Nucleo e membrana cellulare

Struttura della cellula

Il nucleo

Il nucleo è l'organello più voluminoso nella cellula eucariotica: arriva a dimensioni di 10 micron in un ventesimo/trentesimo 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. Al fine di poter interagire con il DNA (carico negativamente) formando legami ionici che stabilizzino l'interazione, sono costituite 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, notò 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 (avente diametro di 11 nm): 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. Questo è solo il primo livello di compattazione del DNA, detto "struttura a collana di perle", dove le perle sono i singoli nucleosomi.

La cromatina all'interno del nucleo si presenta solitamente come una "fibra di 30 nm", 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 oppure a solenoide, che differiscono l'uno dall'altro per la posizione relativa dei nucleosomi nella fibra.

Il successivo livello di compattazione della cromatina è rappresentato dall'ulteriore ripiegamento della fibra a 30 nm per formare dei "domini ad ansa". L’ultimo livello di compattazione (estremo) è temporaneo: i cromosomi (=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. Esauriti i telomeri, la cellula smette di dividersi perché diventata senescente e muore. Perché si accorciano? Il sistema di copiatura della polimerasi, una volta giunta nei telomeri, commette degli errori, perdendo ad ogni volta una parte di telomero.

Elisabeth Blackburn scoprì la teoria dell'accorciamento dei telomeri negli anni 2000, paragonando i telomeri come "the canary in the coal mine". Le cellule tumorali e le cellule staminali sono un’eccezione, in quanto i loro telomeri non vengono accorciati, perché dotate dell’enzima della telomerasi.

Tipi di cromatina

• 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, spermatozoi e plasma cellulare.
• Eucromatina: detta "attiva" perché il DNA è meno condensato, risultando quindi leggibile: appare di colore chiaro al TEM. Quando il DNA deve essere letto, devono essere temporaneamente rimossi gli istoni, tramite l'enzima.