La cellula eucariotica animale

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2 Tutte le cellule sono circondate da una membrana plasmatica costituita da fosfolipidi e proteine. Le cellule eucariotiche posseggono organuli rivestiti di membrana. L organulo di dimensioni maggiori è il nucleo che controlla le attività cellulari La cellula eucariotica animale

3 La membrana plasmatica e il modello a mosaico fluido Le proteine di membrana svolgono diverse funzioni. i fosfolipidi : esteri di acidi grassi con acido fosfoglicerico, legato a sua volta con un composto organico

4 Il nucleo è l organulo di dimensioni maggiori delle cellule eucariote Assente nei procarioti Separato dal citoplasma dall involucro nucleare Contiene: -la maggior parte del DNA cellulare, il materiale genetico che dirige e controlla la attività della cellula -RNA -Componenti molecolari necessari al suo funzionamento (proteine ed enzimi) IL NUCLEO

5 IL NUCLEO Le funzioni del nucleo sono correlate al suo contenuto in DNA (materiale genetico) Divisione cellulare 1cellula Espressione genica DNA (geni) Replicazione DNA e suo trasferimento alle cellule figlie DNA Trascrizione RNA per la regolazione delle attività celulari RNA (mrna, rrna, trna) tradotto 2 cellule Proteine

6 IL NUCLEO nei preparati istologici STRUTTURA Nei preparati istologici il nucleo si colora con coloranti basici per il contenuto in DNA (acido, basofila) Ematossilina-eosina -ematossilina (ematossilina-eosina) -Reazione di Feulgen (istochimica) Feulgen

7 IL NUCLEO nei preparati istologici: forma e posizione La forma del nucleo è spesso correlata a quella della cellula La posizione del nucleo è variabile e caratteristica di ogni tipo cellulare

8 IL NUCLEO nei preparati istologici: numero Generalmente le cellule sono: osteoclasti 1. mononucleate (1 nucleo) ma esistono cellule: 2. Prive di nucleo (eritrociti) 3. Multinucleate (cellula muscolare, osteoclasti: sincizi) eritrociti nucleus Cellula muscolare scheletrica cell membrane

9 Il nucleo cambia la sua morfologia e le sue attività in base allo stato della cellula: - interfase - divisione cellulare (mitosi e meiosi)

10 IL NUCLEO in interfase Matrice nucleare: mezzo semifluido all interno del nucleo Cromatina ed RNA

11 IL NUCLEO nei preparati istologici: ultrastruttura Cromatina Nucleolo Involucro nucleare

12 IL NUCLEO la cromatina La cromatina è costituita dal materiale granulo-filamentoso in forma più o meno addensata. La cromatina è costituita da: DNA e proteine basiche ISTONI Eterocromatina (zolle) La cromatina è la forma interfasica dei cromosomi... Eucromatina Chiariamo questo concetto

13 IL NUCLEO la cromatina La cromatina è costituita da: DNA e proteine basiche dette ISTONI Il DNA della cromatina è un filamento a doppia elica del diametro di 2 nm Il DNA si avvolge attorno agli istoni (8 istoni) formano delle strutture globulari dette nucleosomi (11nm) Fibra nucleosomica; diametro= 11nm

14 IL NUCLEO la cromatina Fibra nucleosomica; diametro= 11nm MITOSI Avvolgimento della fibra cromatinica di 30nm (unità fondamentale della cromatina interfasica)

15 IL NUCLEO la cromatina La cromatina è la forma interfasica dei cromosomi... Fibra nucleosomica: 11 nm Fibra cromatinica:30 nm Cromosoma

16 IL NUCLEO la cromatina Ogni specie eucariotica ha un numero caratteristico di cromosomi. Una tipica cellula umana ha 46 cromosomi Una cellula umana contiene 6.4 pg DNA Una cellula umana contiene 180 cm di DNA Un cromosoma contiene 7.4 cm di DNA MA è lungo solo 10 micron in metafase

17 IL NUCLEO la cromatina In interfase Se i nucleosomi sono molto addensati tra loro avremo eterocromatina Se i nucleosomi sono meno addensati avremo eucromatina Eucromatina N.B. I filamenti di cromatina che costituiscono i singoli cromosomi mantengono la loro individualità durante l interfase anche se non sono distinguibili morfologicamente Eterocromatina (zolle) Notiamo un nucleo eucromatico e un nucleo eterocromatico

18 IL NUCLEO la cromatina Funzioni di eterocromatina ed eucromatina Il DNA della eterocromatina (regioni telomeriche e centromeriche dei cromosomi e altre regioni) non è disponibile per la trascrizione. Il DNA della eucromatina è solo in parte disponibile per la trascrizione. Distinguiamo: eucromatina attiva e inattiva in base al diverso grado di condensazione La eucromatina inattiva ha uno stato di condensazione intermedio tra eterocromatina ed eucromatina attiva Solo il 10% del DNA totale è trascritto in circa proteine (eucromatina) in un mammifero, sebbene ci sia una trascrizione selettiva in base al tipo cellulare. In ogni cellula differenziata circa 1-5% del genoma è trascritto

19 IL NUCLEO eterocromatina Cromatina Inattiva Condensata, elettrondensa Facilmente osservabile in cellule che non sintetizzano attivamente proteine o che producono poche proteine Linfociti, spermatozoi

20 IL NUCLEO eurocromatina Colorazione chiara in EM e MO Cromatina despiralizzata DNA viene trascritto Osservabile in cellule con attiva sintesi proteica Neuroni, Fegato

21 IL NUCLEO proteine non istoniche e matrice nucleare Proteine non istoniche o nucleari acide classe eterogenea di proteine che si associano al DNA con funzioni molto varie: Proteine della matrice nucleare che costituiscono una impalcatura per il nucleo e i cromosomi - si legano a sequenze del DNA e sono coinvolte nei ripiegamenti della cromatina - favoriscono una corretta duplicazione del DNA ed efficiente espressione genica -Proteine che formano una trama di sostegno dopo estrazione di DNA e RNA (lamìne della lamina nucleare, vimentina e altre ) Enzimi coinvolti nella duplicazione del DNA (es. DNA polimerasi) Enzimi della trascrizione e del processamento dell RNA (RNA polimerasi, endonucleasi, ligasi) Fattori di trascrizione (regolazione espressione genica)

22 IL NUCLEO nucleolo Regione granulare densa all interno del nucleo priva di membrana È formato da DNA, Proteine e prevalentemente RNA Si colora con i coloranti basici (ematossilina è un colorante basico che colora le sostanza acide (DNA E RNA) Visibile in interfase, si dissolve in mitosi nucleolo

23 IL NUCLEO nucleolo Il nucleolo appare come un area Nucleolo al TEM granulare densa, non rivestita da membrana Funzione: È il sito di produzione dei ribosomi (rrna e proteine)

24 IL NUCLEO nucleolo Il nucleolo mostra tre zone diverse visibili al ME Nucleolo al TEM elevato ingrandimento 1. l organizzatore nucleolare (A): DNA = numerose copie Cromatina associata al nucleolo dei geni per rrna 2. una porzione Fibrillare (F) (Ribosomi immaturi, rrna) 3. una porzione Granulare (G) (ribosomi maturi)

25 IL NUCLEO nucleolo Zona F Zona G

26 IL NUCLEO nucleolo Il nucleolo è molto prominente ed evidente in cellule che producono proteine in modo attivo, soprattutto per la secrezione Neuroni, Epatociti

27 IL NUCLEO nucleolo Il numero e le dimensioni del nucleolo possono variare in base: Livello di espressione genica la presenza di molti nucleoli o grossi nucleoli può indicare una intensa espressione genica (grossi nucleoli sono presenti nelle cellule nervose) Fasi del ciclo cellulare: alla fine della mitosi si formano molti nucleoli che poi si fondono: la presenza di molti nucleoli può indicare una intensa attività proliferativa

28 IL NUCLEO INVOLUCRO NUCLEARE È formato da due membrane, che sono una estensione e specializzazione delle membrane del RER Sulla membrana esterna sono presenti ribosomi È attraversato da numerosi pori, per la comunicazione tra nucleo e citoplasma Si disgrega in mitosi e dopo la mitosi, si riforma da elementi del RER

29 IL NUCLEO INVOLUCRO NUCLEARE PORI NUCLEARI Complesso del poro proteine dette NUCLEOPORINE

30 IL NUCLEO i PORI dell INVOLUCRO NUCLEARE Sezione tangenziale (TEM) Istoni DNA polimerasi RNA polimerasi IN OUT mrna ribosomi La superficie dell involucro nucleare è cosparsa di pori che consentono gli scambi nucleo-citoplasmatici di molecole, in modo regolato e selettivo

31 IL NUCLEO INVOLUCRO NUCLEARE La membrana interna dell involucro nucleare è in rapporto con la lamina nucleare e la cromatina La lamina nucleare: cromatina è costituita da una rete di filamenti intermedi (lamìne) Contribuisce al mantenimento della forma del nucleo Media le interazioni con la cromatina Ribosomi Complesso Poro Membrana esterna Membrana interna Lamina nucleare Lamina nucleare (TEM)

32 Il nucleo cambia in base allo stato della cellula: - interfase - divisione cellulare - apoptosi

33 IL NUCLEO divisione cellulare Divisione cellulare DNA (1cellula) replicazione DNA Principali modificazioni del nucleo in mitosi: Addensamento della cromatina nei cromosomi Formazione del fuso mitotico Disgregazione e riformazione dell involucro nucleare 2 cellule Disgregazione e riformazione dei nucleoli

34 IL NUCLEO divisione cellulare INTERFASE: non si distinguono i cromosomi MITOSI si iniziano a distinguere i cromosomi

35 IL NUCLEO divisione cellulare MITOSI sono visibili i cromosomi che vengono separati nelle due cellule figlie tramite il fuso mitotico

36 IL NUCLEO divisione cellulare Nella mitosi l involucro nucleare si disgrega

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38 APOPTOSI: morte cellulare programmata TIPI DI MORTE CELLULARE NECROSI: morte legata a grossolane perturbazioni dell omeostasi, quali ipossia, ischemia, ipertermia o avvelenamento da tossine: rottura della membrana plasmatica e rilascio di enzimi litici APOPTOSI: le cellule invecchiano e muoiono naturalmente (fisiologicamente) attraverso un processo attivo e programmato

39 APOPTOSI: morte cellulare programmata È un fenomeno dal significato positivo per l organismo in quanto permette di eliminare: cellule invecchiate cellule potenzialmente danneggiate (infettate da virus, o trasformate) cellule che non servono più

40 APOPTOSI del citoscheletro attivazione delle caspasi di altri componenti cellulari Della membrana nucleare 3 of DNA

41 Morfologia apoptosi (TEM): Cromatina Condensata, Corpi apoptotici, evaginazioni della membrana La cromatina comincia ad essere degradata e condensata in corpi addossati alla membrana nuclere. IL NUCLEO apoptosi Successivamente si degrada la membrana nucleare che diventa discontinua e le molecole di DNA sono frammentate. Il nucleo si rompe in alcuni corpi cromatinici o corpi apoptotici Cromatina condensata Evaginazioni della membrana Corpi apoptotici

42 Differenze morfologiche necrosi apoptosi

43 IL NUCLEO DNA Geni Cromatina Cromosomi Mitosi INTERFASE FASE S: DNA replicazione del DNA NUCLEO in INTERFASE (fasi diverse dalla fase S): Espressione genica DNA Trascrizione di mrna, trna, rrna Maturazione degli RNAs Assemblaggio dei Ribosomi (nucleolo) Movimento di molecole in and out trascritto tradotto RNA Proteine