Il Nucleo e l'Involucro Nucleare

Il nucleo è l'organello più grande della cellula, con un diametro di circa 5 µm.
È separato dal citoplasma dall'involucro nucleare, formato da due membrane fosfolipidiche e proteine.
L'involucro nucleare presenta pori e la membrana esterna è in continuità con il reticolo endoplasmatico.
Il nucleo è il centro di controllo genetico della cellula eucariotica, poiché contiene il DNA che controlla tutte le attività cellulari.
Il DNA è associato alle proteine, formando la cromatina.
Il DNA del nucleo è presente sotto forma di lunghe molecole lineari.
Queste molecole si chiamano cromosomi e sono evidenti solo in periodi particolari come la mitosi.
Il numero di cromosomi è tipico di ogni specie (l'uomo ne ha 46).

L'involucro nucleare delimita il nucleoplasma.
I due strati fosfolipidici sono uniti a livello dei pori nucleari ed in continuità con il reticolo endoplasmatico.
Lo spazio tra le due membrane è chiamato spazio perinucleare.

Il complesso del poro nucleare (NPC) è il punto di fusione tra le due membrane dell'involucro nucleare.
È formato da due anelli proteici con simmetria ottagonale, raggi e fibre che si estendono verso il citoplasma e il nucleoplasma.
Presenta un trasportatore o tappo centrale, e rappresenta l'unica via di comunicazione tra il nucleo e il citoplasma.
È una struttura sopramolecolare dinamica con diametro centrale variabile (5-10 nm).
Il poro è composto da diversi tipi di nucleoporine.

Le proteine lamìne formano la lamina nucleare, una struttura proteica di sostegno che si trova appena sotto l'involucro nucleare, sul lato interno.
La lamina nucleare determina la forma e la dimensione dell’involucro nucleare e a essa si legano proteine integrali di membrana.
Esistono laminopatie umane, dovute a difetti genetici che interessano le proteine lamìne. Queste patologie sono caratterizzate da nuclei deformi.

La matrice nucleare è una fitta rete di proteine fibrose e granulari che costituisce il «nucleoscheletro» del nucleoplasma.
La matrice nucleare ha un ruolo di sostegno per i cromosomi e gli enzimi ed è coinvolta nella replicazione e trascrizione dei geni.

Durante la divisione nucleare (mitosi), l'involucro nucleare si dissolve per poi riformarsi.
La demolizione e la ricostruzione dell'involucro nucleari avvengono attraverso la fosforilazione e la defosforilazione delle proteine.

Il nucleolo è una zona densa del nucleo e rappresenta il sito di trascrizione e maturazione degli rRNA e dell'assemblaggio delle subunità ribosomali.
Presenta una porzione fibrillare (rDNA e rRNA) e una porzione granulare (proteine ribosomali + RNA).
La dimensione e il numero dei nucleoli possono variare a seconda dello stato cellulare.
È associato a regioni di DNA con i geni per l'rRNA, chiamate "nucleolar organization region" (NOR).

La distribuzione della cromatina e delle proteine/enzimi all'interno del nucleo non è omogenea.
L'organizzazione del nucleo si evidenzia con tecniche come la FISH (Fluorescence In Situ Hybridization).
Le fibre di cromatina sono organizzate in domini strutturali e funzionali.
Proteine e particelle RNP coinvolte nella trascrizione genica e nella maturazione/splicing dell'RNA sono concentrate in agglomerati chiamati "speckle".

Il reticolo endoplasmatico è una rete di canali, sacchi e vescicole membranose che costituisce la struttura membranosa più estesa del citoplasma.
Delimita un lume interno.
Viene suddiviso in reticolo endoplasmatico liscio (SER) e reticolo endoplasmatico rugoso (RER), che differiscono per struttura, funzione e composizione biochimica.

Il RER è associato ai ribosomi.
Nel RER avviene la sintesi di proteine destinate alla secrezione, al Golgi, ai lisosomi, alla membrana plasmatica e altri organelli.
Nel RER avviene il ripiegamento (assistito) delle proteine, il controllo qualità delle proteine, l'associazione tra polipeptidi e le modificazioni post-traduzionali (N-glicosilazione, idrossilazione, formazione di ponti S-S, aggiunta di glicolipidi).

Il REL ha un aspetto tubulare.
Il REL svolge molteplici funzioni grazie alla varietà di enzimi integrati nella sua membrana.
Le funzioni del REL includono la sintesi dei lipidi (acidi grassi, fosfolipidi, steroidi), la detossificazione, l'accumulo e il rilascio degli ioni calcio nelle cellule muscolari, e il metabolismo dei carboidrati.

I lipidi complessi vengono sintetizzati sul lato citosolico delle membrane del REL.
Le scramblasi ri-distribuiscono i lipidi tra i due foglietti del REL.
Le flippasi contribuiscono all'asimmetria nella distribuzione dei lipidi.

I lipidi sintetizzati nel REL sono trasportati verso i vari comparti membranosi tramite vescicole e proteine trasportatrici.

L'enzima glucosio-6-fosfatasi è presente nel REL degli epatociti, reni e cellule intestinali.
L'enzima defosforila il Glucosio-6-fosfato (Glu6P) in glucosio (Glu) permettendogli di uscire dalle cellule epatiche e raggiungere il sangue.
L'azione della glucosio-6-fosfatasi è sotto controllo ormonale e contribuisce a mantenere costante il livello ematico del glucosio.
La glucosio-6-fosfatasi è assente in cellule muscolari e cervello, che utilizzano il glucosio per ottenere energia.