Ribosomas

Los ribosomas son el lugar donde se sintetizan Ias proteínas tanto en células Procariontes como eucariotas. Se caracterizaron como partículas subcelulares Mediante ultra centrifugación de células lisadas y normalmente se designan de Acuerdo con su coeficiente de sedimentación: 70S para los ribosomas procariontas y 80S para los ribosomas de células eucariotas, los cuales son de mayor Tamaño. Tanto los ribosomas procariotas como eucariontas están formados por 2 Subunidades distintas, compuestas por proteínas y por ARNS ribosómicos. El Hecho de que una célula contenga muchos ribosomas refleja ya importancia de La síntesis de proteínas en el metabolismo celular. E coli; por ejemplo, contiene Aproximadamente 20.000 ribosomas, ocupando cerca del 25 % del peso seco de Ia célula, y Ias células de mamíferos en continua división contienen aproximadamente 10 millones de ribosomas.

La estructura general de los ribosomas procariotas y eucariotas es similar, aunque difieren en algunos detallesLa subunidad pequeña del nbosoma de E. coil (llamada 30S) está formada por un ARNr 16S y 21 proteínas distintas; Ia subunidad grande (50S) está compuesta por dos ARNr, 23S y 5S, y 34 proteínas. Cada ribosómica contiene una única copia de los ARNr y una única copia de cada proteína ribosómica, con una excepción: una proteína de Ia subunidad 50S está presente en cuatro copias. Las subunidades de los ribosomas eucariotas son de mayor tamaño y contienen más proteínas que sus análogos procariotas. La subunidad pequeña (40S) del ribosoma eucariota está compuesta por ARNr 1 8S y unas 30 proteínas1 Ia subunidad grande (60S) contiene los ARNr 28S, 5,8S y 5S además de 45 proteínas. Debido a su gran tamaño y complejidad, el análisis estructural de alta resolución de los ribosomas mediante cristalografía de rayos X no se consiguió hasta el año 2000, cuando se describieron por primera vez Ia estructura de Ias subunidades 50S y 30S. Como se Describe más adelante, comprender Ia estructura de los ribosomas a nivel atómico ha tenido un gran impacto sobre nuestra comprensión de Ia función ribosómica.

Una característica importante de los ribosomas es que se pueden crear in vitro por auto ensamblaje de sus ARNr y proteínas. Como describió Masayasu Nomura en 1968 por primera vez, Ias proteínas ribosómicas purificadas y los ARNr pueden mezclarse y, en condiciones adecuadas, formar un ribosoma funcional. Aunque el ensamblaje de los ribosomas in vivo (particularmente en Ias células eucariotas) es considerablemente más complejo, Ia capacidad de los ribosomas de auto-ensamblarse ¡n vitro proporciona una valiosa herramienta experimental, permitiendo el análisis de Ias funciones de Ias proteínas y de los ARN ribosómicos.

Al igual que los Ernst, los ARNr forman estructuras secundarias características debido a Ia complementariedad de bases . Los ARNr asociados a Ias proteínas ribosómicas se pliegan en un nivel conformacional superior formando estructuras tridimensionales. Inicialmente se pensaba que los ARNr tenían un papel exclusivamente estructural, siendo un andamio sobre el que se ensamblaban Ias proteínas ribosómicas. Sin embargo, con el descubrimiento de la actividad catalítica de otras moléculas de ARN (p. ej., ARNasa P y el corte y empalme de los intrones, explicado en el Cap. 6), Ia posible actividad catalítica del ARNr está mucho más aceptada. De acuerdo con esta hipótesis se ha visto que los ARNr son absolutamente necesarios para el ensamblaje ¡n vitro de los ribosomas funcionales. Por otro lado, Ia falta de proteínas ribosómicas provoca un descenso, pero no una pérdida completa, de actividad ribosómica.

La evidencia de Ia actividad catalítica del ARNr se obtuvo con los experimentos de Harry NoUer y sus colaboradores en 1992. Mostraron que Ia subunidad grande del ribosoma es capaz cie catalizaría nación de enlaces peptídicos (Ia reacción de Ia péptido transfer asa) incluso tras

Ia extracción de, aproximadamente, el 95% de Ias proteínas del ribosoma mediante técnicas estandarizadas de extracción de proteínas. Por otro lado, vieron que tratando el ribosoma con ARNasa no se formaba el enlace peptídico, lo que reforzaba Ia hipótesis de que Ia formación del enlace peptídico es una reacción catalizada por el ARN. Sin embargo, algunas proteínas ribosómicas no podían eliminarse bajo condiciones que dejasen al ARN ribosómico intacto, de modo que el papel de las proteínas ribosómicas como catalizadores de ya formación del enlace peptídico no podía descartarse por completo.

Evidencia de que Ia síntesis proteica está catalizada por el ARNr se obtuvo con el primer análisis estructural de alta resolución de la subunidad 50S, que fue descrito por Peter Moore, Thomas Seltz y sus colaboradores en el año 2000 (Fig. 7,6). Esta visión a nivel atómico de Ia estructura del ribosoma reveló que las proteínas ribosómicas estaban notablemente ausentes del sitio en el que se producía Ia reacción péptido transfer asa, poniendo de manifiesto que el ARNr era el responsable de catalizar ya formación del enlace peptídico. El análisis estructural también sugería que los residuos de ARNr en su centro activo podían catalizar Ia formación del enlace peptídico mediante reacciones de transferencia de protones, lo que resulta semejante a la reversión de Ia hidrólisis de enlaces peptídicos por parte de serán proteasas. Aunque se necesitan más estudios para determinar si el mecanismo propuesto es correcto, se ha establecido firmemente que Ia reacción fundamental de Ia síntesis proteica es cata lisada por el ARN ribosómico. En lugar de ser los principales constituyentes catalíticos de los ribosomas, actualmente se cree que Ias proteínas ribosómicas juegan un papel principalmente estructural.

El papel catalítico del ARNr en Ia formación del enlace peptídico tiene importantes implicaciones en Ia evolución. Se cree que los ARNs fueron Ias primeras macromoléculas con capacidad de autorreplicación; esto se fundamenta en el hecho de que Ias ribosomas, como Ia ARNasa P y los intrones que participan en su propio proceso de corte y empalme, catalizan reacciones en Ias que participan sustratos tipo ARN. EI papel del ARNr en Ia formación dela célula

Archivo En enlace peptídico amplía Ia actividad catalítica del ARN, desde su capacidad de auto-replicación hasta una participación directa en la síntesis de proteínas. Estudios adicionales demuestran que el ARNr de Tetrahymena puede catalizar Ia unión de los aminoácidos al ARN, lo que da crédito a Ia posibilidad de que Ias aminoacil Ernst sintetasas primigenias estuvieran formadas por ARN y no por proteínas. La capacidad de las moléculas de ARN para catalizar Ias reacciones necesarias para Ia síntesis de proteínas además de su autoreplicación puede ser un paso clave para entender Ia evolución de Ias células.