IL NUCLEO
Mentre nei
Procarioti il
materiale genetico è
libero nel
citoplasma, negli
Eucarioti esso è
segregato
all’interno di un
territorio
circoscritto da un
involucro
membranoso.
-L'organello più evidente, all'interno di una cellula;
-Ha una forma rotondeggiante;
-E’ avvolto da un involucro.
-È composto da DNA e da proteine (istoni), che insieme formano la cromatina.
-E’ sede di importanti processi biologici quali la Duplicazione e la Traduzione
-Il diametro medio del nucleo è di 5mm.
TRASCRIZIONE
Il nucleo ha generalmente
una forma sferoidale nelle
cellule isodiametriche
(sferiche o cubiche) oppure
ellittica nelle cellule
allungate.
Le sue dimensioni sono
generalmente proporzionali a
quelle del citoplasma:la
relazione che esiste tra i volumi
dei due territori si chiama
indice nucleo-plasmatico (NP).
A loro volta le dimensioni del nucleo sono in rapporto con la quantità del
materiale genetico in esso contenuto. Cellule poliploidi hanno quindi nuclei di
dimensioni maggiori rispetto a quelle diploidi.
Esso è racchiuso da due
membrane concentriche che:
l’ INVOLUCRO NUCLEARE.
Involucro
nucleare
L'involucro nucleare e’ dato dal
ripiegamento del reticolo
endoplasmatico attorno al nucleo.
È costituito da due membrane, ognuna
delle quali è un doppio strato
fosfolipidico.
La superficie della membrana esterna rivolta
verso il citosol è cosparsa di ribosomi, (talora
in intensa attività di sintesi). Lo spazio
intermembrana (perinucleare) è in continuità
col lume del reticolo endoplasmatico ruvido; in
definitiva l’involucro nucleare potrebbe essere
inteso come se fosse costituito dal RE.
Quella esterna è associata a ribosomi,
quella interna no.
La membrana interna è in connessione
con una lamina di materiale denso
(lamina nucleare) formata da un reticolo
fibroso di natura proteica dello spessore
di circa 25 nm, che la separa dal materiale
contenuto nel nucleo.
La lamina nucleare deriva
probabilmente da filamenti intermedi
del citoscheletro. Si suppone che tale
lamina rivesta un ruolo nel “legare”
la cromatina all’involucro.
Questa è costituita da una rete di
proteine fibrose, le lamìne, che
tappezzano la superficie interna
della membrana nucleare interna
collaborando a dare forma al nucleo
e a organizzare i cromosomi con i
quali è a contatto.
LA LAMINA NUCLEARE E' TUTTA INTORNO ALLA
MEMBRANA NUCLEARE INTERNA COME
DIMOSTRA LA LOCALIZZAZIONE CON UN
ANTICORPO SPECIFICO
I pori nucleari
L’involucro nucleare è costellato di strutture chiamate Pori Nucleari, che
occupano circa il 10% della superficie cellulare; mettono in comunicazione il
comparto nucleare con quello citoplasmatico.
Il complesso del poro nucleare sembra essere organizzato e mantenuto in sito
dalla lamina nucleare.
I Pori Nucleari, servono al passaggio di grandi
molecole come l’ RNA messaggero dal nucleo al
citoplasma, è comunque una struttura
dinamica, specializzata nel trasporto selettivo
di molecole attraverso l’involucro nucleare.
Il diametro dei pori varia da 20 a 100nm. Ogni poro
è formato da circa 100 proteine
diverse(nucleoporine).
Strutturalmente il complesso è formato da due anelli,
uno sulla membrana nucleare interna (anello
nucleare) ed uno su quella esterna (anello
citoplasmatico).
Gli 8 granuli dell’anello e il granulo al centro sono
formati da RNA filamentoso.
Le molecole più piccole
(fino a 5.000 Da)
passano per
diffusione, molecole
più grandi fino a
60.000 Da passano
con velocità
inversamente
proporzionale alla
loro massa.
Dentro il nucleo
troviamo la
cromatina: un
complesso di
DNA e proteine.
Quando il
nucleo sta per
dividersi la
cromatina si
condensa in
grandi
strutture
visibili al
microscopio
ottico, i
Cromosomi
La condensazione del
filamento di DNA avviene
grazie alla presenza di
particolari proteine, gli
ISTONI, che formano
complessi globulari
attorno ai quali si
avvolge la doppia elica a
costituire il
NUCLEOSOMA
Grazie a fenomeni di
superavvolgimento del
nucleosoma il filamento
di DNA è ulteriormente
raccorciato e aumenta di
spessore, fino a
raggiungere le
dimensioni massime del
CROMOSOMA
DNA
ORGANIZZAZIONI TRA DNA E ISTONI A FORMARE I
CROMOSOMI
Gli istoni sono le
FISH
proteine più abbondanti
associate ai cromosomi,
Le sequenze cromosomiche
possono essere studiate
sono proteine basiche
meglio con l'applicazione di
relativamente piccole;
varie tecniche di cui molto
cioè hanno una carica
importante risulta essere la
netta positiva, il che
FISH.
facilita il loro legame al
DNA.
Questo metodo permette di
colorare in modo fluorescente
i singoli cromosomi
eucariotici in corrispondenza
di punti di localizzazione di
Schematic representation of FISH technique. A DNA probe is tagged with a
fluorescent marker. The probe and target DNA are denatured, and the probe is
allowed to hybridize with the target. The fluorescent tag is then detected with a
fluorescent microscope.
geni o di sequenze di DNA
specifiche
Gli istoni
Il loro ruolo fondamentale è quello di compattare il DNA.
Tra un nucleosoma e l'altro, è presente il
DNA detto linker, che può variare in
lunghezza tra poche basi fino a circa 150.
H1 prende contatto proprio con il DNA linker, tuttavia il suo ruolo preciso non
è ancora del tutto chiarito. I vari nucleosomi uniti dal DNA linker assomigliano
quindi ad una collana di perline, e formano la cosiddetta fibra da 10nm.
Gli istoni ed i nucleosomi da loro formati, non vanno
tuttavia pensati come entità completamente passive
con funzioni puramente strutturali.
Gli istoni infatti sono soggetti ad un gran numero di
modificazioni post-traduzionali, tanto è vero che è
ormai evidente l'esistenza di un vero e proprio
"codice istonico".
Le modificazioni post-traduzionali che
interessano gli istoni possono
essere acetilazioni (su residui di
lisina), metilazioni (su arginine e
lisine), fosforilazioni (su serine e
treonine), ubiquitinazioni, ecc…
Questo "codice istonico" stabilisce, ad
esempio, quali siano le regioni di
DNA accessibili dall'apparato
trascrizionale, ed è quindi di
fondamentale importanza nei
meccanismi di regolazione
dell'espressione genica.
La Cromatina può presentarsi in due forme :
l'ETEROCROMATINA, formata da sequenze
ripetute per la maggior parte non tradotte, e
l'EUCROMATINA, costituita da sequenze ricche
di geni.
L'Eucromatina è la cromatina che si colora
debolmente ed è spiralizzata durante l'interfase,
ma si condensa durante la mitosi.
La maggior parte del genoma è costituito da
Eucromatina.
Funzionalmente l'eucromatina è geneticamente
attiva, vale a dire contiene geni che vengono
espressi
http://www.euchromatin.net/
L'Eterocromatina
E’ la cromatina che si colora intensamente, questo
avviene perchè la regione di cromatina implicata è
più condensata dell'Eucromatina. A differenza
dell'eucromatina, l'eterocromatina è geneticamente
inattiva, o perchè non contiene geni o perchè i geni in essa
contenuti non possono essere espressi.
Possono essere due classi di eterocromatina:
L'ETEROCROMATINA COSTITUTIVA è
geneticamente inattiva (un esempio è
rappresentato dell'eterocromatina dei
centromeri e dei telomeri).
L'ETEROCROMATINA FACOLTATIVA è la
cromatina che ha la potenzialità di condensarsi
allo stato eucromatico.
L'eterocromatina è localizzata in uno strato subito al di
sotto della membrana nucleare
e attorno al nucleolo
I CROMOSOMI
I cromosomi sono strutture presenti nel nucleo delle
cellule eucariotiche,ma che si rendono evidenti soltanto
durante la divisione cellulare.
Sono costituiti da due filamenti tra loro paralleli e
avvolti a spirale detti CROMATIDI, sui quali
compaiono granuli di cromatina che è una sostanza di
natura proteica contenuta nel nucleo di tutte la cellule.
Ogni cromosoma eucariotico è costituito da una
molecola di DNA a doppia elica lineare
ininterrotta che si estende in tutta la sua
lunghezza. Inoltre in esso la quantità in peso di
proteine è circa il doppio di quella del DNA.
Il cromosoma consiste, quindi
di un complesso di DNA e
proteine cromosomiche
(istoni) , questo complesso si
Ogni cromosoma è infatti
organizzato in anse funzionali
attorno ad un asse proteico.
Ogni ansa a seconda dello stato
di attività dei geni che contiene,
sarà più o meno strettamente
impacchettata.
definisce cromatina.
In ogni cromosoma possiamo distinguere 2 bracci
(p e q) tenuti assieme da un perno centrale
proteico definito Centromero
La posizione del centromero e' fissa in ogni
cromosoma e permette di classificarlo
orientando il braccio p verso l'alto.
Le estremità dei cromosomi sono denominate
Telomeri.
Cromosoma
metacentrico
Cromosoma submetacentrico
Comosoma acrocentrico
A seconda della posizione del centromero si possono distinguere cromosomi:
- metacentrici in cui il centromero e' in posizione centrale il braccio p e
il braccio q hanno dimensioni quasi uguali
- submetacentrici in cui il centromero e' in posizione intermedia il braccio
p e' piu' corto rispetto al braccio q
- acrocentrici in cui il centromero e' in posizione terminale il braccio
corto praticamente e' inesistente
Nei cromosomi acrocentrici sono presenti alcuni corpuscoli rotondeggianti
detti satelliti.
I satelliti contribuiscono alla formazione del nucleolo.
CARIOTIPO
Il cariotipo o mappa cromosomica praticamente
consiste nella fotografia dei cromosomi di un
individuo.
Nel cariotipo i cromosomi vengono ordinati
in base a caratteristiche definite:
CARIOTIPO
-dimensioni in ordine decrescente di
grandezza(il cromosoma 1 e' il piu lungo).
-Lunghezza relativa delle braccia
-Posizione del centromero
-Colorazione e bandeggio che consente
l'esatta identificazione di ogni coppia di
cromosomi.
Le tecniche di colorazione permettono di ottenere il
bandeggio,definendo le bande cromosomiche caratteristiche per
ogni coppia e utilizzabili per il
loro riconoscimento. Le bande presenti su ogni cromosoma sono
indicate con un numero crescente dal centromero verso il telomero.
Ad ogni replicazione del DNA un
pezzettino dei Telomeri viene perso e la
loro lunghezza originaria è ripristinata da
un enzima denominato Telomerasi che si
occupa di aggiungere nucleotidi alla fine
della molecola di DNA.
Questo processo sembra
fondamentale in maniera opposta
sia per l'invecchiamento cellulare
sia per l'insorgenza dei tumori.
Ogni cromosoma contiene una lunga molecola di DNA (assieme a specifiche
proteine) la quale contiene le informazioni che sono necessarie al funzionamento
della cellula (e che verranno trasmesse alle cellule figlie)
In ogni specie i cromosomi si
presentano con un numero e una
struttura caratteristici.
Tutte le cellule di un dato organismo
hanno lo stesso numero di cromosomi
(ad eccezione dei gameti che ne
hanno esattamente la metà)
Il nucleolo-struttura
e funzione
L’involucro nucleare racchiude
un’altra struttura, non dotata di
membrana, ad elevato grado di
organizzazione: il nucleolo
Il nucleolo è la sede di produzione
degli rRNA e dell’assemblaggio dei
ribosomi, che si muovono dal nucleo
verso il reticolo endoplasmatico rugoso,
sito di sintesi delle proteine. Il trasporto
può avvenire per diffusione o per
trasporto attivo.
Il nucleolo si presenta con le seguenti
strutture:
-cromatina perinucleolare, che si dispone
a fascia, circondando più o meno
completamente il corpo del nucleolo.
Questa cromatina perinucleolare
presenta proprietà fisiche singolari che
permettono di isolare i nucleoli intatti
ricorrendo all’ultracentrifugazione.
Il calcio indurisce questa zona di
cromatina e, in assenza di calcio, il
nucleolo si gonfia e perde le sue
caratteristiche morfologiche.
- corpo nucleolare, in genere sferico, che
corrisponde alla porzione di nucleolo
circondata da cromatina perinucleolare.
Un nucleolo funzionante è necessario per il
trasferimento dell’ RNA dal nucleo al
citoplasma. L’inattivazione del nucleolo con un
microfascio di luce UV inibisce il passaggio di
RNA in seno al citoplasma.
Il nucleolo è necessario per un corretto svolgersi della mitosi, (durante la quale scompare), è
presente nel nucleo durante le fasi G1, S e G2. In effetti, importanti alterazioni dei nucleoli
provocano il blocco delle cellule in fase G2, che precede la mitosi o fase M.
Il trattamento del nucleolo con un microfascio di luce UV inibisce la divisione cellulare. Se
durante l’interfase e subito prima della scomparsa del nucleolo la sintesi proteica è bloccata
con acticromo o con cicloesimide, la mitosi ha luogo, ma i nuclei non possono riformarsi.
Il numero dei nucleoli eguaglia di solito il grado
di plodia: 1 nucleolo nelle aploidi, 2
nucleoli nelle cellule diploidi, 4 nelle
tetraploidi e così via.
Spesso però i due nucleoli di una cellula
diploide possono fondersi in un’unica
struttura, oppure possono esservi
numerosi nucleoli per cellula, come
accade per le cellule germinali
Al microscopio ottico il nucleolo si
presenta come un granulo molto
rifrangente, rotondeggiate oppure
ovale, situato in posizione
eccentrica, in rapporto con
masserelle di eterocromatina
(eterocromatina nucleolo-associata)
che lo circondano più o meno
completamente in forma d’anello.
Il
La cromatina di un determinato cromosoma, in un’area per lo
più compresa fra due tratti di eterocromatina detta nucleoloassociata, presenta una sequenza di alcune centinaia di geni a
forma di spazzolino che costituiscono la porzione fibrillare o
interna del nucleolo (F).
La porzione granulare del nucleolo (G) è formata dai
complessi di rRNA e proteine, precursori delle unità
ribosomiali maggiori e originati dalla porzione fibrillare.