TEMA 11: LOS RIBOSOMAS

Los ribosomas fueron descritos por primera vez por Palade en 1953 al microscopio electrónico. Los estudió en el R.E. rugoso por la cara no citosómica, y también libres.

Los ribosomas se aislaron por ultracentrifugación y así se pudo ver su morfología en función en eucariotas y procariotas.

En su composición entra el ARNr y el proteínas.

El ARNr forma un doble helicoide (el 60%), pero es una hebra misma, no son dos cadenas. Quedaría por fuera rodeando a las proteínas, de ahí la basofilia de los ribosomas.

Están presentes en todas las células, situados en el citosol. El núcleo carece de ellos. Se encuentran también en mitocondrias (mitoribosomas) y en plastos (plastoribosomas), son específicos de ellos.

Los ribosomas de procariotas y eucariotas son muy similares. Cada ribosomas está formado por dos subunidades, una pequeña y otra grande, que se mantienen juntas formando un complejo de varios miles de Daltons. La presencia de Mg2+ hace que ambas subunidades se unan. Su ausencia hace que se despeguen. Durante la síntesis de proteínas, la subunidades menor se une al ARNm y al ARNt. Mientras, la grande se pega a los enlaces peptídicos.

Los componentes ribosomales se designan por los valores de S (Svedberg).

Un ribosoma procariota es de 70 S, siendo 50 S la subunidad mayor y de 30 s la menor (depende de la superficie). La subunidad grande presenta 3 salientes y está formada por una moléscula de ARN grande de 23 S y una pequeña de ARN de 5 S. Además contiene 34 proteínas. La subunidad pequeña muestra 2 lóbulos y muestra una molécula grande de ARN de 16 S, tiene 21 proteínas (todas distintas). Casi todas las proteínas son ricas en aá. básicos.

El ribosomas eucariota es de 80 S. Es un poco más grande que el de los procariotas. La subunidad mayor es de 60 S y la menor es de 40 S. El ADN ribosómico eucariota constituye el 70 % de todo el citoplasma.

La mayor posee una cadena de ARN grande de 28 S. Otra pequeña de 5.8 S y otra pequeña de 5 S. La subunidad pequeña contiene una molécula grande de ARN de 18 S, aunque puede haber variaciones dependiendo del organismo.

Hay agentes que inhiben la síntesis de proteínas ribosomales que actúan en eucariotas y en procariotas. Por ejemplo, la PUROMICINA y la ACTINOMICINA D. Otros agentes como la ERITROMICINA y el CLORANFENICOL, ESTREPTOMICINA, etc. (antibióticos) inhiben la síntesis de proteínas procariotas. Hay otros como la AMANITINA y la ANISOMICINA que inhiben la síntesis en eucariotas.

A pesar de las diferencias, ambos ribosomas tienen una estructura casi idéntica y una función muy parecida.

Los ribosomas de 18 y 28 S de eucariotas contienen muchos nucleótidos extras no presentes en procariotas, pero no afectan. Más de la mitad del peso de un ribosoma es ARNr, que desempeña un papel importantísimo en las actividades catalíticas del ribosoma. A pesar de que la molécula de ARNr de la subunidad pequeña tiene un tamaño variable según el organismo, su complicado plegamiento está muy condensado.

También existen claras analogías entre ARNr de las subunidades mayor de los diferentes organismos.

Los ribosomas tienen un alto número de proteínas, pero muchas tienen una secuencia muy poco conservada durante la evolución, e incluso algunas no parecen ser esenciales para la función del ribosoma. Se cree que las proteínas ribosomales aumentan la función de los ARNr y también se cree que son las moléculas del ARNr las que catalizan la mayoría de las reacciones del ribosoma y no las proteínas.

Hay también ribosomas en mitocondrias y cloroplastos, y son parecidos a los de procariotas. Son también inhibidos por el cloranfenicol, estreptomicina y eritromicina. Los ribosomas de los plastos son muy semejantes a los de los procariotas y son también de 80 S.

Los mitoribosomas difieren en algunos aspectos. En algunas células animales son menores que los ribosomas procariotas (55-60 S). Varian de unas especies a otras.

Para la síntesis de proteínas se requiere la unión de una subunidad mayor y otra menor, pero no es necesario que sean siempre las mismas. Al terminar de fabricar las proteínas, se separan. Cuando vuelven a sintetizar se unen dos diferentes.

Para la síntesis de proteínas los ribosomas se asocian en grupos mediante un filamento de unos 2 nm. de espesor. Por el tratamiento con ARN-asa se supo que el filamento es de ARN. Después se llegó a saber que se trata de ARN-m, que no parece estar unido a proteínas. Estos ribosomas asociados se denominan polisomas, y suelen adoptar una figura en espiral. La subunidad menor queda hacia el interior de la espiral. Los ribosomas forman polisomas para realizar cualquier tipo de síntesis proteicas: tanto la efectuada por los ribosomas libres como la realizada por los asociados a membranas (RER). En el RER la subunidad mayor es la que se adosa a la membrana.

El número de ribosomas que forman un polisoma y la longitud de ARN-m que los une varía según el peso molecular de las proteínas que se va a sintetizar.

Para la síntesis de proteínas, los ribosomas recorren el ARNm desde un extremo a otro. Por cada tres nucleótidos recorridos, incorporan un aminoácido a la cadena de proteínas que están sintetizando; aminoácidos que les proporciona el ARNt . Cuando han completado el recorrido, los ribosomas se liberan del ARNm y suelta la proteína ya terminada. Mientras se esté sintetizando proteínas, por cada ribosoma que abandona el polisoma en el extremo final, otro se incorpora en el inicial, de modo que el ritmo de trabajo del polisoma siempre es complejo.

El ARNt y la cadena de aminoácidos que se está formando se encuentran en un canal situado en la subunidad mayor.

Los ribosomas deben de tener una vida limitada.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

El código genético

El ADN nuclear transcribe cadenas complementarias que forman los diferentes ARNm. Cada uno de ellos, según la secuencia de los nucleótidos, dará lugar a una cadena polipeptídica distinta, ya que cada secuencia de tres aminoácidos, denominada triplete, determinará cuál debe ser el aminoácidos que se ha de incorporar a la cadena polipeptídica en formación. Cada triplete de ARNm que va a determinar la incorporación de un aminoácido a la cadena proteica en formación se denomina codón. La secuencia total de la cadena polipeptídica vendrá determinada pro la secuencia de codones.

El ARNm es de vida corta en bacterias y más larga en eucariotas. La lectura del ADN que copia es en el sentido 5'!3'. La transcripción de este enzima se realiza gracias a la enzima ARN-polimerasa II. Cada ARNm se sintetiza en el núcleo como parte de una población heterogénea de ARN denominada ARNh (ARN heterogéneo nuclear), que es rápidamente degradada.

Esquema de la síntesis proteica:

Cada aminoácido que se incorpora a la cadena proteica en formación es suministrado a ribosoma y al ARNm del polisoma mediante el ARNt. Comienza siempre por los los nucleótidos ACC en su recorrido forma tres lazos, y finaliza por el nucleótido G junto al punto donde comenzó. El ARNt suele tener forma de trébol. En el lazo más distal del punto de inicio y fin de las moléculas se encuentran tres bases, dirigidas hacia fuera, denominadas anticodón. Las bases del codón y del anticodón son complementarias. Cada ARNt tiene además, en otro de sus lazos, un sitio para el reconocimiento del ribosoma, que contiene las bases GTP-pseudo UCG. Hay un tercer sitio para el reconocimiento de la enzima activante de la unión del aminoácido concreto con ese ARNt (centro A, activo).

Los pasos de la síntesis proteica son los siguientes:

Cuando los ribosomas se unen al RER hay un 2º codón o varios que sigue al AUG, que inician la síntesis de un péptido señal. Este péptido hace que el ribosoma se pegue a la membrana del RER, al interaccionar con los ribosomas, formándose un canal por el que entre la proteína a la luz del RER. Este péptido señal, posteriormente es escindido por una enzima peptidasa saturada en la cara interna de la membrana del RER.

El final de la síntesis tiene lugar cuando se interrumpe la producción.

Una proteína denominada FACTOR DE LIBERACIÓN entra, en vez de un aminoácido-ARNt, cuando llega a un codón mudo o de terminación (UAA, UAG, UGA). El factor de liberación hace que la peptidil tranferasa hidrolice el peptidil ARNt en lugar de unirlo a otro aá., con lo que queda libre la proteína. También puede inducirse el fin con el antibiótico Puromicina (muy parecido a un ARNt unido a un aá.). Tiene un grupo amino que se une al grupo COOH del aminoácido anterior, pero por el otro extremo carece de grupo COOH, por lo que no puede unirse a él ningún otro aá.

Cuando se ha terminado la formación de la proteína, hay algún factor que determina la separación de los ribosomas.

+ Destino de las proteínas:

Las proteínas sintetizadas por los ribosomas libres pueden ser proteínas del citosol, periféricas de la membrana plasmática (enzimas, actina, espectrina), proteínas mitocondriales, pueden ir a los plastos, proteínas interiores del peroxisoma (catalasas, oxidasas de aá....), proteínas nucleares (histonas, proteínas de la lámina, etc.).

Las sintetizadas por el RER se verán más adelante.

Las proteínas recién sintetizadas pueden tener uno o varios péptidos señal que sirven para clasificarlas de acuerdo con su destino y determinan dónde deben ser exportadas, ya que en la membrana de los orgánulos existen receptores específicos para cada péptido señal. La ausencia de péptidos señal se queda en el citosol. Cuando hay un solo péptido señal, éste suele ser terminal, y se ancla en la membrana del orgánulo correspondiente, pero a menudo la proteína puede pasar del RER al Apto. De Golgi o a la membrana.

Péptido señal _ H2N _ Proteínas recién sintetizada _- COOH

Entonces, este péptido viene seguido por otro o más péptidos señal, de modo que una vez eliminado el primer péptido señal, el segundo queda en posición terminal, marcando el próximo destino y así sucesivamente, hasta que la proteína llegue a su destino final. También puede ocurrir que halla varios péptidos señal intercalados a lo largo de la proteína y esos péptidos quedan separados por cadenas más o menos largas. En este caso, la proteína se inserta en varios puntos de la membrana destino, y cada punto de inserción viene determinado por cada uno de los péptidos señal. Es el caso de las proteínas de paso múltiple que se encuentran en la membrana plasmática.

+ Modificaciones tras las síntesis:

Las proteínas sintetizadas pueden sufrir posteriores modificaciones, que se realizan en el citosol, en el RER o en el aparato de Golgi, aunque en ocasiones también pueden ocurrir fuera de la célula, por ejemplo, las enzimas digestivas, que son expulsadas al aparato digestivo en forma de cimógenos.

Muchas modificaciones son permanentes (P.e. glucoxilacines, que es la más frecuente, es la unión de oligosacáridos a la proteínas), otras, sin embargo, son reversibles y ocurren en el citosol, por ejemplo, la unión de ác. grasos a proteínas, fosforilación de proteínas... Las proteínas, desde que se forman en el ribosoma hasta su destrucción por proteolisis, están acompañadas de una proteína de reparación y mantenimiento son las PROTEÍNAS DE UNIÓN, llamadas también proteínas acompañantes o CHAPERONAS, que se encargan de corregir su forma, repararlas o eliminarlas. Hay un equilibrio entre la degradación y síntesis proteica. Algunas proteínas del citosol son defectuosas. Estas proteínas tienen una señal que hace que sean degradadas por enzimas proteolíticos.

La producción de nuevos ribosomas es una actividad importante del metabolismo celular: para renovarlos, y para aumentar el número de ribosomas durante el crecimiento y diferenciación celular. Esta biogénesis pone en juego dos tipos de fenómenos:

a) Se lleva a cabo en el núcleo a partir de los genes agrupados en las NOR (regiones organizadores del nucleolo, que se encuentran en algunos ribosomas), esto codifica los ARNr. La síntesis de proteínas ribosomales se hace de la misma manera que las demás síntesis, mediante la traducción del ARNm por los ribosomas en el citoplasma. La constitución de nuevos ribosomas se hace por autoacoplamiento de sus constituyentes. Las proteínas ribosomales, una vez formadas, migran muy rápidamente hacia el núcleo y se asocian al ARNr para formar las dos subunidades ribosómicas. Esto ocurre en el nucleolo. Las subunidades maduran mientras se dirigen al citoplasma y se hacen maduras cuando salen del núcleo. La producción de ribosomas está adaptada a las necesidades de la célula y es regulada por ésta.