Nucleo Flashcards
Nucleo
È la parte più voluminosa della cellula. Contiene al suo interno il materiale genetico (DNA) complessato con proteine a formare la cromatina (la quale, durante la divisione cellulare, si compatta a formare i cromosomi).
In genere, il nucleo ha forma rotondeggiante e si trova localizzato al centro della cellula. Sebbene la sua morfologia sia relativamente poco distinta, sono distinguibili almeno due regioni che comprendono: l’involucro nucleare con i pori nucleari e il nucleoplasma in cui sono visibili uno o più nucleoli.
Involucro nucleare
L’involucro nucleare consiste di due membrane, una interna ed una esterna, separate da un sottile spazio intermembrana. La membrana nucleare esterna è in continuità con la membrana del reticolo endoplasmatico rugoso (funzionale alla sintesi delle proteine). Si ipotizza che una parte del reticolo si sia adagiato a formare la doppia membrana del nucleo.
L’involucro nucleare non è una struttura continua, ma è interrotto in numerosi punti dai pori nucleari, che rappresentano dei siti di scambio bidirezionale tra nucleo e citoplasma. Tra nucleo e citoplasma esiste un’intensa attività di trasporto.
Pori nucleari
Ciascun poro nucleare è costituito da una struttura proteica complessa, chiamata complesso del poro nucleare. Il CPN, nella parte del nucleoplasma (interno del nucleo), formano una specie di canestro sormontato da un anello nucleare; all’esterno presenta un anello citoplasmatico seguito da strutture filamentose.
Non tutte le molecole possono attraversare i pori nucleari ma affinché possano essere trasportate è necessario che contengano una sequenza di localizzazione nucleare NLS, una corta sequenza amminoacidica che viene riconosciuta da specifici recettori (importine) che ne permettono l’ingresso. Per essere portate all’esterno, il meccanismo è analogo: devono contenere una sequenza di esportazione nucleare che viene riconosciuta da recettori (esportine).
Nucleoplasma
Il nucleoplasma è la matrice gelatinosa presente all’interno del nucleo; è molto ricco d’acqua, ioni, proteine e DNA. All’interno del nucleo, la cromatina si organizza in maniera ordinata e costante in specifici territori, detti territori nucleari. È inoltre presente un numero variabile di differenti suborganelli, noti come corpi nucleari (visibili al TEM); questi non sono delimitati da un sistema membranoso e sono principalmente composti da DNA, proteine e RNA.
Tra i corpi nucleari abbiamo il nucleolo (più elettrondenso nel caso di un’immagine fatta col TEM, può essere visto anche a microscopio ottico). Nel nucleolo viene assemblato l’RNA ribosomiale.
Dogma centrale della biologia
Il nucleo contiene l’informazione genetica che è di fondamentale importanza nella formazione delle proteine. La sequenza amminoacidica, infatti, dipende dalla sequenza nucleotidica del DNA.
Il DNA non guida direttamente la sintesi delle proteine, ma funge da organizzatore del processo, delegando i vari compiti a diversi tipi di RNA. La cellula esprime i suoi geni attraverso la trascrizione e la traduzione. L’espressione genica è il processo mediante il quale l’informazione genetica fluisce dal DNA all’RNA (trascrizione) e dall’RNA alle proteine (traduzione). Il principio della direzionalità del flusso informazionale dal DNA all’RNA alle proteine è noto come dogma centrale della biologia molecolare. L’inforazione contenuta nelle proteine non viene mai trasferita negli acidi nucleici (i retrovirus fanno eccezione, possono effettuare la trascrizione inversa grazie all’enzima trascrittasi inversa).
Variazione espressione genica
Dallo stesso gene si possono sintetizzare molte copie a RNA e ogni molecola di RNA può dirigere la sintesi di molte molecole proteiche identiche. Inoltre, ogni gene può essere espresso con efficienza diversa: in questo modo, una cellula può avere grandi quantità di certe proteine e scarse quantità di altre. La variazione dell’espressione genica è alla base del processo di differenziamento cellulare.
Trascrizione
La trascrizione consiste nella copia di un tratto di DNA in RNA; il processo è detto “trascrizione” perché l’informazione, pur essendo traferita, rimane scritta nello stesso “linguaggio” di base, quello dei nucleotidi. Il segmento di DNA trascritto è definito unità di trascrizione, mentre il filamento di RNA prodotto è detto trascritto ed è complementare a uno dei filamenti del DNA (filamento copia).
Sono trascritti tre principali tipi di molecole di RNA:
- mRNA: consiste in un singolo filamento non avvolto che contiene l’informazione per la sintesi di una proteina, esso trasporta un messaggio genetico dal DNA al ribosoma; è l’unico RNA ad essere tradotto in proteina;
- tRNA: consiste in un singolo filamento che si ripiega su se stesso per assumere una struttura tridimensionale specifica (trifoglio); fungono da intermediari in grado di tradurre la sequenza di basi dell’mRNA e trasportare l’appropriato amminoacido al ribosoma (sito di attacco dell’amminoacido sull’estremità 3’);
- rRNA: si trova in forma globulare ed è una componente essenziale della struttura dei ribosomi
Tappe trascrizione
La trascrizione avviene attraverso tre tappe principali – inizio, allungamento e terminazione- ad opera dell’enzima RNA polimerasi. Le RNA polimerasi riconoscono il sito di inizio sul filamento stampo di DNA (promotore) e da lì cominciano a produrre la sequenza di nucleotidi copia, fino ad un terminatore. Le RNA polimerasi leggono il filamento stampo di DNA in direzione 3’ 5’ ed effettuano la sintesi in direzione 5’ 3’.
RNA polimerasi (differenze)
Alcuni aspetti della trascrizione differiscono mei due tipi di cellule: nei procarioti è presente una sola RNA polimerasi; negli eucarioti:
o RNA polimerasi I, localizzata nel nucleolo, catalizza la sintesi dei vari tipi di molecole di rRNA;
o RNA polimerasi II, catalizza la sintesi dell’mRNA;
o RNA polimerasi III, catalizza la sintesi dei tRNA.
Inoltre, l’RNA polimerasi nei procarioti si lega direttamente al promotore, riconoscendo una sequenza di basi detta TATA box; negli eucarioti c’è bisogno dell’intervento di una serie di proteine dette fattori di trascrizione.
Dopo la trascrizione
L’mRNA dei procarioti, dopo la trascrizione, può subito uscire dal nucleo. L’mRNA degli eucarioti appena trascritto (non è ancora mRNA, ma pre-RNA - si tratta di RNA eterogeneo), deve subire delle modifiche prima di uscire dal nucleo ovvero le modifiche post-trascrizionali che permettono la maturazione dell’mRNA:
- aggiunta di un cappuccio al 5’, un nucleotide di 7-metilgaunosina, che si lega al pre-mRNA attraverso un legame 5’-5’ e lo protegge dalla degradazione da parte di alcune esonucleasi;
- aggiunta di una coda di poli-A all’estremità 3’;
- rimozione degli introni (splicing).
Ricorda: I geni eucariotici presentano zone codificanti (esoni) e zone non codificanti (introni), e quando vengono copiati a formare l’mRNA vengono lasciati solo gli esoni. Talvolta può avvenire uno splicing alternativo e a seconda di come questo avviene da uno stesso gene possono nascere diverse proteine. A differenza degli mRNA degli eucarioti, quelli dei procarioti sono definiti poli-istronici, cioè possono portare alla traduzione di più catene polipeptidiche.
Traduzione
Il filamento di mRNA esce dal nucleo e l’informazione trascritta nell’mRNA è utilizzata per sintetizzare la sequenza degli amminoacidi di una catena polipeptidica; questo processo è chiamato traduzione poiché è la conversione del “linguaggio a nucleotidi” nel “linguaggio ad amminoacidi”. Ciò è possibile grazie al codice genetico che determina quali nucleotidi dell’mRNA corrispondono a ciascun amminoacido. Ogni sequenza di tre basi lungo la catena dell’mRNA è un’unità di codice, o codone, e specifica un particolare amminoacido. Il codice genetico racchiude 64 codoni (triplette di basi azotate); gli amminoacidi specificati da questi codoni sono soltanto 20 dunque molti amminoacidi sono specificati da più di un codone – perciò il codice genetico è detto ridondante, cioè degenerato. Il c. g. è ridondante ma non ambiguo: un singolo codone specifica un unico amminoacido. Dei 64 codoni: AUG ha un duplice ruolo, specifica l’amminoacido metionina e è anche codone di inizio (funziona come segnale di inizio della traduzione per i ribosomi); mentre UAA, UAG e UGA sono codoni di stop (segnali di terminazione della traduzione e, quindi, della sintesi proteica).
tRNA
I tRNA sono componenti fondamentali della traduzione poiché sono adattatori molecolari che connettono gli amminoacidi e gli mRNA, dato che ciascun tRNA può legarsi con uno specifico amminoacido e riconoscere sull’mRNA il codone corrispondente a quel determinato amminoacido. Il riconoscimento del codone è possibile perché ciascun tRNA ha una sequenza di tre basi, l’anticodone, che si associa mediante legami a idrogeno al codone complementare sull’mRNA. Opposta all’anticodone, sull’estremità 3’ della molecola c’è una tripletta che costituisce il sito di attacco per l’amminoacido. Affinché possa svolgere il proprio ruolo nella traduzione, la molecola di tRNA deve essere riconosciuta da una specifica amminoacil-tRNA sintetasi, che lega il corretto amminoacido e deve essere riconosciuta dai ribosomi.
Ribosomi
Gli organelli cellulari responsabili della sintesi proteica, che sintetizzano le proteine leggendo le informazioni contenute nell’mRNA, sono i ribosomi. Sono formati da molecole di rRNA e da proteine ribosomali, che costituiscono due subunità di dimensioni differenti, una subunità maggiore e una subunità minore. I ribosomi procariotici hanno coefficiente di sedimentazione di 70S. Negli eucarioti i ribosomi citoplasmatici hanno coefficiente di sedimentazione di 80S e sono costituiti da una subunità maggiore formata da circa 40 proteine e da tre molecole di rRNA (28S, 5.8S, 5S) e da una subunità minore 40S formata da circa 30 proteine e da una sola molecola di rRNA (18S). Le dimensioni dei ribosomi sono espresse in unità Svedberg (S) in base alla loro velocità di sedimentazione in ultracentrifugazione, che è proporzionale alla massa molecolare.
Il ribosoma presenta un sito di legame per l’mRNA nella subunità minore e tre siti di legame per i tRNA nella subunità maggiore: sito A, o sito amminoacidico, a cui si lega l’amminoacil-tRNA che porta l’amminoacido successivo da inserire nella catena polimeptidica; sito P, o sito prptidilico, è occupato dal tRNA che porta la catena polipeptidica in allungamento; sito E, o sito di uscita.
Fasi della traduzione
- La fase di inizio della traduzione. La subunità minore del ribosoma, a cui sono legati fattori d’inizio, si lega all’mRNA in corrispondenza del codone di inizio; di seguito il tRNA iniziatore si lega al codone di inizio; quando la subunità maggiore del ribosoma si lega alla subunità minore e i fattori d’inizio sono rilasciati, il complesso di inizio è completo.
- Ciclo di allungamento durante la traduzione. La catena polipeptidica in crescita si stacca dalla molecola di tRNA che occupa il sito P e si unisce, formando un legame peptidico, all’amminoacido legato al tRNA nel sito A. Nel passaggio di traslocazione, il ribosoma si sposta di un codone verso l’estremità 3’ del messaggero. Il risultato è che la catena polipeptica in formazione viene traferita dal sito A al sito P.
- Terminazione della traduzione. Quando il sito A del ribosoma arriva su una tripletta di stop, un fattore di rilascio proteico si lega al sito A determinando il rilascio della catena polipeptidica. In seguito si dissociano tutte le altre componenti, che verranno riutilizzate.
