Ribosomas: función, estructura y su papel en la síntesis de proteínas
Ribosomas: descubre su estructura, función y cómo traducen el ARN para sintetizar proteínas; papel vital en células procariotas y eucariotas.
Los ribosomas son un importante orgánulo celular. Realizan la traducción del ARN, construyendo proteínas a partir de aminoácidos utilizando el ARN mensajero como plantilla. Los ribosomas se encuentran en todas las células vivas, tanto procariotas como eucariotas.
Un ribosoma es una mezcla de proteínas y ARN que comienza a fabricarse en el nucléolo de una célula. El nucléolo se encuentra en el centro del núcleo. El núcleo está protegido por la envoltura nuclear, y deja salir cosas a través de los poros nucleares.
La función del ribosoma es fabricar nuevas proteínas. Para ello, se desplaza a lo largo de una cadena de ARN y construye una proteína basándose en el código que lee. La fabricación de una proteína de este modo se denomina traducción. Los ribosomas suelen encontrarse en el retículo endoplásmico rugoso, pero también pueden hallarse en todo el citoplasma.
Estructura
Los ribosomas están formados por dos subunidades (mayor y menor) que se ensamblan durante la síntesis proteica. Cada subunidad incluye diferentes moléculas de ARN ribosómico (rARN) y numerosas proteínas ribosómicas. Estas subunidades no son simples "bolsas": el rARN adopta estructuras tridimensionales críticas y algunas de sus regiones realizan la catálisis de la formación de enlaces peptídicos.
- Procariotas: ribosoma 70S formado por 50S (subunidad mayor: rARN 23S y 5S) y 30S (subunidad menor: rARN 16S).
- Eucariotas: ribosoma 80S formado por 60S (subunidad mayor: rARN 28S, 5.8S y 5S) y 40S (subunidad menor: rARN 18S).
- Orgánulos endosimbióticos: los ribosomas de mitocondrias y cloroplastos se parecen a los procariotas (p. ej., 55–70S), reflejando su origen evolutivo.
Biogénesis (cómo se forman)
En eucariotas, la síntesis de rARN y el ensamblaje inicial de las subunidades ocurren en el nucléolo. El rARN es transcrito principalmente por la ARN polimerasa I (con la excepción del rARN 5S, transcrito por la polimerasa III) y se combina con proteínas ribosómicas que se sintetizan en el citoplasma y se importan al núcleo. Las subunidades preformadas salen del núcleo a través de los poros nucleares ya como precursores que terminarán de ensamblarse en el citoplasma.
Función y mecanismo de la traducción
El ribosoma lee el ARN mensajero y cataliza la unión de aminoácidos entregados por los ARN de transferencia (tRNA) para formar una cadena polipeptídica. El proceso tiene tres fases principales:
- Iniciación: la subunidad menor reconoce el extremo 5' del ARNm (o la secuencia Shine-Dalgarno en procariotas) y posiciona el codón de inicio; la subunidad mayor se une para formar el ribosoma funcional con el tRNA iniciador.
- Elongación: ciclos de reconocimiento del codón por el tRNA, formación del enlace peptídico (actividad peptidil transferasa, cuya parte catalítica es rARN, por eso se dice que el ribosoma es un ribozima), y translocación del complejo para mover al ARNm y liberar el sitio para el siguiente tRNA.
- Terminación: cuando se encuentra un codón de parada, factores de liberación promueven la hidrólisis del enlace que sujeta la cadena polipeptídica, liberando la proteína recién sintetizada y las subunidades ribosómicas.
Durante la síntesis, es habitual que varios ribosomas se unan a un mismo ARNm formando polisomas (o polirribosomas), lo que aumenta la producción de proteínas a partir de una sola molécula de ARNm.
Localización y formas
- Ribosomas libres en el citoplasma: sintetizan proteínas que quedarán en el citosol, en el núcleo, en mitocondrias o serán importadas a otros orgánulos.
- Ribosomas unidos al retículo endoplásmico rugoso: producen proteínas destinadas a la secreción, a la membrana plasmática o al lumen de organelos del sistema secretor.
- Ribosomas en mitocondrias y cloroplastos: participan en la síntesis de proteínas codificadas por los genomas de estos orgánulos.
Importancia clínica y aplicaciones
Los ribosomas son blancos frecuentes de fármacos antimicrobianos: muchos antibióticos (p. ej., aminoglucósidos, macrólidos, tetraciclinas) actúan bloqueando la función de ribosomas bacterianos sin afectar (o afectando menos) a los ribosomas eucariotas, lo que permite tratar infecciones bacterianas. Además, alteraciones en la biogénesis ribosómica producen enfermedades genéticas llamadas ribosomopatías (por ejemplo, anemia de Diamond-Blackfan), que demuestran la importancia del ensamblaje y la función ribosómica correcta para el desarrollo y la homeostasis celular.
Mecanismos de control y calidad
Existen sistemas de vigilancia que detectan ribosomas defectuosos o ARNm problemáticos. Si la traducción se detiene de forma aberrante, intervienen vías como el "ribosome-associated quality control" (RQC) que facilitan la degradación del polipéptido incompleto y la reutilización o desecho de subunidades defectuosas.
Técnicas para su estudio
- Criomicroscopía electrónica (cryo-EM): ha permitido resolver estructuras de ribosomas con alto detalle y ver cómo se unen fármacos o factores de traducción.
- Secuenciación y análisis de rARN: para estudiar cambios en la composición o en modificaciones del rARN.
- Ribosome profiling: técnica que mapea la posición de ribosomas sobre ARNm a escala genómica, revelando cuáles genes se están traduciendo y con qué eficiencia.
Resumen: Los ribosomas son complejos ribonucleoproteicos esenciales para la vida: traducen la información genética en proteínas, están formados por subunidades de rARN y proteínas, se ensamblan en el nucléolo (en eucariotas) y pueden ser objetivos terapéuticos y factors determinantes en diversas enfermedades. Su estudio sigue siendo clave para comprender la biología celular y para el desarrollo de nuevas terapias.
Los ribosomas leen la secuencia de los ARN mensajeros y ensamblan las proteínas a partir de los aminoácidos unidos a los ARN de transferencia.
Traducción del ARNm (1) por un ribosoma (2) (representado por subunidades pequeñas y grandes ) a una cadena polipeptídica (3). El ribosoma comienza en el codón de inicio del ARNm (AUG ) y termina en el codón de parada (UAG ).
Estructura del ribosoma
Los ribosomas se componen de dos cosas: una subunidad ribosomal pequeña que lee el ARNm, mientras que la subunidad grande une los aminoácidos para formar una cadena polipeptídica. Cada subunidad está compuesta por una o más moléculas de ARN ribosómico (ARNr) y una serie de proteínas.
Los eucariotas tienen ribosomas 80S, cada uno de los cuales consta de una subunidad pequeña (40S) y otra grande (60S). Su subunidad pequeña tiene una subunidad de ARN 16S (que consta de 1.540 nucleótidos) unida a 21 proteínas. La subunidad grande tiene una subunidad de ARN 5S (120 nucleótidos), una de ARN 28S (4700 nucleótidos), una de ARN 5,8S (160 nucleótidos) y 46 proteínas.
Figura 2 : La subunidad grande (roja) y la pequeña (azul) encajan entre sí
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué son los ribosomas?
R: Los ribosomas son pequeños robots moleculares que fabrican proteínas mediante la traducción del ARN.
P: ¿Dónde se encuentran los ribosomas?
R: Los ribosomas se encuentran en todas las células vivas, incluidas las procariotas y las eucariotas.
P: ¿Cómo se fabrican los ribosomas?
R: Los ribosomas comienzan a fabricarse en el nucléolo de una célula, que se encuentra en el núcleo. Son una mezcla de proteína y ARN.
P: ¿A dónde se desplazan los ribosomas una vez fabricados?
R: Los ribosomas se desplazan del nucléolo al citoplasma, donde se sitúan en el retículo endoplásmico o por todo el citoplasma.
P: ¿Cuál es el trabajo de los ribosomas?
R: El trabajo de los ribosomas es fabricar nuevas proteínas desplazándose a lo largo de una cadena de ARN mensajero y construyendo una proteína basada en el código que lee. Esto se denomina traducción.
P: ¿Cuántos ribosomas se necesitan en cada célula?
R: Necesitamos hasta 10 millones de ribosomas en cada célula.
P: ¿Cómo consiguen las células el número de ribosomas necesario?
R: Las células tienen muchas copias de genes ARNr para obtener el número de ribosomas necesarios. Heredamos unos 400 genes ARNr a través de cinco cromosomas diferentes.
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