Il nucleo S. Beninati

Il nucleo cellulare Il nucleo cellulare è un organulo dotato di doppia membrana  contenente la maggior parte del patrimonio genetico. La presenza o meno del nucleo è alla base della classica distinzione degli organismi in procarioti con cellule prive di nucleo ed evoluzionisticamente più antichi, ed eucarioti, con cellule nella quasi totalità provviste di nucleo. nucleolo nucleo

procarioti In tutte le cellule procariote e' stato osservato che la maggior parte del DNA cellulare si trova sotto forma di una singola molecola circolare. In tal caso si dice che la cellula possiede un solo cromosoma, sebbene la sistemazione del DNA all'interno di questo unico cromosoma differisca molto da quella dei cromosomi delle cellule eucariote.

procarioti Le cellule dei procarioti mancano di una membrana che circonda il nucleo e la maggior parte del DNA si trova nella parte centrale della cellula. I procarioti non hanno nucleo, ma una zona detta nucleoide ove è confinato il DNA circolare.

eucarioti Il DNA nucleare di tutte le cellule eucariote e' invece suddiviso tra due o piu' cromosomi i quali, tranne che al momento della divisione cellulare, sono contenuti in un nucleo circondato da una doppia membrana.

Nel nucleo possono essere distinti: una doppia membrana, che lo separa dal citoplasma della cellula e che è attraversata da pori, ossia delle aree in cui le due membrane vengono a contatto e si crea un complesso macromolecolare di proteine che funge da sistema di controllo per l'entrata e l'uscita di materiale dal nucleo. Un materiale filamentoso, la cromatina, costituita da proteine ed acidi nucleici. I nucleoli, immersi nella sostanza nucleare. cromatina nucleolo Doppia membrana Nucleo cellulare

Il nucleo Il nucleo delle cellule degli eucarioti e' delimitato da due membrane costituite da fosfolipidi. La membrana nucleare interna definisce e delimita l'area nucleare. La membrana esterna, in molte cellule si continua con il RER (reticolo endoplasmatico rugoso). Lo spazio compreso tra la membrana interna ed esterna (spazio perinucleare) e' in continuita' con il lume del RER e le due membrane appaiono fuse a livello dei pori nucleari.

Pori nucleari I pori nucleari hanno forma ad anello, e sono costituiti da proteine di membrana. Funzionano come canali, regolando il movimento di materiali tra il nucleo ed il citoplasma.

Il poro nucleare è un complesso proteico dalla forma assimilabile ad un cilindro che attraversa entrambe le membrane che costituiscono l'involucro nucleare, a livello del quale le membrane si fondono tra loro

I pori nucleari sono composti da 8 proteine canale disposte ad ottamero e da centinaia di altre proteine che formano le diverse subunità. Queste proteine prendono il nome di nucleoporine. Sono presenti subunità ad anello, subunità a colonna, subunità laminare, subunità anulare, fibrille e canestro nucleare. Si suppone che il poro possa dilatarsi fino a circa 26 nm per consentire il passaggio delle molecole.

Materiale genetico Nel nucleo sono contenuti i cromosomi (visibili solo nella prima fase di divisione mitotica o meiotica, la profase) costituiti da molecole di DNA (acido desossiribonucleico),portatori dell'informazione genetica.  Il nucleo cellulare ha una funzione essenziale nella trasmissione dei caratteri ereditari e nel controllo del metabolismo cellulare. Il DNA che si trova nel nucleo in una cellula quiescente (assenza di divisione) è sotto forma di cromatina. Questo è ben organizzato in un superavvolgimento dato dall'associazione del DNA stesso con 5 proteine istoniche: H2A; H2B; H3; H4; H1.

Eucromatina ed eterocromatina La cromatina, si suddivide in eucromatina (DNA disperso attivo) ed eterocromatina (DNA compattato inattivo).

cromosomi Il numero e le dimensioni dei singoli cromosomi variano molto tra i differenti eucarioti. I lieviti, ad esempio hanno 12-18 cromosomi. Le cellule umane contengono due serie di 23 cromosomi omologhi. Ogni cromosoma dovrebbe contenere una molecola lineare di DNA a doppia elica.

Cariosoma umano

Struttura del cromosoma Una struttura importante per la segregazione dei cromosomi durante la mitosi è il centromero (o costrizione primaria), una regione di DNA altamente ripetuto associato ad una impalcatura proteica. Esso non occupa la stessa posizione in tutti i cromosomi e divide ogni cromatidio (1) in due parti, i bracci (lungo=4, corto=3), la cui lunghezza dipende dalla posizione del centromero (2) stesso.

centromero Al microscopio ottico, i cromosomi sono distinguibili tra loro per le dimensioni e per la "forma", ossia per la posizione del centromero. metacentrici: il centromero è in posizione centrale e i due bracci hanno la stessa lunghezza. submetacentrico: il centromero è in posizione subterminale. acrocentrico: il centromero è localizzato vicino ad una estremità. telocentrico: il centromero è terminale.

Durante la divisione cellulare le sequenze centromeriche si associano a proteine specifiche che formano un complesso multiproteico chiamato cinetocoro capace di legare i microtubuli del fuso responsabili della segregazione. 

Il cinetocoro Il cinetocoro è una struttura proteica componente del centromero. Di solito per ogni centromero vi sono 2 cinetocori, un cinetocoro per ogni cromatidio.

Il ruolo dei cinetocori è quello di agganciarsi ai microtubuli del fuso mitotico durante la divisione cellulare. In questo modo i cromosomi vengono allineati correttamente all'equatore del fuso, e successivamente grazie alla trazione dei microtubuli, che si accorciano depolimerizzandosi nella zone vicino al centriolo, i cromatidi fratelli vengono separati e trascinati ai due poli opposti della cellula.

Divisione celllulare e segregazione dei cromosomi

Istoni Nelle cellule eucariote, quasi tutto il DNA si trova associato con un gruppo di cinque proteine dette Istoni (H1, H2A, H2B, H3, H4).

nucleosoma L'interazione tra gli istoni ed il DNA e' molto ben regolata, infatti ogni sequenza di 150-180 paio di basi di DNA e' legata ad una molecola di istone H1 e a due molecole di istoni H2A, H2B,H3 e H4 a formare il nucleosoma. Ogni nucleosoma è costituito da otto molecole di istoni (due per ciascun istone H2A, H2B, H3 e H4. associate con 146 coppie di nucleotidi e con un frammento di DNA linker di circa 50 coppie di nucleotidi

2 X H2A, H2B,H3, H4

nucleosoma Ogni nucleosoma è costituito da otto molecole di istoni (due per ciascun istone H2A, H2B, H3 e H4, associate con 146 coppie di nucleotidi e con un frammento di DNA linker di circa 50 coppie di nucleotidi

Condensazione della cromatina a formare il cromosoma DNA linker

Il Nucleolo Il nucleolo è una regione del nucleo cellulare responsabile della sintesi dell'RNA ribosomiale (rRNA).

Questa regione non è un organulo interno al nucleo, bensì una regione particolarmente densa di materiale genetico e proteico,  Il nucleo contiene una porzione particolare del DNA che comprende i geni codificanti gli RNA ribosomali. Il nucleo costituisce quindi la zona di sintesi e di assemblaggio dei ribosomi, che passano nel citoplasma per partecipare alla sintesi proteica. Sono presenti filamenti di rRNA nascenti e proteine. 

Si pensa il nucleolo intervenga anche in altre importanti attività cellulari, ad esempio, sembra avere un ruolo centrale nel trasferimento dell'RNA messaggero dal nucleo al citoplasma. Il nucleolo è tenuto insieme da una struttura proteica chiamata matrice nucleolare che costituisce una delle tre componenti del nucleoscheletro. La matrice nucleare è una fitta rete proteica costituita  da lamine, la cosiddetta lamina nucleare. Nelle cellule eucariotiche sono stati identificati quattro tipi di lamine: A, B1, B2 e C, sono tutte filamenti intermedi, quindi componenti del citoscheletro statico.  

Il nucleoscheletro l nucleoscheletro può essere distino in tre parti: -lamina fibrosa periferica -rete fibrillare - Matrice nucleolare La lamina fibrosa periferica è formata da proteine fibrillari che formano un feltro continuo che riveste il versante interno della membrana nucleare interna. Le proteine che la compongono sono definite lamine. È stata precisata la struttura biochimica, la sequenza primaria è la conformazione delle quattro principali lamine che sono state definite “A, B1, B2 e C”.

La lamina nucleare separa la cromatina (DNA non spiralizzato) dalla membrana nucleare interna, ed ha un spessore che varia dai 10 ai 20 nm. La struttura a maglia, con cui è disposta, si interrompe in corrispondenza dei pori nucleari ed ha una forma simile in cellule dello stesso tessuto

Queste due strutture sono ancora oggetto di studio. RETE FIBRILLARE ENDONUCLEARE rete irregolare di natura proteica MATRICE SPONGIOSA DEL NUCLEOLO sempre di struttura di proteica Queste due strutture sono ancora oggetto di studio.

Lamina fibrosa Alle lamine è affidato il compito di mantenere l’involucro nucleare o di scomporlo quando necessario: si è visto infatti che quando si avvia la divisione cellulare le lamine vengono fosforilate e questo comporta, per meccanismi non ancora del tutto chiari, la scomposizione dell’involucro nucleare in cisterne isolate; mentre alcune lamine, quando avviene questo processo si staccano dall’involucro e si allontanano, le lamine “B” vi rimangono sempre attaccate e sembrano essere importante anche nel condizionare il successivo riassemblaggio dell’involucro nucleare al termine della divisione cellulare. Durante l’intercinesi le lamine formano un’impalcatura di sostegno che può essere responsabile anche delle variazioni di forma del nucleo.

Scomparsa dell’involucro nucleare in seguito a vescicolazione indotta dalla fosforilazione delle lamine nucleari