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ARN ribosómico

Definición de ARN ribosómico

El ácido ribonucleico ribosómico (ARNr) es el componente de ARN de los ribosomas, las máquinas moleculares que catalizan la síntesis de proteínas. El ARN ribosómico constituye más del sesenta por ciento del ribosoma en peso y es crucial para todas sus funciones, desde la unión al ARNm y el reclutamiento del ARNt hasta catalizar la formación de un enlace peptídico entre dos aminoácidos. Incluso la estructura de un ribosoma está determinada por la forma tridimensional de su núcleo de ARNr. Las proteínas presentes en el ribosoma sirven para estabilizar esta estructura a través de interacciones con el núcleo.

El ARN ribosómico se transcribe en el núcleo, en estructuras específicas llamadas nucléolos. Se trata de formas densas y esféricas que se forman alrededor de los loci genéticos que codifican el ARNr. Los nucleolos también son cruciales para la eventual biogénesis de los ribosomas, a través del secuestro de proteínas ribosomales.

Descubrimiento de ARN ribosómico

El ARN ribosómico se descubrió durante experimentos de fraccionamiento celular que investigaban el papel de los virus de ARN en la causa del cáncer. El fraccionamiento es un método en el que las membranas celulares se eliminan cuidadosa y selectivamente mientras se mantiene intacta la función de los orgánulos celulares. Este citoplasma homogeneizado se centrifuga luego a velocidades crecientes para que los orgánulos se separen según la densidad. Los experimentos iniciales que revelaron la presencia de ARNr extrajeron una fracción que se pensó que representaba un nuevo orgánulo subcelular, el microsoma, especializado en la síntesis de proteínas. Posteriormente, se vio que fue la presencia de ribosomas en el retículo endoplásmico lo que llevó a la detección de ARN en estas muestras.

Dado que las subunidades ribosómicas y el ARNr se detectaron por primera vez mediante centrifugación diferencial, todavía se identifican por su velocidad de sedimentación, a través del coeficiente de Svedberg. Sin embargo, dado que estas no son medidas de peso molecular, los coeficientes no se pueden sumar directamente. Por ejemplo, en los ribosomas procarióticos, cuando la subunidad 50S más grande y la subunidad 30S más pequeña se unen, el complejo tiene un coeficiente de Svedberg de 70S.

Tipos de ARN ribosómico

Tanto los ribosomas procarióticos como eucarióticos están hechos de una subunidad más grande y más pequeña y estas dos unidades se unen durante la traducción del ARNm. La subunidad más pequeña de los procariotas está formada por una molécula de ARN de aproximadamente 1500 nucleótidos de longitud con un coeficiente de Svedberg de 16S. Junto con las proteínas ribosómicas, la subunidad más pequeña tiene una velocidad de sedimentación de 30S. Esto se empareja con la subunidad más grande, que tiene dos moléculas de ARN, una que tiene casi 3000 nucleótidos (23S) de longitud y la otra es una secuencia corta de 120 nucleótidos (5S). Estas moléculas de ARN están acompañadas de proteínas que dan lugar a la subunidad 50S más grande.

El ribosoma eucariota está formado por una subunidad 60S y una 40S. Hay dos moléculas de ARNr cortas de menos de doscientos nucleótidos de longitud (5S y 5.8S) y dos moléculas de ARN que son mucho más largas: una que tiene más de cinco kilobases (28S) y otra de casi dos kilobases (18S). En total, el ribosoma eucariota tiene un coeficiente de Svedberg de 80S. Además, las células eucariotas también tienen ARNr en mitocondrias y cloroplastos. Los ribosomas pueden estar asociados con el retículo endoplásmico o estar presentes como complejos flotantes libres en el citoplasma.

Funciones del ARN ribosómico

La función principal del ARNr es la síntesis de proteínas, es decir, unirse al ARN mensajero y transferir el ARN para garantizar que la secuencia de codones del ARNm se traduzca con precisión en la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Para lograr esto, el ARNr tiene una forma tridimensional distintiva que involucra bucles internos y hélices que crean sitios específicos dentro del ribosoma: los sitios A, P y E. El sitio P es para unirse a un polipéptido en crecimiento, el sitio A ancla un ARNt entrante cargado con un aminoácido. Después de la formación del enlace peptídico, el ARNt se une brevemente al sitio E antes de salir del ribosoma. Además, el ARNr también tiene sitios para unirse a algunas proteínas ribosómicas y un análisis cuidadoso ha demarcado los residuos exactos tanto en el ARN como en la proteína.

El ARN ribosómico también se expresa en cada célula de todas las especies existentes. La secuencia de los sitios catalíticos centrales también está altamente conservada, lo que hace que el ARNr sea una excelente herramienta para el estudio de la taxonomía y la filogenia. Existe una diferencia en la velocidad de evolución de los residuos en la superficie y el interior del ARNr, y los nucleótidos involucrados en la actividad catalítica del núcleo, como en la formación de un enlace peptídico, parecen haber sido anteriores a la aparición de la vida en la tierra. La medida en que dos especies difieren en las secuencias de ARNr puede dar una buena estimación de su distancia evolutiva.

Muchos antibióticos se dirigen al ARNr procariótico y recientemente se han indicado los sitios de unión de antibióticos como la estreptomicina y la tetraciclina en el ARNr. También se ha demostrado que la resistencia a los antibióticos a menudo se debe a mutaciones puntuales en estos sitios de unión. Por ejemplo, la resistencia de Euglena y E. coli a la estreptomicina se debe a una mutación en la secuencia de ARNr 16S. Se encontraron resultados similares para la resistencia de Streptomyces a la espectinomicina. La resistencia a la tetraciclina parece provenir de mutaciones en el ARNr 30S.

En una nueva dimensión de la función del ARNr, sus precursores (ARN preribosómico) han sido implicados en la generación de micro ARN que median la inflamación y la enfermedad cardíaca en respuesta al estrés mecánico. Los mecanismos de esta actividad aún se están dilucidando.

Papel del ARN ribosómico en la traducción

La traducción de la secuencia de ARNm requiere la participación del ARNr en cada paso: inicio, alargamiento y terminación.

Los ARN mensajeros transportan la información genética codificada en el ADN al citoplasma, donde los ribosomas leen la secuencia de nucleótidos en tramos de tres bases llamadas codones. Se pueden organizar cuatro nucleótidos, adenina, uracilo, guanina y citosina, para formar un total de sesenta y cuatro codones tripletes. Cada codón corresponde a un único aminoácido y, por tanto, codifica la secuencia de la proteína.

La traducción procariota comienza con el apareamiento de bases de ARNr 16S con la secuencia consenso de Shine-Dalgarno en el ARNm. Dado que la secuencia de Shine-Dalgarno está 6-10 nucleótidos cadena arriba del codón de inicio, la unión con el ARNr permite que el codón de inicio se coloque dentro del ribosoma. Esta interacción está mediada por otras proteínas, que también reclutan la subunidad ribosómica más grande y, posteriormente, se traduce el primer codón. En eucariotas, los factores de iniciación eucariotas 4E y 4G (eIF4E y eIF4G) se unen al extremo 5 ‘del ARNm, reclutando tanto la subunidad más pequeña de un ribosoma como un ARNt que lleva metionina. El ribosoma escanea el ARNm para localizar el codón de inicio, después de lo cual los factores de inicio se disocian de la maquinaria de traducción.

Cada nuevo aminoácido, unido a un ARNt, llega al sitio A. El apareamiento de bases entre el codón del ARNm y el anticodón complementario del ARNt cambia la conformación de tres residuos en el ARNr 16S. Estos residuos interactúan con el anticodón, estabilizan el complejo tRNA-mRNA y la actividad enzimática del rRNA posiciona el aminoacil-tRNA completamente dentro del sitio A.

El polipéptido que se ha sintetizado hasta ahora está unido al sitio P del ribosoma. El ARN ribosómico en la subunidad más grande cataliza la reacción que forma un enlace peptídico entre el aminoácido en el sitio A y la cadena polipeptídica en crecimiento en el sitio P. La síntesis de polipéptidos finaliza cuando el ribosoma alcanza un codón de parada y el ARNr cataliza la adición de una molécula de agua al polipéptido en el sitio P.

  • Secuencia de consenso: orden de nucleótidos o aminoácidos que se encuentran en cada posición en una alineación de secuencia. Se deriva de la alineación de secuencias similares en diferentes especies.
  • Retículo endoplásmico: un orgánulo dentro de las células eucariotas que participa en la síntesis de proteínas y el metabolismo de los lípidos.
  • Procesamiento de ARNm: modificaciones de la transcripción de ARNm primario en eucariotas que implica taponamiento, empalme y poliadenilación.
  • Ribozima: moléculas de ARN que funcionan como enzimas y tienen actividad catalítica.
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