Riassunto completo e approfondito delle componenti del nucleo

STRUTTURA DEL COMPLESSO DEL PORO

Il CPN è un enorme complesso sopramolecolare con simmetria OTTAGONALE. Attraversa interamente l'involucro nucleare e sporge sia verso il citoplasma sia verso il nucleoplasma. È costituito da molteplici copie di circa 30 proteine diverse, chiamate NUCLEOPORINE.

Nel suo insieme, il complesso del poro è costituito da diverse parti:

• ANELLO CENTRALE: che costituisce l'impalcatura di ancoraggio all'involucro nucleare tramite delle proteine trans-membrana. È essenzialmente una struttura cilindrica di forma ottagonale che presenta un canale al centro che regola il traffico.
• ANELLO NUCLEARE più stretto seguito da un canestro nucleare. Struttura più complessa: Dall'anello nucleare parte una struttura di 8 lamenti (il canestro nucleare) che si unisce ad un anello terminale da cui partono 8 lamenti che si estendono, poi, nel nucleo.
• ANELLO CITOPLASMATICO più largo da cui dipartono lunghi lamenti che sporgono verso.

COME AVVIENE IL TRASPORTO DI MOLECOLE ATTRAVERSO I COMPLESSI DEI PORINUCLEARI?

Due tipi di trasporto, attivo e passivo:

1. Le molecole possono diffondere liberamente attraverso il poro solo piccole molecole idrofile.
2. Molecole grandi (come RNA) vengono trasportate attivamente (con dispendio di energia) legate a specifici recettori.

I meccanismi di entrata ed uscita dal nucleo si servono di apparati distinti.

A) Le molecole da trasportare ALL'INTERNO vengono legate da proteine chiamate IMPORTINE.

B) Le molecole da trasportare dal nucleo al citoplasma vengono riconosciute e trasportate dalle cosiddette ESPORTINE.

ESEMPIO: SINTESI DELLE PROTEINE

Nelle nostre cellule il processo di sintesi delle proteine avviene in due zone ben distinte.

La prima parte della sintesi, cioè la traduzione dell'mRNA in proteine, viene realizzata NEL NUCLEO.

La seconda parte, cioè la traduzione dell'mRNA in proteine, viene realizzata FUORI DAL NUCLEO.

NUCLEO, nel citoplasma, da orfanelli specializzati chiamati ribosomi. Questa separazione richiede un continuo tra co di molecole: l'mRNA appena sintetizzato deve essere trasportato fuori dal nucleo e le proteine nucleari come istoni o RNA-polimerasi devono invece essere portate all'interno del nucleo. Nella membrana nucleare ci sono per questo i pori che collegano il nucleo con il citoplasma e viceversa e proteine chiamate importine ed esportine per trasportare le molecole avanti e indietro attraverso i pori. Dal nucleo escono diversi tipi di RNA, subunità dei ribosomi.

CHE COSA ESCE DAL NUCLEO? Diversi tipi di RNA e subunità dei ribosomi.

CHE COSA PUO' ENTRARE NEL NUCLEO? Proteine che andranno ad assemblare le subunità dei ribosomi, nucleotidi, proteine con segnali di localizzazione nucleare (proteine ribosomiali per la trascrizione e replicazione del DNA, istoni, proteine che compattano il DNA in cromatina.

NUCLEOSCHELETRO:

Formato da:

- LAMINA NUCLEARE: densa

agli elettroni, ha uno spessore di circa 25 nanometri e riveste all'interno la membrana interna. Struttura bro-reticolare di laminenti intermedi formati dalla polimerizzazione di proteine brose: LAMINE. La lamina si interrompe a livello dei pori ed è in contatto con la cromatina. Diverse proteine, inoltre, legano la cromatina all'involucro e alla lamina nucleare.

- RETE FIBRILLARE: reticolo più lasso della lamina (matrice bro-granulare).

FUNZIONI NUCLEOSCHELETRO:

• Contribuisce a dare forma al nucleo e mantenere la sua struttura
• Offre sostegno strutturale per organizzare la cromatina che si trova all'interno del nucleo
• Le lamìne sono anche in grado di legare specifiche sequenze di DNA e alcune proteine istoniche contribuendo alla corretta localizzazione del DNA all'interno del nucleo.

La lamina nucleare non è sempre presente nella cellula. Quando la cellula si deve dividere, la lamina nucleare si deve frammentare e questo avviene grazie alla FOSFORILAZIONE.

Il testo fornito parla delle proteine chiamate LAMINE. Alla fine del processo, le lamine si riaggregheranno per formare la lamina nucleare.

La maggior parte del DNA della cellula è contenuta nel nucleo. Grosse quantità di DNA sono necessarie per codificare tutta l'informazione necessaria allo sviluppo di un organismo pluricellulare.

Il nucleo ha un diametro massimo di diversi ordini di grandezza inferiore alla lunghezza del genoma ospitato. Per questo, nel nucleo il DNA non è in forma distesa, ma assume una forma ordinata di una matassa lamentosa e compatta che prende il nome di CROMATINA.

La compattazione del genoma avviene mediante l'interazione del DNA con proteine nucleari. La compattazione del genoma è NECESSARIA per conservare il genoma in uno spazio limitato, ma l'eccessiva compattazione può causare dei problemi. La compattazione deve essere adeguata in quanto deve anche garantire lo svolgimento delle reazioni BIO-SINTETICHE.

Sia al

MO che al TEM, la cromatina del nucleo interfasico (ossia che non si sta dividendo) appare come struttura NON uniforme con aree più o meno colorate:

- ETEROCROMATINA: aspetto granulare e organizzato in zolle irregolari. Si tratta di una cromatina compatta e condensata. Di conseguenza riconoscibile per l’intensa colorazione. Gran parte di questa è localizzata alla periferia del nucleo.

- EUCROMATINA: a differenza della precedente è più dispersa, meno compattata e più lassa. Caratterizzata da scarsa colorabilità.

La distribuzione delle due forme di cromatina può variare in funzione del:

- Tipo cellulare

- Studio funzionale

Un tipo cellulare che nel nucleo ha più eucromatina, che cosa significa dal punto di vista funzionale?

Replicando no perché

Un nucleo che si colora POCO dal punto funzionale non si sta dividendo (nucleo interfasico): sta sintetizzando tante proteine e di conseguenza avrà tanti ribosomi.

ANALIZZANDO NEL DETTAGLIO:

Eterocromatina: bre di cromatina fortemente spiralizzate e compatte. Temporaneamente(ETEROCROMATINA FACOLTATIVA) o permanentemente (ETEROCROMATINA COSTITUTIVA)inattiva dal punto di vista trascrizionale.Nucleo particolarmente ricco di eterocromatina: linfocita e spermatozoi.

Eucromatina: attiva dal punto di vista trascrizionale. È poco colorata, dunque appare chiara alMO e al TEM e osservabile in cellule con attiva sintesi proteica. Esempio: neuroni.

CROMOSOMIfi fi ff fi fiLa cromatica è organizzata nei CROMOSOMI.CROMOSOMI diventano visibili e raggiungono la loro massima condensazione nelle cellule indivisione. Al termine della mitosi, invece, tornano a distendersi.Dunque i cromosomi sono particolarmente visibili quando la cellula si divide (cromosomi mitotici)e appaiono come strutture a bastoncino, fortemente colorati con uno stato di alta condensazione.Il numero di molecole di DNA nel nucleo e di conseguenza dei cromosomi è caratteristico di OGNISPECIE.

CELLULE SOMATICHE che le cellule del corpo ad esclusione dei gameti (cellula uovo espermatozoo) degli organismi a riproduzione sessuata contengono DUE COPIE PER OGNICROMOSOMA che costituiscono coppie dette CROMOSOMI OMOLOGHI ereditati uno dal padree uno dalla madre.

I cromosomi omologhi sono uguali per forma, dimensioni. Questo corredo cromosomico è detto DIPLOIDE, indicato con 2n.

Ogni specie possiede un corredo cromosomico caratteristico per numero, forma e dimensioni dei cromosomi metafasici, che è definito CARIOTIPO.

Per esempio, gli esseri umani possiedono 46 cromosomi: 22 coppie di cromosomi chiamati AUTOSOMI (qualsiasi cremosoma diverso dai cromosomi sessuali) e una coppia di cromosomi sessuali o ETEROCROMOSOMI (XX nella femmina ed XY nel maschio)

Nelle cellule destinate alla riproduzione: I GAMETI, che hanno subito la meiosi, è presente solo uno dei due cromosomi omologhi per ogni coppia. Il corredo cromosomico è, per questo, APLOIDE o indicato con n.

I cromosomi interfasici non tendono ad essere disposti a caso, ma a raggrupparsi in grosse unità organizzative disposte in parte nella zona centrale del nucleo e in parte più verso la sua periferia, chiamate TERRITORI CROMOSOMICI PROTEINE NUCLEARI.

Il DNA è associato a delle proteine che possono essere ISTONICHE e NON ISTONICHE.

Due classi principali di proteine si legano al DNA a formare i cromosomi:

1. ISTONI o PROTEINE ISTONICHE: sono proteine BASICHE, organizzate in cinque classi: H1, H2A, H2B, H3 e H4. Questi istoni sono responsabili del primo livello di organizzazione e compattazione della cromatina: NUCLEOSOMA, unità base della struttura dei cromosomi. Hanno più funzioni:
   • STRUTTURALI: sono deputate nel compattamento del DNA nella cromatina
   • REGOLATIVE: regolano e controllano l'accessibilità del DNA qualora si debba trasferire
2. PROTAMINE simili agli istoni, si caratterizzano per essere più basiche e generalmente rimpiazzano gli istoni

alla fine della fase aploide della spermiogenesi perché la cromatina deve essere molto compatta. Quando lo spermatozoo è maturo la sua funzione è una sola: non quella di trascrivere e sintetizzare le proteine (perché già fatto nel corso della sua maturazione) e per questo non serve cromatina distesa, ma compatta; la funzione dello spermatozoo è quella di muoversi, percorrere le vie genitali maschili e femminili per raggiungere la cellula uovo. Le protamine hanno anche la funzione, per questo, di proteggere il DNA in questo suo viaggio all'interno delle vie genitali. Ci sono proteine non istoniche, non basiche, gruppo di molecole molto eterogenee. Molte proteine non istoniche sono enzimi. Delle proteine non istoniche fanno parte anche proteine strutturali, regolatrici e quelle che costituiscono l'impalcatura strutturale dei cromosomi ed i fattori di trascrizione che regolano la trascrizione genica.

LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DELLA CONDENSAZIONE

DELLA CROMATINA

Gli istoni sono responsabili del primo livello di organizzazione della cromatina, IL NUCLEOSOMA, l'unità strutturale di base in cui due molecole di ciascun istone H2A, H2B, H3 e H4 si assemblano per formare un complesso a forma di disco detto OTTAMERO istonico.

Il compatimento del DNA con gli istoni produce una bra dicromatina di circa 10 nm di diametro che, osservata al TEM, appare come una specie di "collana di perline", dove ciascuna "perla" è rappresentata da una particella nucleosomica e il DNA che collega le "perle" è il DNA di connessione.

Il compatimento del DN