Tutti gli esseri viventi sono costituiti da unità strutturali dette cellule. Le più semplici forme di vita sono,di solito, costituita da una sola cellula (orgaismi unicellulari), mentre quelle più complesse sono formate da un numero variabili di cellule (organismi pluricellulai). A seconda della loro struttura, le cellule si distinguono in eucariotiche e procariotiche.

CELLULE EUCARIOTICE

Hanno una struttura ben definita,i confini cellulari sono rappresentati da una struttura lineare continua, detta membrana cellulare o plasmalemma.

La membrana appare ricoperta da un rivestimento esterno di spessonre costante,intensamente colorabile detto Glicocalice. In posizione centrale  o lievemente eccentrico si osserva un coepo sferico, limitato da un involucro, contenete un materiale inensamente colorabile. Tale struttura è il nucleo,al cui interno si possono distinguere ammassi di materiale detto cromatina, e un corpicciolo rotondeggiante il Nucleolo.

Il territorio compreso tra lamembrana esterna e l’involucro nucleare è detto citoplasma, i esso si osservano numerose strutture (organuli cellulari) che sono immerse in un materiale amorfo (ialoplasma).

Elenchiamo le caratteristiche strutturali  di una cellula eucariotica.

APPARATO DI GOLGI

Appare come un intreccio di materiale filamentoso, si trova in posizine paranucleare è cosituito da 3 tpi di componenti:cisterne appiattite, microvescicole o vescicole trasfer, macrovescicole o vacuoli secernenti.

L’ apparato Golgi presenta una sua intrinseca polarità che gli viene confeita non soltando dalla forma dellle singole cisterne, ma anche da specifiche attività enzimatiche ad essa correlate. Nelle cisterne e nell’intero apparato si può distinguere una faccia prossimale e una distale. La prima viene comunemente chiamata faccia cis, la seconda faccia trans. La faccia prossimale o cis è orientata verso porzioni del reticolo endoplasmatico, S i ritiene che questa faccia rappresenti la camera d’ingresso che accoglie le vescicole di trasporto smistate dalle regioni sintetizzatrici delle cellule dell’apparato di Golgi. L a f accia distale o trans è generalmente orientata verso la periferia cellulare;essa presenta nella sua porzione esterna numerose vescicole di gemmazione che si distaccano portando all’interno un materiale  più o meno denso agli elettroni.

Nell’area di Golgi  come detto prima si riscontrano altre due componenti  le vescicole transfer e i vacuoli di secrezione, per quanto riguarda le prime  sono localizzate in prossimità della faccia immautura. Si  presentano sotto forma fi vescicole indipendenti staccatesi dal reticolo endoplasmatico rucoso.

I vacuoli di screzione  rappresentano i vacuoli di condensazione che si staccano dalle estremità dilatate delle cisterne. I vacuoli di secrezione si portano verso la periferia della cellula e, giunti in prossmità della membrana plasmatica,si fondono con essa liberando all’esterno della cellula il loro contenuto.

RETICOLO  ENDOPLASMATICO

Nell’ambito del reticolo endoplasmatico sono chiaramente distinguibili due regioni intercmunicanti, che differiscono sia perla oro organizazione, sia per le funzioni che svolgono: il reticolo endoplasmatico liscio e il reticolo endoplasmatico rugoso.

RETICOLO ENDOPLAMATICO RUGOSO

E’ ormato da una rete di tubui, vescicole e cisterne che si ramificano nel citoplasma.Gran parte della superficie del reticolo endoplasmatico rugoso è ricoperto da ribosomi che coferiscono allo stesso un aspetto rugoso e granulare. Le proteine sono sintetizzate dai ribosomi della superfice esterna dlreticolo endoplasmatico rugoso e sono quindi trasportate allinterno del lume del reticolo.  Le proteine sintetizzate del REr sono destinate o alla  secrezione  o allicorporazione in lisosomi

RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO

E ‘formato da una rete irregolare di mebrane in forma di tubuli e vescicole prive di ribosomi , in contrasto con le cisterne appiattite ricoperte dia ribosomi  che caratterizzano il reticolo enoplasmatico rugoso.

Esso forma parte  del sistema intracellulare  di membrane  ed è in continuità con il reticolo enoplasmatico granular e con l’apparato di Golgi. L e princpali funzioni  del  REl sono la sintesi  e il traporto dei lipidi.Nelle cellule epatiche  svolge ubn ruolo importante nella detossificazione di prodotti nocivi del metabolismo, faemaci. Nelle cellule altamente contrattili il REl è implicato nel deposito e nel rilascio di ioni calcio responsabili dell’attivazione della contrazione

RIBOSONI (spiegazione presa da wikipedia)

I ribosomi (al singolare ribosoma) sono organelli immersi nel citoplasma – o ancorati al reticolo endoplasmatico – e sono le particelle responsabili della sintesi proteica. La loro funzione è quindi quella di sintetizzare le proteine leggendo le informazioni contenute in una catena di RNA messaggero (m-RNA).

ribosoma della cellula eucariota (fatta eccezione per quelli contenuti nei mitocondri e nei cloroplasti), invece, è più grande ed ha una massa molecolare di 4000 kDa, un diametro di 23 nm ed un coefficiente di sedimentazione di 80 S. Anch’esso è composto da due subunità, maggiore a 60 S e minore a 40 S:

• la subunità maggiore è costituita da tre molecole di rRNA, una a 28 S, una a 5,8 S e un’ultima a 5 S.
• la minore consta di una sola catena di RNA 18 S. Nel complesso le due subunità presentano inoltre più di 80 proteine.

La loro disposizione all’interno della cellula varia a seconda del tipo di cellula ed è collegata alla funzione di quest’ultima:

• se la cellula secerne le proteine prodotte, possiede solo ribosomi attaccati al reticolo endoplasmatico (che occupa gran parte del citosol) e alla membrana nucleare;
• se la cellula immagazzina queste proteine, possiede ribosomi liberi nel citoplasma.

• ribosomi liberi
• Sono così denominati i ribosomi che si trovano liberi nel citoplasma cellulare o che fanno parte dei mitocondri o dei cloroplasti. Generalmente sono deputati alla sintesi di proteine che verranno rilasciate ed utilizzate nel citoplasma o nella parte interna della membrana cellulare negli organelli precedentemente citati ed anche nei perossisomi. Più ribosomi sono in grado di unirsi tra loro, utilizzando come legame una stessa molecola di RNA messaggero attraverso la quale si muovono dal codone iniziale fino a quello finale, in direzione 3′, a formare un poliribosoma (o polisomamodifica]
• I ribosomi legati alle membrane
• Si trovano legati alle membrane costituenti il nucleo cellulare od il reticolo endoplasmatico ruvido. Si occupano di sintetizzare e rilasciare proteine all’interno delle membrane di queste strutture, dove poi saranno condotte alla loro destinazione finale che può essere sia intra- che extracellulare (nel qual caso vengono spesso espulse per esocitosi). È da segnalare che i ribosomi attaccati alle membrane sono una sezione dell’insieme dei ribosomi liberi, la quale viene poi reclutata non appena iniziano a sintetizzare proteine specifiche.

Processo di traduzione

Le due subunità del ribosoma si uniscono tra loro ed operano insieme per tradurre un RNA messaggero in una catena polipeptidica durante la sintesi proteica. Sembra che la parte più importante del ribosoma, sotto quest’aspetto, siano le molecole di RNA ribosomiale le quali da sole sono in grado, seppur lentamente, d’operare il processo di traduzione. Questo lascia ipotizzare che la componente proteica agisca in modo tale da potenziare e velocizzare l’azione dell’RNA ribosomiale.

Prima che le subunità si uniscano insieme per incominciare a tradurre la molecola di m-RNA, c’è bisogno che il complesso di pre-inizio si leghi alla subunità inferiore; a questo punto il ribosoma si può collegare alla molecola dell’RNA messaggero, ed una volta che la subunità minore riconosce la tripletta di inizio, si staccano i fattori di pre-inizio, le due subunità si collegano ed il ribosoma può incominciare a sintetizzare la proteina. La subunità superiore è composta da tre siti, in ordine: sito

P (peptidilico) ed A (amminoacilico). Si ricordi che la subunità inferiore possiede solo un sito d’attacco predisposto per l’mRNA.

Il primo transfert si va ad inserire nel sito P, a questo punto arriva un ulteriore transfert il quale si andrà a posizionare nel sito A, ora il ribosoma scorre di una tripletta, portando gli amminoacidi tradotti presente dal sito P, a legarsi nel sito A. La tripletta codificata da P a questo punto passa al sito E, dove verrà rilasciato. In sintesi:

• Il sito A è il sito che attende l’arrivo di nuove triplette da codificare;
• Il sito P tiene salda la sequenza amminica, rilasciandola solamente quando il sito A ha tradotto un’ulteriore amminoacido;

L’ipotesi del segnale

Come si è visto i ribosomi liberi e quelli legati alle membrane sintetizzano due classi di proteine tra loro differenti. Ma come può la cellula operare una simile distinzione? L’ipotesi del segnale, sviluppata nel 1971, afferma che l’informazione che permette di operare tale processo è contenuta nella sezione N-terminale della catena polipeptidica, che è la prima ad emergere dal ribosoma. Successivamente a quest’ipotesi si sono aggiunti dei dati di supporto che permisero di arrivare al seguente modello.
Il filamento di RNA messaggero da tradurre arriva al ribosoma che in quel momento è libero e contenuto nel citoplasma. Una volta iniziata la traduzione, nella parte N-terminale (anche se in alcuni polipeptidi è più interna) è contenuta una sequenza di 6-20 amminoacidi non polari. Tale sequenza viene riconosciuta da una particella di riconoscimento del segnale (SRP), una struttura formata da una molecola di RNA (RNA 7SL) e 6 catene polipetidiche, che vi si lega e blocca il suo prematuro ripiegamento e la continuazione della sintesi proteica. Ciò fa sì che il ribosoma possa arrivare alle membrane del reticolo endoplasmatico rugoso, invece di completare la traduzione della proteina che altrimenti sarebbe rilasciata nel citoplasma. La particella di riconoscimento del segnale legata agisce come un ligando che va a legarsi ad due recettori che si trovano sulla membrana citoplasmatica del reticolo endoplasmatico, uno per la SRP e l’altro per il ribosoma. Per creare il legame tra SRP ed il suo recettore è necessario che ad SRP si leghi una molecola di guanosina trifosfato (GTP). Successivamente l’SRP viene staccata dalla sequenza segnale e poi dal ribosoma, per idrolisi del GTP in guanosina difosfato (GDP) mentre la sequenza segnale va a legarsi ad una sezione d’un canale proteico transmembrana. Essendosi staccato l’SRP il ribosoma riprende la sintesi proteica ma la catena polipeptidica viene traslocata attraverso il canale e penetra nel reticolo endoplasmatico (traslocazione). Successivamente la sequenza segnale viene tagliata da un enzima proteolitico, la peptidasi del segnale, ed il resto della proteina viene sottoposta ad appositi processi di ripiegamento e di formazione di legami disolfuro.

NUCLEO

 

Il nucleo riveste grande importanza per la cellula eucaristica, in quanto  preposto alla direzione dei processi sintetici che si attuano nel citoplasma ad alla trasmissione dei caratteri ereditari da una generazione all’altra.

Le dimensioni del nucleo  sono in rapporto con la quantità di materiale genetico ( DNA) in esso contenuto

Il nucleo è circondato da un involucro formato da membrane del tutto simili alle cisterne del reticolo endoplasmatico .Infatti l’involucro nucleare è formato da due citomembrane  separate da uno spazio; le due citomembrane sono in contatto fra loro lungo la circonferenza di piccole aree circolari, dette pori nucleari, la membrana esterna è ricoperta di ribosomi sulla faccia citoplasmatica ,che è connessa con il reticolo endoplasmatico ruvido; l’interna invece è liscia, ed è separata dal materiale nucleare da una lamina di materiale denso (lamina fibrosa). L a lamina fibrosa  quindi circonda il materiale nucleare all’interni dell’involucro. A livello dei pori anche la lamina fibrosa risulta interotta.

All’interno del nucleo si individuano organelli  sferoidali ben colorabili, con una struttura interna in parte granulare e in parte fibrillare si tratta dei nucleoli.

Pori nucleari (da qui in poi preso da wikipedia)

La membrana nucleare non è continua, ma presenta dei fori, detti pori nucleari, il cui scopo è quello di permettere il passaggio delle molecole dal citosol al nucleoplasma.

I pori nucleari sono composti da 8 proteine canale disposte ad ottamero e da centinaia di altre proteine che formano le diverse subunità, per un totale di 120 MDa di massa. Abbiamo le subunità ad anello, subunità a colonna, subunità laminare, subunità anulare, fibrille e canestro nucleare.

Le molecole più piccole (fino a 5.000 Da) passano per diffusione, molecole più grandi (fino a 60.000 Da) prive di segnali di localizzazione nucleare (NLS, vedi sezione Trasporti nucleo-citoplasma) passano con velocità inversamente proporzionale alla loro massa.

Dalle osservazioni di microscopia elettronica si ritiene che il poro sia formato da due anelli:

1. anello citoplasmatico (a cui sono legati filamenti citoplasmatici), sulla membrana esterna;
2. anello nucleare sulla membrana nucleare interna;

I due ottameri sono collegati tra loro grazie a una struttura a raggiera, formata da proteine che delimitano il canale centrale che attraversa l’involucro. All’interno del canale sono state riscontrate altre proteine e trasportatori responsabili del movimento delle macromolecole attraverso la membrana nucleare.

Le molecole più piccole non passano attraverso il canale centrale, ma attraverso canali più piccoli (9-10 nm) ricavati tra i “raggi”. Mentre quelle più grandi necessitano di un segnale che permetta loro di allargare il canale.

Cromatina

Il nucleo cellulare ha una funzione essenziale nella trasmissione dei caratteri ereditari (meiosi, mitosi) e nel controllo del metabolismo cellulare. Il DNA che si trova nel nucleo non è sparso ma ben organizzato in un superavvolgimento dato dall’associazione del DNA stesso con 5 proteine istoniche: H2A; H2B; H3; H4; H1. Le prime quattro associate al DNA formano degli ottameri ricchi di DNA superavvolto detti nucleosomi. La proteina istonica H1 ha il compito specifico di mantenere collegati tra loro i diversi istoni. L’intera struttura è detta cromatina.

La cromatina, si suddivide eucromatina ed eterocromatina (a seconda che si colori o meno), a sua volta suddivisibile in eterocromatina costitutiva (centromero e telomero) e facoltativa, ovvero quelle regioni di DNA silenziato in ragione della specificità cellulare dovuta al differenziamento, oppure ad una temporanea inattività di quei particolari geni.

 Nucleolo

Si notano facilmente, nel nucleo interfasico, corpi circolari fortemente basofili (solitamente più scuri del resto del nucleo) a causa dell’abbondanza di RNA, ma affini anche a molti coloranti acidi (al contrario del resto del nucleo) a causa della presenza di proteine basiche. È Feulgen negativo perché contiene poco DNA. La grandezza del nucleolo va da 1 a 3 µm.

Il numero di nucleoli osservabili in un nucleo è compreso tra uno e sei. Tuttavia la presenza di più nucleoli rappresenta una situazione transitoria, infatti il nucleo uscente dalla mitosi (dove il nucleolo era sparito) forma piccoli nucleoli provvisori, attorno agli organizzatori nucleolari, che poi si fondono in un unico corpo.

Il nucleolo è la sede di produzione dei ribosomi, sia per quanto riguarda la produzione del rRNA (RNA ribosomiale) sia per l’assemblaggio delle proteine (basiche) presenti nelle subunità ribosomiali. Il genoma umano contiene centinai di copie del gene per rRNA raggruppati in 5 coppie di loci su altrettante coppie di cromosomi. Dunque, queste 10 porzioni di DNA vengono chiamate organizzatori nucleolari.

Nel nucleolo si distinguono tre regioni (dal centro alla periferia):

• Centro fibrillare: sede della maggior parte dell’organizzatore nucleolare
• Componente fibrillare densa: dove risiede parte dell’organizzatore e i trascritti di rRNA
• Componente granulare: sede della maturazione delle sunbunità ribosomiali (granuli da 15 nm)

I nucleoli sono sovente circondati da cromatina addensata che prende il nome di cromatina associata al nucleolo o cromatina perinucleolare. il nucleo sta dentro la cellula

Trasporti nucleo-citoplasma. Il ciclo delle importine

 

 

Macromolecole, come l’RNA e le proteine vengono attivamente trasportate attraverso la membrana nucleare

Abbiamo precedentemente accennato a come le piccole molecole passino spontaneamente attraverso il poro nucleare, ma come fanno le molecole più grandi (sopra i 60 kDa)?
È infatti noto che proteine e molte delle strutture utilizzate nel nucleo non vengono sintetizzate in loco ma vengono create nel citosol e importate all’interno. Basti pensare alla sintesi dei ribosomi, in cui le proteine ribosomali create nel citosol vengono portate all’interno del nucleo, complessate con rRNA e riesportate nuovamente. Come è possibile tutto questo se il poro è largo al massimo 9 nm? Il trucco c’è ed è stato visto al microscopio elettronico.

Le molecole più grandi, sia per entrare che per uscire dal nucleo, hanno bisogno di particolari recettori proteici, detti Recettori di Importazione Nucleare (o Importine), e Recettori di Esportazione Nucleare (o Esportine), che indicano al poro di allargarsi ulteriormente (fino a 26 nm) per permetterne il passaggio. Il meccanismo dipende inoltre dalla piccola GTPasi monomerica Ran. Come tutte le proteine G, Ran è attiva quando legata a GTP, e inattiva quando legata a GDP. GAP (GTPase Activator Protein) è l’enzima che “spegne” Ran, attivandone l’attività GTPasica; la stimola cioè ad idrolizzare il GTP a GDP+Pi. GEF (Guanilic nucleotide Exchange Factor), al contrario, stimola Ran a scambiare GDP con GTP (ATTENZIONE! GEF non è una chinasi, cioè non fosforila GDP, ma lo fa rilasciare e scambiare con un GTP). Poiché Ran-GAP si trova soprattutto nel citosol, mentre Ran-GEF si trova soprattutto nel nucleoplasma, si viene a creare un gradiente delle due forme conformazionali di Ran (Ran-GTP e Ran-GDP) tra interno ed esterno del nucleo. Questo gradiente spinge il trasporto nella direzione appropriata.

1) Le proteine citosoliche di nuova sintesi destinate al nucleo contengono una sequenza segnale (NLS, nuclear localisation signal), che indica come destinazione il nucleo (solitamente questa sequenza consiste in residui carichi positivamente di Arg, Lys, Pro);

2) Un’importina (Recettore di Importazione Nucleare) lega la NLS di una proteina, formando un complesso di importazione;

3) I recettori di importazione si attaccano alle ripetizioni FG (cioè ricche di amminoacidi Fenilalanina e Glicina) delle fibrille del poro nucleare;

4) L’intero complesso, in un modo non del tutto chiaro, indica al poro di allargarsi e la struttura entra nel nucleo;

5) All’interno del nucleo, una Ran-GTP si lega all’importina, provocando il rilascio del cargo nel nucleoplasma;

6) Il gradiente di concentrazione di Ran-GTP/Ran-GDP che esiste tra l’interno e l’esterno del nucleo spinge il complesso Importina/Ran-GTP a fuoriuscire nuovamente attraverso il poro nucleare;

7) Nel citosol, Ran-GTP viene attaccata da due proteine: una Proteina che Lega Ran e una Ran-GAP (Proteina che Attiva la GTPasi dei Ran). La Proteina che Lega Ran sposta Ran-GTP dall’Importina, che può così riprendere il suo ciclo, mentre Ran-GAP stimola l’attività GTPasica di Ran;

8) Ran idrolizza quindi il suo GTP e rilascia il fosfato Pi, staccandosi infine dalla Proteina che Lega Ran.