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Il nucleo è una porzione del citoplasma delimitato da un sistema doppio di membrane che prende il nome di  involucro nucle...
Il nucleo è delimitato da un involucro nucleare o carioteca  che racchiude il nucleoplasma
L’involucro nucleare è costituito da due membrane:  MEMBRANA INTERNA  e  MEMBRANA   ESTERNA , separate da uno  SPAZIO PERI...
LAMINA NUCLEARE E’ una sottile e densa rete di proteine fibrillari, altamente insolubili, adesa al versante nucleoplasmati...
 
<ul><li>Mentre la membrana nucleare interna è in stretto contatto con la lamina nucleare, la membrana nucleare esterna si ...
Una delle caratteristiche più peculiari della membrana nucleare è costituita dalla presenza di aperture specializzate, chi...
 
A livello dei quali avviene il trasporto nucleare
 
Ogni poro è costituito da un canale cilindrico che si estende attraverso le due membrane, permettendo la comunicazione tra...
Il complesso del poro (NPC) contiene più di 100 diversi tipi di subunità proteiche (nucleoporine). Le subunità assumono un...
<ul><li>Ne risulta una struttura a tre anelli  </li></ul><ul><li>Gli anelli sono coassiali e sono collegati alle braccia r...
 
Trasporto nel complesso del poro <ul><li>Molecole <50 kDa diffondono liberamente.  </li></ul><ul><li>Le altre sono traspor...
L’ATTRAVERSAMENTO DEL COMPLESSO DEL PORO DA PARETE DI MOLECOLE CON MASSA SUPERIORE A 50kDa E’ MEDIATO DALLA SEQUENZA DI LO...
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Ran GTPase  dirigono il trasporto   ALCUNE MOLECOLE ENTRATE NEL NUCLEO NON VI RIMANGONO (PROTEINE CHE REGOLANO LA TRASCRIZ...
Il legame con  Ran-GTP  induce il rilascio del cargo
MATRICE NUCLEARE Una  fitta rete granulare insolubile costituisce una sorta di  nucleoscheletro  che partecipa a mantenere...
Il nucleolo Struttura specializzata che contiene un gruppo di geni per  gli RNA ribosomiali, i corrispondenti trascritti e...
CROMATINA <ul><li>E’ un complesso di DNA, proteine ed RNA. </li></ul>
<ul><li>Le proteine che si legano al DNA: </li></ul><ul><li>ISTONI </li></ul><ul><li>PROTEINE  NON ISTONICHE </li></ul>
Una cellula umana contiene una quantità di DNA pari a  6,4 miliardi di basi , suddivise in 46 cromosomi Ciascun cromosoma ...
Mobilità elettroforetica delle varie classi di Istoni. -Le proteine non-istoniche sono proteine  eterogenee con caratteris...
-  Le proteine istoniche sono ricche in Lisina ed Arginina, sono proteine basiche dotate di una carica netta positiva. -  ...
CIASCUNA SINGOLA PARTICELLA CENTRALE DEL NUCLEOSOMA CONSISTE DI UN COMPLESSO DI OTTO PROTEINE ISTONICHE – DUE MOLECOLE DEG...
CIASCUNA PARTICELLA CENTRALE DEL NUCLEOSOMA E’ SEPARATA DALLA SUCCESSIVA DA UNA REGIONE DI  DNA   LINKER . LA FORMAZIONE D...
MODELLO DI CROMATINA A “COLLANA DI PERLE”
Allora ……. perché GLI ISTONI SONO PROTEINE ALTAMENTE CONSERVATE, PICCOLE E BASICHE?
LA CROMATINA DI UNA CELLULA VIVENTE RARAMENTE ADOTTA LA FORMA ESTESA DI “COLLANA DI PERLE” I NUCLEOSOMI SONO COMPATTATI L’...
PRESENZA DELL’ISTONE H1, PIU’ GRANDE DEGLI ALTRI ISTONI E MENO CONSERVATO; PRESENZA DELLE CODE DEGLI ISTONI DEL NUCLEO CHE...
 
 
COME FIBRA DI 30nm  UN TIPICO CROMOSOMA UMANO SAREBBE ANCORA LUNGO 0.1CM. CI DEVE ESSERE UN LIVELLO ANCORA SUPERIORE DI RI...
 
<ul><li>A seconda delle sue attività trascrizionali la cromatina può essere addensata e quindi inattiva ( eterocromatina )...
Ciclo di condensazione-decondensazione della Cromatina
<ul><li>ETEROCROMATINA:   COSTITUISCE DI SOLITO IL 10% DEL TOTALE NEI CROMOSOMI DEI MAMMIFERI ED E’ INATTIVA TRASCRIZIONAL...
 
<ul><li>NONOSTANTE L’ALTO GRADO DI COMPATTAMENTO DELLA CROMATINA LA SUA STRUTTURA DEVE ESSERE ALTAMENTE DINAMICA PER PERME...
IL RESIDUO DI LISINA IN POSIZIONE 9  DELL’ISTONE H3 NELL’ETEROCROMATINA E’ SOLITAMENTE METILATO MENTRE QUELLO DEI DOMINI E...
HP1 E’ IMPLICATA NELLA FORMAZIONE E NEL  MANTENIMENTO DELL’ETEROCROMATINA: LA SUA INTERAZIONE CON ALTRE PROTEINE PORTA ALL...
<ul><li>PROTEINE NON ISTONICHE </li></ul><ul><li>GRUPPO DI PROTEINE ETEROGENEO, SPECIALIZZATO IN FUNZIONI QUALI: </li></ul...
CROMOSOMI <ul><li>Quando la cellula si predispone alla divisione i filamenti di cromatina si spiralizzano a formare strutt...
Ogni cromosoma contiene una lunga molecola di  DNA  (assieme a specifiche proteine) la quale contiene le informazioni che ...
MITOTIC CHROMOSOME
Cromosomi mitotici di una cellula epidermica umana femminile.  Questa cellula è stata trattata con colchicina, che blocca ...
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Nocleo struttura e funzione

  1. 1. NUCLEO <ul><li>Il nucleo è l’organulo più voluminoso della cellula. </li></ul><ul><li>Solitamente appare sferico ed in posizione quasi centrale. </li></ul><ul><li>Solitamente c’è un solo nucleo per cellula. </li></ul><ul><li>Il nucleo è delimitato da un involucro nucleare. </li></ul><ul><li>Il nucleo è costituito da cromatina, nucleoplasma e nucleolo. </li></ul>
  2. 3. Il nucleo è una porzione del citoplasma delimitato da un sistema doppio di membrane che prende il nome di involucro nucleare L’ involucro nucleare è costellato di strutture chiamate Pori Nucleari , di dimensioni relative grandi che mettono in comunicazione il comparto nucleare con quello citoplasmatico I Pori Nucleari , servono al passaggio di grandi molecole come gli RNA messaggero dal nucleo al citoplasma
  3. 4. Il nucleo è delimitato da un involucro nucleare o carioteca che racchiude il nucleoplasma
  4. 5. L’involucro nucleare è costituito da due membrane: MEMBRANA INTERNA e MEMBRANA ESTERNA , separate da uno SPAZIO PERINUCLEARE . Ogni membrana ha la caratteristica struttura bilayer della membrana cellulare. La membrana nucleare interna è poggiata su una rete di fibre di sostegno, filamenti proteici, chiamata LAMINA NUCLEARE .
  5. 6. LAMINA NUCLEARE E’ una sottile e densa rete di proteine fibrillari, altamente insolubili, adesa al versante nucleoplasmatico della membrana interna dell’involucro nucleare. Fornisce “sostegno” alle membrane, funge da sito di attacco per i telomeri e svolge un ruolo importante durante la mitosi e meiosi, poiché la fosforilazione delle proteine che la costituiscono determinerebbe la frammentazione dell’involucro nucleare. La lamina è composta da tre tipi di polipeptidi: Lamìne nucleari A, B, C. Le A e C sono omologhe ai filamenti intermedi.
  6. 8. <ul><li>Mentre la membrana nucleare interna è in stretto contatto con la lamina nucleare, la membrana nucleare esterna si continua con il reticolo endoplasmatico rugoso. La sua faccia citoplasmatica è ricoperta da una delicata rete di filamenti di vimentina. </li></ul>
  7. 9. Una delle caratteristiche più peculiari della membrana nucleare è costituita dalla presenza di aperture specializzate, chiamate PORI NUCLEARI
  8. 11. A livello dei quali avviene il trasporto nucleare
  9. 13. Ogni poro è costituito da un canale cilindrico che si estende attraverso le due membrane, permettendo la comunicazione tra citosol e nucleoplasma. Le due membrane sono fuse tra di loro a livello di ogni singolo poro formando un canale tappezzato da una complicata struttura proteica , il COMPLESSO DEL PORO Il complesso del poro nucleare ha un diametro di 80-100 nm.
  10. 14. Il complesso del poro (NPC) contiene più di 100 diversi tipi di subunità proteiche (nucleoporine). Le subunità assumono una organizzazione ottagonale, formando due anelli che protrudono da entrambi i lati dell’involucro nucleare. Altre proteine formano otto raggi che collegano le subunità ad una struttura centrale detta trasportatore , responsabile probabilmente del movimento delle macromolecole attraverso la membrana nucleare. Ci sono poi proteine che ancorano il NPC alle membrane ed altre che formano una specie di gabbia nel lato del nucleosoma
  11. 15. <ul><li>Ne risulta una struttura a tre anelli </li></ul><ul><li>Gli anelli sono coassiali e sono collegati alle braccia radiali. Il poro centrale è all’interno </li></ul>
  12. 17. Trasporto nel complesso del poro <ul><li>Molecole <50 kDa diffondono liberamente. </li></ul><ul><li>Le altre sono trasportate da recettori di importazione nucleare </li></ul>
  13. 18. L’ATTRAVERSAMENTO DEL COMPLESSO DEL PORO DA PARETE DI MOLECOLE CON MASSA SUPERIORE A 50kDa E’ MEDIATO DALLA SEQUENZA DI LOCALIZZAZIONE NUCLEARE (NLS): brevi sequenze di aminoacidi carichi positivamente come lisina ed arginina
  14. 19. <ul><li>TALI SEQUENZE RICONOSCONO I </li></ul><ul><li>RECETTORI DI IMPORTAZIONE NUCLEARE </li></ul><ul><li>CHE RICONOSCONO LE PROTEINE DEL COMPLESSO DEL PORO E TRASLOCANO L’INTERO COMPLESSO DAL CITOPLASMA AL NUCLEO: </li></ul><ul><li>I RECETTORI DI LOCALIZZAZIONE NUCLEARE FUNGONO DA NAVETTE DI TRASPORTO </li></ul><ul><li>IL PROCESSO E’ MEDIATO DA PARTICOLARI PROTEINE G : </li></ul><ul><li>LE PROTEINE Ran </li></ul><ul><li>CHE ACCOMPAGNANO IL COMPLESSO RECETTORE-CARGO DENTRO E FUORI DAL NUCLEO, </li></ul><ul><li>OSCILLANDO FRA UNO STATO ATTIVO NUCLEARE (LEGATO AL GTP) </li></ul><ul><li>ED UNO STATO INATTIVO, CITOPLASMATICO (LEGATO AL GDP) </li></ul>
  15. 20. Ran GTPase dirigono il trasporto ALCUNE MOLECOLE ENTRATE NEL NUCLEO NON VI RIMANGONO (PROTEINE CHE REGOLANO LA TRASCRIZIONE) MA PER ESSERE INATTIVATE DEVONO ESSERE ESPORTATE SEQUENZE DI ESPORTZIONE NUCLEARE NES SONO RICONOSCIUTE DA RECETTORI DI ESPORTAZIONE
  16. 21. Il legame con Ran-GTP induce il rilascio del cargo
  17. 22. MATRICE NUCLEARE Una fitta rete granulare insolubile costituisce una sorta di nucleoscheletro che partecipa a mantenere la forma del nucleo offre una impalcatura per la organizzazione della cromatina e un ancoraggio per molecole coinvolte nella duplicazione e trascrizione
  18. 23. Il nucleolo Struttura specializzata che contiene un gruppo di geni per gli RNA ribosomiali, i corrispondenti trascritti e molte proteine. Presentano una regione fibrillare ed una granulare. Nella fibrillare sono presenti i centri fibrillari: regioni di DNA contenenti i geni per rRNa (rDNA o organizzatore nucleolare), cui si associano la RNA polimerai I ed i fattori di trascrizione. La granulare è costituita dalle particelle ribosomiali ai vari stadi di assemblaggio
  19. 24. CROMATINA <ul><li>E’ un complesso di DNA, proteine ed RNA. </li></ul>
  20. 25. <ul><li>Le proteine che si legano al DNA: </li></ul><ul><li>ISTONI </li></ul><ul><li>PROTEINE NON ISTONICHE </li></ul>
  21. 26. Una cellula umana contiene una quantità di DNA pari a 6,4 miliardi di basi , suddivise in 46 cromosomi Ciascun cromosoma non replicato contiene una singola molecola continua di DNA : più grande è il cromosoma, più lungo è Il DNA che esso contiene Una coppi di basi occupa circa 0,34 nm di lunghezza, quindi, sei miliardi di coppie di basi hanno una lunghezza di due metri Come è possibile contenere 2 metri in un nucleo di 10um (1x10 -5 m) mantenendo allo stesso tempo il DNA ad uno stato che sia accessibile agli enzimi ed alle proteine regolatorie?
  22. 27. Mobilità elettroforetica delle varie classi di Istoni. -Le proteine non-istoniche sono proteine eterogenee con caratteristiche meno costanti delle proteine istoniche
  23. 28. - Le proteine istoniche sono ricche in Lisina ed Arginina, sono proteine basiche dotate di una carica netta positiva. - Sono proteine altamente conservate.
  24. 29. CIASCUNA SINGOLA PARTICELLA CENTRALE DEL NUCLEOSOMA CONSISTE DI UN COMPLESSO DI OTTO PROTEINE ISTONICHE – DUE MOLECOLE DEGLI ISTONI H2A, H2B, H3 E H4 – E DI DNA A DOPPIO FILAMENTO CHE E’ LUNGO 146 COPPIE DI NUCLEOTIDI. L’ OTTAMERO DI ISTONI FORMA UN NUCLEO PROTEICO INTORNO AL QUALE E’ AVVOLTO IL DNA A DOPPIO FILAMENTO Gli ISTONI ono responsabili del primo livello di base dell’organizzazione dei cromosomi ( NUCLEOSOMA )
  25. 30. CIASCUNA PARTICELLA CENTRALE DEL NUCLEOSOMA E’ SEPARATA DALLA SUCCESSIVA DA UNA REGIONE DI DNA LINKER . LA FORMAZIONE DEI NUCLEOSOMI CONVERTE UNA MOLECOLA DI DNA IN UN FILO DI CROMATINA LUNGO CIRCA UN TERZO DELLA LUNGHEZZA INIZIALE E CIO’ COSTITUISCE IL PRIMO LIVELLO DI COMPATTAMENTO DEL DNA
  26. 31. MODELLO DI CROMATINA A “COLLANA DI PERLE”
  27. 32. Allora ……. perché GLI ISTONI SONO PROTEINE ALTAMENTE CONSERVATE, PICCOLE E BASICHE?
  28. 33. LA CROMATINA DI UNA CELLULA VIVENTE RARAMENTE ADOTTA LA FORMA ESTESA DI “COLLANA DI PERLE” I NUCLEOSOMI SONO COMPATTATI L’UNO SULL’ALTRO GENERANDO SCHIERE REGOLARI IN CUI IL DNA E’ ANCORA PIU’ CONDENSATO. COSI’ LA MAGGIOR PARTE DELLA CROMATINA SI PRESENTA SOTTO FORMA DI UNA FIBRA CON UN DIAMETRO DI CIRCA 30nm , CONSIDEREVOLMENTE PIU’ LARGA DELLA CROMATINA SOTTO FORMA DI “PERLINE SU UN FILO”.
  29. 34. PRESENZA DELL’ISTONE H1, PIU’ GRANDE DEGLI ALTRI ISTONI E MENO CONSERVATO; PRESENZA DELLE CODE DEGLI ISTONI DEL NUCLEO CHE SI ESTENDONO DAL NUCLEOSOMA
  30. 37. COME FIBRA DI 30nm UN TIPICO CROMOSOMA UMANO SAREBBE ANCORA LUNGO 0.1CM. CI DEVE ESSERE UN LIVELLO ANCORA SUPERIORE DI RIPIEGAMENTO CHE ORGANIZZA LA FIBRA DI 30 nm IN UNA SERIE DI ANSE E AVVOLGIMENTI
  31. 39. <ul><li>A seconda delle sue attività trascrizionali la cromatina può essere addensata e quindi inattiva ( eterocromatina ) o distesa e quindi attiva ( eucromatina ). </li></ul>
  32. 40. Ciclo di condensazione-decondensazione della Cromatina
  33. 41. <ul><li>ETEROCROMATINA: COSTITUISCE DI SOLITO IL 10% DEL TOTALE NEI CROMOSOMI DEI MAMMIFERI ED E’ INATTIVA TRASCRIZIONALMENTE </li></ul><ul><li>ES: SI HA NEL CROMOSOMA X INTERFASICO DELLE FEMMINE DI MAMMIFERI: LE LORO CELLULE POSSIEDONO DUE CROMOSOMI X, MENTRE QUELLE DEI MASCHI HANNO UN X E UN Y. </li></ul><ul><li>NEI MAMMIFERI UNO DEI CROMOSOMI X FEMMINILI VIENE INATTIVATO PERMANENTEMENTE, FORSE PERCHE’ UNA DOPPIA DOSE DI CERTI PRODOTTI GENICI POTREBBE ESSERE LETALE. ALLORA UNO O L’ALTRO DEI DUE, A CASO, SI ADDENSA FORTEMENTE E DIVENTA ETEROCROMATICO IN UNA FASE PRECOCE DELLO SVILUPPO EMBRIONALE. DA QUEL MOMENTO, IN TUTTA LA NUMEROSA PROGENIE CELLULARE CHE SEGUE, LO STATO DI CONDENSAZIONE E INATTIVITA’ DI QUEL CROMOSOMA X VIENE EREDITATO. </li></ul>
  34. 43. <ul><li>NONOSTANTE L’ALTO GRADO DI COMPATTAMENTO DELLA CROMATINA LA SUA STRUTTURA DEVE ESSERE ALTAMENTE DINAMICA PER PERMETTERE ALLA CELLULA DI ACCEDERE AL DNA </li></ul><ul><li>A QUESTO SCOPO SONO IMPORTANTI DUE STRATEGIE GENERALI PER CAMBIARE REVERSIBILMENTE STRUTTURE LOCALI DI CROMATINA: </li></ul><ul><li>COMPLESSI DI RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA SPINTI DA ATP </li></ul><ul><li>MODIFICAZIONE COVALENTE (ACETILAZIONE, METILAZIONE, FOSFORILAZIONE) CATALIZZATA DEGLI ISTONI (H1) A LIVELLO DELLE CODE ISTONICHE IN UNA DETERMINATA REGIONE </li></ul>
  35. 44. IL RESIDUO DI LISINA IN POSIZIONE 9 DELL’ISTONE H3 NELL’ETEROCROMATINA E’ SOLITAMENTE METILATO MENTRE QUELLO DEI DOMINI EUCROMATINICI NON LO E’. LA RIMOZIONE DEI GRUPPI ACETILICI DAGLI ISTONI H3 ED H4 E’ UNO DEI PASSAGGI INIZIALI DELLA CONVERSIONE DA EUO AD ETEROCROMATINA LA DEACETILAZIONE DEGLI ISTONI (CROMOSOMA X) SI ACCOMPAGNA ALLA METILAZIONE DELLA LISINA 9 DI H3 AD OPERA DI UNA ISTONE-METILTRANSFERASI (SUV9H1) L’ACETILAZIONE PERMETTE ALLA CODA DELL’ISTONE H3 DI INTERAGIRE CON PARTICOLARI PROTEINE CHE CONTENGONO UN CROMODOMINIO FRA LE QUALI LA PROTEINA ETEROCROMATICA H1 (HP1)
  36. 45. HP1 E’ IMPLICATA NELLA FORMAZIONE E NEL MANTENIMENTO DELL’ETEROCROMATINA: LA SUA INTERAZIONE CON ALTRE PROTEINE PORTA ALLA FORMAZIONE DI UNA RETE INTERCONNESSA DI NUCLEOSOMI METILATI CON LA CONSEGUENTE FORMAZIONE DI UNA CROMATINA ALTAMENTE COMPATTATA PICCOLI RNA NON CODIFICANTI SVOLGONO UN RUOLO IMPORTANTE NELLA METILAZIONE E QUINDI NELLA FORMAZINE DELLA ETEROCROMATINA
  37. 46. <ul><li>PROTEINE NON ISTONICHE </li></ul><ul><li>GRUPPO DI PROTEINE ETEROGENEO, SPECIALIZZATO IN FUNZIONI QUALI: </li></ul><ul><li>DUPLICAZIONE DNA (DNA POLIMERASI, ELICASI, GIRASI, PRIMASI…) </li></ul><ul><li>TRASCRIZIONE DI GENI (RNA POLIMERASI) </li></ul><ul><li>MATURAZIONE DEL PRE-mRNA </li></ul><ul><li>REGOLAZIONE DEL PROCESSO DI TRASCRIZIONE DI SPECIFICI GENI </li></ul>
  38. 47. CROMOSOMI <ul><li>Quando la cellula si predispone alla divisione i filamenti di cromatina si spiralizzano a formare strutture molto condensate dette cromosomi. </li></ul><ul><li>Il numero di cromosomi delle cellule somatiche è fisso per una determinata specie </li></ul>
  39. 48. Ogni cromosoma contiene una lunga molecola di DNA (assieme a specifiche proteine) la quale contiene le informazioni che sono necessarie al funzionamento della cellula (e che verranno trasmesse alle cellule figlie) Cromosomi umani durante la mitosi In ogni specie i cromosomi si presentano con un numero e una struttura caratteristici. Ad esempio il corredo cromosomico umano è di 46 cromosomi (23 coppie di cromosomi omologhi). Lo scimpanzé ne ha 48, il topo 40, il cane 78, il gatto 38. Il pesce rosso ne ha 80 e la zanzara 6 Tutte le cellule di un dato organismo hanno lo stesso numero di cromosomi (ad eccezione dei gameti che ne hanno esattamente la metà)
  40. 49. MITOTIC CHROMOSOME
  41. 50. Cromosomi mitotici di una cellula epidermica umana femminile. Questa cellula è stata trattata con colchicina, che blocca la mitosi in metafase, e colorata con una tecnica di colorazione che evidenzia una serie caratteristica di bande su ciascun cromosoma. (a) Cromosomi in piastra metafasica; (b) cariotipo, costruito tagliando la foto dei singoli cromosomi e disponendoli in base alle dimensioni ed al bandeggio.

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