Ribosomas: características, tipos, estructura, funciones
Los ribosomas son los organelos celulares más abundantes y están implicados en la síntesis de proteínas. No se encuentran rodeados por membrana y están formados por dos tipos de subunidades: una grande y una pequeña, por regla general la subunidad grande es casi el doble de la pequeña.
El linaje procariota posee ribosomas 70S compuesto por una subunidad grande 50S y una pequeña 30S. Asimismo, los ribosomas del linaje eucariota están compuestos por una subunidad grande 60S y una pequeña 40S.
El ribosoma es análogo a una fábrica en movimiento, capaz de leer el ARN mensajero, traducirlo en aminoácidos y unirlos por enlaces peptídicos.
Los ribosomas equivalen a casi el 10% de las proteínas totales de una bacteria y más del 80% de la cantidad de ARN total. En el caso de los eucariotas, no son tan abundantes con respecto a las demás proteínas pero su número es mayor.
En el año 1950, el investigador George Palade visualizó por primera vez los ribosomas y este descubrimiento fue galardonado con el premio Nobel de fisiología o medicina.
Índice del artículo
- 1 Características generales
- 2 Estructura
- 3 Funciones de los ribosomas
- 4 Tipos de ribosomas
- 5 Síntesis de ribosomas
- 6 Origen y evolución
- 7 Referencias
Los ribosomas son componentes esenciales de todas las células y están relacionados con la síntesis de proteínas. Son de tamaño muy pequeño por lo que solo pueden ser visualizados a la luz del microscopio electrónico.
Los ribosomas se encuentran libres en el citoplasma de la célula, anclados al retículo endoplasmático rugoso – los ribosomas le dan esa apariencia “arrugada” – y en algunos organelos, como mitocondrias y cloroplastos.
Los ribosomas unidos a membranas se encargan de la síntesis de proteínas que serán insertadas en la membrana plasmática o serán enviadas al exterior celular.
Los ribosomas libres, que no están acoplados a ninguna estructura en el citoplasma, sintetizan proteínas cuyo destino es el interior de la célula. Por último, los ribosomas de las mitocondrias sintetizan proteínas de uso mitocondrial.
Del mismo modo, varios ribosomas pueden unirse y formar los “polirribosomas”, formando una cadena acoplada a un ARN mensajero, sintetizando una misma proteína, múltiples veces y de manera simultánea.
Todos están compuestos de dos subunidades: una denominada grande o mayor y otra pequeña o menor.
Algunos autores consideran que los ribosomas son organelos no membranosas, ya que carecen de estas estructuras lipídicas, aunque otros investigadores no los consideran organelos propiamente dichos.
Los ribosomas son estructuras celulares pequeñas (desde 29 hasta 32 nm, dependiendo del grupo de organismo), redondeadas y densas, compuestas de ARN ribosomal y de moléculas proteicas, las cuales encuentran asociadas entre sí.
Los ribosomas más estudiados son los de las eubacterias, arqueas y eucariotas. En el primer linaje los ribosomas son más simples y pequeños. Los ribosomas eucariontes, por su parte, son más complejos y más grandes. En las arqueas, los ribosomas son más similares a ambos grupos en ciertos aspectos.
Los ribosomas de vertebrados y de angiospermas (plantas con flor) son particularmente complejos.
Cada subunidad ribosomal está formada principalmente por ARN ribosomal y una gran variedad de proteínas. La subunidad grande puede estar formada de pequeñas moléculas de ARN, además del ARN ribosomal.
Las proteínas se acoplan al ARN ribosomal en regiones específicas, siguiendo un orden. Dentro de los ribosomas se pueden diferenciar varios sitios activos, como zonas catalíticas.
El ARN ribosomal tiene una importancia crucial para la célula y esto puede verse en su secuencia, la cual ha sido prácticamente invariable durante la evolución, reflejando las altas presiones selectivas contra cualquier cambio.
Los ribosomas son los encargados de mediar el proceso de síntesis de proteínas en las células de todos los organismos, siendo una maquinaria biológica universal.
Los ribosomas – en conjunto con el ARN de transferencia y el ARN mensajero – logran decodificar el mensaje del ADN e interpretarlo en una secuencia de aminoácidos que formaran todas las proteínas de un organismo, en un proceso denominado traducción.
A la luz de la biología, la palabra traducción hace referencia al cambio de “lenguaje” de tripletes de nucleótidos hasta aminoácidos.
Estas estructuras son la parte central de la traducción, donde ocurren la mayor parte de las reacciones, como la formación de los enlaces peptídicos y la liberación de la nueva proteína.
El proceso de formación de proteínas empieza con la unión entre un ARN mensajero y un ribosoma. El mensajero se desplaza por esta estructura en un extremo específico denominado “codón iniciador de cadena”.
A medida que el ARN mensajero pasa por el ribosoma, se va formando una molécula de proteína, porque el ribosoma es capaz de interpretar el mensaje codificado en el mensajero.
Este mensaje está codificado en tripletes de nucleótidos, en la que cada tres bases indican un aminoácido particular. Por ejemplo, si el ARN mensajero porta la secuencia: AUG AUU CUU UUG GCU, el péptido formado constará de los aminoácidos: metionina, isoleucina, leucina, leucina, y alanina.
Este ejemplo evidencia la “degeneración” del código genético, ya que más de un codón – en este caso CUU y UUG – es codificante para el mismo tipo de aminoácido. Cuando el ribosoma detecta un codón de parada en el ARN mensajero, la traducción acaba.
El ribosoma posee un sitio A y un sitio P. El sitio P sujeta la peptidil-ARNt y en el sitio A entra el aminoacil-ARNt.
Los ARN de transferencia son los encargados de transportar a los aminoácidos hasta el ribosoma y poseen la secuencia complementaria al triplete. Existe un ARN de transferencia para cada uno de los 20 aminoácidos que componen las proteínas.
El proceso empieza con la activación de cada aminoácido con la unión de ATP en un complejo de monofosfato de adenosina, liberando fosfatos de alta energía.
El paso anterior resulta en un aminoácido con exceso de energía y ocurre la unión con su respectivo ARN de transferencia, para formar un complejo aminoácido-ARNt. Acá ocurre la liberación del monofosfato de adenosina.
En el ribosoma, el ARN de transferencia encuentra al ARN mensajero. En esta etapa la secuencia del ARN de transferencia o anticodón hibrida con el codón o triplete del ARN mensajero. Esto lleva a la alineación del aminoácido con su secuencia adecuada.
La enzima peptidil transferasa es la encargada de catalizar la formación de los enlaces peptídicos que unen a los aminoácidos. Este proceso consume grandes cantidades de energía, ya que requiera la formación de cuatro enlaces de alta energía por cada aminoácido que se une a la cadena.
La reacción elimina un radical hidroxilo en el extremo COOH del aminoácido y elimina un hidrógeno en el extremo NH2 del otro aminoácido. Las regiones reactivas de los dos aminoácidos se unen y crean el enlace peptídico.
Como la síntesis de proteínas es un evento indispensable para las bacterias, ciertos antibióticos tienen como blanco los ribosomas y distintas etapas del proceso de traducción.
Por ejemplo, la estreptomicina se une a la subunidad pequeña para interferir con el proceso de traducción, causando errores en la lectura del ARN mensajero.
Otros antibióticos como las neomicinas y las gentamicinas, también pueden causar errores en la traducción, acoplándose a la subunidad pequeña.
Las bacterias, como E. coli, poseen más de 15.000 ribosomas (en proporciones esto equivale a casi la cuarta parte del peso seco de la célula bacteriana).
Los ribosomas en las bacterias poseen un diámetro de unos 18 nm y están formados de 65% de ARN ribosomal y solo un 35% de proteínas de varios tamaños, entre 6.000 y 75.000 kDa.
La subunidad grande se denomina 50S y la pequeña 30S, que se combinan para formar una estructura de 70S con una masa molecular de 2.5×106 kDa.
La subunidad 30S es de forma alargada y no es simétrica, mientras que la 50S es más gruesa y corta.
La subunidad pequeña de E. coli está compuesta por ARN ribosomales 16S (1542 bases) y 21 proteínas y en la subunidad grande se encuentran ARN ribosomales 23S (2904 bases), 5S (1542 bases) y 31 proteínas. Las proteínas que los componen son básicas y el número varía según la estructura.
Las moléculas de ARN ribosomal, junto con las proteínas, se agrupan en una estructura secundaria de manera similar a los demás tipos de ARN.
Los ribosomas en eucariotas (80S) son más grandes, con un contenido mayor de ARN y de proteínas. Los ARN son más largos y se denominan 18S y 28S. Al igual que en los procariotas, la composición de los ribosomas está dominada por el ARN ribosomal.
En estos organismos el ribosoma posee una masa molecular de 4.2×106 kDa y se descompone en la subunidad 40S y 60S.
La subunidad 40S contiene una sola molécula de ARN, 18S (1874 bases) y unas 33 proteínas. Del mismo modo, la subunidad 60S contiene los ARN 28S (4718 bases), 5.8S (160 bases) y 5S (120 bases). Además, se compone de proteínas básicas y proteínas ácidas.
Las arqueas son un grupo de organismos microscópicos que recuerdan a las bacterias, pero se diferencian en tantas características que constituyen un dominio aparte. Viven en ambientes diversos y son capaces de colonizar ambientes extremos.
Los tipos de ribosomas que se encuentran en las arqueas son similares a los ribosomas de organismos eucariotas, aunque también tienen ciertas características de ribosomas bacterianos.
Posee tres tipos de moléculas de ARN ribosomal: 16S, 23S y 5S, acopladas a 50 o 70 proteínas, dependiendo de la especie de estudio. En cuanto al tamaño los ribosomas de arqueas, están más cercanos a los bacterianos (70S con dos subunidades 30S y 50S) pero en términos de su estructura primaria están más cercanos a los eucariotas.
Como las arqueas suelen habitar ambientes con altas temperaturas y altas concentraciones salinas, sus ribosomas son altamente resistentes.
La S o Svedbergs, hace referencia al coeficiente de sedimentación de la partícula. Expresa la relación entre la velocidad constante de sedimentación entre la aceleración aplicada. Esta medida tiene dimensiones de tiempo.
Nótese que los Svedbergs no son aditivos, ya que toman en cuenta la masa y la forma de la partícula. Por esta razón, en bacterias el ribosoma compuesto por subunidades 50S y 30S no suma 80S, igualmente las subunidades 40S y 60S no forman un ribosoma de 90S.
Toda la maquinaria celular necesaria para la síntesis de ribosomas se encuentra en el nucléolo, una región densa del núcleo que no está rodeada por estructuras membranosas.
El nucléolo es una estructura variable dependiendo del tipo celular: es grande y conspicuo en las células con altos requerimientos proteicos y es una zona casi imperceptible en células que sintetizan poca cantidad de proteínas.
El procesamiento del ARN ribosómico ocurre en esta zona, donde se acopla con proteínas ribosómicas y dan origen a productos de condensación granular, que son las subunidades inmaduras que formaran los ribosomas funcionales.
Las subunidades son transportadas al exterior del núcleo – por los poros nucleares – hasta el citoplasma, donde son ensamblados en ribosomas maduros que pueden empezar la síntesis de proteínas.
En los humanos, los genes que codifican para los ARN ribosomales se encuentran en cinco pares de cromosomas específicos: 13, 14, 15, 21 y 22. Como las células requieren grandes cantidades de ribosomas, los genes se encuentran repetidos varias veces en estos cromosomas.
Los genes del nucléolo codifican para los ARN ribosomales 5.8S, 18S y 28S y son transcritos por la ARN polimerasa en un transcrito precursor de 45S. El ARN ribosomal 5S, no se sintetiza en el nucléolo.
Los ribosomas modernos debieron aparecer en el tiempo de LUCA, el último antepasado común universal (de las siglas en inglés last universal common ancestor), probablemente en el mundo hipotético de ARN. Se propone que los ARN de transferencia fueron fundamentales para la evolución de los ribosomas.
Esta estructura pudo surgir como un complejo con funciones de autoreplicación que posteriormente adquirió funciones para la síntesis de aminoácidos. Una de las características más destacadas del ARN es su capacidad para catalizar su propia replicación.
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