Nucleo cellulare

Il nucleo (s. karyon) è presente in tutte le cellule umane, ad eccezione degli eritrociti e dei trombociti. Le funzioni del nucleo sono quelle di immagazzinare e trasmettere le informazioni ereditarie alle nuove cellule (figlie). Queste funzioni sono associate alla presenza del DNA nel nucleo. Anche la sintesi delle proteine - acido ribonucleico, RNA e materiale ribosomiale - avviene nel nucleo.

La maggior parte delle cellule ha un nucleo sferico o ovoidale, ma esistono anche altre forme di nucleo (ad anello, a bastoncello, a fuso, a perla, a fagiolo, segmentato, a pera, polimorfico). Le dimensioni del nucleo variano ampiamente, da 3 a 25 µm. Il nucleo più grande si trova nella cellula uovo. La maggior parte delle cellule umane è mononucleare, ma esistono anche cellule binucleari (alcuni neuroni, epatociti, cardiomiociti). Alcune strutture sono multinucleari (fibre muscolari). Il nucleo ha una membrana nucleare, cromatina, nucleolo e nucleoplasma.

La membrana nucleare, o carioteca, che separa il contenuto del nucleo dal citoplasma, è costituita da una membrana nucleare interna e da una esterna, ciascuna spessa 8 nm. Le membrane sono separate da uno spazio perinucleare (cisterna della carioteca), largo 20-50 nm, contenente materiale a grana fine con densità elettronica moderata. La membrana nucleare esterna passa nel reticolo endoplasmatico granulare. Pertanto, lo spazio perinucleare forma un'unica cavità con il reticolo endoplasmatico. La membrana nucleare interna è collegata dall'interno a una rete ramificata di fibrille proteiche costituite da singole subunità.

La membrana nucleare contiene numerosi pori nucleari rotondi, ciascuno con un diametro di 50-70 nm. I pori nucleari occupano fino al 25% della superficie nucleare in totale. Il numero di pori in un nucleo raggiunge i 3000-4000. Ai bordi dei pori, la membrana esterna e quella interna sono collegate tra loro e formano il cosiddetto anello poroso. Ogni poro è chiuso da un diaframma, chiamato anche complesso poroso. I diaframmi porosi hanno una struttura complessa; sono formati da granuli proteici collegati tra loro. Il trasporto selettivo di particelle di grandi dimensioni e lo scambio di sostanze tra il nucleo e il citosodema della cellula avvengono attraverso i pori nucleari.

Sotto la membrana nucleare si trovano il nucleoplasma (carioplasma) (nucleoplasma, s. karyoplasma), che ha una struttura omogenea, e il nucleolo. Nel nucleoplasma di un nucleo non in divisione, nella sua matrice proteica nucleare, si trovano granuli osmiofili (grumi) della cosiddetta eterocromatina. Le aree di cromatina più dispersa, situate tra i granuli, sono chiamate eucromatina. La cromatina dispersa è anche chiamata cromatina decondessa, in cui i processi di sintesi avvengono più intensamente. Durante la divisione cellulare, la cromatina si compatta, si condensa e forma i cromosomi.

La cromatina (cromatinum) di un nucleo non in divisione e i cromosomi di un nucleo in divisione sono formati da molecole di acido desossiribonucleico (DNA) associate ad acido ribonucleico (RNA) e proteine - istoni e non istoni. È importante sottolineare che cromatina e cromosomi sono chimicamente identici.

Ogni molecola di DNA è costituita da due lunghe catene polinucleotidiche destrorse (doppie eliche), e ogni nucleotide è costituito da una base azotata, glucosio, e un residuo di acido fosforico. La base si trova all'interno della doppia elica, mentre lo scheletro zucchero-fosfato si trova all'esterno.

L'informazione ereditaria nelle molecole di DNA è registrata nella sequenza lineare dei suoi nucleotidi. La particella elementare dell'ereditarietà è il gene. Un gene è una sezione di DNA che presenta una sequenza specifica di nucleotidi responsabili della sintesi di una specifica proteina.

La molecola di DNA nel nucleo è compattata. Pertanto, una molecola di DNA contenente 1 milione di nucleotidi, con la loro disposizione lineare, occuperebbe un segmento di soli 0,34 mm di lunghezza. La lunghezza di un cromosoma umano in forma estesa è di circa 5 cm, ma in stato compatto il cromosoma ha un volume di ^circa10-15 cm³.

Le molecole di DNA legate alle proteine istoniche formano i nucleosomi, che sono le unità strutturali della cromatina. Un nucleosoma ha l'aspetto di una perla con un diametro di 10 nm. Ogni nucleosoma è costituito da istoni attorno ai quali è avvolta una sezione di DNA, composta da 146 coppie di nucleotidi. Tra i nucleosomi si trovano sezioni lineari di DNA costituite da 60 coppie di nucleotidi.

La cromatina è rappresentata da fibrille che formano anse lunghe circa 0,4 µm, contenenti da 20.000 a 30.000 coppie di nucleotidi.

A seguito della compattazione (condensazione) e della torsione (superspecializzazione) delle desossiribonucleoproteine (DNP) nel nucleo in divisione, i cromosomi diventano visibili. Queste strutture - i cromosomi (chromasomae, dal greco chroma - colore, soma - corpo) - sono formazioni allungate a forma di bastoncino con due bracci separati dalla cosiddetta costrizione - il centromero. A seconda della posizione del centromero e della posizione relativa e della lunghezza dei bracci (gambe), si distinguono tre tipi di cromosomi: metacentrici, con bracci approssimativamente uguali; submetacentrici, in cui la lunghezza dei bracci varia; acrocentrici, in cui un braccio è lungo e l'altro è molto corto, appena percettibile. Il cromosoma presenta regioni eu- ed eterocromatiche. Queste ultime rimangono compatte nel nucleo non in divisione e nella profase iniziale della mitosi. L'alternanza di regioni eu- ed eterocromatiche viene utilizzata per identificare i cromosomi.

La superficie dei cromosomi è ricoperta da varie molecole, principalmente ribonucleoproteine (RNP). Le cellule somatiche hanno due copie di ciascun cromosoma, chiamate omologhe. Sono identiche per lunghezza, forma e struttura e contengono gli stessi geni, che sono localizzati nello stesso modo. Le caratteristiche strutturali, il numero e le dimensioni dei cromosomi sono chiamate cariotipo. Un cariotipo umano normale include 22 coppie di autosomi e una coppia di cromosomi sessuali (XX o XY). Le cellule somatiche umane (diploidi) hanno un numero doppio di cromosomi: 46. Le cellule sessuali contengono un corredo aploide (singolo) di 23 cromosomi. Pertanto, le cellule sessuali contengono il doppio del DNA rispetto alle cellule somatiche diploidi.

Il nucleolo, uno o più, è presente in tutte le cellule non in divisione. Ha l'aspetto di un corpo rotondo intensamente colorato, la cui dimensione è proporzionale all'intensità della sintesi proteica. Il nucleolo è costituito da un nucleolonema elettrondenso (dal greco peta, filo), in cui si distingue una parte filamentosa (fibrillare), costituita da numerosi filamenti di RNA intrecciati di circa 5 nm di spessore, e una parte granulare. La parte granulare è formata da granuli di circa 15 nm di diametro, che sono particelle di RNP, precursori delle subunità ribosomiali. La cromatina perinucleolare è immersa nelle depressioni del nucleolonema. I ribosomi si formano nel nucleolo.

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