Citologia: Nucleo e sue funzioni

Nucleo e genoma

Il nucleo è un compartimento membranoso, separato dal citoplasma, dove viene contenuto il genoma, ovvero l’insieme di tutti i geni (sequenze di basi azotate) che trascrivono e traducono proteine per lo svolgimento delle funzioni vitali della cellula.

Cosa svolge il nucleo?

Nucleo dei eucarioti

• Duplicazione del genoma
• Trascrizione
• Processamento del DNA
• Controllo temporale dell’espressione genica
• Riparo del DNA

Il nucleo degli eucarioti dà la possibilità di avere più informazioni, più regolatori, più riservatezza. Ecco perché gli eucarioti sono più sviluppati e più efficienti.

Nucleo dei procarioti

Non esiste e il genoma è immerso nel citoplasma.

Dimensioni del nucleo

Nelle cellule somatiche il rapporto tra volume del nucleo e il volume del citoplasma è costante (Indice nucleoplasmatico = Nv / Cv). Quando il volume del citoplasma arriva ad essere troppo grande (rapporto sbilanciato della costante), avviene la divisione cellulare. I globuli rossi sono privi di nucleo.

Struttura del nucleo

Il nucleo è l’organulo più importante e complesso della cellula. È diviso in tre parti principali:

• Involucro nucleare e pori
• Cromatina
• Nucleoscheletro

Involucro nucleare e pori

L’involucro nucleare è costituito da due membrane citoplasmatiche di 6 nm ciascuna e con una distanza tra loro di 40/50 nm chiamata cisterna o spazio perinucleare.

La membrana esterna è in continuità con il reticolo endoplasmatico rugoso e, a sostegno di ciò, sulla sua faccia citoplasmatica ci sono i ribosomi annessi. In più, essa è strettamente collegata con il citoscheletro (precisamente con i filamenti di actina).

La membrana interna interagisce con la lamina fibrosa (nucleoscheletro) e, tramite essa, con la cromatina. La differenziazione in due membrane da parte dell'involucro nucleare serve per far svolgere ad una sola membrana o le funzioni esterne o le funzioni interne. Attraverso la cisterna, però, le due membrane sono unite attraverso proteine di membrana.

Esempi di unione:

• Una proteina esterna è unita al citoscheletro
• Una proteina esterna è unita ad una proteina interna
• Una proteina interna è unita alla lamina fibrosa
• La lamina fibrosa è unita alla cromatina

Il citoscheletro è unito alla cromatina (Percorso LINC).

In alcuni punti precisi, le due membrane si fondono per formare delle aperture circolari, chiamati pori nucleari, che sono regolati e controllati da strutture proteiche specifiche, chiamato Complesso del poro, che ha diametro di 120 nm. Attraverso il quale, milioni e milioni di sostanze passano in maniera controllata grazie alle importine, recettori citosolici, che svolgono le funzioni bidirezionalmente, da fuori a dentro e viceversa, legandosi ai filamenti del complesso. In una cellula umana ci sono dai 3000 ai 4000 pori nucleari.

Nella divisione cellulare, l’involucro si distrugge in prometafase e si riassembla in telofase, prima in piccole parti (cariomeri) e poi interamente. Del poro rimane intatto solo l’anello centrale.

Nucleoscheletro (o matrice nucleare)

È la parte “scheletrica” del nucleo che funge da sostegno e stabilità per gli altri componenti. È diviso in due parti:

• Lamina fibrosa: costituita da proteine (lamìne) che forma prima dei filamenti a dimero e poi un reticolo da 25 nm che si posiziona sotto la membrana interna dell’involucro nucleare. Essa supporta totalmente l’involucro nucleare (nella divisione cellulare prima che si rompa l’involucro deve disgregarsi la lamina) e in più collega quest’ultimo con la cromatina.
• Rete fibrillare: costituita da lamìne e produce una serie di filamenti atti a mantenere l’integrità all’interno del nucleo e sostegno alla cromatina durante le sue funzioni.

Genoma

Il genoma è l’insieme di tutti i geni dell’individuo. I geni sono una specifica sequenza di basi azotate contenuta nella sequenza totale del DNA. All’interno di questa sequenza specifica troviamo sequenze che traducono una proteina (esoni) e sequenze che non traducono niente (introni). Gli introni o altre parti prima o dopo ogni gene, possono essere: sequenze di riconoscimento del sito di inizio o fine del gene; sequenze per la regolazione della trascrizione di alcuni geni; sequenze promotori degli enzimi per la trascrizione di geni, ecc.

Importante: Ogni nome utilizzato indica uno specifico elemento o un modo di vedere uno stesso elemento in un altro punto di vista. Non confondersi con la successione degli elementi.

Cromatina

La cromatina si trova aggrovigliata nella maggior parte della vita cellulare (Fase G1, S, G2). Essa è composta dai cromosomi decondensati e aggrovigliati su loro stessi. Quest’ultimi si definiscono bene solo in divisione cellulare (fase M). I cromosomi sono filamenti di DNA uniti a proteine istoniche e non istoniche e a RNA.

Proteine istoniche: Istoni

Proteine basiche che si associano al DNA a formare la struttura base della cromatina. Esse formano un complesso chiamato core istonico poiché si associano tra di loro all’interno (8 istoni) e aggrovigliano fuori la doppia elica di DNA. Un istone (H1) collega il tutto e forma il nucleosoma, ovvero la “molecola” base della cromatina. Gli istoni sono formati da una parte globulare interna (neutro) e due anse laterali con la funzione di bracci (basici) per collegarsi tra loro o con il DNA.

RNA nucleari: Proteine non istoniche

I principali RNA nucleari sono precursori o parti dei classici RNA che si conoscono come l’RNA messaggero, l’RNA transfer, RNA ribosomiale (trascritto nel nucleolo), RNA primer, i piccoli RNA. Tutti gli RNA nucleari sono chiamati RNA eterogenei nucleari.

Funzioni:

• Enzimi
• Despiralizzazione e spiralizzazione della cromatina
• Controllo del mantenimento dei cromosomi inattivi

La cromatina si può classificare in:

• Eucromatina: è la cromatina attiva, ovvero è quella porzione di cromatina sparsa e filamentosa che contiene specifici geni che trascrivono e traducono proteine per il fenotipo di cellula.