Ribosoma

Un ribosoma es un orgánulo celular complejo que se utiliza para traducir el código genético en cadenas de aminoácidos. Las cadenas largas de aminoácidos se pliegan y funcionan como proteínas en las células.

Función de un ribosoma

La función de un ribosoma en cualquier célula es producir proteínas. Las proteínas se utilizan en casi todas las funciones celulares; como catalizadores, aceleran el tiempo de las reacciones, como fibras brindan soporte, y muchas proteínas funcionan en tareas específicas, como contraer células musculares. Todas las proteínas comienzan como ácido desoxirribonucleico o ADN. Una proteína especial, la ARN polimerasa, es una enzima que reconoce secuencias en el ADN, se une a ellas con la ayuda de otras proteínas y crea una nueva molécula de información que puede viajar desde el núcleo hasta el citosol de la celda. La hebra de ácido ribonucleico (ARN) producida por la ARN polimerasa se procesa al salir del núcleo y se eliminan las áreas del ARN que no codifican proteínas. La molécula ahora se conoce como ARN mensajero o ARNm.

Cada ARNm está compuesto por 4 bases nucleicas diferentes, conocidas como ácidos nucleicos. Los pares de bases se “leen” en series de tres, formando codones . Cada codón especifica un aminoácido específico. Toda la vida en la Tierra usa los mismos 20 aminoácidos, y los codones usados ​​para llamar a esos aminoácidos son casi universales. El codón que inicia todas las proteínas es “AUG”. Esto representa la secuencia de bases nucleicas: adenina, uracilo y guanina, respectivamente. Una molécula de ARN especial que se puede unir a aminoácidos, conocida como ARN de transferencia o ARNt, reconoce esta secuencia y se une a ella. Este ARNt en particular lleva un aminoácido metionina. Dependiendo de la proteína que se construya, el siguiente aminoácido podría ser cualquiera de los veinte.

Aquí es donde entra en juego el ribosoma. Reconociendo la estructura del ARNm unido a un ARNt, las dos subunidades del ribosoma (discutidas a continuación) pueden combinarse para comenzar a sintetizar la proteína a partir de la cadena del ARNm. El ribosoma actúa como un gran catalizador, formando enlaces peptídicos entre los aminoácidos. El tRNA usado se libera nuevamente en el citosol para que pueda unirse a otro aminoácido. Finalmente, el ARNm presentará un codón al ribosoma que significa “detener”. Las proteínas especiales desprenderán la cadena de aminoácidos del último ARNt y se liberará la proteína. Este proceso de síntesis de nuevas proteínas se muestra en la siguiente imagen:

Las diferentes proteínas requieren diferentes modificaciones y transporte a diversas áreas de la célula antes de que puedan funcionar. Un ribosoma unido al retículo endoplásmico, por ejemplo, depositará la proteína recién formada en el interior, donde podrá modificarse y doblarse correctamente. Otras proteínas se forman directamente en el citosol donde pueden comenzar a actuar como catalizadores para diversas reacciones. 

Los ribosomas crean todas estas proteínas que las células necesitan, lo cual es mucho. Por peso celular, las proteínas representan alrededor del 20 por ciento. Una célula promedio puede tener 10,000 proteínas diferentes, con un promedio de un millón de copias de cada una. Esa es una gran cantidad de proteína que debe sintetizarse, razón por la cual el ribosoma ha evolucionado para convertirse en una máquina eficiente y rápida. En promedio, los ribosomas pueden agregar 3-5 aminoácidos por segundo a una cadena de proteínas. Dado que la proteína más grande conocida, titina, tiene alrededor de 30.000 aminoácidos, solo se necesitan 2-3 horas para sintetizar un ribosoma. Las proteínas cortas, de solo unos pocos cientos de aminoácidos, se pueden sintetizar en minutos.

Una vez hechos, los ribosomas no pueden apagarse. Tan pronto como un ARNt se une a un ARNm, se unen con la ayuda de varias otras proteínas y se inicia el proceso de síntesis de proteínas. Los virus se han aprovechado de este hecho. Un virus es una pequeña cadena de ADN o ARN que se replica secuestrando la maquinaria normal de una célula, incluidos los ribosomas. El virus utiliza los ribosomas de una célula para crear las proteínas necesarias para que replique su genoma y se encapsule a sí mismo para poder salir de la célula. Cuando un virus inyecta su genoma en una célula, la molécula se trata igual que si la célula la hubiera creado. Si el virus se basa en el ADN, el ADN llega al núcleo, donde las proteínas de la célula lo traducen en ARN, que los ribosomas traducen en proteínas. 

Si el virus está basado en ARN, el ARN viral permanece en el citoplasma, donde puede interactuar con los ribosomas directamente, creando nuevas proteínas. De cualquier manera, el virus podrá crear todas las proteínas necesarias para replicar su genoma y empaquetar las copias en nuevas cápsulas de proteínas, capaces de viajar a una nueva célula huésped y propagar la enfermedad.

Estructura de un ribosoma

Los ribosomas tienen una estructura increíblemente similar en todas las formas de vida. Los científicos atribuyen esto a que el ribosoma es una forma muy eficaz y eficiente de sintetizar proteínas. Así, al principio de la evolución de las diversas formas de vida, el ribosoma se adoptó universalmente como método para traducir el ARN en proteínas. Por lo tanto, los ribosomas cambian muy poco entre diferentes organismos. Los ribosomas constan de una subunidad grande y una pequeña, que se unen alrededor de una molécula de ARNm cuando tiene lugar la traducción. Cada subunidad es una combinación de proteínas y ARN, llamado ARN ribosómico (ARNr). Este ARNr existe en varias hebras de diferente longitud y está rodeado por muchas proteínas que crean un ribosoma. El ARNr actúa para asegurar el ARNm y el ARNt en el ribosoma y como catalizador para acelerar la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos.

Traducción de ARNm de ribosoma

La pequeña subunidad, como se ve en la imagen de arriba, ayuda a mantener el ARNm en su lugar mientras el ribosoma lo traduce en proteína. La subunidad más grande tiene varios sitios involucrados con diferentes partes del proceso de síntesis de proteínas. Cuando el tRNA se une por primera vez al mRNA, el sitio P puede unirse a estas moléculas. El sitio P lleva el nombre de la polimerización., o construcción de polímeros, que se produce allí. Los cambios conformacionales ocurren en las proteínas del ribosoma, lo que hace que cambie de forma durante los diversos pasos de la síntesis de proteínas. A medida que se agregan aminoácidos a la cadena, los ARNt se mueven desde el sitio A (donde ingresan nuevos aminoácidos con ARNt) al sitio P y, finalmente, al sitio E (no en la imagen), donde salen del ribosoma sin su aminoácido. 

El ARNr que está asociado con el ribosoma ayuda a unirse a los ARNt a medida que se mueven a través del ribosoma y se ha descubierto que ayuda a catalizar la formación de enlaces peptídicos. Este ARN se conoce como ribozima o catalizador de ARN.

Una diferencia notable entre los ribosomas procarióticos y eucarióticos es el tamaño. Los ribosomas se miden en unidades Svedberg , que son una medida de cuánto tiempo tarda una molécula en sedimentar fuera de la solución en una centrífuga. Cuanto mayor sea el número, mayor será la molécula. Los ribosomas procarióticos son típicamente unidades 70S o Svedberg. Un ribosoma eucariota suele ser 80S. Los ribosomas eucariotas son más grandes porque contienen más proteínas y más ARN. Los ribosomas procariotas contienen 3 moléculas de ARN, mientras que los ribosomas eucariotas contienen 4 moléculas de ARN. Las diferencias son sutiles, ya que los ribosomas de cada uno funcionan de la misma manera.

  • Ribozima : ARN que actúa como catalizador biológico, que en un ribosoma ayuda a formar enlaces peptídicos.
  • ARN ribosómico : moléculas de ARN asociadas con los ribosomas, algunos de los cuales son ribozimas y catalizan reacciones.
  • Ácido ribonucleico : también conocido como ARN, esta molécula generalmente existe como un portador monocatenario de información genética.
  • Ácido desoxirribonucleico : ADN, o la molécula bicatenaria y muy estable que contiene la información genética de la mayor parte de la vida en la tierra en forma de secuencias variables de 4 pares de bases diferentes.