Los ribosomas

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.
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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
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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:
• Activación de un aá. (por la unión al AMP en presencia de una enzima específica), para que sea capaz de
copularse con su ARNt.
• Unión del aá. activado al ARNt (en el OH del C 3 de la ribosa del extremo de la A), en presencia de la
enzima aminoacil−ARNt)formando el complejo aminoacil−ARNt
• El primer aá. que se transcribe es la metionina (la formilmetionina en procariotas). El grupo carboxilo de la
metionina establecerá un enlace peptídico. El ARNt unido a la metionina, llamado ARNt iniciador se sitúa
sobre la subunidad menor del ribosoma, en P. Esta unión requiere unas proteínas llamadas de iniciación. En
eucariotas, un factor de iniciación importante es el F2, que forma un complejo con el GTP y se une
estrechamente a cada molécula de ARNt iniciador. Esta molécula adquiere su aá. metionina para ayudar a
su anclaje sobre el ARNm a nivel del codón de iniciación. A continuación, el GTP del complejo IF2−GTP
es hidrolizado a GDP, y se desprende hacia el citosol. A continuación, una subunidad ribosómica menor se
une a la mayor iniciándose la síntesis proteica.
• Otro ARNt con su aá. llega al ribosoma y se instala en el lugar A. El extremo amino del aá. se une con el
extremo carboxilo de la metionina, que se desprende de su ARNt con la intervención de la enzima
peptidiltransferasa. Esta enzima forma parte del ribosoma. La unidad catalítica es uno de los ARNr de la
subunidad mayor. Una vez producido este enlace, el ribosoma se desplaza 3 nucleótidos a lo largo de la
ARNm, con lo que el ARNt unido al péptido por el 2º aá. se desplaza del lugar A al P, de manera que A
queda libre para otro ARNt con su aá. Este proceso requiere energía, y es inducida por una serie de cambios
en la conformación de los componentes del ribosoma y por la hidrólisis del GTP.
• El proceso se repite tantas veces como aá. se incorporen. Cada ARNt entrante lo hace en el lugar A, a s aá.
se une el polipéptido en formación y al desplazarse 3 nucleótidos el ribosoma, se produce la liberación del
ARNt unido al polipéptido de formación y el último ARNt incorporado se desplaza de A al P para dejar
sitio al siguiente ARNt.
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
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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:
• La síntesis de ARNr (en el núcleo)
• La unión de estos componentes en subunidades
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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.
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