Riassunti Completi di Citologia

I perossisomi sono vescicole delimitate da un’unica membrana e sono le ultime componenti della cellula ad

essere state scoperte. La loro origine non è del tutto chiara: è probabile che derivino dalla gemmazione di

alcune aree del reticolo endoplasmatico. La caratteristica distintiva del perossisoma è la presenza della

catalasi, un enzima essenziale per la degradazione del perossido di idrogeno, un composto altamente

tossico per la cellula che si forma da moltissime reazioni ossidative catalizzate dalle ossidasi (catalasi e

ossidasi sono confinate nei perossisomi). In alcuni perossisomi è presente il nucleoide catalasi o il

nucleoide uricasi, un aggregato di enzimi a struttura cristallina (nuclei cristallini). La catalasi agisce sul

perossido di idrogeno trasforrmandolo in acqua per evitarne la pericolosità (il perossido di idrogeno viene

degradato senza che esso lasci mai il perossisoma)

Il Nucleo

Il nucleo rappresenta il luogo di deposito della maggior parte delle informazioni genetiche della cellula, sia

il centro di controllo per l’espressione genica. Il nucleo è delimitato da membrana che compartimentalizza

le attività del genoma (replicazione e trascrizione) dal rimanente metabolismo cellulare.

L’involucro nucleare:

il nucleo è circondato da un involucro nucleare costituito da due membrane, una interna e una esterna

separate da uno spazio perinucleare. La membrana nucleare interna è appoggiata su una rete di fibre di

sostegno detta lamina nucleare. La membrana nucleare esterna è in comunicazione col reticolo

endoplasmatico, rendendo quindi lo spazio perinucleare continuo col lume del RE. La membrana esterna è

costellata, sulla superficie esterna, da ribosomi attivi nella sintesi proteica. La membrana nucleare esterna

si lega, attraverso specifiche proteine, all’actina e ai filamenti intermedi che costituiscono lo scheletro

cellulare ancorando così il nucleo agli altri organuli e alla membrana plasmatica.

L’involucro nucleare è caratterizzato dalla presenza di aperture specializzate, chiamate pori nucleari: ogni

poro è costituito da un piccolo canale cilindrico che si estende attraverso tutte e due le membrane

dell’involucro nucleare, permettendo la comunicazione tra il citosol e il nucleoplasma, lo spazio interno del

nucleo. Al livello del poro le due membrane nucleari sono fuse a formare un’intricata struttura proteica

chiamata complesso del poro nucleare (NPC), costituito da circa 30 diverse proteine dette nucleoporine

(proteine transmembrana). Il complesso del poro ha la struttura di un cilindro che ha base verso il citosol e

una verso il nucleoplasma: le basi di tale struttura sono ottagonali e i vertici sono ancorati a proteine che

formano un anello: le proteine dell’anulus sono proteine colonnali (fibrille) che nel versante citosolico non

hanno meta, mentre nel versante nucleoplasmatico vanno a formare un ‘’cesto di fibre’’ o gabbia o

canestro nucleare la cui funzione è ignota. le due ‘’basi’’ del complesso del poro sono unite da 8 raggi che

si estendono fino al trasportatore e sono sede di un traffico passivo, ma in realtà il traffico è attivo ed è

consentito dal trasportatore in seguito a idrolisi di GTP. Il trasportatore è una struttura dinamica che

seleziona ciò che può passare attraverso il poro: solitamente passano strutture molecolari (ribosomi) e

proteine. Trasporto attraverso il complesso del poro

-Ciclo di importazione:

Importine: trasportano le macromolecole dal citoplasma al nucleo

Le proteine sintetizzate nel citosol e destinate al nucleo contengono un segnale di localizzazione nucleare

(NLS) che le indirizza come ‘’cargo’’ al trasporto attraverso il poro.

1)Una proteina contenente NLS si lega all’importina (proteina recettoriale);

2)Il complesso importina-cargo viene trasportato attraverso il cmplesso del polo attraverso il trasportatore;

3)Arrivata nel nucleo l’importina si associa ad una proteina che lega il GTP (detta Ran), inducendo il rilascio

della proteina cargo all’interno del nucleo;

4)Il complesso Ran-GTP-Importina è ritrasportato nel citosol;

5)L’idrolisi del GTP a GDP+Pi è accompagnata dal rilascio dell’importina.

-Ciclo di esportazione:

Esportine: macromolecole dal nucleo al citosol.

Nel caso dell’esportazione nucleare, il cargo principale è rappresentato dall’RNA anche se generalmente gli

RNA sono trasportati fuori dal nucleo mediante proteine che contengono un segnale di esportazione

nucleare (NES).

1)La proteina Ran-GTP si lega all’esportina (proteina recettoriale) del nucelo;

2)La proteina si lega al suo cargo, rappresentato da un complesso ribonucleoproteico;

3)Il complesso esportina-cargo-Ran-GTP viene esportato attraverso il poro del citosol;

4)L’esportina e il suo cargo sono rilasciati da Ran in un processo di idrolisi di GTP e GDP+Pi;

5)L’esportina ritorna al nucleo dove può ricominciare il ciclo di esportazione.

Tali cicli sono entrambi guidati da un gradiente di concentrazione della proteina Ran-GTP che è mantenuto

dalla presenza di un GEF (fattore di scambio dei nucleotidi guanilici) nel nucleo, e di un GAP (fattore

attivante la GTPasi) nel citosol. Strutture di sostegno del nucleo

il nucleo è stabilizzato e posizionato in una determinata zona cellulare per la presenza dei filamenti

intermedi e dalle loro proteine, le vimentine. Inoltre la stabilità del nucleo è garantita dalla presenza della

lamina nucleare nella superficie interna: essa è costituita da filamenti, detti lamine che formano la

struttura a rete della lamina, affinchè il nucleo venga sostenuto all’interno; essendo la lamina nucleare una

struttura robusta, nella divisione nucleare crea problemi e per questo c’è bisogno della fosforilazione

cellulare. L’80% circa della massa nucleare è costituita da fibre di cromatina, tuttavia negli anni 70 è stato

scoperto che rimuovendo il 95% della cromatina, la forma del nucleo viene mantenuta da una rete di fibre

insolubili, nota come matrice nucleare, o nucleoscheletro.

La Cromatina:

la presenza della cromatina nel nucleo è prevalente, infatti costituisce l’80% del peso nucleare. La

cromatina in base alla sua posizione e alla sua attività si distingue in eterocromatina e in eucromatina. La

cromatina è costituita da proteine, DNA e una piccola percentuale di RNA.

Le proteine della cromatina sono divise in due gruppi:

-Istoni: hanno un’elevata affinità per il DNA, che per il gruppo fosfato è acido; quindi gli istoni hanno carica

positiva (sono basici) per la presenza di aminoacidi che esprimono la carica positiva; hanno un peso

molecolare di circa 11-20kDalton; si suddividono in 5 classi H1,H2A, H2B, H3 e H4; Sono sintetizzate

contemporaneamente alla duplicazione del DNA.

-Non Istoni: hanno il ruolo funzionale di svolgere attività enzimatica; sono carichi negativamente quindi

acidi oppure neutri, e il loro peso molecolare è di circa 7-200 kDalton.

Si possono suddividere le proteine della cromatina in base alla loro funzione in quattro gruppi:

-Funzione strutturale con alto peso molecolare;

-Funzione contrattile;

-Funzione regolatrice della trascrizione genica;

-Funzione enzimatica per la catalizzazione, trascrizione, duplicazione, ricombinazione (DNA e RNA

polimerasi).

L’eucromatina e l’eterocromatina sono forme interscambiabili in base alla vita cellulare:

-L’eucromatina è attiva dal punto di vista trascrizionale; in essa è presente DNA che verrà trascritto, quindi

più despiralizzato;

-L’eterocromatina è presente nell’involucro nucleare e nel nucleolo; in essa è presente DNA che non può

essere trascritto in quanto è molto compatto.

La compattazione del DNA

-1° livello di compattazione del DNA: ‘’collana a filo di perle’’

Ogni ‘’perla’’ è costituita da nucleosomi ossia da porzioni di cromatina costituiti da DNA e otto proteine

istoniche che costituiscono il core istonico che sono le proteine istoniche H2A, H2b, H3 e H4 che sono

presenti due volte a formare l’ottamero di istoni. Il DNA attorno a tale ottamero si avvolge facendo 1 giro a

374 (146 coppie di DNA). Il Dna tra una perla e l’altra è detto DNA linker.

-2° livello di compattazione del DNA: ‘’solenoide’’

Il DNA della collana di perle continua ad avvolgersi ed è tenuto compatto dalla proteina istonica H1. Il DNA

prosegue la sua compattazione e man mano che si compatta, la sua trascrizione sarà sempre meno

possibile. Appena una cellula si prepara alla divisione tutta la sua cromatina diventa altamente

impacchettata generando strutture dette cromosomi (poiché il Dna si è appena duplicato, ogni cromosoma

è costituito da due cromatidi). Il cromosoma è sostenuto da uno scaffold, una proteina non istonica, che ha

la funzione di sostenere le fibrille di cromatina.

Il nucleolo

Il nucleolo è una struttura abbastanza grande del nucleo: esso appare, al microscopio, come un organello

privo di membrana con forma prettamente sferoidale e costituito da fibrille e granuli: le fibrille

contengono DNA che viene trascritto in rRNA, l’RNA che costituisce i ribosomi; i granuli rappresentano

molecole di rRNA associate con proteine importate dal citoplasma a costituire le subunità ribosomali.

Il nucleolo è una struttura transitoria: se la cellula produce un grande numero di proteine il suo nucleolo

sarà molto grande, mentre se c’è poca produzione proteica, c’è un conseguente impoverimento

ribosomale e il nucleo tende a sparire ad esempio durante la mitosi non c’è trascrizione quindi non ce

produzione di RNA e il nucleo è quasi assente.

Se l’RNA viene sintetizzato nel nucleolo, anche le sequenze di DNA che codificano per questo RNA devono

trovarsi all’interno della struttura nucleare. Nella porzione fibrillare del nucleolo sono presenti DNA e rRNA

fibrillari, mentre nella porzioene granulare sono presenti subunità ribosomali quasi totalmente prodotte, a

cui mancano le proteine che vengono date dal citoplasma e dai ribosomi liberi nel citosol: le due subunità

si uniranno nel citoplasma in presenza di mRNA.

L’organizzazione nucleare fa si che tutte le sequenze trascritte diano origine a tutti gli rRNA: solo 10

cromosomi (5x2) dei 46 compattati nel nucleo trascrivono tutti gli rRNA, sono i cromosomi 13, 14, 15, 21,

22. Il Citoscheletro

La cellula eucariotica al suo interno presenta una componente fluida (citosol) e una componente di

organelli, e si pensava che questi fossero sommersi nel citosol: invece, dopo vari progressi della

microscopia elettronica si è scoperto che nel citosol è presente un reticolo microtrabecolare, il

citoschele