Nucleo e membrana cellulare

STRUTTURA DELLA CELLULA

Il nucleo è l'organello più voluminoso nella cellula eucariotica: arriva a dimensioni di 10 micron in 20/30 della cellula. Contiene la maggior parte dell'informazione genetica sotto forma di molecole di DNA, sempre accompagnate da proteine (istoniche e non istoniche), a formare la cromatina. I 2 metri di DNA sono contenuti nel nucleo avente diametro di soli 10 micrometri: come? Le proteine conservate che interagiscono con il DNA per compattarlo sono dette istoni H1, H2A, H2B, H3, H4 e sono 5. Al fine di poter interagire con il DNA (carico negativamente) formando legami ionici che stabilizzino l'interazione, sono costituiti da amminoacidi carichi positivamente (tra cui lisina e arginina, che formano dei domini all'interno delle proteine istoniche). Roger Kornberg capì come gli istoni riescono ad avvolgere e compattare il DNA. [Le proteine nucleasi sono proteine presenti nei lisosomi, per la frammentazione degli acidi nucleici.]

Usando la nucleasi sulla cromatina, notai che i frammenti di DNA generati erano formati da circa 200 nucleotidi. Se invece il DNA era libero, la nucleasi tagliava nucleotide per nucleotide. Kornberg scoprì così la struttura detta nucleosoma (11nm): è una struttura che avvolge circa 170 basi nucleotidiche attorno a 8 istoni (ottamero = core del nucleosoma: H2A, H2B, H3, H4). Il DNA libero tra i nucleosomi è detto DNA linker. L'istone H1 è detto linker perché compatta più nucleosomi tra loro. È come una collana di perle. Questo è solo il primo livello di compattazione del DNA, detto "struttura di 30nm", la cromatina all'interno del nucleo si presenta solitamente come una "fibra" la cui formazione dipende dall'interazione tra le molecole istoniche (H1) di nucleosomi vicini. La struttura di questa fibra non è del tutto caratterizzata: infatti sono

Proposti due possibili modelli, zig-zag che differiscono l'uno dall'altro per la posizione relativa dei nucleosomi nella fibra (asolenoide). Oppure il successivo livello di compattazione della cromatina è rappresentato dall'ulteriore ripiegamento a "ansa" della fibra a 30nm per formare dei "domini cromosomi". L'ultimo livello di compattazione (estremo) è temporaneo: i (=corpi colorati). In questo caso il DNA è illeggibile: il DNA spiralizzato in cromosomi è infatti presente solo a livello di divisione cellulare (mitosi o meiosi), quando la cellula deve gestire il doppio del patrimonio genetico. L'assetto cromosomico umano detto cariotipo è composto da 23 coppie di cromosomi: 22 di autosomi, 1 di cromosomi sessuali. L'estremità di ogni cromatidio del cromosoma è detta telomero, un tratto di sequenze ripetute (nell'uomo TTAGGG, qualche migliaio di volte) che si accorciano ad ogni divisione cellulare:

è un orologio biologico, segno di senescenza della cellula. Esauritii telomeri, la cellula smette di dividersi perchè diventata senescente e muore. Perché si accorciano? Il sistema di copiatura della Elisabethpolimerasi, una volta giunta nei telomeri, commette degli errori, perdendo ad ogni volta una parte di telomero. Blackburn scoprì la teoria dell'accorciamento dei telomeri negli anni 2000, paragonando i telomeri come “the canary in the coalmine”. Le cellule tumorali e le cellule staminali sono un’eccezione, in quanto i loro telomeri non vengono accorciati, perché dotate dell’enzima della telomerasi. La cromatina esiste in due tipi: - l'eterocromatina (detta “inattiva” perché elettron-densa, in quanto il DNA è molto condensato e illeggibile; è presente quando la cellula non sta trascrivendo mRNA, cioè non sta attuando sintesi proteica; appare di colore scuro al TEM; presente in linfociti,

Il nucleo è rivestito da un involucro nucleare composto da 2 membrane cellulari (doppio bilayer lipidico): membrana nucleare interna ed esterna, tra le quali si trova il lume dell'involucro nucleare (o cisterna spazio intermembrana o perinucleare), nucleare o con dimensione interna di 20-40nm. La membrana nucleare esterna è in continuità con il reticolo endoplasmatico, rendendo quindi lo spazio perinucleare continuo con il lume del RE. Come le membrane del reticolo endoplasmatico rugoso, la membrana nucleare esterna è costellata, sulla superficie esterna, da ribosomi attivi nella sintesi proteica.esterna si lega anche alle fibre del citoscheletro cellulare, ancorando così il nucleo all'interno della cellula e fornendo il macchinario per il movimento nucleare.

pori nucleari, L'involucro nucleare, inoltre, è costellato di canali bidirezionali per il trasporto nucleocitoplasmico, che permettono il collegamento tra il nucleosoma e il resto della cellula (transitano principalmente proteine di 70/80nm).

Il complesso del poro nucleare (CPN) è una struttura molto complessa di diametro 120nm, un canale cilindrico che si estende attraverso tutte e due le membrane dell'involucro nucleare, costituito da 30 proteine conservate (uguali in tutte le cellule eucariotiche conosciute) dette nucleoporine.

Le nucleoporine presentano simmetria ottagonale, dovuta alla ripetizione per 8 volte di specifiche strutture. È presente una sottoclasse di nucleoporine che contiene, nella sequenza amminoacidica, un'elevata ripetizione di Fenilalanina-Glicina localizzata in

Unaparticolare regione dellaFG).proteina (dominioIn seguito ad alcuni esperimenti con particelle colloidali d'oroiniettate nel citoplasma di alcune cellule, si concluse che ilcomplesso del poro nucleare contiene minuscoli canali acquosipiccole particelle e molecoledi diffusione, attraverso i qualipossono liberamente muoversi, senza che sia necessarioAnche i nucleotididispendio energetico o un trasportatore.trifosfati necessari per la sintesi del DNA e dell'RNA diffondonoliberamente attraverso i pori.Solo alcune proteine possono permettere l'apertura del poro etransitare dell'intento all'esterno e viceversa: la proteina devenuclear localisation sequence (NLS)obbligatoriamente esporre unao tag (=sequenza di qualche amminoacido). Passano fino a500mila/s strutture attraverso ogni canale.Nel nucleo entrano ad esempio le polimerasi (proteine che interagiscono nella duplicazione del DNA), oltre che le proteine cheoperano sul DNA per mantenerlo integro e

correggerne gli errori.L'importazione delle proteine del nucleo richiede energia da parte della cellula. Tappa 1-2: La proteina da introdurre nel nucleo deve legarsi inizialmente ai recettori importine proteici detti (in genere composti da 2 subunità proteiche, alfa e beta). Tappa 3: Il nuovo complesso modifica la struttura quaternaria delle proteine del poro nucleare e permette l'ingresso nel nucleo. Ran-GTP Tappa 4: La proteina permette la dissociazione del complesso. Tappa 5: La subunità beta dell'importina rimane associata a Ran-GTP e viene riportata nel citoplasma (dove si dissocia). Tappa 6: La subunità alfa dell'importina viene riportata nel citoplasma da un'esportina. nucleoli, Il nucleo può contenere fino a 4 ovvero delle aree nucleari in cui sono sintetizzati i ribosomi (rRNA). Normalmente il nucleolo presenta una struttura sferica con un diametro di alcuni micrometri, ma possono anche essere osservati nucleoli di dimensione e forma variabile.molto variabili. Pagina 6 di 31

Il nucleolo è molto prominente nelle cellule che hanno un'intensa sintesi proteica, soprattutto per la secrezione: ad esempio fibroblasti, osteoblasti, neuroni, cellule acinose del pancreas esocrino. Gli osteoblasti sono cellule che producono osteoide (componenti organici) dell'osso. I fibroblasti sono cellule che producono le matrici extracellulari presenti nel nostro corpo: collagene, elastica, sostanze fondamentali del tessuto connettivo. I neuroni hanno un'elevata attività fisiologica di sintesi proteica dei neurotrasmettitori. Le cellule acinose del pancreas esocrino secernono molte proteine, gli enzimi digestivi.

Ogni poro nucleare permette la comunicazione tra il citosol e il (lo spazio interno del nucleo con esclusione della regione nucleolare). Il nucleoplasma, oltre ad acqua e piccoli soluti, contiene anche una rete fibrillare insolubile che permette il mantenimento della matrice nucleare o nucleoscheletro.

Dell'organizzazione interna al nucleo. La lamina nucleare, le connessioni tra il nucleo e il citoscheletro avvengono attraverso una rete densa di fibre che tappezzano la superficie interna della membrana nucleare interna e che serve da sostegno per l'involucro nucleare. Negli animali è spessa circa 10-40nm ed è costituita da lamina nucleare proteine (diverse da quelle del citoscheletro), dette (di due tipi, A e B): sono proteine fibrose le cui molecole si uniscono fra loro formando filamenti. Inizialmente due lamina associano i loro tratti ad alfa-elica producendo una struttura denominata "coiled coil" (dimero superavvolto); poi più dimeri si associano a numerosi altri, sia in direzione testa-coda che lateralmente: si forma il protofilamento. L'insieme di 8 protofilamenti appaiati genera un filamento intermedio (10nm). Nella maggior parte delle cellule umane (e degli altri mammiferi) si riscontrano quattro lamina di tipo B (B1

e B2) e di tipo A (A e C).

lamìne diverse:

Un difetto della lamìna di tipo A induce la malattia progeria, in cui i sintomi dellavecchiaia (come perdita di capelli, malattie cardiovascolari, degenerazione della cute,dei muscoli e delle ossa) appaiono nei bambini piccoli e di solito causano la morteprecoce, già in età adolescenziale.

Alcune cellule molto specializzate sono prive di nucleo:

• eritrociti dei mammiferi (globuli rossi, 8-10micron di diametro) vita di 90-100giorni: estrusionedel nucleo dai reticolociti e intrusione di emoglobina; ha pochi altri organelli, tra cui mitocondri.
• corpi di Barr (cromosoma X inattivo nel genere femminile): nella maggioranza delle cellule, èvisibile come una macchia attaccata ad un lobo a lato del nucleo; nei neutrofili, è un'appendicea “bacchetta di tamburo”

Esistono cellule mult