RIBOSOMES: CARACTERÍSTIQUES, TIPUS, ESTRUCTURA, FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

Els ribosomes són els orgànuls cel·lulars més abundants i estan implicats en la síntesi de proteïnes. No es troben envoltats per membrana i estan formats per dos tipus de subunitats: una gran i una petita, per regla general la subunitat gran és gairebé el doble de la petita.

El llinatge procariota posseeix ribosomes 70S compost per una subunitat gran 50S i una petita 30S. Així mateix, els ribosomes de la nissaga eucariota estan compostos per una subunitat gran 60S i una petita 40S.

El ribosoma és anàleg a una fàbrica en moviment, capaç de llegir l'ARN missatger, traduir-lo en aminoàcids i unir-los per enllaços peptídics.

Els ribosomes equivalen a gairebé el 10% de les proteïnes totals d'un bacteri i més de el 80% de la quantitat d'ARN total. En el cas dels eucariotes, no són tan abundants que fa a les altres proteïnes però el seu nombre és més gran.

L'any 1950, l'investigador George Palade va visualitzar per primera vegada els ribosomes i aquest descobriment va ser guardonat amb el premi Nobel de fisiologia o medicina.

Característiques generals

Els ribosomes són components essencials de totes les cèl·lules i estan relacionats amb la síntesi de proteïnes. Són de mida molt petita de manera que només poden ser visualitzats a la llum de l'microscopi electrònic.

Els ribosomes es troben lliures en el citoplasma de la cèl·lula, ancorats a l'reticle endoplasmàtic rugós - els ribosomes li donen aquesta aparença "arrugada" - i en alguns orgànuls, com mitocòndries i cloroplasts.

Els ribosomes units a membranes s'encarreguen de la síntesi de proteïnes que seran inserides a la membrana plasmàtica o seran enviades a l'exterior cel·lular.

Els ribosomes lliures, que no estan acoblats a cap estructura al citoplasma, sintetitzen proteïnes la destinació és l'interior de la cèl·lula. Finalment, els ribosomes de les mitocòndries sintetitzen proteïnes d'ús mitocondrial.

De la mateixa manera, diversos ribosomes poden unir-se i formar els "polirribosomas", formant una cadena acoblada a un ARN missatger, sintetitzant una mateixa proteïna, múltiples ocasions i de manera simultània

Tots estan compostos de dues subunitats: un denominada gran o major i una altra petita o menor.

Alguns autors consideren que els ribosomes són orgànuls no membranoses, ja que no tenen aquestes estructures lipídiques, encara que altres investigadors no els consideren orgànuls pròpiament dits.

estructura

Els ribosomes són estructures cel·lulars petites (des de 29 fins 32 nm, depenent de el grup d'organisme), arrodonides i denses, compostes d'ARN ribosomal i de molècules proteiques, les quals troben associades entre si.

Els ribosomes més estudiats són els de les eubacteris, arqueobacteris i eucariotes. En el primer llinatge dels ribosomes són més simples i petits. Els ribosomes eucariotes, per la seva banda, són més complexos i més grans. En els arqueobacteris, els ribosomes són més similars als dos grups en certs aspectes.

Els ribosomes de vertebrats i d'angiospermes (plantes amb flor) són particularment complexos.

Cada subunitat ribosomal està formada principalment per ARN ribosomal i una gran varietat de proteïnes. La subunitat gran pot estar formada de petites molècules d'ARN, a més de l'ARN ribosomal.

Les proteïnes s'acoblen a l'ARN ribosomal en regions específiques, seguint un ordre. Dins dels ribosomes es poden diferenciar diversos llocs actius, com a zones catalítiques.

L'ARN ribosomal té una importància crucial per a la cèl·lula i això es pot veure en la seva seqüència, la qual ha estat pràcticament invariable durant l'evolució, reflectint les altes pressions selectives contra qualsevol canvi.

Funcions dels ribosomes

Els ribosomes són els encarregats de mediar el procés de síntesi de proteïnes en les cèl·lules de tots els organismes, sent una maquinària biològica universal.

Els ribosomes - en conjunt amb l'ARN de transferència i l'ARN missatger - aconsegueixen descodificar el missatge de l'ADN i interpretar-lo en una seqüència d'aminoàcids que formaran totes les proteïnes d'un organisme, en un procés anomenat traducció.

A la llum de la biologia, la paraula traducció fa referència a el canvi de "llenguatge" de triplets de nucleòtids fins aminoàcids.

Aquestes estructures són la part central de la traducció, on ocorren la majoria de les reaccions, com la formació dels enllaços peptídics i l'alliberament de la nova proteïna.

Traducció de proteïnes

El procés de formació de proteïnes comença amb la unió entre un ARN missatger i un ribosoma. El missatger es desplaça per aquesta estructura en un extrem específic anomenat "codó iniciador de cadena".

A mesura que l'ARN missatger passa pel ribosoma, es va formant una molècula de proteïna, perquè el ribosoma és capaç d'interpretar el missatge codificat en el missatger.

Aquest missatge està codificat en triplets de nucleòtids, en la qual cada tres bases indiquen un aminoàcid particular. Per exemple, si l'ARN missatger porta la seqüència: AUG AUU CUU UUG GCU, el pèptid format constés dels aminoàcids: metionina, isoleucina, leucina, leucina, i alanina.

Aquest exemple evidencia la "degeneració" de el codi genètic, ja que més d'un codó - en aquest cas CUU i UUG - és codificant per al mateix tipus d'aminoàcid. Quan el ribosoma detecta un codó de parada en l'ARN missatger, la traducció s'acaba.

El ribosoma té un lloc A i un lloc P. El lloc P subjecta la peptidil-ARNt i en el lloc A entra l'aminoacil-ARNt.

ARN de transferència

Els ARN de transferència són els encarregats de transportar els aminoàcids fins al ribosoma i posseeixen la seqüència complementària a el triplet. Hi ha un ARN de transferència per a cada un dels 20 aminoàcids que componen les proteïnes.

Passos químics de la síntesi de proteïnes

El procés comença amb l'activació de cada aminoàcid amb la unió d'ATP en un complex de monofosfat d'adenosina, alliberant fosfats d'alta energia.

El pas anterior resulta en un aminoàcid amb excés d'energia i ocorre la unió amb el seu respectiu ARN de transferència, per formar un complex aminoàcid-ARNt. Aquí passa l'alliberament de l'monofosfat d'adenosina.

En el ribosoma, l'ARN de transferència troba a l'ARN missatger. En aquesta etapa la seqüència de l'ARN de transferència o anticodó hibrida amb el codó o triplet de l'ARN missatger. Això porta a l'alineació de l'aminoàcid amb la seva seqüència adequada.

L'enzim peptidil transferasa és l'encarregada de catalitzar la formació dels enllaços peptídics que uneixen els aminoàcids. Aquest procés consumeix grans quantitats d'energia, ja que requereixi la formació de quatre enllaços d'alta energia per cada aminoàcid que s'uneix a la cadena.

La reacció elimina un radical hidroxil a l'extrem COOH de l'aminoàcid i elimina un hidrogen a l'extrem NH ₂ de l'altre aminoàcid. Les regions reactives dels dos aminoàcids s'uneixen i creen l'enllaç peptídic.

Ribosomes i antibiòtics

Com la síntesi de proteïnes és un esdeveniment indispensable per als bacteris, certs antibiòtics tenen com a blanc els ribosomes i diferents etapes de l'procés de traducció.

Per exemple, l'estreptomicina s'uneix a la subunitat petita per interferir amb el procés de traducció, causant errors en la lectura de l'ARN missatger.

Altres antibiòtics com les neomicinas i les gentamicinas, també poden causar errors en la traducció, acoblant-se a la subunitat petita.

Tipus de ribosomes

Ribosomes en procariotes

Els bacteris, com E. coli, posseeixen més de 15.000 ribosomes (en proporcions això equival a gairebé la quarta part de l'pes sec de la cèl·lula bacteriana).

Els ribosomes en els bacteris posseeixen un diàmetre d'uns 18 nm i estan formats de el 65% d'ARN ribosomal i només un 35% de proteïnes de diverses mides, entre 6.000 i 75.000 kDa.

La subunitat gran s'anomena 50S i la petita 30S, que es combinen per formar una estructura de 70S amb una massa molecular de 2.5 × 10 ⁶ kDa.

La subunitat 30S és de forma allargada i no és simètrica, mentre que la 50S és més gruixuda i curta.

La subunitat petita d'E coli està composta per ARN ribosomals 16S (1542 bases) i 21 proteïnes i en la subunitat gran es troben ARN ribosomals 23S (2904 bases), 5S (1542 bases) i 31 proteïnes. Les proteïnes que els componen són bàsiques i el nombre varia segons l'estructura.

Les molècules d'ARN ribosomal, juntament amb les proteïnes, s'agrupen en una estructura secundària de manera similar als altres tipus d'ARN.

Ribosomes en eucariotes

Els ribosomes en eucariotes (80S) són més grans, amb un contingut major d'ARN i de proteïnes. Els ARN són més llargs i es denominen 18S i 28S. A l'igual que en els procariotes, la composició dels ribosomes està dominada per l'ARN ribosomal.

En aquests organismes el ribosoma té una massa molecular de 4.2 × 10 ⁶ kDa i es descompon en la subunitat 40S i 60S.

La subunitat 40S conté una sola molècula d'ARN, 18S (1874 bases) i unes 33 proteïnes. De la mateixa manera, la subunitat 60S conté els ARN 28S (4718 bases), 5.8S (160 bases) i 5S (120 bases). A més, es compon de proteïnes bàsiques i proteïnes àcides.

Ribosomes en arqueges

Les arqueobacteris són un grup d'organismes microscòpics que recorden als bacteris, però es diferències en tantes característiques que constitueixen un domini a part. Viuen en ambients diversos i són capaços de colonitzar ambients extrems.

Les tipus de ribosomes que es troben a les arqueges són similars als ribosomes d'organismes eucariotes, encara que també tenen certes característiques de ribosomes bacterians.

Posseeix tres tipus de molècules d'ARN ribosomal: 16S, 23S i 5S, acoblades a 50 o 70 proteïnes, depenent de l'espècie d'estudi. Pel que fa a la mida dels ribosomes de arqueobacteris, estan més propers als bacterians (70S amb dues subunitats 30S i 50S) però en termes de la seva estructura primària estan més propers als eucariotes.

Com les arqueges solen habitar ambients amb altes temperatures i altes concentracions salines, les seves ribosomes són altament resistents.

Coeficient de sedimentació

La S o Svedbergs, fa referència a el coeficient de sedimentació de la partícula. Expressa la relació entre la velocitat constant de sedimentació entre l'acceleració aplicada. Aquesta mesura té dimensions de temps.

Cal notar que els Svedbergs no són additius, ja que tenen en compte la massa i la forma de la partícula. Per aquesta raó, en bacteris al ribosoma compost per subunitats 50S i 30S no suma 80S, igualment les subunitats 40S i 60S no formen un ribosoma de 90S.

Síntesi de ribosomes

Tota la maquinària cel·lular necessària per a la síntesi de ribosomes es troba en el nuclèol, una regió densa de l'nucli que no està envoltada per estructures membranoses.

El nuclèol és una estructura variable depenent de l'tipus cel·lular: és gran i conspicu en les cèl·lules amb alts requeriments proteics i és una zona gairebé imperceptible en cèl·lules que sintetitzen poca quantitat de proteïnes.

El processament de l'ARN ribosòmic passa en aquesta zona, on s'acobla amb proteïnes ribosòmiques i donen origen a productes de condensació granular, que són les subunitats immadures que formaran els ribosomes funcionals.

Les subunitats són transportades a l'exterior de l'nucli - pels porus nuclears - fins al citoplasma, on són acoblats en ribosomes madurs que poden començar la síntesi de proteïnes.

Gens de l'ARN ribosomal

En els humans, els gens que codifiquen per als ARN ribosomals es troben en cinc parells de cromosomes específics: 13, 14, 15, 21 i 22. Com les cèl·lules requereixen grans quantitats de ribosomes, els gens es troben repetits diverses vegades en aquests cromosomes.

Els gens de l'nuclèol codifiquen per als ARN ribosomals 5.8S, 18S i 28S i són transcrits per la RNA polimerasa en un transcrit precursor 45S. L'ARN ribosomal 5S, no se sintetitza en el nuclèol.

Origen i evolució

Els ribosomes moderns van haver de aparèixer en el temps de LUCA, l'últim avantpassat comú universal (de les sigles en anglès last universal common Ancestor), probablement en el món hipotètic d'ARN. Es proposa que els ARN de transferència van ser fonamentals per a l'evolució dels ribosomes.

Aquesta estructura va poder sorgir com un complex amb funcions d'autoreplicació que posteriorment va adquirir funcions per a la síntesi d'aminoàcids. Una de les característiques més destacades de l'ARN és la seva capacitat per catalitzar la seva pròpia replicació.

referències

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Bioquímica. 5th edition. New York: WH Freeman. Section 29.3, A Ribosome Is a Ribonucleoprotein Particle (70S) Made of a Small (30S) and a Large (50S) Subunit. Disponible a: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitació a la Biologia. Ed. Mèdica Panamericana.
3. Fox, GE (2010). Origin and evolution of the ribosome. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton and Hall textbook of medical physiology e-Book. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). Gens. Volum 1. Reverte.
6. Lodish et, H. (2005). Biologia cel·lular i molecular. Ed. Mèdica Panamericana.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosome structure and the mechanism of translation. Cell, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Casi, CL (2007). Introducció a la microbiologia. Ed. Mèdica Panamericana.
9. Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). The structure and function of the Eukaryotic ribosome. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 4 (5), a011536.