Le cellule sono considerate le unità fondamentali della vita, dato che sono le più piccole entità biologiche che includono tutti gli attributi di base degli esseri viventi - DNA, funzioni metaboliche, un modo per mantenere l'equilibrio chimico e così via. Alcuni organismi, infatti, sono costituiti da una sola cellula (ad esempio batteri). La funzione primaria delle cellule, vista dalla prospettiva spassionata della natura, è la stessa di quella dei loro organismi genitori: fare copie di se stessi e trasmettere le loro informazioni genetiche alle generazioni successive. Questo imperativo evolutivo significa che in un dato momento, quasi tutte le cellule viventi stanno dividendo o eseguendo processi orientati al completamento della divisione successiva.

Contrariamente ai batteri, che rappresentano quasi tutti gli organismi nel procariota gruppo, eucarioti (cioè piante, animali e funghi) sono, con rare eccezioni, multicellulari. Hanno organi e tessuti specializzati e, di conseguenza, hanno tipi di cellule molto variabili; per esempio, una cellula epatica appare nettamente diversa da una cellula muscolare al microscopio. Pertanto, quando queste cellule somatiche (cioè del corpo) degli eucarioti si dividono, è allo scopo di crescita, riparazione del danno o sostituzione di cellule che sono lese ma che si sono semplicemente consumate nel tempo. Il tipo di divisione cellulare - o specificamente, la divisione del materiale genetico all'interno del nucleo - che è associato a queste funzioni non riproduttive si chiama mitosi e comprende cinque fasi: prophase, prometaphase, metaphase, anaphase e telophase. L'anafase è forse la più sorprendente ed elegante, poiché è il breve ma importante passo in cui i cromosomi duplicati, portatori del materiale genetico degli organismi eucariotici, in realtà si separano.
Nozioni di base sul DNA: la conservazione delle informazioni ereditarie

L'acido desossiribonucleico (DNA) è il materiale genetico di tutti gli esseri viventi sulla Terra. "Materiale genetico" si riferisce a qualsiasi materia a livello molecolare sia responsabile della memorizzazione e della trasmissione di informazioni, che si tratti di altre cellule dello stesso organismo o di un organismo completamente nuovo. Come potresti aver scoperto guardando film drammatici o seguendo veri e propri processi penali, il DNA funziona come un'impronta microscopica; ogni essere umano è unico, a parte quello di gemelli, terzine e così via identici.

Il DNA è costituito da lunghe catene di unità chiamate nucleotidi. Sono costituiti da tre componenti chimici distinti: uno zucchero a cinque atomi di carbonio (desossiribosio), un gruppo fosfato e una base azotata. La "spina dorsale" del filamento di DNA è formata alternando gruppi di zucchero e fosfato, mentre le basi in ciascun nucleotide sono collegate alla porzione di zucchero. Il DNA è a doppio filamento, con una forma tridimensionale elicoidale o "cavatappi"; i due filamenti sono collegati tra loro in corrispondenza di ciascun nucleotide tramite le loro basi.

L'intera chiave del codice genetico sta nel fatto che ci sono quattro diverse basi di DNA, adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Ogni nucleotide, come notato, ne contiene solo uno, quindi un lungo filamento di DNA può essere caratterizzato in termini di sequenza di basi poiché ciò spiega tutta la variabilità tra le molecole di DNA. Ogni tripletta di basi consecutive (ad es. AAT, CGA e così via) codifica per uno dei 20 degli aminoacidi che il tuo corpo produce e i 20 diversi aminoacidi sono le subunità delle proteine nello stesso modo in cui i quattro diversi nucleotidi sono le subunità di DNA.

Una lunghezza di DNA che include tutte le basi che portano il codice per un singolo prodotto proteico, prodotto altrove nella cellula dai ribosomi, è chiamato un gene.
Cromosoma Struttura e funzione

Il DNA esiste nei procarioti come una singola piccola molecola circolare. I procarioti sono semplici e, di conseguenza, il genoma batterico (cioè la raccolta completa di DNA) è abbastanza piccolo da non dover essere piegato o rimodellato fisicamente in alcun modo per farlo rientrare nella cellula.

Negli eucarioti, la storia è molto diversa. Il genoma è sufficientemente grande da richiedere una grande quantità di avvolgimenti, pieghe e cramming per consentire una quantità di DNA che altrimenti raggiungerebbe circa 2 metri di lunghezza per adattarsi all'interno di uno spazio largo 1 o 2 micron, un fattore di compressione di un sorprendente 1 milione o così. Questo viene fatto organizzando il DNA sotto forma di cromatina, che è una proteina chiamata istone combinata con il DNA stesso in un rapporto di massa circa 2 a 1. Sebbene l'aggiunta di massa per rendere qualcosa di più piccolo sulla superficie abbia poco senso, le proprietà elettrochimiche di questi istoni consentono al DNA di essere supercondensato. Inoltre, possono controllare l'estensione di questa compressione, perché, sebbene il DNA sia sempre altamente compresso, il suo livello di condensazione varia notevolmente con il ciclo cellulare.

Nella vita, la cromatina è separata in un pezzo discreto chiamato cromosomi. Gli esseri umani hanno 23 cromosomi distinti, 22 dei quali sono numerati e uno dei quali è un cromosoma sessuale non numerato (X o Y); altre specie possono avere più o meno. Nelle cellule somatiche, queste si trovano in coppia, perché ottieni una copia di ciascun cromosoma da tua madre e una da tuo padre. I cromosomi numerati in modo corrispondente sono chiamati cromosomi omologhi (ad esempio, la copia del cromosoma 19 che ottieni da tuo padre è omologa alla copia del cromosoma 19 che erediti da tua madre). Questa disposizione ha implicazioni critiche nella divisione cellulare, discussa a breve.
Il ciclo cellulare

Le cellule somatiche hanno un ciclo di vita distinto. Due mitocellule identiche sono prodotte dalla mitosi, che divide il DNA della cellula, e dalla scissione associata dell'intera cellula che segue, chiamata citocinesi. Queste cellule entrano quindi in una fase G _{1 (primo gap), in cui viene replicato tutto al loro interno ad eccezione dei cromosomi. Nella fase S (sintesi), i cromosomi, che fino ad ora sono esistiti come copie singole, vengono replicati, producendo due copie identiche di (nell'uomo) tutti i 46 cromosomi. Questi sono chiamati cromatidi fratelli e sono uniti in un punto chiamato centromero, la cui posizione differisce dal cromosoma al cromosoma. La cellula procede quindi alla fase G 2 (secondo gap), in cui la cellula verifica l'accuratezza della propria replicazione del DNA (si verificano errori nella riproduzione dei cromosomi, sebbene meravigliosamente rari). Infine, la cellula entra nella fase M (mitosi), che a sua volta è suddivisa in cinque fasi proprie.
Divisione cellulare: mitosi e meiosi}

La mitosi comprende cinque fasi: prophase, prometaphase, metaphase, anaphase e telofase. Alcune fonti combinano prometafase e metafase in un'unica fase. La prophase è la più lunga di queste ed è principalmente preparatoria, con la membrana nucleare attorno ai cromosomi che si dissolve. I cromosomi appaiono altamente condensati in fase, e compaiono le fibre del fuso, fatte di microtubuli e incaricate di separare i cromosomi replicati. Inoltre, due strutture gemelle chiamate centrosomi appaiono su entrambi i lati della cellula, lungo un asse perpendicolare a quello lungo il quale la cellula si sta preparando a dividere.

In prometafase, i cromosomi migrano verso il centro della cellula, lontano dai centrosomi, mentre anche le fibre del fuso si estendono verso l'interno e si uniscono ai centromeri di ciascun cromosoma in un punto chiamato cinetocoro. Nella metafase vera e propria, i cromosomi si allineano "perfettamente" lungo l'asse di divisione, chiamato piastra metafase, con questo asse che passa attraverso i loro centromeri. Dopo l'anafase, in cui i cromatidi fratelli sono separati, arriva la telofase; si tratta di un'inversione di fatto della prophase, con nuove membrane nucleari che si formano attorno ai due nuclei figli. La cellula nel suo insieme subisce quindi la citocinesi.
Cosa succede in anafase?

Nella mitosi, l'anafase è contrassegnata dal disegno di cromatidi fratelli dalle fibre del fuso su ciascun lato della cellula. Il risultato è la creazione di cromosomi figlie. Geneticamente, questi sono identici ai cromatidi fratelli, ma l'etichetta aiuta a sottolineare il fatto che presto si formeranno nuove cellule.

Nella meiosi, che è la formazione di gameti o cellule germinali, la situazione è diversa . La meiosi è divisa in meiosi I e II e, di conseguenza, ognuna di esse include la propria anafase, denominata anafase I e anaphase II. Nella meiosi I, i cromosomi omologhi si uniscono tra loro e formano una linea di 23 strutture lungo la piastra della metafase, invece di 46 singoli cromosomi che fanno questo alla mitosi. Quindi nell'anafase I sono i cromosomi omologhi che vengono separati, non i cromatidi fratelli, quindi i centromeri dei singoli cromosomi rimangono intatti. Ciò si traduce in cellule figlie che contengono 23 cromosomi individuali replicati, ma questi non sono identici tra loro grazie allo scambio di materiale tra cromosomi omologhi prima dell'anafase I. Ciascuna di queste cellule figlie meiotiche non identiche subisce quindi la meiosi II, che è molto simile alla mitosi ordinaria, tranne per il fatto che solo 23 cromosomi sono separati nei loro centromeri piuttosto che 46. Pertanto l'anafase II è funzionalmente quasi indistinguibile dall'anafase nella mitosi. Dopo la telofase II, il risultato è un totale di quattro gameti, ciascuno con 23 cromosomi; questi sono spermatociti nei maschi umani e negli ovociti nelle femmine, ma tutti gli eucarioti, comprese le piante, subiscono la meiosi come organismi che utilizzano la riproduzione sessuale.
Anafase A

I biologi molecolari hanno trovato conveniente fare riferimento all'anafase A e anafase B per descrivere gli eventi di questa fase di divisione. L'anafase A è la migrazione dei cromosomi verso i centrosomi attraverso l'accorciamento meccanico dei microtubuli che fungono da fibre di collegamento. Questo è ciò che la maggior parte delle persone con una familiarità passeggera con la mitosi e le sue fasi pensano quando viene in mente "anafase", poiché la separazione dei cromatidi fratelli per generare cromosomi figlie è rapida e drammatica.

La parola "cinetocore" significa "luogo di movimento" e in molte cellule, nonostante le dimensioni estremamente ridotte delle strutture all'interno dei cromosomi, così come i cromosomi stessi, le fibre del fuso che separano i cromatidi dal cinetocoro possono essere ben visualizzate mediante microscopia a campo chiaro.

L'aspetto chiave dell'anafase A è che il movimento dei cromatidi verso i poli della cellula si verifica effettivamente di concerto con i microtubuli delle fibre del fuso che vengono smontati. Ciò sembra significare che dopo che l'apparato del mandrino ha fornito un "tiro" iniziale verso i poli, viene generato un momento sufficiente in modo che i cromatidi possano continuare a spostarsi verso il polo anche quando le fibre del mandrino iniziano a subire lo smantellamento.
Anaphase B >

L'anafase B può essere considerata come una sorta di elemento nascosto del processo di anafase. Talvolta si verifica in concerto con l'anafase A, mentre in altre cellule questi due processi si svolgono in sequenza.

In anafase, quando i cromatidi vengono separati e migrano verso i poli (lati) della cellula, l'intera cellula, di necessità, si allarga e diventa più oblungo. Se ciò non accadesse, la successiva divisione del nucleo non sarebbe così ordinata e si tradurrebbe in cellule figlie di dimensioni errate. Questo è alimentato dall'allungamento di alcune delle fibre del fuso che si estendono dai poli opposti e si sovrappongono nel mezzo, senza essere collegati ad alcun cromosoma. Queste fibre subiscono reticolazione e, di conseguenza, queste reticelle "spingono" in una direzione che sposta le fibre tra loro in direzioni opposte. Quando ci pensi, un meccanismo che estrae le fibre dai lati delle cellule e un meccanismo che le allontana dal centro funzionano effettivamente in tandem.