Biologia della sessualità

La cellula eucariotica

Le cellule eucariotiche sono caratterizzate da compartimentalizzazione, caratteristica realizzata attraverso la combinazione di un sistema endomembranoso che si estende all'interno della cellula e di numerosi organelli.

Nucleo

L'organello più grande è il nucleo, struttura grossolanamente sferica e contenitore dell'informazione genetica, il quale permette la sintesi di quasi tutte le proteine di una cellula eucariotica. La maggior parte delle cellule eucariotiche possiedono un singolo nucleo.

Il nucleo si compone di tre strutture:

• Involucro nucleare: è costituito da due doppi strati fosfolipidici e riveste la superficie del nucleo, la cui membrana esterna è in continuità con il RE. Sparsi lungo la superficie dell'involucro nucleare vi sono i pori nucleari, ovvero depressioni poco profonde che si dispongono dove le due membrane nucleari si fondono assieme. Tale complesso controlla il passaggio di proteine e complessi RNA-proteina. Il lato interno dell'involucro è coperto da una rete di fibre che costituiscono la lamina nucleare, la quale dà al nucleo la sua forma ed è coinvolta nella formazione e nella distruzione dell'involucro nucleare durante la divisione cellulare.
• Cromatina: all'interno del nucleo, il DNA è strettamente avvolto alle proteine in unità chiamate cromosomi. Il medesimo contiene dunque le informazioni ereditarie specifiche per la struttura e la funzione della cellula, il quale negli eucarioti è diviso in più cromosomi lineari. DNA e proteine sono allora organizzati assieme all'interno di una struttura complessa denominata cromatina. Solitamente la medesima è in una conformazione maggiormente rilassata che consente di regolare l'espressione genetica, diversamente da quando la cellula si divide, poiché durante tale fase la cromatina deve essere compatta, più condensata.
• Nucleolo: è definito come area di assembramento dei ribosomi, i quali a loro volta sono rappresentanti della sintesi proteica. Ogni ribosoma è composto da due subunità, ognuna delle quali è costituita da una combinazione di RNA, denominato RNA ribosomiale, e proteine. Le subunità interagiscono per formare un ribosoma funzionale solamente quando si attiva la sintesi proteica. Inoltre, tale processo richiede l'intervento di due ulteriori forme di RNA: quello messaggero, che porta l'informazione codificante dal DNA, e il transfer, che trasporta aminoacidi. Inoltre i ribosomi possono trovarsi sia in forma libera nel citoplasma, che associati a membrane interne.

Il sistema delle endomembrane

Il sistema endomembranoso riempie la cellula, dividendola in compartimenti e canalizzando il passaggio delle molecole. Sono principalmente tre:

• Reticolo endoplasmatico: è la più estesa struttura membranosa interna ed è composta da un doppio strato fosfolipidico, in cui sono immerse le proteine. La sua regione interna è denominata cisterna o lume, mentre quella esterna citosol, liquido che compone il citoplasma.
  • Reticolo endoplasmatico rugoso: è il sito della sintesi proteica, prende il suo nome dalla sua superficie, rugosa a causa della presenza di numerosi ribosomi e appare costituito da sacche appiattite. Le proteine sintetizzate sulla sua superficie sono destinate all'esportazione della cellula, inviate quindi ai lisosomi, ai vacuoli, oppure immerse nella membrana plasmatica.
  • Reticolo endoplasmatico liscio: caratterizzato da una scarsa presenza di ribosomi, è un sistema tubulare. Le sue membrane contengono numerosi enzimi, i quali catalizzano la sintesi di numerosi carboidrati e lipidi. Inoltre il medesimo è usato per immagazzinare Ca²⁺ nelle cellule, poiché tale riserva consente di mantenere le concentrazioni citosoliche di questo ione molto basse, permettendo al Ca²⁺ di essere usato come molecola segnale. Ulteriore ruolo del REL è modificare i substrati estranei, così da renderli meno tossici.
• Apparato di Golgi: è un insieme di membrane appiattite e interconnesse. Le sue funzioni principali sono quelle di raccolta, impacchettamento e distribuzione delle molecole sintetizzate in un'altra parte all'interno o all'esterno della cellula. È costituito da due estremità:
  • Ricevente, denominata anche faccia cis, è localizzata vicino al reticolo endoplasmatico. I materiali si muovono verso tale estremità mediante le vescicole di trasporto, le quali originano dal reticolo medesimo e si fondono alla faccia cis, rilasciando il loro contenuto.
  • Di rilascio, denominata anche faccia trans, dove le molecole sintetizzate vengono rilasciate in vescicole secretorie. Le proteine e i lipidi sintetizzati e modificati al momento del passaggio all'interno dell'apparato di Golgi subiscono una reazione, come ad esempio l'aggiunta o la modificazione di piccole catene di zuccheri, necessaria la formazione delle glicoproteine e dei glicolipidi. Questi ultimi si accumulano in ripiegamenti di membrane lamellari chiamate cisterne, le cui membrane gemmano, generando piccole vescicole, le quali hanno il compito di distribuire le molecole sintetizzate nella loro corretta distribuzione.
• Lisosomi: sono vescicole membranose digestive, che derivano dall'apparato di Golgi e contengono alti livelli di enzimi digestivi, i quali catalizzano la rapida degradazione delle proteine, degli acidi nucleici, dei lipidi e dei carboidrati. Tali enzimi digestivi sono attivi in maniera ottimale a pH acido: quando però i lisosomi sono attivati al momento della loro fusione con la vescicole da digerire, le pompe protoniche determinano una riduzione del pH interno, è proprio tale diminuzione che porta alla degradazione delle macromolecole o dell'organello inglobati.

Le cellule eucariotiche contengono una varietà di trasportatori di enzimi, vescicole membranose chiamate microbodies. Una delle principali è il perossissoma, il quale contiene enzimi coinvolti nell'ossidazione degli acidi grassi.

Mitocondri

Sono organelli tipicamente tubulari che metabolizzano lo zucchero per generare ATP. I medesimi sono circondati da due membrane: una esterna liscia ed una interna ripiegata in numerose creste, le quali dividono il mitocondrio in due compartimenti. Il primo è la matrice, all'interno della membrana interna; mentre il secondo è lo spazio inter-membranoso, tra le due membrane mitocondriali. Sulla superficie della membrana interna, ed inserite nella stessa, vi sono le proteine responsabili del metabolismo ossidativo, processo che trasforma l'energia delle macromolecole in ATP, grazie all'utilizzo di ossigeno. I mitocondri inoltre hanno il proprio DNA.

Citoscheletro

Il citoplasma delle cellule eucarioti che è percorso da una rete di fibre proteiche che supportano la forma della cellula e che ancorano gli organelli in posizioni specifiche. Tale rete è chiamata citoscheletro, ed è definita come un sistema dinamico, costantemente in assembramento e disassemblamento.

È composto da tre principali fibre citoscheletriche:

• Microfilamenti o filamenti di actina: sono lunghe fibre composte di due catene proteiche globulari strettamente avvolte le une alle altre. Ogni subunità nella catena è formata dalla proteina actina, i cui filamenti esibiscono polarità, ovvero estremità dette + o -.
• Microtubuli: sono tubi cavi, ognuno composto di un anello di 13 proto-filamenti proteici, formati da subunità alfa e beta tubulina. Si formano da centri vicini al centro della cellula e si irradiano verso la periferia, per questo le sue estremità sono definite +, se lontano dal centro di nucleazione, o -, se verso il centro di nucleazione. Sono costantemente in fase di polimerizzazione e depolimerizzazione. Fondamentale in tal contesto è la chinesina, proteina motrice che agisce come motore molecolare che si muove lungo i microtubuli. Responsabile della loro organizzazione è il centrosoma.
• Filamenti intermedi: sono un sistema di proteine dure fibrose avvolte assieme e sovrapposte. La più comune è chiamata vimentina, che garantisce stabilità strutturale per molti tipi di cellule, ma si può nominare anche la cheratina, la quale è fondamentale nelle cellule epiteliali e nelle strutture come capelli e unghie.

Il ciclo cellulare: mitosi e meiosi

I cromosomi

Anzitutto i cromosomi sono unità in cui il DNA è strettamente avvolto alle proteine, i quali si dividono per mitosi. Il loro numero può variare tra una specie e l'altra, e in particolare le cellule umane sono costituite da 46 cromosomi, che fanno riferimento al numero diploide (2n), a loro volta costituiti da 23 identiche paia, riferite al numero aploide (n), il quale definisce il numero di cromosomi differenti nelle specie.

Inoltre i cromosomi variano di dimensioni, proprietà di colorazione e localizzazione del centromero, dunque il particolare insieme di cromosomi di ogni individuo viene definito cariotipo. Ci si riferisce quindi ai cromosomi materni e paterni definendoli omologhi, e ogni cromosoma della coppia come omologo.

Struttura

I cromosomi sono composti da cromatina, un complesso di DNA e proteine presenti in particolare e rispettivamente per il 40% e il 60%. Il DNA di un singolo cromosoma è molto lungo, e costituisce una fibra a doppio filamento che si estende senza interruzioni attraverso tutta la lunghezza del cromosoma. Inoltre nella fase di non divisione, il dominio della cromatina definito etero-cromatina non è espresso, mentre invece il dominio definito eu-cromatina è espresso.

Il doppio filamento di DNA, definito ulteriormente duplex, viene avvolto attorno ad un core di 8 proteine istoniche (gli istoni sono carichi positivamente, di conseguenza sono fortemente attratti ai gruppi carichi negativamente del DNA). Il complesso di DNA e proteine istoniche è definito nucleosoma. Sono presenti poi avvolgimenti successivi: quando il nucleosoma si organizza in avvolgimenti maggiori chiamati solenoidi, e nell'organizzazione finale del cromosoma, la quale risulta però ancora sconosciuta, nonostante si implichino ulteriori avvolgimenti radiali in rosette attorno all'impalcatura preesistente di proteine.

Il ciclo cellulare - Mitosi (riproduzione asessuata)

Il Ciclo Cellulare è una serie di eventi ordinati che porta alla crescita e alla duplicazione cellulare. Il tempo per completare un ciclo cellulare è molto variabile: ad esempio le cellule di un embrione animale possono completare il loro ciclo in meno di 20 minuti, mentre di solito una cellula di mammifero completa il suo ciclo cellulare in circa 24 ore.

È suddiviso in due macro-fasi:

• Interfase: suddivisa a sua volta in:
  • Fase G1: è la fase primaria di crescita della cellula, la quale sintetizza i componenti del citoplasma e degli organelli. Da specificare è il fattore per il quale le cellule spesso possono entrare in una sorta di condizione di pausa, uno stato quiescente, chiamato fase G0.
  • Fase S: è la fase in cui la cellula copia il proprio genoma, dunque ogni cromosoma replica per produrre due cromatidi fratelli. Prima di replicare, ogni cromosoma è composto da una singola molecola di DNA, mentre a seguito della replicazione, ogni cromosoma è composto da due molecole di DNA identiche legate assieme da un complesso di proteine chiamate coesine, che forma il cosiddetto cinetocore, dal quale si diramano dei microtubuli.
  • Fase G2: è la seconda fase di crescita e preparazione per la mitosi. In essa i cromosomi divengono maggiormente condensati e costituiti da due filamenti uniti assieme a livello del centromero (punto di costrizione del cromosoma, contenente alcune sequenze ripetute di DNA che legano specifiche proteine): tale struttura viene dunque definita cromosoma, composto da due cromatidi fratelli.
• Fase M: suddivisa a sua volta in:
  • Mitosi: è anzitutto un processo di divisione cellulare che garantisce la distribuzione equa dei cromatidi fratelli tra due cellule figlie. La mitosi si articola in diverse fasi: profase, prometafase, metafase, anafase e telofase, seguite dalla citodieresi, che porta alla separazione finale delle cellule.