il nucleo, territori cromosomici, nucleolo, reticolo endoplasmatico, mitocondrio
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Nucleo
Nelle cellule eucariotiche il DNA, organizzato in
cromatina, è compartimentalizzato nel nucleo
forme diverse
- la forma del nucleo, solitamente,
rispecchia quella della cellula
- il nucleo è in rapporto
volumetrico con la cellula stessa.
La cromatina è compartimentalizzata nel nucleo
dall’involucro nucleare (carioteca)
compartimento
nucleare
perché involucro
e non membrana
nucleare?
Le due membrane, esterna e interna, si fondono
ad intervalli frequenti, a livello dei pori nucleari
pori nucleari = canali
COMPLESSO DEL PORO NUCLEARE (NPC)
•due anelli, uno nucleare e uno citoplasmatico, ciascuno formato da 8 subunitàproteiche
•otto raggi (o bracci)
•trasportatore centrale
•proteine di ancoraggio
•una serie di fibre verso il citosol e verso il nucleoplasma; quest’ultimi formano una struttura a cesto
L’NPC è un complesso molto grande:il diametro di 120 nm, si restringe ad un passaggio utile
di circa 10 nm
Nucleoporine
Molecole di piccolo PM
attraversano liberamente
l’NPC probabilmente
insinuandosi tra i raggi;
molecole proteiche o
riboproteiche di grandi
dimensioni richiedono segnali
di riconoscimento: NLS e NES
Segnale di localizzazione nucleare(NLS) 8-30aa
IMPORTINE proteine recettoriali che legano l’NLS e mediano il trasporto citoplasma-nucleoattraverso il trasportatore che cambia conformazione
RAN proteina nucleare, che scambia nucleotidi guanilici, induce il rilascio della proteina citoplasmatica nel nucleo
Segnale di esportazione nucleare(NES) presente sulle componenti proteiche dei complessi ribonucleoproteici
ESPORTINE proteine recettoriali che, grazie a RAN-GTP, legano l’NES e mediano il trasporto nucleo-citoplasma attraverso il trasportatatore
la concentrazione di RAN-GTP è mantenuta da:GEF (nucleare) fattore di scambio di nucleotidi guaniliciGAP (citoplasmatica) fattore attivante la GTPasi
Il nucleoscheletro
Funzioni del nucleoscheletro :
- determina la forma del nucleo;
- funge da impalcatura proteica (scaffold);
- regola il grado di spiralizzazione dei cromosomi;
- forma il complesso sinaptinemale durante la meiosi
Componenti del nucleoscheletro:
1) lamina fibrosa periferica (lamina nucleare), adesa alla superficie
della membrana nucleare interna;
2) rete di microtrabecole ancorata alla lamina fibrosa (sito
d’ancoraggio per le attività nucleari)
Al di sotto della m. nucleare interna c’è una fitta
rete di fibre proteiche che s’intrecciano a formare
una rete di supporto
Rete di lamina
eucromatinaetrocromatina
l’eterocromatina costitutiva è preferenzialmente adiacente alla
membrana interna (la rete delle lamine)
nucleolo
Ogni cromosoma è costituito da migliaia di geni; ogni gene occupa
una posizione ben definita lungo il cromosoma (locus genico) e
ogni cromosoma occupa una determinata posizione nel nucleo
(territorio) la quale dipende dal tipo di cellula
Regione centromerica
gene/locus
a
Il cromosoma, formato da
cromatina organizzata in
domini, occupa un
determinato territorio
b
telomero
organizzazione delle fibre di cromatina in domini
piante eucarioti
superiori
domini
interconnessi
struttura
a rosettaloops su scheletro
centrale
a
b
territorio
sonde fluorescenti di diverso colore specifiche per “i singoli
cromosomi” identificano i territori cromosomici
cromosomi
omologhi
La cromatina povera di geni (in rosso) preferenzialmente
localizzata vicino al nucleolo o alla periferia del nucleo al di
sotto dell’involucro, in contatto con la lamina (in giallo)
La cromatina ricca di geni (in verde)
è localizzata più internamente e tra i
compartimenti della cromatina con
poca informazione genica (in rosso)
Centromero e telomeri, DNA altamente ripetitivo, eterocromatina
Territorio
cromosomico
cromosoma formato da
cromatina organizzata
in domini (in rosso)
dominio cromatinico
Gene attivo
Gene inattivo
Domini
intercromosomici (in
verde) si espandono
anche tra i domini
cromatinici (in rosso),
all’interno del
territorio
cromosomico
Geni attivi (in bianco)
localizzati al limite dei domini
cromatinici
Geni inattivi (in nero)
localizzati all’interno dei
domini cromatinici
dominio intercromosomico
L’attivazione genica è
accompagnata da un
riarrangiamento dei
cromosomi/domini cromatinici
all’interno dei singoli territori utile
ad esporre i geni da attivare verso i
domini intercromosomici
b
a a
Segnale che attiva la
trascrizione del
gene “a “
Il cromosoma all’interno del proprio
territorio si riorganizza in modo da esporre
il gene “a” a livello del dominio
intercromosomico
Dominio
intercromosomico
Una regione del genoma che cambia posizione (riposizionamento) può
indicare che sono in atto sia meccanismi regolativi fisiologici sia patologici
b
a
ba
Segnale che attiva la
trascrizione del
gene “a “ e “b”
i territori cromosomici si riorganizzano in
modo da esporre i geni “a” e “b”, a livello
del dominio intercromosomico, e vicini tra
loro
Dominio
intercromosomico
b
I territori sono cellula e tessuto specifici e possono cambiare durante il differenziamento, lo sviluppo e i diversi “momenti fisiologici” di una data cellula
Nelle cellule si possono trovare 1 o più nucleoli, spesso attaccati all’involucro nucleare
Cellule particolarmente ricche di nucleoli sono i neuroni e le cellule secernenti a secreto proteico
Unica unità trascrizionale(cluster NOR)
40S 60S
80S
eucarioti
Clusterfuori NOR
Ribosomi: complessi riboproteici (rRNA+proteine)
Nucleolo: Sintesi e Maturazione rRNA, assemblaggio dei ribosomi
neucleolo
-Componente NOR:centri fibrillari contenentigeni in claster x rRNA
-Componente fibrillaredensa: cluster trascrizionalmente attiviper pre-rRNA 45S
-Componente granulare: assemblaggio rRNA/proteine ribosomali
NOR: regione organizzatrice del nucleolo
-Nell’uomo, i geni per gli rRNA (45S=18, 5,8, 28) sono
localizzati in 5 diversi loci sui cromosomi 13, 14, 15, 21 e 22
(Regione Organizzatrice del Nucleolo).
-Ogni locus contiene centinaia di geni (300-400) organizzati
in cluster, ripetuti in tandem
-Il gene per il 5S è in cluster fuori dal NOR
Territori cromosomici
Dominio
intercromosomico
nucleolo
I diversi cromosomi contenenti i cluster per gli rRNA si organizzano
in modo da avvicinare i cluster per costituire il NOR
1321
22
1415
nucleolo
I 5 diversi cluster si avvicinano
per formare le anse di cromatina NOR
Attivazione dei geni rRNA1321
22
15
14
1321
22
15
14
Attivazione dei geni rRNA
e assemblaggio dei ribosomi
I geni vengono attivati dal macchinario trascrizionale presente nel DI (si forma
la zona fibrillare densa), le proteine ribosomiali che arrivano dal citoplasma
vengono assemblate con l’rRNA (si forma la zona granulare) e quindi si forma
il nucleolo: la cellula mostra il nucleolo
Il Nucleolo è visibile all’interno di una
cellula quando i cromosomi 13, 14, 15,
21 e 22, ognuno all’interno del proprio
territorio, si riorganizzano in modo da
esporre i geni per gli rRNA a livello
dello stesso dominio
intercromosomico (DI): lo scopo è
organizzare il NOR.
Il nucleolo non è sempre presente durante il ciclo vitale di una cellula:
esso scompare all’inizio della mitosi, quando la sintesi di RNA e proteine si ferma, e si riforma al termine della divisione a partire dall’organizzatore nucleolare (NOR).
La membrana nucleare
esterna è in continuità
con le membrane del
reticolo endoplasmatico
rugoso.
Lo spazio perinucleare è in
continuità con il lume del
reticolo endoplasmatico.
La membrana nucleare interna è in connessione con la lamina
nucleare mediante proteine integrali di membrana.
reticolo endoplasmatico liscio e ruvido, e apparato del Golgi
costituiscono gli apparati membranosi della cellula
ribosomi
R.E.R R.E.L.
Sistema di membrane che racchiude uno spazio/lume
separandolo dal citosol circostante
cisterne appiattite: lume delimitato da membrana
cisterne tubulari: lume delimitato da membrana
Reticolo endoplasmatico (R.E.): liscio e rugoso
Funzioni del reticolo liscio
• Citocromo P450 (steroidi)• Fosfolipidi• Glicogenolisi (fegato)• Detossificazione (fegato)• Riserva di Ca+2
leucina triziata:3’ R.E.R.20’ Golgi2h vescicole di secrezione
Golgi
Golgi
vescicole
R.E.R.R.E.R.
R.E.R., Golgi e Traffico di membrane
Il Golgi è un compartimento membranoso formato da cisterne
a forma di disco, appiattite, impilate tra loro e comunicanti
via vescicole
Il complesso risulta polarizzato: faccia Cis e faccia Trans
Cisterne del CGN
Cisterne del TGN
vescicole di transizione preposte al traffico tra
RE e Golgi Cisterna del RE
vescicole di trasporto che gemmano dal TGN
secrezioneMP lisosomi
Cisterne mediane
- CGN (Cis Golgi Network)
- TGN (Trans Golgi Network)
preposte al transito tra le cisterne del Golgi
-Parete cellulare: peptidoglicani
-Membrana plasmatica mesosomi
-DNA genomico: circolare (nucleoide)
-DNA extragenomico: plasmidi
-Ribosomi: 70SCapsula: rivestimento
accessorio di natura
gelatinosa (polisaccaridi)
Batteri
- riconoscimento al microscopio: forma
- capacità di muoversi
- modalità di alimentazione
- proprietà tintoriali
IDENTIFICAZIONE DI UN BATTERIO
Organismi autotrofi ("autos" = da sé; "trophos" = alimentazione)
capaci di nutrirsi utilizzando semplici sostanze inorganiche (es.: le
piante che utilizzano la CO2 ricavata dall'aria, H20 e sali minerali
assorbiti dal terreno per sintetizzare sostanze organiche).
Organismi eterotrofi ("héteros" = altro, differente)
si nutrono di sostanze organiche prodotte dagli organismi autotrofi:
gli animali si alimentano direttamente (erbivori) o indirettamente
(carnivori) di vegetali.
Modalità di nutrizione
Scopo: costruire composti organici, più o meno
complessi, per sopravvivere, svolgere tutte le
funzioni cellulari
(es.: zolfo dell’acido solfidrico H2S)
Batteri Gram-positivi La composizione della parete cellulare
impedisce l’estrazione alcoolica del
colorante di Gram
Batteri Gram-negativi La composizione della parete cellulare
consente l’estrazione alcoolica del
colorante di Gram
Proprietà tintoriali
molecola complessa formata da una matrice di zuccheri insoliti legati
trasversalmente da corte unità polipeptidiche
matrice di zuccheri insoliti
corte catene polipeptidiche
Legami trasversali
Parete cellulare Gram +
Parete cellulare Gram -
Le cellule non
si decolorano
Le cellule si
decolorano
1) esistono due modalità di locomozione
• La prima modalità si basa sulla presenza di organuli
specializzati quali CIGLIA e FLAGELLi il cui
movimento dipende dall’attività dinamica dei
microtubuli.
• La seconda modalità si basa sulla possibilità di
allungare un’appendice dal corpo cellulare, un
LAMELLIPODIO, su una superficie solida (es.:
MACROFAGI).
presenti sulla superficie di speciali cellule di organismi multicellulari (epitelio della trachea o delle tube uterine
Movimento a frusta
2) Creazione di un flusso dinamico orientato via
ciglia
L’epitelio ciliato delle tube uterine crea un
flusso dinamico orientato che spinge l’ovocita
verso il sito di fecondazione
Sito difecondazione
Epitelio ciliato
Sito diovulazione
Sito d’impianto
Movimento ameboide: possibilità di allungare una
appendice del corpo cellulare (lamellipodio) su una
superficie solida e formazione di nuove placche di
adesione (es. macrofagi)
Contrazione del corpo cellulare
Movimento in avanti
Protrusione del lamellipodio
Formazione placche di adesione
Sono presenti in numero variabile, in relazione al fabbisogno energetico della cellula (es. negli epatociti ∼2000!)
mitocondri
Localizzazione citoplasmatica variabile, uniforme oppure in associazione a zone di massima richiesta energetica.
Nelle cellule muscolari, in file lungo le fibrille responsabili della contrazione
Nello spermatozoo, disposizione a spirale attorno all’assonemanella regione intermedia al di sotto del nucleo
dimensioni
Al M.E. appaiono come strutture tipicamente ovali di grandezza variabile (lunghezza 1-10 µm, diametro 0.5-1 µm)
La membrana mitocondriale esterna è simile a quella del RE e contiene lipidi 40/50 % (fosfolipidi–fosfatidilcolina), contro il 21 % presente in quella interna.
PORINE ~ proteine canali transmembrana formate da un barilotto di foglietti β attraverso cui passano molecole di media grandezza.
Le porine sono caratteristiche della membrana esterna dei Batteri Gram-Negativi.
La membrana mitocondriale interna, ha un elevato rapporto proteine/lipidi ed è altamente impermeabile alla maggior parte dei soluti.
Essa contiene un insolito fosfolipide, la cardiolipina, ed è quasi del tutto priva di colesterolo.
Entrambe queste caratteristiche sono in comune con la membrana plasmatica dei batteri.
La matrice contiene:• DNA mitocondriale (circolare; geni senza introni)• le tre classi di RNA• ribosomi (più piccoli di quelli eucariotici)• enzimi per la duplicazione, trascrizione e traduzione• ioni calcio e magnesio
•Enzimi ciclo di Krebs
L'importo nella matrice di proteine sintetizzate nel citoplasma prevede l'esistenza di specifici recettori/traslocatori presenti sulla membrana esterna (TOM) e sulla membrana interna (TIM).
L'mtDNA codifica per un numero esiguo di proteine della membrana interna (nell'uomo, ad esempio 13).
Il mitocondrio è un organulo SEMI-AUTONOMO
BIOGENESI - I mitocondri che compaiono in una
cellula si originano per scissione binaria di
mitocondri preesistenti che, dopo una fase di
accrescimento, si dividono in mitocondri più
piccoli
La teoria simbiontica
• Tipo di metabolismo
• Ribosomi
• DNA e struttura dei geni privi di sequenze introniche
• Mesosoma
• Doppia membrana, caratteristiche membrana interna, porine membrana esterna
• Divisione/scissione
IPOTESI ENDOSIMBIOTICA
ATP: ultimi due legami altamente energetici per mantenere insieme cariche che si respingono
Mitocondri fabbrica di energia
La cellula provvede al suo fabbisogno energetico mediante l’ossidazione di molecole organiche complesse.
L’energia derivata viene convertita nell’energia chimica dell’ATP
28
Metabolismo delle molecole organiche e sintesi di ATP
6NADH2FADH2
2
2NADH2NADH
Glucosio + 6 O2 + 32ADP + 32P
6 CO2 + 6 H2O + 32ATP
TUTTE le macromolecole che la cellula utilizza a scopo energetico vengono decomposte in prodotti che entrano nel ciclo dell’acido citrico.
Le proteine implicate nel trasporto di elettroni e nella sintesi di ATP sono presenti sulla membrana interna
La presenza delle creste ne aumenta enormemente la superficie e di conseguenza la capacità del mitocondrio di generare ATP.
SUBUNITA’ Fo: ab2c12 (base) sensibile all’OLIGOMICINA
SUBUNITA’ F1: α3β3δγε (testa e stelo)
STELO
TESTA
BASE
STELO PERIFERICO
ATPasi/ATPsintetasi
membrana
mitocondriale interna
matrice
ADP + P ATP + H2O
- si ipotizza che l’elevato gradiente di H+ creato dal sistema di trasporto di elettroni fornisca al complesso l’energia necessaria a sintetizzare ATP
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