Ottava parte appunti Biologia

MODELLO PER L'ASSEMBLAGGIO DEI FILAMENTI IN VITRO

1. monomero proteico

2. formazione di un dimero: la parte centrale a bacchetta forma dei dimeri fibrosi con

struttura avvolta a spirale

3. formazione di un tetramero: i dimeri si uniscono in modo antiparallelo e sfalsato

formando tetrametri, che essendo simmetrici, non presentano alcuna polarità

4. formazione di protofilamenti grazie all’associazione longitudinale di tetrameri

5. accrescimento del filamento: 8 protofilamenti si accostano lateralmente

6. compattazione del filamento: i protofilamenti si attorcigliano a formare il filamento di

10 nm

Alcune anomalie dei filamenti di cheratina o “tonofilamenti” nell’epidermide causano

patologie come l’Epidermolisi bollosa (bambini farfalla).

Nell’assone si trovano ad esempio filamenti intermedi chiamati neurofilamenti, che

presentano legami crociati dovuti a ponti proteici. Nelle cellule muscolari si trova invece la

desmina, ovvero filamenti gialli che si avvolgono alle miofibrille a livello del disco Z e si

attacca alle giunzioni di ancoraggio, rendendo efficiente la contrazione della cellula.

Esempi di proteine associate ai FI:

● Desmoplachina: lega i filamenti intermedi a livello del desmosoma

● Anchirina: lega actina con filamenti intermedi alla base della cellula

● Lamina recettore B: lega i filamenti intermedi della lamina nucleare con membrana

nucleare interna

● Nesprina: lega i filamenti intermedi citoplasmatici a proteine della membrana

nucleare interna

● Plectina: lega i filamenti intermedi con i microtubuli

LAMINA NUCLEARE

Costituita dalle lamìne nucleari ed è una struttura di supporto sotto alla cisterna nucleare.

Le proteine della membrana nucleare interna e della membrana nucleare esterna (nesprine)

uniscono la lamina nucleare con il citoscheletro. Questo complesso, detto LINC (Linker

Nucleoskeleton-Cytoskeleton) è importante per il posizionamento del nucleo nella cellula.

I filamenti intermedi della lamìna nucleare si disorganizzano all’inizio della mitosi in seguito a

fosforilazione delle lamìne, portando alla disgregazione dell’involucro nucleare. In

particolare, nella profase, la Cdc2 ed altre proteine chinasi fosforilano le lamìne, provocando

la dissociazione dei filamenti in dimeri di lamìna liberi. Al termine della mitosi specifiche

fosfatasi rimuovono i gruppi fosfato, permettendo all’involucro

nucleare di riformarsi.

Alcune patologie correlate→ Progeria o sindrome di Hutchinson-Gilford (dell’invecchiamento

precoce), ovvero laminopatia, dovuta all’alterazione della lamìna A.

NUCLEO

Componente essenziale della cellula eucariotica (struttura assente nei procarioti). L’involucro

nucleare rappresenta un esempio della generale strategia di compartimentalizzazione delle

cellule eucariotiche (separa citosol da nucleoplasma e permette comunicazione

citoplasma-nucleo). Contiene il materiale genetico (DNA).

E’ sede di processi indispensabili alla riproduzione cellulare (Duplicazione DNA) e alla

sintesi proteica (trascrizione degli RNA, maturazione del mRNA e assemblaggio delle

subunità ribosomali nel nucleolo). Inoltre è sede dei processi di riparazione del DNA e di

controllo dell’espressione dei geni.

La sua forma è correlata con quella della cellula (sferica, ellittica, fusata), talvolta

completamente irregolare (leucociti polimorfonucleati, spermatozoi), le sue dimensioni sono

variabili, ma proporzionali a quelle della cellula (indice nucleoplasmatico o di Hertwig

N/C=K).

La sua posizione è anch’essa variabile e caratteristica di ogni tipo cellulare: per esempio le

cellule embrionali hanno nucleo centrale, le cellule secernenti hanno nucleo eccentrico. Nel

neurone, il nucleo si trova in posizione centrale rispetto al corpo cellulare.

Le cellule sono, nella maggior parte dei casi, mononucleate, talvolta binucleate (epatiche,

cartilaginee) e talvolta plurinucleate (fibre muscolari, scheletriche, osteoclasti).

Il nucleo è circondato da una cisterna perinucleare formata da 2 membrane

(spessore 6-7nm ciascuna) separate dallo spazio perinucleare di 10-50 nm in

continuità con il lume del RER.

● l’esterna è in continuità con il RER ed è rivestita di ribosomi

● l’interna poggia su una rete di filamenti intermedi detta lamìna nucleare

a cui è legata mediante proteine transmembrana

PORI NUCLEARI

Sono zone distribuite su tutta la superficie

dell’involucro nucleare in cui le due membrane si

fondono a delimitare aperture circolari (“fenestrature”)

e grazie ad essi l’involucro nucleare permette la

comunicazione nucleo-citoplasma.

L’apertura di ogni poro è tappezzata da una struttura

proteica detta complesso del poro nucleare che forma un canale cilindrico che attraversa

le due membrane. Al SEM il complesso del poro è rappresentato da una disposizione

ottagonale di strutture proteiche costituite da circa 30 proteine diverse chiamate

nucleoporine (NUPs) conservate dai lieviti ai vertebrati.

Il poro è costituito da:

due anelli (citosolico e nucleare) a simmetria ottagonale

✓

formati dall’insieme di NUPs

un anello centrale costituito da proteine che tappezzano il

✓

canale del poro e sono ancorate all’involucro nucleare. Queste

presentano porzioni filamentose ricche in fenilalanina e glicina

(porzioni FG) che si estendono verso il centro del canale

fibre proteiche che si estendono dagli anelli al

✓

nucleoplasma, formando una struttura a cesto, verso il citosol

Le porzioni FG delle proteine formano un soffice groviglio disordinato

idrofobico che occupa il lume del canale e impedisce il passaggio di

molecole di grandi dimensioni, funzionando come un setaccio, infatti i pori nucleari attuano

un trasporto selettivo nei confronti di macromolecole.

Le proteine nucleari hanno una corta sequenza ricca in prolina, lisina e arginina dotata di

carica positiva riconosciuta da importine che stabiliscono dei legami temporanei con le

sequenze FG delle proteine del poro interrompendo localmente il groviglio

e rimbalzano da una sequenza all’altra finché entrano nel nucleo.

Il trasporto nucleare è sostenuto dall’idrolisi del GTP, operata da una

piccola GTPasi monomerica (RAN GTP). I regolatori della GTPasi Ran

sono localizzati in maniera asimmetrica. Grazie alla diversa localizzazione

di GAP e GEF si crea un gradiente tra nucleo e citoplasma che favorisce il

flusso in entrata di Ran GDP e in uscita Ran GTP. Esistono anche le

esportine, che fanno il lavoro inverso.

IL NUCLEO: ORGANIZZAZIONE DELLA CROMATINA

​

La base strutturale dell'informazione: come è organizzato il DNA?

Il materiale genetico, cioè l’insieme di istruzioni che specificano la struttura della cellula,

contiene anche le informazioni per la sintesi di tutte le proteine cellulari e non cellulari.

Questo materiale è organizzato in molecole distinte chiamate cromosomi, ognuna costituita

dalla doppia elica e sono delle strutture presenti nel nucleo, ma visibili come noi li

conosciamo solo durante la mitosi.

I cromosomi nel genere umano sono 46 e l'insieme di questi cromosomi costituisce il

corredo cromosomico. Il numero di cromosomi e quindi il corredo è variabile a seconda della

specie ed è specifico per ognuna: non solo il numero ma anche la morfologia e la

dimensione dei cromosomi.

Queste caratteristiche non sono assolutamente in relazione alla complessità dell’individuo;

infatti, nell’uomo il corredo aploide comprende 23 cromosomi, ma ad esempio nel topo sono

20, nel riso 12, ma nel moscerino della frutta sono 4, in Saccharomyces Cerevisiae (lievito

che si usa per la panificazione), che è un organismo unicellulare, sono 16.

È possibile studiare il corredo cromosomico effettuando il cosiddetto cariotipo, ovvero

l'insieme delle caratteristiche che identificano un certo corredo cromosomico. Viene

rappresentato con un diagramma in cui i vari cromosomi del corredo sono allineati in ordine

decrescente di lunghezza.

Il cariotipo si può effettuare prendendo i cromosomi da una

cellula in mitosi, in particolare durante l’anafase o durante la

metafase (quando i cromosomi sono ben visibili), ovvero si

fotografa la cellula, si ritagliano i cromosomi e si sistemano in

ordine; poi è possibile caratterizzare i cromosomi con degli

anticorpi specifici o con varie altre tecniche e quindi osservare

che questi cromosomi hanno delle caratteristiche costanti e

ripetitive. Attraverso questo studio si analizzano le

caratteristiche del cromosoma mitotico, che è un cromosoma in

cui esistono due molecole di DNA, perché quando la cellula si

prepara alla mitosi il DNA si è già duplicato.

Durante il ciclo cellulare si ha prima un’interfase, che è suddivisa in 3

fasi (G1, S e G2) e poi si ha la fase M. La fase S (da sintesi) deve

necessariamente precedere la fase M poiché rappresenta la fase di

replicazione del DNA, nella quale la cellula si sta preparando per la

mitosi; se invece la cellula non deve entrare in mitosi, si trova nella

fase G1 e se è una cellula che non fa mai mitosi esce dalla fase G1

per entrare in una fase detta G0.

All'inizio della mitosi le molecole di DNA si condensano formando

quello che viene detto cromosoma mitotico. Le due molecole derivanti

dalla mitosi rimangono coese tra loro, grazie a delle proteine

dette coesine, che si dispongono ad anello intorno alle due

molecole. Il cromosoma appare quindi costituito dalle due

molecole identiche tra di loro, derivate dalla replicazione, che si

chiamano cromatidi fratelli e dagli anelli di coesione.

Guardando il cromosoma mitotico osserviamo un caratteristico restringimento in un punto

delle due molecole di DNA, nel quale questi cromatidi fratelli sono uniti tra di loro. Questo

tipico restringimento di ciascun cromosoma, in termini di posizione si chiama centromero e

identifica due braccia che possono essere della stessa lunghezza o di lunghezza diversa a

seconda della posizione del centromero. Quindi la morfologia dei cromosomi può variare in

funzione della posizione del centromero e in base a questa si possono classificare i

cromosomi:

- esistono cromosomi definiti metacentrici nei quali il centromero è a metà dei

cromatidi fratelli e le braccia sono quindi identiche

- cromosomi definiti submetacentrici quando il centromero non è posizionato

esattamente al centro, quindi è spostato verso una delle due estremità del

cromosoma e in questi si identificano le due braccia di diversa lunghezza. Le

braccia vengono generalmente identificate come braccia p (quelle corte) e

braccia q (quelle lunghe)

- si parla di cromosomi acrocentrici quando il centromero è ancora più spostato ad

un'