NUCLEO CELLULARE: CARATTERISTICHE, FUNZIONI, STRUTTURA - BIOLOGIA - 2025

Il nucleo cellulare è un compartimento fondamentale delle cellule eucariotiche. È la struttura più evidente di questo tipo di cellula e ha il materiale genetico. Dirige tutti i processi cellulari: contiene tutte le istruzioni codificate nel DNA per effettuare le reazioni necessarie. È coinvolto nei processi di divisione cellulare.

Tutte le cellule eucariotiche hanno un nucleo, ad eccezione di alcuni esempi specifici come i globuli rossi maturi (eritrociti) nei mammiferi e le cellule floematiche nelle piante. Allo stesso modo, ci sono cellule con più di un nucleo, come alcune cellule muscolari, epatociti e neuroni.

Il nucleo fu scoperto nel 1802 da Franz Bauer; Tuttavia, nel 1830 anche lo scienziato Robert Brown osservò questa struttura e divenne popolare come suo principale scopritore. A causa delle sue grandi dimensioni, può essere chiaramente osservato al microscopio. Inoltre, è una struttura facile da colorare.

Il nucleo non è un'entità sferica omogenea e statica con DNA disperso. È una struttura complessa e intricata con diversi componenti e parti all'interno. Inoltre, è dinamico e cambia costantemente durante il ciclo cellulare.

caratteristiche

Il nucleo è la struttura principale che consente la differenziazione tra cellule eucariotiche e procariotiche. È il vano cella più grande. Generalmente, il nucleo è vicino al centro della cellula, ma ci sono eccezioni, come le plasmacellule e le cellule epiteliali.

Si tratta di un organello a forma di sfera di circa 5 µm di diametro in media, ma può raggiungere i 12 µm, a seconda del tipo di cellula. Posso occupare circa il 10% del volume cellulare totale.

Ha un involucro nucleare formato da due membrane che lo separano dal citoplasma. Il materiale genetico è organizzato insieme alle proteine ​​al suo interno.

Sebbene non vi siano altri sottocompartimenti membranosi all'interno del nucleo, è possibile distinguere una serie di componenti o regioni all'interno della struttura che hanno funzioni specifiche.

Caratteristiche

Al nucleo viene attribuito un numero straordinario di funzioni, poiché contiene la raccolta di tutte le informazioni genetiche della cellula (escluso DNA mitocondriale e DNA cloroplastico) e dirige i processi di divisione cellulare. In sintesi, le principali funzioni del kernel sono le seguenti:

Regolazione genica

L'esistenza di una barriera lipidica tra il materiale genetico e il resto dei componenti citoplasmatici aiuta a ridurre l'interferenza di altri componenti nel funzionamento del DNA. Ciò rappresenta un'innovazione evolutiva di grande importanza per i gruppi di eucarioti.

Taglio e giunzione

Il processo di splicing dell'RNA messaggero avviene nel nucleo, prima che la molecola viaggi verso il citoplasma.

L'obiettivo di questo processo è l'eliminazione degli introni ("pezzi" di materiale genetico che non sono codificanti e che interrompono gli esoni, aree che stanno codificando) dall'RNA. Successivamente, l'RNA lascia il nucleo, dove viene tradotto in proteine.

Ci sono altre funzioni più specifiche di ciascuna struttura del kernel che verranno discusse in seguito.

Struttura e composizione

Il nucleo è costituito da tre parti definite: l'involucro nucleare, la cromatina e il nucleolo. Descriveremo ogni struttura in dettaglio di seguito:

Membrana nucleare

L'involucro nucleare è composto da membrane di natura lipidica e separa il nucleo dal resto dei componenti cellulari. Questa membrana è doppia e tra queste c'è un piccolo spazio chiamato spazio perinucleare.

Il sistema di membrana interna ed esterna forma una struttura continua con il reticolo endoplasmatico

Questo sistema di membrane è interrotto da una serie di pori. Questi canali nucleari consentono lo scambio di materiale con il citoplasma perché il nucleo non è completamente isolato dal resto dei componenti.

Complesso nucleare dei pori

Attraverso questi pori lo scambio di sostanze avviene in due modi: passivo, senza necessità di dispendio energetico; o attivo, con dispendio energetico. Passivamente, piccole molecole come acqua o sali, inferiori a 9 nm o 30-40 kDa, possono entrare ed uscire.

Ciò si verifica in contrasto con le molecole ad alto peso molecolare, che richiedono ATP (energia-adenosina trifosfato) per muoversi attraverso questi compartimenti. Le grandi molecole includono pezzi di RNA (acido ribonucleico) o altre biomolecole di natura proteica.

I pori non sono semplicemente fori attraverso i quali passano le molecole. Sono grandi strutture proteiche, che possono contenere 100 o 200 proteine ​​e sono chiamate "complesso dei pori nucleari". Strutturalmente, assomiglia molto a un canestro da basket. Queste proteine ​​sono chiamate nucleoporine.

Questo complesso è stato trovato in un gran numero di organismi: dai lieviti all'uomo. Oltre alla funzione di trasporto cellulare, è anche coinvolto nella regolazione dell'espressione genica. Sono una struttura indispensabile per gli eucarioti.

In termini di dimensioni e numero, il complesso può raggiungere una dimensione di 125 MDa nei vertebrati e un nucleo in questo gruppo animale può avere circa 2000 pori. Queste caratteristiche variano a seconda del taxon studiato.

Cromatina

La cromatina si trova nel nucleo, ma non possiamo considerarla come un suo compartimento. Prende il nome dalla sua eccellente capacità di colorare e di essere osservato al microscopio.

Il DNA è una molecola lineare estremamente lunga negli eucarioti. La sua compattazione è un processo chiave. Il materiale genetico è associato a una serie di proteine ​​chiamate istoni, che hanno un'elevata affinità per il DNA. Esistono anche altri tipi di proteine ​​che possono interagire con il DNA e non sono istoni.

Negli istoni, il DNA si arrotola e forma i cromosomi. Si tratta di strutture dinamiche e non si trovano costantemente nella loro forma tipica (le X e le Y che siamo abituati a vedere nelle illustrazioni dei libri). Questa disposizione appare solo durante i processi di divisione cellulare.

Nel resto delle fasi (quando la cellula non è in fase di divisione), i singoli cromosomi non possono essere distinti. Questo fatto non suggerisce che i cromosomi siano dispersi in modo omogeneo o disordinato in tutto il nucleo.

All'interfaccia, i cromosomi sono organizzati in domini specifici. Nelle cellule di mammifero, ogni cromosoma occupa un "territorio" specifico.

Tipi di cromatina

Si possono distinguere due tipi di cromatina: eterocromatina ed eucromatina. Il primo è altamente condensato e si trova alla periferia del nucleo, quindi il meccanismo di trascrizione non ha accesso a questi geni. L'eucromatina è organizzata più liberamente.

L'eterocromatina si divide in due tipi: eterocromatina costitutiva, che non viene mai espressa; e l'eterocromatina facoltativa, che non è trascritta in alcune cellule ed è in altre.

L'esempio più famoso di eterocromatina come regolatore dell'espressione genica è la condensazione e l'inattivazione del cromosoma X. Nei mammiferi, le femmine hanno XX cromosomi sessuali, mentre i maschi sono XY.

Per ragioni di dosaggio genico, le femmine non possono avere il doppio dei geni in X rispetto ai maschi. Per evitare questo conflitto, un cromosoma X viene inattivato in modo casuale (diventando eterocromatina) in ogni cellula.

Nucleolo

Il nucleolo è una struttura interna molto rilevante del nucleo. Non è un compartimento delimitato da strutture membranose, è un'area più scura del nucleo con funzioni specifiche.

In quest'area sono raggruppati i geni che codificano per l'RNA ribosomiale, trascritti dall'RNA polimerasi I. Nel DNA umano, questi geni si trovano nei satelliti dei seguenti cromosomi: 13, 14, 15, 21 e 22. Questi sono organizzatori nucleolari.

A sua volta, il nucleolo è separato in tre regioni distinte: centri fibrillari, componenti fibrillari e componenti granulari.

Studi recenti hanno accumulato sempre più prove di possibili funzioni aggiuntive del nucleolo, non limitate solo alla sintesi e all'assemblaggio dell'RNA ribosomiale.

Attualmente si ritiene che il nucleolo possa essere coinvolto nell'assemblaggio e nella sintesi di diverse proteine. Anche in questa zona nucleare sono state evidenziate modificazioni post-trascrizionali.

Il nucleolo è anche coinvolto nelle funzioni di regolazione. Uno studio ha mostrato come fosse correlato alle proteine ​​oncosoppressori.

I corpi di Cajal

I corpi Cajal (chiamati anche corpi a spirale) portano questo nome in onore del loro scopritore, Santiago Ramón y Cajal. Questo ricercatore ha osservato questi corpuscoli nei neuroni nel 1903.

Sono piccole strutture sotto forma di sfere ed esistono da 1 a 5 copie per nucleo. Questi corpi sono molto complessi con un numero piuttosto elevato di componenti, inclusi questi fattori di trascrizione e macchinari relativi allo splicing.

Queste strutture sferiche sono state trovate in diverse parti del nucleo, poiché sono strutture mobili. Si trovano generalmente nel nucleoplasma, sebbene nelle cellule tumorali siano stati trovati nel nucleolo.

Ci sono due tipi di corpi Box nel nucleo, classificati in base alla loro dimensione: grande e piccolo.

Corpi PML

I corpi PML (leucemia promielocitica) sono piccole aree subnucleari sferiche di importanza clinica, in quanto sono state associate a infezioni virali e oncogenesi.

Sono conosciuti con una varietà di nomi in letteratura, come dominio nucleare 10, corpi Kremer e domini oncogenici PML.

Un nucleo ha da 10 a 30 di questi domini e ha un diametro da 0,2 a 1,0 µm. Tra le sue funzioni spicca la regolazione dei geni e la sintesi dell'RNA.

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