Nucleo, duplicazione, trascrizione e traduzione

Nucleo, duplicazione, trascrizione e traduzione

Il nucleo è una struttura esclusiva delle cellule eucarioti. Ha forma pressoché sferica, contiene il materiale genetico (cioè l'acido desossiribonucleico, o DNA) ed è il centro di controllo, che programma e coordina le varie attività della cellula. È formato da tre componenti fondamentali: la membrana nucleare, la cromatina e uno o più nucleoli.

Struttura del nucleo

L'involucro nucleare (membrana nucleare) ha una struttura complessa che consiste di due membrane, interna ed esterna. La membrana nucleare esterna è in continuità con il reticolo endoplasmatico. Le due membrane agiscono da barriera che separa il contenuto del nucleo dal citoplasma. Le due membrane sono unite a livello dei complessi dei pori nucleari, gli unici canali attraverso i quali piccole molecole polari e macromolecole sono in grado di passare attraverso l'involucro nucleare. Sottostante alla membrana interna si trova la lamina nucleare, reticolo fibroso che fornisce supporto strutturale al nucleo.

Il poro nucleare: struttura simile a una ruota, con due anelli paralleli, ognuno costituito da otto subunità, che delimitano il bordo della ruota. Otto raggi connettono i due anelli e si estendono fino al trasportatore centrale nel mezzo della ruota. Il trasportatore può essere considerato come una struttura a diaframma che si apre e chiude per permettere il passaggio di particelle con differenti dimensioni.

Il nucleolo è una regione del nucleo cellulare responsabile della sintesi dell'RNA ribosomiale (rRNA). Non si tratta di un comparto ben preciso e delimitato, ma di un addensamento di materiale ricco di proteine ed RNA che per le sue caratteristiche fisiche appare al microscopio come una macchia scura e granulosa all'interno del nucleo.

Struttura del DNA e condensazione

Due filamenti nucleotidici si avvolgono in una struttura a doppia elica destrorsa. Gli scheletri dei due filamenti (costituiti da uno zucchero e un gruppo fosfato alternati) sono separati tra loro da una distanza di 1.1 nm; questo spazio è occupato da una purina e una pirimidina. Ogni coppia di basi giace su un piano orizzontale più o meno perpendicolare all'asse maggiore della molecola. Ogni giro completo dell'elica include 10-11 paia di basi (bp). Le coppie di basi sono stabilizzate da legami idrogeno (2 per A-T e 3 per C-G).

L'impaccamento degli atomi nella doppia elica del DNA origina due solchi con diversa ampiezza (solco maggiore e solco minore). Le due eliche del DNA sono antiparallele, cioè orientate in direzioni opposte.

Cromatina e cromosomi

La cromatina è il materiale nucleare composto da DNA e proteine (istoniche e non istoniche). I cromosomi sono strutture individuali in cui è divisa la cromatina. Un cromosoma formato da due molecole di DNA (cromatidi fratelli) condensate e associate a proteine viene detto metafasico. La condensazione del DNA è un processo di compattamento delle molecole di DNA che può avvenire in vitro oppure in vivo. I meccanismi che regolano l'impacchettamento del DNA sono fondamentali per il funzionamento del processo di regolazione genica negli organismi viventi.

La cromatina nucleare è formata da DNA e proteine istoniche. Gli istoni sono proteine basiche ricche di aminoacidi basici come lisina e arginina, sono globulari con struttura secondaria ad α-elica e se ne distinguono 6 tipi. La loro presenza nei nuclei degli eucarioti è fondamentale per formare la cromatina nucleare. La struttura più rilassata della cromatina nucleare è detta collana di perle ed è formata dal DNA che fa circa un giro e mezzo intorno al nucleo istonico, l'insieme di istone e DNA avvolto prende il nome di nucleosoma.

Il filo di perle può essere digerito trattandolo con la nucleasi, enzima che scinde il legame fosfodiestere del DNA più accessibile, la porzione non avvolta al nucleo istonico. Nucleosoma: particella core formata da otto proteine istoniche (2 H2A, 2 H2B, 2 H3 e 2 H4) attorno alla quale la molecola di DNA si avvolge due volte (146 coppie di basi). L'istone H1 stabilizza il DNA in entrata ed in uscita dal nucleosoma. Due giri di DNA si avvolgono attorno a una particella core. H1 si lega alla regione di entrata e di uscita del DNA nel nucleosoma, presumibilmente stabilizzando la struttura. 146 coppie di basi saldamente legate al core, più 10 basi a sinistra e 10 basi a destra avvolte meno saldamente e quindi più sensibili all'azione di enzimi. Il solenoide contiene da 6 a 8 nucleosomi per giro. I bracci dell'istone H1 si estendono a formare legami tra i nucleosomi, costituendo il solenoide. Dopo un'ulteriore compattazione, dal solenoide si forma il supersolenoide e quindi il cromosoma metafasico.

La cromatina è una struttura altamente dinamica, con possibili livelli di organizzazione che riflettono la sua attività (es. durante la replicazione e la trascrizione, è necessario uno srotolamento o una rimozione dei nucleosomi dal DNA per permettere l'accesso di enzimi specifici al DNA). La cromatina diventa altamente condensata (eterocromatina) in preparazione alla mitosi per formare i compatti cromosomi metafasici che saranno distribuiti ai nuclei figli. Durante l'interfase, la maggior parte della cromatina è decondensata e dis.