Il nucleo cellulare: struttura, funzioni e cicli di trasporto

Importanza del nucleo cellulare

È presente sia nelle cellule animali che vegetali, è uno degli organelli più importanti, perché è l’archivio di tutte le informazioni della cellula (quindi si può definire come l’archivio informativo dell’organismo). È un organello complesso, che in una giovane cellula può occupare fino al 50% del volume. In un organismo, contiene le stesse informazioni in tutte le cellule, a seconda del ruolo verranno poi attivate solo le informazioni che codificano per funzioni necessarie a tale cellula.

Funzione delle cellule floematiche

Nei vegetali, alcune cellule possono continuare a vivere anche senza nucleo. Queste cellule sono i capillari che trasportano gli zuccheri. Queste cellule non trasportano un liquido, bensì un fluido, è quindi necessario che siano a forma di canali. Il trasporto avviene con consumo di energia, le cellule devono quindi essere vive.

Questi canali vuoti, che sono le cellule floematiche, comunicano con cellule più piccole, dette cellule compagne, che trasmettono le informazioni genetiche.

Qualsiasi altra cellula che non presenta il nucleo è una cellula morta.

Struttura del nucleo e nucleoplasma

Il nucleo, al suo interno, contiene una matrice acquosa detta nucleoplasma. Esternamente il nucleo è avvolto dall’involucro nucleare, costituito da 2 doppi strati fosfolipidici.

La membrana esterna è più permeabile, meno selettiva di quella interna.

L’involucro nucleare è ricco di proteine, che costituiscono i pori nucleari (ogni poro è costituito da 8 proteine multipasso) e permettono il passaggio delle molecole necessarie.

Ruolo del DNA e RNA

Nel nucleoplasma poi sono presenti:

- DNA, a doppia elica, che può essere presente in forme diverse in base alla fase del ciclo vitale in cui si trova la cellula. Queste due forme sono:

o Condensata, cioè i cromosomi, durante la fase di divisone (mitosi o meiosi, in base alla tipologia di cellula);

o Decondensata o despiralizzata, cioè la cromatina.

Durante la vita della cellula (cioè durante le fasi in cui la cellula non si divide) il DNA è solitamente despiralizzato, sarebbe altrimenti difficoltoso accedervi. Il DNA è necessario per il corretto funzionamento di tutte le strutture cellulari, a eccezione di cloroplasti e mitocondri, che, come già detto nelle precedenti sezioni, presentano DNA proprio;

- RNA, presente nelle sue forme già descritte precedentemente;

- Nucleolo, che organizza l’RNA in modo tale che possa coesistere nelle diverse forme, e permette la maturazione dell’mRNA;

- Proteine, di due tipologie:

o Istoni, cioè proteine strutturali che organizzano la molecola di DNA, la quale viene compattata;

o Enzimi e vari fattori.

Il nucleo è strettamente legato al sistema endomembrana, in particolare con l’ER rugoso.

Eterocromatina ed eucromatina

In alcune immagini al microscopio si possono notare aree più dense, costituite da eterocromatina, che rimane più condensata e non sembra presentare attività di trascrizione. L’eterocromatina può essere costitutiva, se rimane tale durante tutto lo sviluppo, oppure facoltativa, se varia di condizione a seconda dei diversi tipi cellulari e delle diverse fasi di sviluppo della cellula.

Può inoltre essere presente l’eucromatina, meno condensata, e corrisponde a zone in cui vi è un’intensa attività di trascrizione per la sintesi proteica.

Struttura e funzione dei pori nucleari

pori nucleari non sono strutture semplici, infatti devono essere altamente selettivi. Sono costituiti da 8 proteine, e per aumentare la selettività all’interno di questo 8 proteine disposte a cerchio è presente un’ulteriore struttura, detta trasportatore, che attiva il complesso solamente quando si è in presenza di sostanze utili per il nucleo.

Per favorire un trasporto il più veloce possibile il poro presenta internamente una struttura chiamata “cesto di fibre”, che indirizza la molecola di interesse verso il nucleoplasma, ed esternamente sono presenti altre fibre, che favorsicono l’entrata delle molecole all’interno del poro.

In ogni caso, si tratta sempre di trasporto attivo.

Dai pori possono passare:

- rRNA, tRNA, mRNA. Gli ultimi due passano tali e quali, mentre l’rRNA necessita di essere smontato nelle due sub-unità per poi essere rimontato esternamente;

- Enzimi necessari per riparare il DNA, che controllano e correggono (eventualmente) il DNA;

- Diverse tipologie di proteine.

Cicli di importazione ed esportazione

Cicli di importazione ed esportazione nel nucleo

Sono cicli attivi, che servono per regolare l’ingresso e l’uscita delle sostanze dal nucleo.

- Ciclo di importazione: esternamente, nel citoplasma sono presenti delle proteine, dette importine, che mediano l’ingresso delle molecole all’interno del nucleo. Le importine si legano alle proteine cargo, che su di esse legano la molecole da trasportare nel nucleo. Il complesso molecola di interesse-proteina cargo-importina passa quindi attraverso un poro nucleare. Una volta all’interno una molecola di GDP viene trasformata in GTP (guanosin tri-fosfato), che permette ad un complesso RAN di rimuovere la proteina cargo dall’importina. Il composto RAN si lega all’importina, e fuoriesce all’esterno sempre attraverso i pori. Una volta all’esterno il complesso RAN si stacca dall’importina, la quale può nuovamente ricominciare il ciclo, e perde un gruppo fosfato con formazione di GDP.

- Ciclo di esportazione: internamente, nel nucleoplasma, sono presenti le esportine. Un gruppo RAN, attraverso formazione di una molecola di GTP, si lega all’esportina, la quale a sua volta si lega con una cargo RNA-proteina, che a sua volta è legata con la molecola da trasportare all’esterno. Il complesso fuoriesce dai pori nucleari, tramite riduzione di GTP in GDP il complesso RAN e la cargo RNA-proteina si staccano dall’importina, la quale rientra nel nucleo e ricomincia il ciclo.