell'Interfase, detto momento G1.
In questa particolare condizione, la cellula svolge tutte le sue specifiche funzioni in relazione alla tipologia di cellula in cui si è differenziata ed inizia ad accrescersi, duplicando i propri organuli cellulari.
Dal punto di vista biochimico la fase G1 si contraddistingue per un'intensa sintesi proteica, messa in atto dalla cellula sia per espletare i suoi compiti fisiologici e sia per accrescersi in dimensioni e ricchezza di organelli.
Dopo la fase G1, se ve ne sono le condizioni, la cellula entra nella fase S dell'Interfase: in questo momento avviene la sintesi del DNA per la replicazione dei cromosomi.
Senza i processi biochimici determinati in questa fase la replicazione cellulare non potrebbe avere luogo e di fatto l'inizio del momento S è il segnale che la cellula ha "deciso" di andare incontro alla mitosi.
Se, infatti, non dovessero esserci le condizioni per la replicazione oppure la cellula fosse arrivata al suo massimo grado di sviluppo (come accade per le cellule neuronali e muscolari mature, che non si replicano più) la cellula rimarrebbe bloccata nella fase G1, che prenderebbe il nome di fase G0.
Terminata la fase S, il ciclo cellulare continua con la fase G2, in cui la cellula provvede a produrre, disporre ed organizzare le strutture intracellulari necessarie alla mitosi. Durante la fase G2 si osserva:
- la condensazione dei cromosomi;
- una intensa sintesi proteica;
- la sintesi degli RNA;
- la sintesi della tubulina;
- l'immagazzinamento di grandi quantità di energia.
Regolazione del ciclo cellulare
Il passaggio dall'Interfase alla mitosi e viceversa, così come i vari passaggi tra momenti differenti dell'Interfase, sono gestiti da complessi meccanismi di regolazione che utilizzano segnali esterni accoppiati a risposte a cascata che coinvolgono l'interno della cellula. Il ruolo dei meccanismi di regolazione e controllo è fondamentale per evitare che:
- una fase inizi troppo presto, accavallandosi con la precedente non avendo a disposizione tutto il materiale di cui necessita;
- una fase finisca troppo presto, lasciando incompleti i processi in corso;
- venga prodotto e copiato DNA contenente errori, che sarebbe trasmesso alle cellule figlie dopo la divisione cellulare.
La regolazione dell'Interfase avviene in corrispondenza di cosiddetti "punti di controllo" cioè specifici momenti del ciclo in cui è necessario che si verifichino determinate condizioni perché si possa progredire nel ciclo stesso.
Uno di questi punti di controllo è situato a cavallo tra il momento G1 ed il momento S ed è chiamato "punto di restrizione". In corrispondenza del punto di restrizione avvengono due tipologie di controllo:
- controllo dell'ambiente extracellulare: la cellula si assicura in questo modo che l'ambiente in cui si sta sviluppando sia idoneo a supportare la crescita della colonia di cellule. Questo compito è associato alla presenza di specifici fattori di crescita, rappresentati da segnali extracellulari.
- Controllo dell'integrità del DNA. Prima di consentire, quindi, che il DNA venga replicato nella fase S, la cellula si assicura che non vi siano stati danni indotti, ad esempio, dall'esposizione alle radiazioni o altri fenomeni che hanno la capacità di danneggiare il DNA. Se dovesse essere rilevato un danneggiamento, il ciclo cellulare si interrompe momentaneamente per consentire la sua riparazione.
Anche in G2 esiste un punto di controllo, che regola quindi l'inizio della fase mitotica.
In corrispondenza di questo punto di controllo la cellula verifica che tutto il DNA sia stato replicato e sia integro e completo; viene anche controllato che la cellula abbia le dimensioni giuste e vi siano abbastanza elementi nutritivi per consentire la formazione di due cellule figlie sane e vitali.
Fattori di crescita, cicline e cdk
La successione dei vari step dell'Interfase è regolata da fattori di controllo che agiscono attraverso l'attivazione del sistema cicline - cdk.
I fattori di crescita extracellulari stimolano nella cellula la sintesi di due particolari proteine, dette cicline D ed E. Le cicline sono molecole la cui concentrazione varia periodicamente durante il ciclo e influenzano l'azione di un'altra classe di proteine, le proteinchinasi-ciclina-dipendenti (cdk), la cui concentrazione non varia nel tempo.
A differenza delle cicline, quindi, queste molecole sono sempre presenti nella cellula in elevate concentrazioni ma risultano attivate solo quando coinvolte nella formazione del complesso ciclina-cdk.
I complessi formati dalle cicline D ed E e le loro cdk bersaglio sono in grado di disattivare le proteine che impediscono l'avvio della fase S fosforilandole e spingendo la cellula oltre il punto di restrizione consentendole di entrare in fase S.
Una riduzione della concentrazione dei complessi ciclina-cdk consente la defosforilazione delle proteine di controllo ad opera di enzimi protein-fosfatasi.
Se questo avviene prima dell'inizio della fase S, in risposta ad esempio ad una scarsa concentrazione di fattori di regolazione extracellulari, il ciclo cellulare si arresta e la cellula rimane in fase G0.
Una volte in Fase S, l'intervento di una altro complesso ciclina-cdk, che coinvolge questa volta la ciclina A, controlla l'inizio della replicazione del DNA.
Il passaggio dalla fase S a quella G2 non è mediato da un complesso ciclina-cdk, che invece è presente per spingere la cellula a terminare la fase G2 ed entrare in mitosi. In questo caso la ciclina di riferimento è chiamata ciclina B.
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