INDICE
Pag. INTRODUCCION
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CAPITULO I
3
NÚCLEO INTERFÁSICO CAPITULO II
9
ENVOLTURA NUCLEAR Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE ELLA CAPITULO III
15
CROMATINA CAPITULO IV
26
RIBOSOMAS CAPITULO V
33
NUCLEÓLO Y BIOGÉNESIS DE RIBOSOMAS CAPITULO VI
42
PROTEÍNAS RIBOSÓMICAS CAPITULO VII
66
SÍNTESIS DE PROTEINAS CONCLUSIONES
96
1
INTRODUCCIÓN
El estu estudi dio o de las las estr estruct uctura urass celu celula lares res es de gran gran impor importa tanc ncia ia en la actualidad, gracias a las diversas técnicas y métodos que hoy en día existen para realizar esta labor, cada día se va conociendo un poco más acerca del comportamiento celular y molecular. Es trascendental comprender la naturaleza de los procesos que se dan en el ambiente celular, ya que ellos son los que determinan el funcionamiento y equilibrio de los seres vivos. En el presente estudio, brindaremos un alcance detallado de la estructura nuclear en el período de interfase y sus componentes, tales como el nucleólo, y su principal función que es la biogénesis de ribosomas; la cromatina y sus características. También explicaremos la composición y el transporte a través de la membrana membrana nuclear, nuclear, la estructura, estructura, características características y proteínas proteínas del ribosoma. Por último, realizaremos una descripción general de la síntesis de proteínas y sus inhibidores.
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INTRODUCCIÓN
El estu estudi dio o de las las estr estruct uctura urass celu celula lares res es de gran gran impor importa tanc ncia ia en la actualidad, gracias a las diversas técnicas y métodos que hoy en día existen para realizar esta labor, cada día se va conociendo un poco más acerca del comportamiento celular y molecular. Es trascendental comprender la naturaleza de los procesos que se dan en el ambiente celular, ya que ellos son los que determinan el funcionamiento y equilibrio de los seres vivos. En el presente estudio, brindaremos un alcance detallado de la estructura nuclear en el período de interfase y sus componentes, tales como el nucleólo, y su principal función que es la biogénesis de ribosomas; la cromatina y sus características. También explicaremos la composición y el transporte a través de la membrana membrana nuclear, nuclear, la estructura, estructura, características características y proteínas proteínas del ribosoma. Por último, realizaremos una descripción general de la síntesis de proteínas y sus inhibidores.
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CAPÍTULO I NÚCLEO INTERFÁSICO
Para poder entender lo que es un núcleo interfásico empezaré definiendo lo que es un núcleo (celular) en general.
1. EL NUCLEO NUCLEO 1.1 Introducción
Sabemos procariotas
que no
las
células
presentan
un
núcleo propiamente dicho, por ausencia de membrana nuclear entre otros factores, mientras que en
las
célula célulass
eucariót eucariótica icass
aparece en el hialoplasma un cuerpo bien definido llamado núcleo, está separado por una membrana nuclear formada a partir del Retículo Endoplásmico. En el interior del núcleo se distinguen una o más manchas oscuras que son los nucléol nucléolos os y un jugo jugo nuclear nuclear o Nucleo Nucleopla plasma sma en el que aparecen aparecen fibril fibrillas las y pequeño pequeñoss gránul gránulos os que confie confieren ren al núcleo núcleo un aspect aspecto o reticul reticular ar y forman forman la cromatina. Está formada por la asociación del ADN y proteínas histonas.
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El núcleo es el lugar dónde se encuentra el ADN y por tanto es el orgánulo que dirige el funcionamiento celular puesto que a partir del ADN se forman las proteínas. Por otra parte es el portador de los factores hereditarios que pasarán de cada célula a sus descendientes. Por estas razones existe una estrecha dependencia entre el núcleo y el citoplasma de manera que ninguna de las dos partes puede mantenerse viva mucho tiempo, separada de la otra. Brown se refiere a él como una constante.
1.2Características: La posición, forma, tamaño y número de núcleos en una célula es variable: • La posición más habitual es la central. En las células embrionarias ocupan casi siempre el centro geométrico de la célula, pero por lo común se desplaza a medida que la diferenciación celular progresa y se van formando en el citoplasma regiones específicas. En ocasiones se halla desplazado hacia la periferia de la célula empujada por los constituyentes del citoplasma como ocurre en los adipocitos donde las gotas de grasa lo desplazan hacia el lateral, o se desplaza por la presencia de grandes vacuolas, como ocurre con frecuencia en las células vegetales. • La forma del núcleo más común es esférica. Puede tener relación con la forma de la célula a la que pertenece, por ejemplo es lobulado en muchos leucocitos, ramificado en células glandulares de insectos, también hay núcleos en forma de bastón, arriñonados, arrosariados, etc.
POLILOBULADO • El tamaño también es variable, suele oscilar entre O,5 y 15 micras. El tamaño guarda relación con el tamaño del citoplasma, esta relación se denomina índice nucleoplasmático y suele corresponder al 10% del volumen total de la misma. 4
Volumen del núcleo K=__________________________________ Volumen de la célula- volumen del núcleo
Cuando esta relación alcanza un determinado valor mínimo, que equivale un volumen máximo del citoplasma, la célula se divide.
• El número: La mayor parte de las células tienen un solo núcleo. Algunas células muy especializadas carecen de núcleo como ocurre con los glóbulos rojos de la sangre. También hay ejemplos de células que tienen permanentemente dos núcleos como ocurre en los paramecios (macronúcleo y micronúcleo). Además existen células polinucleadas. Pueden tener varios orígenes: . Por fusión de varias células uninucleadas, en cuyo caso la polinucleada resultante se llama sincitio. . Por división repetida del núcleo sin que haya posterior división del citoplasma, en este caso la célula resultante se llama plasmodio.
SINCITIO
PLASMODIO
5
2. NÚCLEO INTERFÁSICO:
Durante el ciclo celular, el núcleo
es
un
orgánulo
dinámico, es decir que toma distintos aspectos y funciona de distinta
manera
según
el
momento de la vida de la célula. Durante las interfases, o periodos
de
tiempo
entre
división y división, el núcleo (núcleo interfásico) tiene un aspecto reticular porque en su interior el ADN está desespiralizado formando cromatina. En este periodo el núcleo está en plena actividad metabólica, se produce la replicación del ADN, tiene lugar la síntesis de ARN, por tanto en esta fase está dirigiendo todo el funcionamiento celular. En los periodos de división celular (núcleo mitótico) la cromatina se espiraliza, el ADN sufre un fuerte empaquetamiento y aparecen finalmente los cromosomas que se dividirán y repartirán equitativamente entre las células hijas, en estos momentos la actividad del núcleo es mínima. Podemos resumir que el mayor o menor grado de empaquetamiento de la cromatina es un proceso que regula la actividad nuclear.
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3. ESTRUCTURAS DEL NÚCLEO INTERFÁSICO
En un núcleo interfásico vamos a poder apreciar las siguientes partes en su estructura:
3.1
Envoltura Nuclear : formada por dos membranas concéntricas perforadas por poros nucleares. A través de éstos se produce el transporte de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.
3.2
El Nucleoplasma, que es el medio interno del núcleo donde se encuentran el resto de los componentes nucleares.
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3.3 Nucléolo,
o nucléolos que son masas densas y esféricas, formados por dos
zonas: una fibrilar y otra granular. La fibrilar es interna y contiene ADN, la granular rodea a la anterior y contiene ARN y proteínas.
3.4 La
Cromatina, constituida por ADN y proteínas, aparece durante la
interfase; pero cuando la célula entra en división la cromatina se organiza en estructuras individuales que son los cromosomas.
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CAPÍTULO II ENVOLTURA NUCLEAR Y TRANSPORTE A TRAVÉS DE ELLA
La envoltura nuclear es una doble membrana que rodea al núcleo y posee numerosos poros que permiten el pasaje de ARN y otros productos. 1.
Componentes principapales de la envoltura nuclear: 1.1.
•
Lámina nuclear
Por debajo de la membrana interna de la envoltura nuclear (que mira hacia el nucleoplasma) se encuentra la lamina, un red de filamentos intermedios (lamin protein) que conforman una capa delgada que rodea al núcleo excepto en los poros nucleares. Estos filamentos pueden servir como estabilizadores y se encuentran también en el interior del núcleo (Ver esquema donde, solo para mayor visualización, se la destaca en colores. en realidad resulta bastante difícil de distinguir, en una microfotografía electrónica, de la densa heterocromatina vecina).
•
La lamina tiene las siguientes características estructurales y funcionales:
9
•
Tiene de 30 a100 nm de espesor y está hecha de “filamentos intermedios” que se conocen con el nombre de laminares ( lamins) y que poseen una secuencia que sirve de señal "nuclear", en manera tal que que pasen a formar parte del soporte filamentoso que se encuentra por debajo de la membrana interna. Los de tipo A se encuentran en el interior del nucleoplasma. El tipo B encuentra cerca de la membrana nuclear interna pudiendo
unirse
a
proteínas
integrales
de
la
misma.
La membrana interna es el "hogar" de un grupo de proteínas de membrana (entre ellas la emerina) que se adhiere a las filamentos intermedios, a los cromosomas o a ambos. La pérdida de emerina o mutaciones en los filamentos llevan a una enfermedad hereditaria denominada distrofia muscular de Emery-Dreifuss •
Los filamentos laminares (lamins) pueden están involucradas en la organización funcional del núcleo.
•
Juegan un papel en el ensamble y desensamble del núcleo antes y después de la mitosis. Son fosforilados al final de la profase lo cual produce su desagregado y la ruptura de la envoltura nuclear. Cuando se remueve el fosfato (justo antes de la formación del núcleo de las células hijas durante la mitosis) se revierte el proceso y los filamentos se reagregan alrededor de cada grupo de cromosomas debajo de la membrana nuclear interna de cada célula hija.
•
Si se inyecta a la célula anticuerpos contra los filamentos nucleares (lamins), el núcleo no puede rehacerse luego de la división celular.
1.2.
Poro Nuclear
10
El transporte de proteínas y ARN entre el núcleo y el citoplasma acontece por medio de una estructura proteica que se encuentra embebida en la envoltura nuclear denominada complejo de poro nuclear. Este complejo es enorme con respecto a lo que es corriente en estructuras proteicas, alcanza unos 120 MD (Mega Dalton), es decir 30 veces más que un ribosoma. Este complejo restringe la libre difusión de partículas y proteínas de diámetro superior a 9 nm (tamaño correspondiente a proteínas de 40-60 KD). Sin embargo complejos de hasta 25 nm son transportados eficientemente, siempre que lleven adicionados una señal de exportación o importación nuclear. Los poros nucleares están en sitios en donde las membranas interna y externa (que forman la envoltura nuclear) se unen, dejando un espacio lleno de material filamentoso. Algunas veces es posible observar un delgado diafragma tendido horizontalmente entre los extremos del poro. También, la cromatina se organiza dejando una “vía”hacia el poro nuclear. El poro contiene 8 subunidades que se pegan como una grampa sobre una región de unión de las membranas internas y externa y forman un anillo de subunidades de 15-20 nm de diámetro. Cada subunidad proyecta un saliente o pico hacia el centro de tal manera que el poro luce como una rueda con ocho radios. En el centro existe un tapón central. En el estudio del poro nuclear resultaron de gran utilidad los grandes núcleos del oocito de la rana africana Xenopus laevis.
El poro tiene un diámetro efectivo de 10 nm. El transporte hacia y desde el núcleo ocurre de varias maneras:
Difusión: Esto puede ser evaluado añadiendo moléculas de tamaños diferentes al Citosol y observando la tasa de transporte de cada grupo. Por ejemplo moléculas con:
Peso molecular de 5000 - difunden libremente 11
Peso molecular de 17000 - toma 2 minutos para equilibrarse
Peso molecular de 44000 - toma 30 minutos para establecer equilibrio
Peso molecular de 60000 - no se pueden mover por difusión Este concepto es importante porque significa que los ribosomas maduros
(con ambas subunidades unidas) no pueden reentrar al núcleo. Por consiguiente la síntesis de proteínas (traducción del mRNA) debe llevarse a cabo fuera del núcleo.
2. Importación y exportación de moléculas al núcleo: Muchos procesos celulares, tales como transducción de señales, progresión del ciclo celular y apoptósis son regulados a nivel del transporte nuclear. El progreso en este campo se debe a la identificación de señales de transporte, receptores de transporte y al conocimiento de los mecanismos de direccionalidad del transporte. Cualquier partícula que porte una señal de localización nuclear (NLS) será dirigida por el rápido y eficiente transporte a través del poro. Muchas señales de localización nuclear son conocidas, generalmente contienen una secuencia de aminoácidos conservada con residuos básicos tales como PKKKRKV. Cualquier material con una señal de localización nuclear será llevada por las importinas hacia el núcleo.
3. Importación de proteínas solubles: El esquema clásico para la importación de partículas con señal de localización nuclear comienza primero con la α-importina uniéndose a la secuencia de la señal de localización nuclear, y actúa como un puente para unir la β-importina. Luego el complejo carga-βimportinaαimportina es dirigida hacia el poro nuclear y difunde a través de él. Una vez que el complejo está en el núcleo, se une RanGTP a la βimportina y la desplaza del complejo. Luego la proteína de suceptibilidad de apoptosis celular (CAS), una exportina que está unida a RanGTP en el núcleo, 12
separa la α-importina de la carga. La proteína de señal de localización nuclear se encuentra de esta manera libre en el nucleoplasma. Los complejos βimportinaRanGTP e αimportina-CAS-RanGTP difunden de vuelta hacia el citoplasma donde los GTPs son hidrolizados a GDP llevando a la liberación de βimportina y αimportina que vuelve a estar disponible para una nueva importación de proteínas de señal de localización nuclear. Aunque la carga pase a través del poro con la asistencia de proteínas chaperonas, la translocación a través del poro no es por sí misma dependiente de energía. Sin embargo, el ciclo completo de importación necesita la hidrólisis de 2 GTPs y por lo tanto es energía dependiente y tiene que ser considerada como transporte activo. El ciclo de importación funciona gracias al gradiente de RanGTP núcleo-citoplasmático. Este gradiente surge de la localización nuclear exclusiva de RanGEFs, proteínas que cambian GDP a GTP en moléculas Ran. Por lo tanto hay una concentración elevada de RanGTP en el núcleo comparada con el citoplasma.
Exportación de proteínas: Algunas moléculas nucleares necesitan ser exportadas desde el núcleo al citoplasma, como las subunidades ribosomales y ARNs mensajeros. Por lo tanto hay un mecanismo de exportación similar al de importación. En el esquema clásico de exportación, las proteínas con una secuencia de exportación nuclear (NES) se pueden unir en el núcleo para formar un complejo heterotrimérico con una exportina y RanGTP (por ejemplo la exportina CRM1!. El complejo puede difundir al citoplasma donde el GTP es hidrolizado y la proteína de secuencia de exportación nuclear es liberada. El complejo CRM1-RanGDP difunde de vuelta hacia el núcleo donde el GDP es cambiado a GTP por las RanGEFs. Este porceso también es dependiente de energía ya que consume GTP. La exportación con CRM1 puede ser inhibida por la leptomicina B.
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14
CAPÍTULO III CROMATINA
1. INTRODUCCIÓN La cromatina aparece en el núcleo interfásico. Está formada por todo el ADN celular asociado a proteínas histonas; además aparecen proteínas no histónicas que corresponden a enzimas implicadas en la replicación, transcripción y regulación del ADN. La cromatina está constituida por numerosas fibras llamadas fibras
cromatínicas enrolladas en espiral entre ellas. Cada fibra cromatínica tiene una estructura de collar de perlas. Consiste en que ocho moléculas de proteínas histonas constituyen una estructura en forma de pilar llamada octámero alrededor de la cual se enrolla la molécula de ADN constituyendo una estructura llamad
nucleosoma. Por cada nucleosoma, el ADN da dos vueltas alrededor del octámero de histonas. A esta estructura de nucleosomas sucesivos unidos por pequeños fragmentos de ADN se le denomina estructura de collar de perlas. A su vez, esta estructura de collar de perlas sufre un enrollamiento en espiral formando una estructura plegada llamada solenoide. Las fibras de cromatina tienen una estructura de solenoide con escaso grado de espirilización. En el momento de la división celular, la estructura de solenoide que constituye la cromatina se enrolla sobre si misma y sufre una Superespirilización dando lugar a los cromosomas. Por lo tanto podemos decir que cromatina y cromosomas es lo mismo, y el cromosoma sería un paquete de cromatina muy compacto. Como puede verse en la imagen es una secuencia que va desde el ADN hasta el cromosoma.
15
•
El número 1 corresponde a la molécula de ADN,
•
En el número 2 , vemos el ADN unido a proteínas globulares, formando una estructura denominada "collar de perlas" , formado por la repetición de unas unidades que son los "nucleosomas" , que corresponderían a cada perla del collar.
•
En el número 3 se pasa a una estructura de orden superior formando un "solenoide".
•
En el número 4, se consigue aumentar el empaquetamiento, formando la fibra de cromatina, nuevos "bucles".
•
En el número 5, llegamos al grado de mayor espiralización y compactación, formando un denso paquete de cromatina, que es en realidad, un cromosoma.
El total de la información genética contenida en los cromosomas de un organismo constituye su genoma.
2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CROMATINA Los principales componentes que se obtienen cuando se aísla la cromatina de los núcleos interfásicos: ADN, proteínas histónicas, proteínas no histónicas,
-La cromatina está compuesta por ADN y proteínas de dos tipos: 1)
Histonas:
De carácter básico y bajo peso molecular. Se encuentran en la misma proporción en peso que el ADN. Existen cinco tipos presentes en todas las células eucariotas. 16
2)
No histonas:
Grupo muy heterogéneo y numeroso que, en su mayor parte, son enzimas que intervienen en la transcripción y replicación del ADN.
-Desde
el
punto
de
vista
estructural, la cromatina está formada
por
unas
unidades
repetitivas llamadas nucleosomas, cada una de las cuales está compuesta por 8 histonas y ADN. Los nucleosomas se unen entre sí por ADN-proteínas, constituyendo el llamado filamento fino (collar de perlas) de 10 nm. de grosor. A su vez, el filamento fino se empaqueta para dar lugar al filamento grueso (fibra de 30 nm). El superenrollameinto de la fibra gruesa se compacta al máximo, en última instancia, para constituir el cromosoma.
3. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA CROMATINA La observación a través del microscopio óptico de un núcleo interfásico, nos permite distinguir dos tipos de cromatina. La eucromatina o cromatina laxa, de localización central, y la heterocromatina o cromatina densa, en la periferia del núcleo. La heterocromatina representa aproximadamente el 10% del total de cromatina y es considerada transcripcionalmente inactiva 17
La eucromatina se encontraría al menos en dos estados, la eucromatina accesible, que representa alrededor del 10%, donde se encuentran los genes que se están transcribiendo y la eucromatina poco accesible, más condensada (pero menos que la heterocromatina), donde están los genes que la célula no está transcribiendo. Si el núcleo celular se incuba con nucleasas, enzimas que digieren el ADN, las secuencias que primero se digieren son las que portan los genes expresados por la célula, lo que corrobora el menor grado de condensación de la eucromatina.
H1 y formación de la fibra de 10 nm
Cuando el cromosoma en interfase se esparce artificialmente sobre agua, tiene la apariencia de un collar de perlas. Las perlas son los nucleosomas, las unidades de enrollamiento de la cromatina. Los nucleosomas están formados por un centro o "core" de histonas. Dicho centro posee dos copias de cada una de las siguientes histonas: H2A; H2B; H3 y H4. 18
Alrededor del centro de histonas, 146 pares de bases del ADN se enrollan en dos vueltas. La unión de las histonas al ADN no depende de una secuencia particular de nucleótidos, sino de la secuencia de aminoácidos de la histona. Las histonas son unas de las moléculas más conservadas durante el transcurso de la evolución. La histona H4 en el ternero difiere de la H4 de la planta de poroto en sólo 2 residuos de aminoácidos de una cadena de 102. Alrededor de 60 pares de bases de ADN unen un nucleosoma con el próximo. Cada región de unión es el ADN espaciador. La quinta histona, la H1, conecta a los nucleosomas y actúa como una banda de goma, manteniéndolos juntos dentro de una misma cuerda enrollada. Esta estructura se conoce como fibra de 10nm, siendo el primer grado del empaquetamiento de la cromatina. Los nucleosomas se organizan, a su vez, en fibras de 30nm (solenoide), girando a manera de resorte alrededor de un eje virtual. Esta estructura es mantenida por la interacción de las H1 de nucleosomas cercanos. (Fig. 10.10c) En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras de 30 nm se organizan en una serie de bucles o asas superenrolladas (Fig. 10.10d; Fig. 10.11). Estos bucles se estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear o andamiaje nuclear (“scaffold”).
Cada bucle de cromatina representa un dominio funcional o unidad de replicación. Estos dominios contienen alrededor de 100.000 pares de bases, extensión de ADN suficiente para acomodar varios genes de tamaño promedio. Algunos genes, sin embargo, pueden abarcar varios dominios adyacentes de un cromosoma. Cada cromosoma puede tener cien o más dominios.Durante la profase, los cromosomas aparecen en forma más condensada, alcanzando la 19
cromatina su mayor nivel de condensación en metafase. La organización de los cromosomas envuelve la fosforilación de la H1 y otras proteínas, lo cual causa el plegamiento y empaquetamiento aún más compacto de la cromatina. El andamiaje o matriz nuclear se convierte en el centro de la estructura del cromosoma, y como la compactación continúa, éste se pliega modo de acordeón.
Con coloraciones especiales los cromosomas, revelan diferencias estructurales de importancia funcional. Las bandas oscuras consisten en cromatina altamente condensada, mientras que las bandas claras se corresponden con cromatina más laxa. El examen de la cromatina en bandas claras y oscuras revela que ambos tipos de cromatina están acomodados en bucles de distintos tamaños y que a su vez se proyectan desde el andamiaje plegado. El andamiaje está muy plegado en la heterocromatina, y es más lineal en las bandas de eucromatina, formando bucles más amplios. Las histonas de la eucromatina están fuertemente acetiladas. Estos cambios afectarían el grado de empaquetamiento de la eucromatina, haciéndola más accesible para la transcripción de sus genes.
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Las características de la hetero y eucromatina son: Características de la Cromatina Tipo de cromatina Estado físico Cambio químico Tipo de genes Eucromatina Laxa Acetilada Activos Heterocromatina condensada
Metilada
Silentes
Replicación Fase S temprana Fase S tardía
En las heterocromatinas podemos encontrar una subdivisión: .- Heterocromatina constitutiva: aparece condensada en todos los tipos celulares, contiene pocos genes y está formada principalmente por secuencias
repetitivas localizadas en grandes regiones coincidentes con centrómeros y telómeros cromosómicos. Está formada secuencias de DNA que nunca se transcriben, como las secuencias satélites localizadas en los centromeros de los cromosomas, así la mayoría de los cromosomas tiene grandes bloques de heterocromatina cerca de los centrómeros , que comprende del 5 al 10% de la totalidad del DNA del cromosoma.
.- Heterocromatina facultativa: la cual solo se condensa en ciertos tipos celulares o en momentos especiales del desarrollo. Las secuencias de DNA en esta forma de cromatina tiene la facultad (de ahí su nombre) de que pueda ser empaquetada como heterocromatina sin ser transcrita en un tipo célular dado, pero que se empaquete como eucromatina y los genes codificados en la misma no permanezan silenciados en otros tipos celulares. La formación de la heterocromatina facultativa es regulada y está asociada con la morfogénesis y la diferenciación.Así está compuesta de regiones transcripcionalmente activas que pueden adoptar en determinadas células y bajo determinadas circunstancias las características estructurales y funcionales de la heterocromatina, como ocurre en el cromosoma X inactivo de las hembras de los mamíferos. Uno de los cromosomas del par X es activo y permanece eucromático mientras que el otro es
21
heterocromático inactivo transcripcionalmente por ello y durante la interfase forma la cromatina sexual o corpúsculo de Barr.
CAPÍTULO IV RIBOSOMAS
1. Introducción Los ribosomas, encargados de ensamblar uno a uno los aminoácidos que componen cada proteína, son los operarios más complejos en el proceso de 22
mantener la vida de las células. Vivimos gracias a que la información heredada de nuestros padres, contenida en el ADN, se convierte en moléculas, todas las que forman nuestras células y las hacen funcionar. La información del ADN está escrita en un lenguaje que solo entienden varias estructuras -ribosomas, polimerasas, ARNs- que en cada célula se dedican a copiar, transcribir y traducir lo que allí se dice para convertirlo en todo el contenido celular, en célula viva. Ramakrishnan, Steitz y Yonath han sido premiados con el Nobel de Química de 2009por sus descubrimientos seminales sobre la cristalografía de los ribosomas. Hace nueve años, utilizando técnicas de alta resolución, encontraron la respuesta a cómo los ribosomas intervienen en la síntesis de proteínas. Además de su importancia en el conocimiento científico, sus estudios tienen una gran relevancia en la salud, pues han permitido averiguar cómo funcionan muchos antibióticos y sentar las bases para encontrar otros nuevos. En dos artículos resumimos en el primero, escrito por Miguel Vicente, el trabajo que ha merecido el premio
y
en
el
segundo
la
semblanza
de uno
de
los
premiados, Ramakrishnan, relatada por su amigo Rafael Giraldo.
2. Definición Son estructuras macromoleculares y globulares, carentes de membrana de 170-230 A de diámetro, visibles solamente con microscopio electrónico, en los cuales ocurre la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos. Pueden encontrarse libres en el citoplasma o adheridos a las membranas del retículo endoplasmático. Unas proteínas (riboforinas) sirven de nexo entre ambas estructuras.
Los ribosomas de las células procarióticas son de menor tamaño y densidad (valor de sedimentación 70S) que los de las células eucarióticas (valor de sedimentación 80S) Están formados por dos porciones o subunidades, una pequeña y una grande, que al acoplarse dejan entre ambas un canal por el que se desliza el ARN 23
mensajero. Contienen cantidades más o menos equivalentes de proteínas y ARN procedentes del nucléolo. La información necesaria para la síntesis de proteínas está en el ADN, que tiene la capacidad de duplicarse y de actuar como matriz para síntesis del ARN (transcripción). El ARN formado pasa al citoplasma y se asocia a los ribosomas donde se sintetizan las proteínas. Muchas de ellas son enzimas que regulan el metabolismo celular y ingresan al núcleo donde intervienen en procesos vinculados con el ADN. Los ribosomas pueden estar libres en el citoplasma o sobre membranas del RE, en cuyo caso los polipéptidos o proteínas se acumulan en el enquilema. Se supone que tanto en el nucléolo como en el nucleoplasma existen precursores de los ribosomas y en algunos casos esto se ha logrado demostrar. Los ribosomas se encuentran en las células de todos los organismos vivos incluso en los procariontes, excepto en los eritrocitos maduros. Los ribosomas sueltos pueden estar aislados o agrupados, formando los polisomas mediante el RNA mensajero, Tanto los ARNr como las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar por su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg. En eucariotas, los ribosomas del citoplasma se denominan 80 S. En mitocondrias y plastos de eucariotas, así como en procariotas, son 70 S.
3.
Características
Distinguimos dos tipos de ribosomas atendiendo a su coeficiente de sedimentación. Ribosomas 70 S y Ribosomas 80 S. Los ribosomas 70 S son típicos de procariotas y de cloroplastos y mitocondrias. Los ribosomas 80 S son típicos de las células eucariotas. Los ribosomas están formados por dos 24
subunidades de tamaño desigual y distinto coeficiente de sedimentación. Una es la subunidad mayor y la otra es la subunidad menor. Los ribosomas 70 S tienen una subunidad mayor con un coeficiente de sedimentación de 50 S y una menor de 30 S. Los ribosomas 80 S tienen la subunidad mayor con coeficiente 60 S y la otra 40 S. La unión de ambas subunidades se realiza en presencia de una concentración 0,001 M de iones Mg, si esta concentración disminuye se produciría la separación de las dos subunidades, es por lo tanto un proceso reversible. Si la concentración molar de los iones Mg aumenta hasta 10 veces, se produce la unión de dos ribosomas para dar lugar a los dímeros. El dimero de los ribosomas 70 S tiene un coeficiente de 100 S, mientras que en el dimero de los ribosomas 80 S, el coeficiente de sedimentación sería de 120. La ultraestructura del ribosoma es muy compleja, está formado por RNA ribosómico y proteinas. Hay diferentes tipos de ARN ribosómico teniendo en cuenta el coeficiente de sedimentación. Si realizamos una extracción con fenol de dos subunidades de un R 70 S, se separan por un lado las proteínas y por otro un RNA ribosómico con un coeficiente de sedimentación 23 S y con el 30 S aparecen proteinas y ARN ribosomico 16 S.
4.
Estructura La estructura primaria se corresponde con una molécula flexible de gran
longitud con una disposición aximétrica en las bases nitrogenadas y conteniendo una elevada proporción de guanina y escasa de citosina, en lo que respecta a organismos inferiores y vegetales; a medida que avanzamos en la escala evolutiva aumenta la citosina y va siendo menor la diferencia entre nucleotidos. Se pudo demostrar la existencia de una estructura secundaria con la espectroscopía viendo que la molecula de ARN se puede plegar debido a su flexibilidad. Si las bases que están en oposición son complementarias se unen y da el aspecto de que es una helice de ADN, hay otras zonas donde no hay oposición de bases 25
complementarias y no se produce unión quedando como asas, a veces seguidos denominandose estructura de trébol que contiene también un ARN transferente. En cuanto a la estructura terciaria se han propuesto varios modelos: según un modelo se produciría por un amontonamiento de cadenas de ácidos y daría lugar a estructuras en varilla.
5. Clases de riboso ribosomas mas
Ribosomas Procarióticos
Los ribosomas de las células procariotas son los más estudiados. Son de 70 S y su masa molecular es de 2.500 kilodalton. Las moléculas de ARNr forman el 65% del ribosoma y las proteínas representan el 35%. Las moléculas de ARN ribosómico son ricas en adenina y guanina y forman una hélice alrededor de las proteínas. Los ribosomas están formados por dos subunidades:
Subunidad mayor: es 50 S. Está formada por dos moléculas de ARN, una
de 23 S y otra de 5 S. Además hay 34 proteínas básicas de las cuales sólo una se repite en la subunidad menor.
Subunidad menor: es de 30 S y tiene una molécula de ARNr de 16 S
además de 21 proteínas.
Ribosomas Eucarióticos
En eucariotas, los ribosomas son 80 S. Su peso molecular es de 4.200 Kd. Contienen un 40% de ARNr y 60% de proteínas. Los ribosomas se elaboran en el núcleo pero desempeñan su función de síntesis en el citosol citosol.. Están formados por ARN por ARN ribosómico (ARNr) y por proteínas Al igual que los procariotas se dividen en dos subunidades de distinto tamaño:
26
•
Subunidad mayor: es 60 S. Tiene tres tipos de ARNr: 5 S, 28 S y 5,8 S y
tiene 49 proteínas, todas ellas distintas a las de la subunidad menor.
Subunidad menor: es 40 S. Tiene una sola molécula de ARNr 18 S y
contie contiene ne 33 proteí proteínas. nas. Depend Dependiend iendo o de qué organismo eucariota sea, este ARNr 18 S puede sufrir alteraciones.
La subunidad grande del ribosoma vista desde una resolución baja(1998), de 9 amstrongs a la izquierda, pasando por una resolución media (1999),5 amstrongs en el centro, y llegando (2000) a la alta resolución resolución de 2,4amstrongs 2,4amstrongs a la derecha. derecha. Figura Figura procede procedente nte de la inform informació ación n cientí científic ficadi adispon sponibl ible e en las páginas de la Fundación Nobel.
Ribosomas Mitocondriales
Las mitocon mitocondri drias as tienen tienen su propio propio aparato aparato de síntes síntesis is proteic proteica a que incluy incluye e ribosomas, ARNt y ARNm ARNm.. Los ribosomas mitocondriales de las células animales contienen dos tipos de ARN ribosómicos, ribosómicos, el 12S y 16S, que se transcriben a partir de gene geness del del ADN mitoc mitocondrial ondrial,, y son son tran transc scri rittos por por una ARN pol polime imerasa rasa mitocondrial específica. Todas las proteínas que forman parte de los ribosomas mitocondriales están codificadas por genes del núcleo celular , que son traducidos en el citosol y transportados hasta las mitocondrias. mitocondrias.1
Ribosomas en Plastos
27
Los ribosomas que aparecen en plastos son similares a los procariotas. Son, al igual que los procariotas, 70 S, pero en la subunidad mayor hay un ARNr de 4 S que es equivalente al 5 S procariota.
6. Funciones Funciones
Los
ribosomas
son
los orgánulos encargados de la síntesis de proteínas,, proteínas
en
un
proc proces eso o
cono conoci cido do
como traducción traducción.. La información necesaria para esa síntesis se
enc encuentr ntra
mensajero (ARN (ARNm) m),, de nucleótidos dete determ rmin ina a
en
cuya cuya la
el ARN secue ecuenc nciia secu secuen enci cia a
de aminoácidos de la proteína; a su vez, la secuencia del ARNm proviene de la transcripción de un gen del ADN ADN.. El ARN de transferencia lleva los aminoácidos a los ribosomas donde se incorporan al polipéptido en crecimiento.
CAPÍTULO V NUCLEÓLO Y BIOGÉNESIS DE RIBOSOMAS
28
El nucléolo es el lugar donde tiene lugar la transcripción y el procesamiento del RNAr y del ensamblaje de las pre-subunidades de los ribosomas, el nucleolo es pues la fábrica de producción de los ribosomas. Los ribosomas de las células eucariotas contienen cuatro diferente moléculas de RNA ribosómico (RNAr): 28 S, 18 S, 5.8 S, y 5 S. La subunidad mayor 60S del ribosoma contiene los RNA ribosómicos 28 S, 5.8 S y 5 S, mientras que la subunidad menor 40S contiene el RNAr 18 S. Las tres RNAr moléculas, 18 S, 5.8 y 28 S son sintetizadas en el nucléolo, mientras que el 5S ARNr es sintetizado por la RNA polimerasa III fuera del mismo en otra región del nucleoplasma. Los ARNr constituyen el 80 % de las moléculas de ARN encontradas en una célula eucariota. Las células contienen múltiples copias de los genes para los RNAr para poder satisfacer la demanda de transcripción de elevado número de moléculas de RNAr que son necesarias para sintetizar los ribosomas. Por ejemplo, las células de mamífero en continuo crecimiento contienen 5 y 10 millones de ribosomas, que deben sintetizarse cada vez que la célula se divide. Las células contienen por ello múltiplas copias de los genes RNAr. El genoma humano por ejemplo contiene aproximadamente unas doscientas copias del gen que codifica para los RNAr 28 S, 18 S, 5.8 S dispuestas de manera secuencial (en tándem) con un DNA espaciador que no se transcribe separando cada unidad repetida en cinco cromosomas humanos diferentes (13,14,15,21,22) y aproximadamente 200 copias del gen que codifica para el RNAr 5S en el cromosoma 1.
1.
Síntesis y procesamiento de los RNAr
Los RNAr nucleolares 18 S, 5.8 y 28 S son sintetizados (transcriptos) por la RNA polimerasa I a partir de los genes (DNAr) que codifican los RNAr. Lo que permite que la transcripción se pueda visualizar fácilmente con microscopia electrónica, cada uno de los genes de ARNr están colocados en serie y se encuentran rodeado de ARN en crecimiento densamente empaquetados, (unidos a diferentes 29
proteínas de procesamiento y ribosómicas) dando lugar a estructuras en forma típica de “árbol de navidad”. El transcripto primario de los genes RNAr es un pre-RNAr (47S en células de mamífero) de gran tamaño que contiene los RNAr 5.8 S, 18S y 28S, dos espaciadores externos (ETS) que también son transcritos localizados en los extremos 5´ y 3´del pre-RNA y dos espaciadores internos (ITS) que se sitúan entre las secuencias de los RNAr 18s, 5.8 s y 28s. Así la estructura del pre-RNAR es: 5 ´-ETS-18S-ITS-5.8-ITS-28S-3´. Mediante escisiones sucesivas (realizadas por endonucleasas específicas) de este transcrito primario se produce la liberación de los RNAr 5.8 S, 18S y 28S. Este procesamiento del pre-RNAr requiere de la intervención de un numerosas grupos de proteínas (unas 300) y RNAs localizados en el nucléolo, denominados RNAs nucleolares pequeños (RNAsno), los cuales al unirse a proteínas constituyen unas partículas denominadas proteínas ribonucleares pequeñas (abreviadamente RNPsno). Cada RNPsno está constituida por un único RNAsno asociado a ocho o diez proteínas. Las células humanas contienen aproximadamente 100 especies diferentes de snoRNP Por ejemplo la RNPsno llamada U3 es necesario para la escisión inicial del pre-RNAr que se produce en la ETS 5. De manera similar el RNPsno U8 provoca la escisión del pre-RNAr en RNAr 5.8 S, 18S y 28S, mientras que la RNPsno U22 es responsable de la fragmentación adicional de pre-RNAr para dar lugar al RNA 18 S. Para alcanzar la madurez funcional los RNAr sufren una extensiva modificaciones covalentes, metilaciones de ciertas bases nitrogenadas y de residuos de ribosa (los grupos hidroxilos 2' (2'-O-metilación) o la conversión de uridina en pseudouridina (Ψ). Estas modificaciones que requieren de la actividad de las RPNsno, la mayoría de los RNAsno contienen secuencias cortas de 15 nucleótidos que son complementarias a las secuencias de los RNAr 18s y 28s que sirven para reconocer, seleccionar (los sitios de metilación) y dirigir a las enzimas que catalizan las modificaciones al sitio adecuado de las secuencias del pre-RNA. 30
En las células animales el procesamiento de pre-RNAr 47S implica la metilación de aproximadamente cien restos de ribosa y 10 bases, además de la formación de cien pseudouridinas. La mayoría de estas modificaciones ocurre durante o inmediatamente después de la síntesis de pre-RNAr aunque algunas tienen lugar en etapas posteriores del procesamiento del pre-RNAr.
2.
Ensamblaje de los ribosomas
Los RNAr maduros 5.8 S, 18S y 28S y el RNAr 5S se combinan en el nucléolo con las proteínas ribosómicas (importadas desde el citoplasma) para formar las subunidades ribosomales pre- 40S y pre-60S. Estas pre-subunidades son exportadas a través de los complejos del poro nucleares (NPCs) al citoplasma donde se termina la maduración. 31
Los genes que codifican para las diferentes proteínas ribosomales se transcriben fuera del nucléolo por la RNA polimerasa II, originando RNAm que son transportados a través de los NPCs al citoplasma donde son traducidos en proteínas ribosomales en los ribosomas citoplasmáticos. Las proteínas ribosomales son transportadas entonces de nuevo a través de los NPCs al nucleolo donde se ensamblan con los RNAr maduros para formar las partículas pre-ribosómicas. La asociación de las proteínas ribosómicas con los RNAr tiene lugar a lo largo de la síntesis y procesamiento del pre-RNA. La maduración de la pre-subunidad mayor 60S sigue una ruta diferente de la menor 40S. La maduración de la subunidad pequeña que solo contiene RNAr es más sencilla e implica cuatro escisiones en le pre-RNA 47S. La escisión final de la que resulta el RNAr 18S se produce tras el transporte de la subunidad 40S al citosol, mientras que la maduración de la subunidad 60S que contiene implica múltiples escisiones del pre-RNA en el núcleo y se completa totalmente dentro del nucléolo. Por lo tanto la mayoría de las partículas preribosómicas del nucléolo son precursores de las subunidades grandes 60S. Las etapas finales de la maduración de los ribosomas siguen a la salida de las partículas preribosomales al citoplasma, formando las subunidades ribosómicas 40S y 60S maduras funcionalmente capaces de formar los ribosomas 80S encargados de llevar a cabo la síntesis de proteínas celulares.
3.
Ribosomas
Los ARNr, junto a proteínas, son los componentes de los RIBOSOMAS. Los ribosomas y los ARNt intervienen en la traducción de la información codificada en el ARNm por lo cual los primeros son considerados fábricas de proteínas . 32
Cada ribosoma consta de dos subunidades: la subunidad MAYOR y la subunidad MENOR. La subunidad mayor contiene una depresión en una de sus superficies, en la cual se ajusta la subunidad menor. El ARNm se inserta en el surco formado entre las superficies de contacto de las subunidades. Dentro de cada ribosoma hay dos huecos llamados sitios A (AMINOACÍDICO) y P (PEPTIDÍLICO), para el ingreso de los ARNt unidos a sus correspondientes aminoácidos.
Modelo de ribosoma que representa la ubicación tentativa del ARNm y de la proteína naciente
Las subunidades ribosómicas trabajan conjuntamente para la síntesis proteica. La subunidad menor aloja al ARNm sobre el cual se acomodan los ARNt para que puedan unirse los aminoácidos que transportan. 33
La subunidad mayor cataliza la unión peptídica de los aminoácidos gracias a la acción de la peptidil transferasa (enzima que forma parte de la estructura de esta subunidad). Si bien cumplen idéntica función, los ribosomas procariotas y eucariotas se diferencian en su tamaño, coeficiente de sedimentación, y en el tipo y número de moléculas de ARNr y proteínas que los forman:
Comparación de las estructuras de los ribosomas procariotas y eucariotas
34
CAPÍTULO VI PROTEINAS RIBOSOMALES
Es una de las proteínas que en relación con el ARNr, conforman las subunidades ribosomales que participan en el proceso celular de la traducción. Una gran parte de los conocimientos acerca de estas moléculas orgánicas ha llegado desde el estudio de E. Coli ribosomas. La mayoría de las proteínas ribosómicas han sido aisladas y producido específicos anti-cuerpos. Estos, junto con microscopía electrónica y el uso de reactivos determinados, han permitido la determinación de la topografía de las proteínas en el ribosoma. Muchas de las proteínas ribosómicas, en particular los de la subunidad grande, se componen de un dominio globular, superficie expuesta con grandes proyecciones en forma de dedos que se extienden en el núcleo ARNr para estabilizar su estructura. La mayoría de las proteínas interactúan con múltiples elementos de ARN, a menudo de diferentes ámbitos. En la subunidad grande, aproximadamente 1 / 3 de los nucleótidos del ARNr 23S son por lo menos en contacto van der Waal con proteínas, e interactúa con todos los L22 seis dominios del ARNr 23S. Las proteínas S4 y S7, que inician el montaje del ARNr 16S, se encuentran en las intersecciones de cinco y cuatro hélices de ARN, respectivamente. De esta manera, las proteínas sirven para organizar y estabilizar la estructura terciaria del ARNr. Si bien las actividades esenciales de la decodificación y la transferencia de péptidos son ARN basada en proteínas desempeñan un papel activo en las funciones que pueden haber evolucionado para agilizar el proceso de síntesis de proteínas. Además de su función en el ribosoma, muchas proteínas ribosómicas tienen una función «fuera» del ribosoma. La proteína ribosomal L11 es una de las proteínas de la subunidad ribosomal grande. En Escherichia coli, L11 se sabe que se unen directamente al 35
ARNr 23S. Pertenece a una familia de proteínas ribosómicas que, sobre la base de similitudes secuencia, las bacterias grupos, los cloroplastos de plantas, los cloroplastos de algas rojas, y archaeabacterial L11, y de mamíferos, plantas y levaduras cyanelle L12 (YL15). L11 es una proteína de 140 a 165-el ácido amino residuos. En E. coli, el medio-terminal C del L11 se ha demostrado para estar en una conformación plegada y sin apretar extendido y es probable que sea enterrado en la estructura del ribosoma.
1.
Las funciones de las proteínas ribosomal en el montaje de la estructura y la evolución de la subunidad ribosomal grande:
Las estructuras de las proteínas ribosomales y sus interacciones con el ARN se han examinado en la estructura cristalina refinada de la marismortui Haloarcula subunidad ribosómica grande. Las estructuras de las proteínas se dividen en seis grupos según su topología. Las proteínas de la subunidad 50S funcionan principalmente para estabilizar las interacciones entre dominios que son necesarios para mantener la integridad estructural de la subunidad. proteína-ARN se observa:
Una extraordinaria variedad de interacciones
interacciones electrostáticas entre los numerosos
arginina y residuos de lisina, en particular los de las extensiones de la cola, y los grupos fosfato del ARN de la columna vertebral mediante muchos contactos ARN en proteínas; el reconocimiento de Base se produce tanto a través del surco menor y ampliado surco mayor de las hélices de ARN, así como a través de hidrofóbicos bolsillos vinculante, que la captura de nucleótidos sobresalían ya través de la inserción de los residuos de aminoácidos hidrofóbicos en las grietas en el ARN. Primaria sitios de unión en contiguas ARN se identifican por 20 de las proteínas 50S ribosomal, que junto con algunas interfaces grandes proteína -proteína, sugieren el orden de montaje de algunas proteínas y las proteínas que las extensiones de veces en cooperación con el ARN. La estructura soporta la hipótesis de la asamblea co-transcripcional, centrada alrededor de L24 en el dominio I. Por último, la comparación de las estructuras y las ubicaciones de las 36
proteínas 50S ribosomal de H.marismortui y D.radiodurans reveló sorprendentes ejemplos de mimetismo molecular.
Estas comparaciones muestran que las
estructuras idénticas de ARN pueden ser estabilizadas por proteínas no relacionadas. En E. coli, las proteínas se denominan S1-S21. S4, S7, S8, S15, S17, S20 se unen de forma independiente al 16S ARNr.
Después del montaje de estas
proteínas de unión primaria, S5, S6, S9, S12, S13, S16, S18, S19 y se unen al ribosoma en crecimiento. Estas proteínas también potencian la incorporación de S2, S3, S10, S11, S14, S21. La unión a proteínas de uniones helicoidales es importante para iniciar el correcto pliegue de ARN y de organizar la estructura general. Casi todas las proteínas contienen uno o más dominios globulares.
Además, casi todos
contienen largas extensiones que pueden contactar con el ARN en las regiones de gran alcance. Interacciones proteína-proteína también existen para sostener la estructura en conjunto por electrostáticas y las interacciones de unión hidrógeno. 1.1 La
subunidad 30S
La subunidad pequeña tiene una cabeza y la base y una plataforma de armlike. Tiene un papel crucial en la descodificación de ARNm, proporcionando la A, P y E y sitios de Unión por ser el encargado de seguir el apareamiento de bases entre el codón del ARNm y el anti codón de ARNt. La subunidad 30S se compone de ARNr 16S y 21 proteínas ribosómicas. El uso de métodos de difracción de cristal y RMN, es posible obtener información sobre la estructura fina.
La siguiente imagen es la subunidad 30S conjunto.
2.
El ensamblaje de los ARNr con las proteínas ribosómicas se produce en el nucleólo. 37
El ensamblaje de las proteínas ribosómicas con los ARNr tiene lugar en el nucléolo, de modo que esas proteínas sintetizadas en los ribosomas citosolicos deben primero ingresar en el núcleo y luego, como integrantes de las subunidades ribosómicas, volver al citoplasma. Las proteínas de la subunidad menor se denominan S1, S2,…, S33. La letra S es por small que significa pequeño y las de subunidad mayor L1, L2L…, L50 y la letra L es por large que significa grande.
S1 No hay mayor cantidad de información se conoce todavía sobre la proteína S1. Los científicos saben que la unión del RNA de dominio se encuentra en el extremo C-terminal de la proteína.
Este fin puede ser necesario para la
autorregulación del ribosoma. Utilizando análisis de movilidad, los científicos descubrieron que S1 trabaja con el factor de elongación EF-TU y la proteína SmpB, para regular el ARNm,t vinculante a los ribosomas y regula la formación de complejos libre ARNm, t .
S2 S2 tiene una proteína alfa-horquilla situada dentro de ella.
Esto fue
determinado durante la cristalización de la subunidad 30S. La proteína S2 es muy querida a participar en la mediación de la interacción entre la cabeza del ribosoma y la proteína.
S3 La estructura exacta de S3 proteína no se conoce aún. De la cristalización de la subunidad 30S, se comprobó que existe una hoja plegada beta, por el que se apilan las hélices alfa. Hay dos dominios globulares, la alfa y beta. Uno de los 38
dominios está aislado de la ARN. S3 proteína está involucrada en un grupo con las proteínas S10 y S14.
S4 La estructura de S4 se determinó por multidimensional heteronucleaar espectroscopia de resonancia magnética nuclear. Se compone de dos dominios globulares; un dominio consta de cuatro hélices alfa, y el dominio "dos" incluye una hebra antiparalela cinco beta-hoja con tres hélices alfa embalado en un lado. La estructura cristalina de la proteína que muestra S4 tiene un amino terminal de la cadena extendida. La extensión permite interactuar con proteínas 16S ARNr. Delta S4 de 41 años, que consta de 43-200 nucleótidos en steearothermophilus Bacillus, se une específicamente al 16S ARNr y el operón alfa mRNA pseudoknot (Markus et al 1998). S4 se une al dominio 5 'del ARNr 16S. Es importante en el conjunto del cuerpo del ribosoma.
S5 S5 tiene dos dominios definitivos de las hélices alfa y láminas beta-plegadas. Su masa molecular es 17.500. Hay dos secciones distintas del S5 que pueden ser sitios de interacción para el 16S ARNr. Este fue encontrado por la cartografía varias mutaciones que ocurrieron en S5 a estas secciones distintas de la proteína. Las mutaciones en la proteína S5 causar varios fenotipos diferentes que se produzca. Estos incluyen la ambigüedad ribosoma o carnero, la reversión de la dependencia de la estreptomicina y la resistencia a la espectinomicina. Las mutaciones S5 sugieren que la proteína está implicada en la translocación y la fidelidad "traslacional
S6 La estructura cristalina de la proteína S6 demuestra que la proteína S6 sólo consta de 101 residuos de aminoácidos. Se compone de un "cuatro cadenas beta-paralelo de lucha contra la hoja con dos hélices alfa embalado por un lado. EL ARN interactúa con el borde de la hoja plegada. 39
S7 De una longitud de onda de difracción experimento-dos que utilizan borde LIII de mercurio, la estructura del cristal en el 1,9 A, de Thermus thermophilus se determinó. S7 se compone de una horquilla beta extendida entre las hélices de tres y cuatro en un racimo de seis hélices alfa. No se cree que sean varios los sitios de unión del RNA a lo largo de su superficie. Hélices uno, cuatro y seis, y la horquilla beta-hacer una superficie curva cargada positivamente que es perfecto para el enlace de doble cadena de ARN. En 2.5A resolución, un experimento se realizó mediante difracción de multifrecuencia con-sustituidos selenomethionyl proteínas. La cristalización se demostró que hubo un núcleo hidrofóbico con las hojas beta se extiende desde el núcleo. El núcleo se compone de hélice-girohélice motivos varios. Basic y residuos de aminoácidos aromáticos se encuentran en un lado de la proteína S7, que es donde los sitios de unión del RNA se cree que se encuentra. S7 se encuentra en la cabeza de la subunidad 30S. Allí se inicia el montaje de la cabeza de la subunidad 30S. S7 está involucrado en la reticulación del ARNt. S7 también es necesario para el plegado de 3 'de dominio de ARNr 16S y se une a su propio ARNm para regular su propia síntesis
S8 Uso de la espectroscopia de RMN, la estructura de la proteína S8 en Escherichia coli fue determinado. S8 proteína se compone de dos dominios de segmentos helicoidales, dos sitios de unión del RNA, una de las cuales se encuentra desde G588 G604 de nucleótidos y el otro de C634 a C651 nucleótidos. También hay un núcleo hidrofóbico, que contiene nueve aminoácidos y es posiblemente asociada con la proteína S5. Dentro del núcleo es un par de bases triples, nucleótidos A595 x (x A596 U644). S8 desempeña un papel en la traducción de la regulación de proteínas ribosómicas. El S8 también interactúa con la proteína del ARNm del operón spc. A través de esta interacción, S8 es capaz de jugar un papel clave en la regulación de la traducción de varias otras proteínas ribosomal. S8 es un componente importante de unión al ARN. Es 40
independiente se une a 16S ARNr. En Escherichia coli, S8 es capaz de unirse a su propio ARNm y luego regular la traducción al actuar como un represor. S8 es necesario para el correcto plegamiento del dominio central del 16S ARNr. S8 también se une al ARNm que le permitía controlar la síntesis de otras proteínas ribosomal
S9 S9 proteína tiene un dominio globular principal, y una larga extensión, ya sea una bombona el extremo o el extremo amino, que sobresale de distancia del resto de la proteína como una larga cola. La extensión se cree que es usado para interactuar y hacer contacto con 16S ARNr. La extensión es estrecho que permite el contacto estrecho con el ARNr. Además, a lo largo de la extensión son los residuos de aminoácidos básicos, que neutralizan espina dorsal cargo de la repulsión ARNr.
S10 Se ha comprobado a través de la cristalización de los años 30 subunidades que contiene S10 hélices alfa-embalado en contra de una hoja plegada beta. También contiene ya sea una curva muy cerrada o lazo, que bien podrían utilizarse para interactuar con 16S ARNr. La proteína S10 está involucrada en un clúster con proteínas S3 y S14.
S11 Tiene una hoja beta con hélices alfa apiladas a su alrededor. La hoja de Beta está situado cerca del surco menor del ARNr 16S. S11 está repleto de plano contra la ranura. Además, ha S8 una cola extendida, ya sea del extremo carboxilo o amino de la proteína. La extensión permite a la proteína de interactuar con 16S ARNr y hacer contacto con el ARNr.
41
S12 Se compone de dominios globulares, y un carboxilo ampliada o de la cola extremo amino. Esto permite que la proteína para hacer contacto con el 16S ARN. El dominio globular se encuentra en el lado de la interfaz de ARNr 16S. La cola se teje a través del cuerpo del 16S ARNr y luego se dobla en una hélice alfa pequeños. La hélice alfa puede interactuar y hacer contacto con las proteínas S8 y S17.
S13 Se compone de 3 hélices alfa para formar un dominio globular. La mayoría de las proteínas también se incluyen las extensiones de tiempo, y, en S13, estos toman la forma de ampliar o carboxi-amino-terminal de las hélices. Estas colas son importantes para el contacto con el ARN. Es probable que ayudan a estabilizar la estructura terciaria, ya que pueden sonda en el ARN, acercándose a muchos elementos del RNA.
Además, interactúa con las proteínas S13 múltiples,
incluyendo S3, S4, S5, S7, S8, S9, S11, S12, S17, S19, S21
S14 S14 forma un clúster con el S3 y S10 proteínas por interacciones hidrofóbicas. Encaja en una brecha del ARN en la cabeza, al ser una fuerza estabilizadora en la estructura. Además, interactúa con la cola C-terminal de S9, para enlazar las proteínas, que están en lados opuestos de una región, contribuyendo
así
a
cerrar
la
estructura
en
su
lugar.
S15 Proteína ribosomal S15 es un gran paquete básico de cuatro hélices alfa. Se une principalmente al dominio central del 16S ARNr y es necesaria para el montaje de la subunidad 30S, así como la asociación entre las subunidades. La unión entre la proteína y el rRNA está vinculado por una base de CG * G triples, "cruz capítulo apilamiento", y los iones de magnesio. El amino terminal de una hélice se extiende fuera de las alfa hélices otros tres, que forman el núcleo de la 42
proteína. Se propone que la estructura terciaria entre hélices 20,21, y 22 depende de S15 vinculante, como el ángulo entre estas hélices es de ~ 120 ° en la ausencia de S15. S15 también está implicado en la regulación de la traducción.
S16 Ribosomal S16 proteína consta de dos hélices alfa y beta cinco ejes de actuación que se organizan en un anti paralelo / hoja paralelo. Sus vecinos más cercanos son proteínas S4 y S20. Después de estas proteínas se unen enlace primario hasta el ARNr 16S, S16 puede ocupar su lugar en una grieta cerca de la hélice 21. La unión de S16 provoca un cambio conformacional en el ribosoma, con lo que es un paso más cerca de su forma final.
S17 Se necesita para el montaje de la subunidad ribosomal pequeña y contribuye a la fidelidad de traslación. S17 se compone de cinco láminas beta que se organizan en una hoja anti paralela. Se propone que la función principal del S17 es para bloquear la región del 16S ARNr se une a, hélices 7 y 11, en una conformación determinada. También interactúa con una espiral de 21, y enlaces cruzados de las formas con las proteínas S4 y S13.
S18 La proteína S18 se compone de cuatro hélices alfa y está rodeado por una bobina polipeptídicas ordenadas. Se convierte en participar en el montaje de los ribosomas de crecimiento después de S15 se ha unido al rRNA. La cooperativa se une a S6 lo largo de su lámina beta y hace contacto con la columna vertebral del ARN en la hélice de unión superior de tres hélices 20,21, y 22. Es la interacción con S6 se caracterizan por las fuerzas de van der Waals y puente 43
interacciones sal. Se propone que el S18 sólo podrán retirarse una vez que se ve obligada a hacer una S6 heterodímero. S18 también interactúa con S14, S11, S21.
S19 S19 contiene 93 aminoácidos y es una proteína de 10,6 kDa. A pesar de que se fija a los 3 'de dominio importante del ARNr 16s, no se puede enlazar a menos de S7 ha hecho ya, la creación del sitio de unión S19. Se encuentra cerca de la S14 y forma un par de proteínas con S13. De estructura secundaria S19 consiste en una hélice alfa y tres capítulos B en un paralelo / patrón antiparalelas. La proteína tiene larga cola desordenada que son importantes para las interacciones con otras proteínas ribosómicas.
S20 S20 se une en la parte inferior de la subunidad 30S y enlaces cruzados a S12. Está formada por tres hélices alfa que forman un dominio globular.
S21 La proteína S21 es que la proteína final para unirse a la subunidad 30s montaje. Está dirigido al dominio central del ARNr 16S. No se sabe mucho sobre la estructura del S21. Se sabe que entrecruza a S13, S11, S12, S18. Estos enlaces cruzados y se determinaron mediante electroforesis bidimensional de dos diagonales.
CAPÍTULO VII SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
44
La síntesis de proteínas, también llamada por muchos autores biosíntesis de proteínas, es el proceso anabólico mediante el cual se forman las proteínas. El proceso es complejo debido a los componentes que participan. Se puede dividir en cuatro etapas bien diferenciadas: la activación de los aminoácidos, la iniciación, la elongación y la terminación Hasta hace muy poco tiempo, este proceso se desconocía casi por completo. Las primeras teorías se reducen a dos grupos, los primeros que afimaban que la hidrólisis enzimática de las proteínas podía ser reversible bajo condiciones apropiadas y que las proteínas, por ello, podía sintetizarse, ya fuese a partir de aminoácidos aislados o bien a partir de oligopéptidos. Se admitía que los componentes de la proteína podían combinarse entre sí, originándose cadenas peptídicas cada vez más largas, cuyas propiedades podrían modificarse luego por reacciones enzimáticas de sustitución o adición de aminoácidos, hasta que se formaba la proteína necesaria. La segunda teoría, era la teoría del “modelo”. Propuesta por Pauling y Haurowitz, para cada proteína había, posiblemente en los cromosomas, un modelo o copia de sí misma en forma de una cadena peptídica desplegada. Este modelo proporcionaba una serie de puntos, sobre los que se condensaban los aminohácidos del medio circundante, por un proceso parecido a la cristalización. Pero estas eran sólo teorías explicativas pues no podían observar en esa época la síntesis de proteínas; pero con el pasar de los años, surgieron nuevos métodos para poder estudiar este proceso, métodos tales como el empleo de isótopos radiactivos, la centrifugación analítica y fraccionada, entre otros. Estos métodos dilucidaron el proceso de la síntesis proteica y facilitaron su estudio más profundo.
Componentes que participan en la Síntesis Proteica: 45
ARNm: Ácido Ribonucleico Mensajero, conocido en el inglés como RNAm. Es el ácido ribonucleico que
contiene
la
información
genética
procedente
del ADN para utilizarse en la síntesis de proteínas, es decir, determina el orden en que
se
unirán
los aminoácidos.
El
ARN
mensajero
es
un ácido
nucleico monocatenario, al contrario que el ADN que es bicatenario. Todos los ARNm eucarióticos son monocistrónicos, es decir, contienen información
para
una
sola
cadena polipeptídica,
mientras
que
en
los procariotas los ARNm son con frecuencia policistrónicos, es decir, codifican más de una proteína. El ARN mensajero obtenido después de la transcripción se conoce como transcrito primario o ARN precursor (pre-ARN), que en la mayoría de los casos no se libera del complejo de transcripción en forma totalmente activa, sino que ha de sufrir modificaciones antes de ejercer su función (procesamiento o maduración del ARN). Entre esas modificaciones se encuentran la eliminación de fragmentos (splicing ), la adición de otros no codificados en el DNA y la modificación covalente de ciertas bases nitrogenadas. Concretamente, el procesamiento del ARN en eucariotas comprende diferentes fases: 1.
Adición al extremo 5' de la estructura denominada caperuza o casquete (o CAP , su nombre en inglés) que es un nucleótido modificado de guanina, la
7-metilguanosina, que se añade al extremo 5' de la cadena del ARNm transcrito primario (ubicado aún en el núcleo celular) mediante un enlace 5'fosfato → 5'-fosfato en lugar del habitual enlace 3',5'-fosfodiéster .1 Esta caperuza es necesaria para el proceso normal de traducción del ARN y para mantener su estabilidad; esto es crítico para el reconocimiento y el acceso apropiado del ribosoma. 2.
Poliadenilación: es la adición al extremo 3' de una cola poli-A, una secuencia larga de poliadenilato, es decir, un tramo de RNA cuyas bases son todas adenina. Su adición está mediada por una secuencia o señal de 46
poliadenilación (AAUAAA), situada unos 20-30 nucleótidos antes del extremo 3' original. Esta cola protege al ARNm frente a la degradación, aumentando su vida media en el citosol, de modo que se puede sintetizar mayor cantidad de proteína. 3.
En la mayoría de los casos, el ARN mensajero sufre la eliminación de secuencias internas, no codificantes, llamadas intrones. Esto no ocurre en células procariontes, ya que estas no poseen intrones en su DNA. El proceso de retirada de los intrones y conexión o empalme de los exones se llama ayuste, o corte y empalme (en inglés, splicing ). A veces un mismo transcrito primario o pre-ARNm se puede ayustar de diversas maneras, permitiendo que con un solo gen se obtengan varias proteínas diferentes; a este fenómeno se le llama ayuste alternativo. Ciertas enzimas parecen estar involucrados en editar el RNA antes de su exportación fuera del núcleo, intercambiando o eliminando nucleótidos erróneos.
4.
El ARN mensajero maduro es trasladado al citosol de la célula, en el caso de los seres eucariontes, a través de poros de la membrana nuclear .
5.
Una vez en el citoplasma, el ARNm se acoplan los ribosomas, que son la maquinaria encargada de la síntesis proteica. En procariontes, la unión de los ribosomas ocurre mientras la cadena de ARNm esta siendo sintetizada.
6.
Después de cierta cantidad de tiempo el ARNm se degrada en sus nucleótidos componentes, generalmente con la ayuda de ribonucleasas.
47
ARNt: Ácido Ribonucleico de Transferencia, conocido en el inglés como RNAt, es
un tipo de ácido ribonucleico encargado de transportar los aminoácidos a los ribosomas para incorporarlos a las proteínas durante el proceso de síntesis proteica. Los ARNt representan aproximadamente el 15% del ARN total de la célula. Un ARNt tiene una longitud de entre 65 y 110 nucleótidos, lo que corresponde a una masa molecular de 22.000 a 37.000 dalton. Se encuentra disuelto en elcitoplasma celular. Pueden presentar nucleótidos poco usuales como ácido pseudouridílico, ácido inosílico e incluso bases características del ADN como la timina. Los ARNt son intermediarios esenciales entre el ADN y las proteínas. Cada ARNt sólo puede transferir un único aminoácido. Un ARNt que acepta la alanina se escribe ARNtAla, y uno que transporte lalisina sería ARNtLys. El aminoácido específico se une en el extremo 3' del ARNt mediante la acción de la enzima aminoacil ARNt sintetasa, y es así transportado hasta el ribosoma donde
el anticodón del
ARNt
se
une
alcodón del ARN
mensajero (ARNm) mediante apareamiento de bases complementarias (A=U, 48
C=G). De este modo, los ARNt van aportando, uno a uno, los aminoácidos que son ensamblados en el ribosoma para formar la cadena polipeptídica según la secuencia de codones del ARNm.
Ribosomas Los ribosomas son complejos supramoleculares encargados de sintetizar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm). Sólo son visibles al microscopio electrónico, debido a su reducido tamaño (29 nm en células procariotas y 32 nm eneucariotas). Bajo el microscopio electrónico se observan como estructuras redondeadas, densas a los electrones. Bajo el microscopio óptico se observa que son los responsables de la basofilia que presentan algunas células. Están en todas las células (excepto en los espermatozoides). En células eucariotas, los ribosomas se elaboran en el núcleo pero desempeñan su función de síntesis en el citosol. Están formados por ARN ribosómico(ARNr) y por proteínas. Estructuralmente, tienen dos subunidades. En las células, estos orgánulos aparecen en diferentes estados de disociación. Cuando están completos, pueden estar aislados o formando grupos ( polisomas); las proteínas sintetizadas por ellos actúan principalmente en el citosol; también
49
pueden aparecer asociados al retículo endoplasmático rugoso o a la membrana nuclear , y las proteínas que sintetizan son sobre todo para la exportación. Tanto los ARNr como las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar por su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg. En eucariotas, los ribosomas del citoplasma se denominan 80 S. En mitocondrias y plastos de eucariotas, así como en procariotas, son 70 S.
Enzimas Las enzimas son moléculas de
naturaleza proteica que catalizan reacciones
químicas, siempre que sea termodinámicamente posible (si bien no pueden hacer que el proceso sea más termodinámicamente favorable). En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las célulasnecesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas. Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones, el conjunto (set) de enzimas sintetizadas en una célula determina el tipo de metabolismo que tendrá cada célula. A su vez, esta síntesis depende de la regulación de la expresión génica. Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación (ΔG‡) de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la 50
tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada. Al igual que ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son consumidas por las reacciones que catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo, las enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas. Las enzimas catalizan alrededor de 4.000 reacciones bioquímicas distintas.4 No todos los catalizadores bioquímicos son proteínas, pues algunas moléculas de ARN son capaces de catalizar reacciones (como la subunidad 16S de los ribosomas en la que reside la actividad peptidil transferasa).5 6 También cabe nombrar unas moléculas sintéticas denominadas enzimas artificiales capaces de catalizar reacciones químicas como las enzimas clásicas.7 La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Los inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la actividad de las enzimas, mientras que los activadores son moléculas que incrementan dicha actividad. Asimismo, gran cantidad de enzimas requieren de cofactores para su actividad. Muchas drogas o fármacos son moléculas inhibidoras. Igualmente, la actividad es afectada por la temperatura, el pH, la concentración de la propia enzima y del sustrato, y otros factores físico-químicos. Algunas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de antibióticos y productos domésticos de limpieza. Las principales enzimas que intervienen en la síntesis de proteínas son las siguientes: •
ARN polimerasa ADN-dependiente, o transcriptasa
Las ARN-polimerasas son carácter enzimático capaces
un de
conjunto polimerizar
de proteínas con los ribonucleótidos para
sintetizar ARN a partir de una secuencia de ADN que sirve como patrón o molde. 51
La ARN polimerasa más importante es la implicada en la síntesis del ARN mensajero o transcripción del ADN. La ARN polimerasa es la enzima soluble conocida de mayor tamaño puesto que mide unos 100 Å de diámetro y es visible en micrografías electrónicas, donde se observa unida al promotor en el ADN
•
Enzima Ribonucleasa
Ribonucleasa, abreviada comúnmente como RNasa, es una enzima (nucleasa) que cataliza la hidrólisis de ARN en componentes más pequeños. Pueden dividirse en endonucleasas y exonucleasas, y comprenden varias subclases dentro de las clases de enzimas EC 3.1 Las ribonucleasas son extremadamente comunes, lo que resulta en periodos de vida muy cortos para cualquier ARN en un ambiente no protegido. Un mecanismo de protección, para el ARN, es el inhibidor de la ribonucleasa (IR), el cual abarca una fracción relativamente grande de las proteínas celulares(~0.1%) y se une a ciertas ribonucleasas (RNasas) con mayor afinidad que cualquier otra interacción proteína-proteína; la constante de disociación para el complejo IRRNasa A es ~20 fM bajo condiciones fisiológicas. El IR es usado en la mayoría de los laboratorios que estudian el ARN para proteger sus muestras de la degradación por parte de las RNasas ambientales.
52
Quizás sorpresivamente, las ribonucleasas tienden a ser insensibles en su secuencia de rotura. Parecen no ser análogas de las enzimas de restricción, las cuales rompen secuencias altamente específicas de la doble hebra de ADN. Este déficit podría ser superado usando RNasa H y una hebra simple de ADN complementario a la secuencia de rompimiento deseada.
•
Aminoacil-ARNt sintetasa
Enzimas que constituyen la vía de conexión entre un determinado amino ácido con su respectivo RNAt , jugando un papel importantísimo en la unión de estas dos estructuras.
•
Peptidil Transferasa
La enzima peptidil transferasa es una aminoacil transferasa (con número EC 2.3.2.12) que realiza la función esencial de los ribosomas. Se encarga de la formación
de enlaces peptídicos entre
aminoácidos
adyacentes
durante
la traducción de ARN mensajero y, por tanto, la síntesis proteica. No obstante, estas enzimas están implicadas también en procesos no relacionados con la traducción. En bacterias, la actividad peptidil transferasa se encuentra en la subunidad 50S (componente 23S); en cambio, en eucariotas es la subunidad 60S (componente 28 S) la que lo alberga.
El Código Genético: El código genético es el conjunto de normas por las que la información codificada en el material genético ( ADN o ARN) se traduce en proteínas 53
(secuencias de aminoácidos) en las células vivas. El código define la relación entre secuencias de tres nucleótidos, llamadas codones, y aminoácidos. Un codón se corresponde con un aminoácido específico. La secuencia del material genético se compone de cuatro bases nitrogenadas distintas, que tienen una función equivalente a letras en el código genético: adenina (A),timina (T), guanina (G) y citosina (C) en el ADN y adenina (A), uracilo (U), guanina (G) y citosina (C) en el ARN. Debido a esto, el número de codones posibles es 64, de los cuales 61 codifican aminoácidos (siendo además uno de ellos el codón de inicio, AUG) y los tres restantes son sitios de parada (UAA, llamado ocre; UAG, llamado ámbar; UGA, llamado ópalo). La secuencia de codones determina la secuencia aminoacídica de una proteína en concreto, que tendrá una estructura y una función específicas. Al descubrirse la estructura del ADN, comenzó a estudiarse en profundidad el proceso de traducción en proteínas. En 1955, Severo Ochoa y Marianne Grunberg-Manago aislaron la enzima polinucleótido fosforilasa, capaz de sintetizar ARNm sin necesidad de modelo a partir de cualquier tipo de nucleótidos que hubiera en el medio. Así, a partir de un medio en el cual tan sólo hubiera UDP (urdín difosfato) se sintetizaba un ARNm en el cual únicamente se repetía el ácido urídico, el denominado poli-U (....UUUUU....). George Gamow postuló que un código de codones de tres bases debía ser el empleado por las células para codificar la secuencia aminoacídica, ya que tres es el número entero mínimo que con cuatro bases nitrogenadas distintas permiten más de 20 combinaciones (64 para ser exactos). Los codones constan de tres nucleótidos fue demostrado por primera vez en el experimento de Crick, Brenner y colaboradores. Marshall Nirenberg y Heinrich J. Matthaei en 1961 en los Institutos Nacionales de Salud descubrieron la primera correspondencia codón-aminoácido. Empleando un sistema libre de células, tradujeron una secuencia ARN de poli-uracilo (UUU...) y descubrieron que el polipéptido que habían sintetizado sólo contenía fenilalanina. De esto se deduce 54
que el codón UUU especifica el aminoácido fenilalanina. Continuando con el trabajo anterior, Nirenberg y Philip Leder fueron capaces de determinar la traducción de 54 codones, utilizando diversas combinaciones de ARNm, pasadas a través de un filtro que contiene ribosomas. Los ARNt se unían a tripletes específicos. Posteriormente, Har Gobind Khorana completó el código, y poco después, Robert W. Holley determinó la estructura del ARN de transferencia, la molécula adaptadora que facilita la traducción. Este trabajo se basó en estudios anteriores de Severo Ochoa, quien recibió el premio Nobel en 1959 por su trabajo en la enzimología de la síntesis de ARN. En 1968, Khorana, Holley y Nirenberg recibieron el Premio Nobel en Fisiología o Medicina por su trabajo. Existen tres características principales del Código Genético, las cuales son las siguientes:
Universalidad El código genético es compartido por todos los organismos conocidos, incluyendo virus y orgánulos, aunque pueden aparecer pequeñas diferencias. Así, por ejemplo, el codón UUU codifica para el aminoácido fenilalanina tanto en bacterias, como en arqueas, como en eucariontes. Este hecho indica que el código genético ha tenido un origen único en todos los seres vivos conocidos. Gracias a la genética molecular, se han distinguido 22 códigos genéticos, que se diferencian del llamado código genético estándar por el significado de uno o más codones. La mayor diversidad se presenta en las mitocondrias, orgánulos de las células eucariotas que se originaron evolutivamente a partir de miembros del dominio Bacteria a través de un proceso de endosimbiosis. El genoma nuclear de los eucariotas sólo suele diferenciarse del código estándar en los codones de iniciación y terminación.
Especificidad y continuidad
55
Ningún codón codifica más de un aminoácido, ya que, de no ser así, conllevaría problemas considerables para la síntesis de proteínas específicas para cada gen. Tampoco presenta solapamiento: los tripletes se hallan dispuesto de manera lineal y continua, de manera que entre ellos no existan comas ni espacios y sin compartir ninguna base nitrogenada. Su lectura se hace en un solo sentido (5' - 3'), desde el codón de iniciación hasta el codón de parada. Sin embargo, en un mismo ARNm pueden existir varios codones de inicio, lo que conduce a la síntesis de varios polipéptidos diferentes a partir del mismo transcrito.
Degeneración El código genético tiene redundancia pero no ambigüedad (ver tablas de codones). Por ejemplo, aunque los codones GAA y GAG especifican los dos el ácido glutámico (redundancia), ninguno especifica otro aminoácido (no ambigüedad). Los codones que codifican un aminoácido pueden diferir en alguna de sus tres posiciones, por ejemplo, el ácido glutámico se especifica por GAA y GAG (difieren en la tercera posición), el aminoácido leucina se especifica por los codones UUA, UUG, CUU, CUC, CUA y CUG (difieren en la primera o en la tercera posición), mientras que en el caso de la serina, se especifica por UCA, UCG, UCC, UCU, AGU, AGC (difieren en la primera, segunda o tercera posición). De una posición de un codón se dice que es cuatro veces degenerada si con cualquier nucleótido en esta posición se especifica el mismo aminoácido. Por ejemplo, la tercera posición de los codones de la glicina (GGA, GGG, GGC, GGU) es cuatro veces degenerada, porque todas las sustituciones de nucleótidos en este lugar son sinónimos; es decir, no varían el aminoácido. Sólo la tercera posición de algunos codones puede ser cuatro veces degenerada. Se dice que una posición de un codón es dos veces degenerada si sólo dos de las cuatro posibles sustituciones de nucleótidos especifican el mismo aminoácido. Por ejemplo, la tercera posición de los codones del ácido glutámico (GAA, GAG) es doble degenerada. En los lugares dos veces degenerados, los nucleótidos equivalentes son siempre dos purinas (A/G) o dos pirimidinas (C/U), así que sólo sustituciones transversionales (purina a pirimidina o pirimidina a purina) en dobles 56
degenerados son antónimas. Se dice que una posición de un codón es no degenerada si una mutación en esta posición tiene como resultado la sustitución de un aminoácido. Sólo hay un sitio triple degenerado en el que cambiando tres de cuatro nucleótidos no hay efecto en el aminoácido, mientras que cambiando los cuatro posibles nucleótidos aparece una sustitución del aminoácido. Esta es la tercera posición de un codón de isoleucina: AUU, AUC y AUA, todos codifican isoleucina, pero AUG codifica metionina. En biocomputación, este sitio se trata a menudo como doble degenerado. Hay tres aminoácidos codificados por 6 codones diferentes: serina, leucina, arginina. Sólo dos aminoácidos se especifican por un único codón; uno de ellos es la metionina, especificado por AUG, que también indica el comienzo de la traducción; el otro es triptófano, especificado por UGG. Que el código genético sea degenerado es lo que determina la posibilidad de mutaciones sinónimas. La degeneración aparece porque el código genético designa 20 aminoácidos y la señal parada. Debido a que hay cuatro bases, los codones en triplete se necesitan para producir al menos 21 códigos diferentes. Por ejemplo, si hubiera dos bases por codón, entonces sólo podrían codificarse 16 aminoácidos (4²=16). Y dado que al menos se necesitan 21 códigos, 4³ da 64 codones posibles, indicando que debe haber degeneración. Esta propiedad del código genético lo hacen más tolerante a los fallos en mutaciones puntuales. Por ejemplo, en teoría, los codones cuatro veces degenerados pueden tolerar cualquier mutación puntual en la tercera posición, aunque el codón de uso sesgado restringe esto en la práctica en muchos organismos; los dos veces degenerados pueden tolerar una de las tres posibles mutaciones puntuales en la tercera posición. Debido a que las mutaciones de transición (purina a purina o pirimidina a pirimidina) son más probables que las de transversión (purina a pirimidina o viceversa), la equivalencia de purinas o de pirimidinas en los lugares dobles degenerados añade una tolerancia a los fallos complementaria.
Etapas de la Síntesis Proteica: 57
3.1. Activación de Aminoácidos La activación de los aminoácidos se realiza por un proceso de dos pasos catalizada por la aminoacil-tRNA sintetasa. Cada tRNA, y el aminoácido que lleva, es reconocida por una aminoacil-tRNA sintetasa individual. Esto significa que existe por lo menos 20 diferentes aminoacil-tRNA sintetasas, en realidad hay por lo menos 21, puesto que el iniciador met-tRNA de procariotas y eucariotas es distinto del met-tRNAs que no es iniciador. La activación de aminoácidos requiere de energía en forma de ATP y ocurre en una reacción de dos pasos catalizada por la aminoacil-tRNA sintetasa. Primero la enzima une el aminoácido al α-fosfato del ATP con la liberación concomitante de pirofosfato. Esto es llamado un intermediario aminoacil-adenilato. En el segundo paso la enzima cataliza la transferencia del aminoácido a los 2'– o 3'–OH de la porción de ribosa del residuo de adenosina 3' terminal del tRNA generando aminoacil-tRNA activado. Aunque esta reacción es libremente reversible, la reacción hacia adelante es favorecida por la hidrólisis acoplada del PP i. El reconocimiento exacto del aminoácido correcto como el tRNA correcto es diferente para cada aminoacil-tRNA sintetasa. Puesto que los diferentes aminoácidos tienen diferentes grupos R, la enzima para cada aminoácido tiene un diferente sitio de unión para su aminoácido específico. No es el anticodon que determina el tRNA utilizado por las sintetasas. Aunque el mecanismo exacto no se conoce para todas las sintetasas, es probable que sea una combinación de la presencia de bases específicas modificadas y de la estructura secundaria de tRNA que es reconocida correctamente por las sintetasas. Es absolutamente necesaria que la discriminación del correcto aminoácido y del correcto tRNA sea hecha por una sintetasa dada antes de la liberación del aminoacil-tRNA de la enzima. Una vez que el producto es liberado no hay otra manera de corregir si un tRNA dado es unido a su tRNA correspondiente. La unión errónea conduciría a que el aminoácido incorrecto sea incorporado en el 58
polipéptido, puesto que la discriminación del aminoácido durante la síntesis de proteínas viene por el reconocimiento del anticodon de un tRNA por el codon del mRNA y no por el reconocimiento del aminoácido. Esto fue demostrado por la desulfurizacion reductiva del cys-tRNA cys con el níquel de Raney generando el alatRNAcys. La alanina entonces fue incorporada en un polipéptido donde debía estar una cisteina.
3.2. Iniciación La iniciación de la traducción en procariotas y eucariotas requiere de un tRNA específico de iniciación, tRNA meti, que es usado para incorporar el residuo de metionina inicial dentro de todas las proteínas. En E. coli una versión específica de tRNAmeti es requerida para iniciar la traducción, [tRNA fmeti]. La metionina unida a este tRNA iniciador es formilada. La formilación requiere de N 10-formi-THF y se hace luego que la metionina se une al tRNA. El fmet-tRNA fmeti todavía reconoce el mismo codon, AUG, como un tRNA met regular. A pesar que el tRNAmeti es específico para la iniciación en eucariotas no es un tRNA met formilado. La iniciación de la traducción requiere del reconocimiento de un codon AUG. En el RNAs procariótico policistrónico este codon AUG está localizado adyacente al elemento Shine-Delgarno en el mRNA. El elemento Shine-Delgarno es reconocido por las secuencias complementarias en la subunidad menor de rRNA (16S en E. coli). En los eucariotas los iniciadores AUGs son generalmente, pero no siempre, los primeros en ser encontrados por el ribosoma. Un contexto especifico de secuencia, que rodea el iniciador AUG, ayuda a la discriminación ribosomal. Este contexto es A/GCcA/GCCAUGA/G en la mayoría de los mRNAs.
59
La iniciación de la traducción requiere de 4 pasos específicos: 1. Un ribosoma debe disociarse en sus subunidades 40S y 60S. 2. Se forma un complejo ternario llamado complejo de preiniciación, consiste en el iniciador, GTP eIF-2 y las subunidades 40S. 3. El mRNA está unido al complejo de preiniciación. 4. La subunidad 60S se asocia al complejo de preiniciación para formar el complejo de iniciación 80S. Los factores de iniciación de eIF-1 y de eIF-3 se unen a las subunidades ribosomales 40S favoreciendo la antiasociación de las subunidades 60S. La prevención de la reasociación de la subunidad permite la formación del complejo de preiniciación. El primer paso en la formación del complejo de preiniciación es la unión del GTP al eIF-2 para formar un complejo binario. El eIF-2 esta compuesto de tres subunidades, α, β y γ. El complejo binario entonces se une al iniciador del tRNA activado, met-tRNAmet, formando un complejo ternario que luego se une a la subunidad 40Sformando el complejo de preiniciación 43S. El complejo de 60
preiniciación es estabilizado por la asociación anterior de eIF-3 y eIF-1 a la subunidad 40S. La estructura de cubierta (cap) de los mRNAs eucarióticos se une con los eIFs específicos antes de la asociación con el complejo de preiniciación. La unión de la cubierta (cap) se logra por el factor de iniciación eIF-4F. Este factor es realmente un complejo de 3 proteínas; eIF-4E, A y G. La proteína eIF-4E es una proteína de 24 kDa que físicamente reconoce y une a la estructura de cubierta (cap). El eIF-4A es una proteína de 46 kDa que une e hidroliza el ATP y demuestra actividad de helicasa del RNA. Es necesario el desenrollamiento de la estructura secundaria del mRNA para permitir el acceso de las subunidades ribosomales. El eIF-4G ayuda en la unión del mRNA al complejo de preiniciación 43S. Una vez que el mRNA es alineado correctamente sobre el complejo de preiniciación y el iniciador met-tRNAmetes unido al codon iniciador AUG (un proceso facilitado por eIF-1) la subunidad 60S se asocia con el complejo. La asociación de la subunidad 60S requiere de la actividad de eIF-5 que primero se une al complejo de preiniciación. La energía necesaria para estimular la formación del complejo de iniciación 80S viene de la hidrólisis del GTP unido a eIF-2. La forma de GDP asociada al eIF-2 entonces se une a eIF-2B que estimula el intercambio de GTP por GDP en el eIF-2. Cuando el GTP es intercambiado, el eIF-2B se disocia de eIF-2. A esto se denomina ciclo de eIF-2 (véase el diagrama abajo). Este ciclo es requerido absolutamente para que ocurra la iniciación de la traducción eucariótica. La reacción de intercambio de GTP puede ser afectada por la fosforilación de la subunidad α del eIF-2. En esta etapa el iniciador met-tRNAmet esta unido al mRNA dentro de un sitio específico del ribosoma llamado sitio P, por sitio del péptido. El otro sitio dentro del ribosoma en el cual entran los tRNAs cargados se llama sitio A, por sitio del aminoácido.
61
Factores de Iniciación Eucarióticos y sus Funciones Las proteínas específicas no asociadas a los ribosomas que se requieren para la exacta iniciación de la traducción se llaman factores de iniciación. En E. coli ellas con IFs y en eucariotas ellas son eIFs. Se han identificado numerosos
eIFs:
Factor de Iniciación
Actividad
eIF-1
Reposición de met-tRNA para facilitar la unión del mRNA
eIF-2
Formación compleja ternaria
eIF-2A
AUG-dependiente de met-tRNAmeti uniendo al ribosoma 40S
eIF-2B (también llamado GEF) Intercambio de GTP/GDP durante el reciclaje de factor de intercambio del eIF-2 nucleótido guanina
eIF-3, compuesto subunidades
de
Subunidad del ribosoma antiasociación al unirse a la subunidad 40 S, las subunidades eIF-3e y 13 eIF-3i transforman las células normales cuando son sobre expresadas, la sobre expresión de elf3A (también llamada elF3 p170) ha sido asociada con varios cánceres humanos
Factor complejo de iniciación designado a menudo como eIFUnión del mRNA a la subunidad 40 S , actividad 4F compuesto por 3 subunidades de helicasa del RNA dependiente de ATPasa, la primarias: eIF-4E, eIF-4A, eIF-4G interacción entre la cola poliA y la estructura y por lo menos 2 factores cubierta (cap) adicionales: PABP, Mnk1 (o Mnk2) PABP: proteína de unión poliA
Une la cola poliA de los mRNAs y permite la unión al eIF-4G
62
Mnk1 y elF-4E cinasas
Mnk2 Fosforila eIF-4E incrementando la asociación con la estructura de cubierta (cap)
eIF-4A
Helicasa de RNA dependiente de ATPasa
eIF-4E
Reconocimiento de cubierta 5'; frecuentemente encontrada sobre expresada en cánceres humanos, la inhibición de eIF4E es actualmente un blanco para terapias anticáncer
cuando 4E-BP esta defosforilado se une eIF-4E y reprime su actividad, la fosforilación de 4E-BP 4E-BP (también llamado PHAS) 3 ocurre en respuesta a muchos estímulos de formas conocidas crecimiento conduciendo a la liberación de eIF4E e incrementando la iniciación de la traducción
eIF-4G
Actua como una base para el ensamblaje de eIF-4E y -4A en el complejo eIF-4F, interacción el el PABP permite que el terminal 5í y el terminal 3íde los mRNAs actuén
eIF-4B
Estimula la helicasa, se une simultáneamente con el eIF-4F
eIF-5
Liberación de eIF-2 y de eIF-3, GTPasa dependiente del ribosoma
eIF-6
Subunidad de antiasociación del ribosoma
3.2. Elongación de la cadena peptídica El proceso de elongación, como el de iniciación, requiere de las proteínas específicas no ribosomales. En E. coli estas son EFs y eEFs. La elongación de los polipéptidos ocurre de una manera cíclica de tal manera que en un ciclo completo el extremo de adición del aminoácido, el sitio A estará vacío y listo para aceptar al 63
aminoacil-tRNA entrante, dictado por el siguiente codon del mRNA. Esto significa que no sólo es necesario que el aminoácido entrante se una a la cadena del péptido, sino que el ribosoma debe moverse bajo el mRNA al siguiente codon. Cada aminoacil-tRNA entrante es traído al ribosoma por un complejo eEF-1α-GTP. Cuando el tRNA correcto es depositado en el sitio A, la GTP es hidrolizada y el complejo eEF-1α-GDP se disocia. Para que los eventos adicionales de desplazamiento ocurran el GDP debe ser intercambiado por GTP. Este es llevado por el eEF-1βγ de igual manera que en el intercambio de GTP que ocurre con el eIF-2 catalizado por el eIF-2B. El péptido unido al tRNA en el sitio P es transferido al grupo amino en el aminoacil-tRNA en el sitio A. Esta reacción es catalizada por la peptidiltransferasa. Este proceso es llamado transpeptidación. El péptido elongado ahora reside en un tRNA en el sitio A. El sitio A necesita ser liberado para aceptar al aminoacil-tRNA siguiente. El proceso de movilización del peptidil-tRNA desde el sitio A al sitio P se llama, translocación. La translocación es catalizada por el eEF-2 unido a la hidrólisis de GTP. En el proceso de translocación el ribosoma se mueve a lo largo del mRNA de tal manera que el siguiente codon de mRNA reside debajo del sitio A. Luego de la translocación el eEF-2 es liberado del ribosoma. El ciclo puede entonces comenzar otra vez.
3.3. Terminación Como la iniciación y la elongación, la terminación de la traducción requiere de proteínas de factores específicos identificados como factores de liberación, RFs en la E. coli y eRFs en los eucariotas. Hay 2 RFs en las E. coli y uno en los eucariotas. Las señales para la terminación son las mismas en los procariotas y en 64
los eucariotas. Estas señales son codones de terminación presentes en el mRNA. Hay 3 codones de terminación, UAG, UAA y UGA. En E. coli los codones de terminación UAA y UAG son reconocidos por el RF1, mientras que el RF-2 reconoce los codones de terminación UAA y UGA. El eRF se une al sitio A del ribosoma conjuntamente con GTP. La unión de eRF al ribosoma estimula la actividad de la peptidiltransferasa para transferir el grupo peptidil al agua en vez de a un aminoacil-tRNA. El tRNA no cargado resultante deja el sitio P y es expelido con la hidrólisis concomitante de GTP. El ribosoma inactivo entonces libera su mRNA y el complejo 80S se disocia en las subunidades 40S y 60S que están listas para otro ciclo de traducción.
Modificaciones Posteriores a la Traducción: Algunas proteínas emergen del ribosoma preparadas para ejercer su función de inmediato, mientras que otras experimentan diversas modificaciones postraducción, que pueden conducir a la proteína a la adquisición de su forma
65
funcional, a su traslado a un compartimento subcelular determinado, a su secreción al exterior de la célula, etc. •
Plegamiento
Muchas proteínas adquieren espontáneamente la correcta conformación tridimensional, pero otras muchas solo adquieren la conformación correcta con la ayuda de una o más proteínas chaperonas. Las chaperonas se unen reversiblemente a regiones hidrofóbicas de las proteínas desplegadas y a los intemediarios de plegamiento; pueden estabilizar intermediarios, mantener proteínas desplegadas para que pasen con facilidad a través de membranas, ayudar a desplegar segmentos plegados incorrectamente, impedir la formación de intermediarios incorrectos o impedir interacciones inadecuadas con otras proteínas.
•
Glucosilación
La glucosilación es la adición de uno o más glúcidos a una proteína lo que da lugar
a
las glucoproteínas, que son esenciales en los mecanismos
de reconocimiento celular . La glucosilación puede implicar la adición de unas pocas moléculas glucídicas o de grandes cadenas ramificadas de oligosacáridos. Existe un centenar de glucosiltransferasas distintas, las enzimas encargadas de realizar este proceso. El mecanismo es básicamente el mismo en todos los casos; un azúcar es transferido desde un sustrato dador activado hasta un aceptor apropiado.
•
Proteólisis parcial
La proteólisis parcial es una etapa frecuente en los procesos de maduración de las proteínas. Pueden eliminarse secuencias de aminoácidos en ambos extremos o en el interior de la proteína. La proteólisis en el retículo endoplasmático y en 66
el aparato de Golgi son, por ejemplo, esenciales en la maduración de la insulina; la preproinsulina codificada por el ARNm es introducida en el retículo endoplasmático; una peptidasa la corta y origina la proinsulina que se pliega para formar los puentes disulfuro correctamente; la proinsulina es transportada al aparato de Golgi, donde es empaquetada en gránulos de secreción; entonces se elimina un fragmento (péptido C) por proteólisis originando la insulina funcional, que es secretada. La hiperproinsulinemia familiar es una enfermedad genética autosómica dominante causad por en defecto en el proceso de maduración de la proinsulina, que da lugar a la presencia en el torrente circulatorio de insulina y de proinsulina en cantidades similares.
•
Modificación de aminoácidos
Sólo 20 aminoácidos están codificados genéticamente y son incorporados durante la traducción. Sin embargo, las modificaciones postraducción conducen a la formación de 100 o más derivados de los aminoácidos. Las modificaciones de los aminoácidos juegan con frecuencia un papel de gran importancia en la correcta funcionalidad de la proteína. Son numerosos los ejemplo de modificación postraducción de aminoácidos. La formación postraducción de puentes disulfuro, básicos en la estabilización de la estructura terciaria de las proteínas está catalizada por una disulfuro isomerasa. En las histonas tiene lugar la metilación de las lisinas. En el colágeno abunda el aminoácido 4-hidroxiprolina, que es el resultado de la hidroxilación de la prolina. La traducción comienza con el codón "AUG" que es además de señal de inicio significa el aminoácido metionina, que casi siempre es eliminada por proteólisis.
Papel del Retículo Endoplasmático y del Aparato de Golgi en la Síntesis Proteica: 67
En términos generales, se libera en el citoplasma una proteína completa. Las proteínas más hidrofílicas permanecen en el citosol, en tanto que las proteínas hidrofóbicas son usualmente atraídas por las membranas y pasan a formar parte de ellas. Sin embargo, algunas proteínas no son liberadas nunca en el citosol, sino que son de inmediato encerradas por el retículo endoplasmático. Esas proteínas se podrán encontrar más tarde en los lisosomas, los peroxisomas, las vacuolas de secreción, entre otros. Es sabido, que la inclusión de una proteína dentro de uno de esos organelos rodeados por membrana se facilita cuando la síntesis de la proteína se produce en el retículo endoplásmico, dado que éste es el responsable de la producción de la mayoría de los organelos rodeados por membranas. Las células que secretan grandes cantidades de proteínas tienen una fracción de ribosomas unidos al RE mayor que la de las células que no son secretoras. Lo que refleja, que hay más RE rugoso en las células secretoras y que una gran parte de la síntesis de proteína se dan en los ribosomas adheridos a sus paredes.
Inhibidores de la Síntesis Proteica: Muchos de los antibióticos utilizados para el tratamiento de infecciones bacterianas, así como, ciertas toxinas funcionan con la inhibición de la traducción. La inhibición puede ser efectuada en todas las etapas de la traducción desde la iniciación a la elongación a la terminación. Algunos Inhibidores de antibióticos y toxinas en la traducción
Inhibidor
Comentarios
Cloranfenicol Inhibe la petidil transferasa procariótica 68
Estreptomicina
Inhibe la iniciación de la cadena peptídico procariótica, también induce a la lectura errónea de mRNA Inhibe la unión del aminoacil-tRNA procariótico a la subunidad pequeña del ribosoma
Tetraciclina
Neomicina
similar en actividad a la estreptomicina
Eritromicina
inhibe la translocación en procariotes a través de la subunidad grande del ribosom
Ácido Fusidico
similar a eritromicina solamente evitando que EFG se disocie de la subunidad grande
Puromicina
se asemeja a un aminoacil-tRNA, interfiere con la transferencia peptídica dando como resultado la terminación prematura en procariotas y eucariotas
Toxina de Difteria
cataliza la ribosilación-ADP de y la inactivación de eEF-2, el eEF-2 contiene un residuo His modificado conocido como diftamida, es este residuo el que es el blanco de la toxina de difteria
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Residuo de diftamida ADP-ribosilada Ricina
encontrado en habas de ricino, cataliza la ruptura de la subunidad grande de rRNA de los eucariotas inhibe la peptidiltransferasa eucariótica
Cicloheximida
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CONCLUSIONES GENERALES
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Todos los elementos del núcleo sufren grandes transformaciones en relación con el ciclo de la división celular, por tanto no pueden ser estudiados si se hace abstracción de este. Será conveniente entonces tratar lo que ocurre durante las divisiones celulares o mitosis, con independencia de lo que sucede durante los periodos intermedios o interfases.
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Durante la interfase, periodo en que la célula está lejos de toda división, el núcleo se presenta al microscopio como un glóbulo mas refringente que el citoplasma que lo rodea. Por estas razones se solía denominar “periodo de reposo” a la interfase. La expresión es del todo inapropiada, ya que, en realidad, durante este pretendido periodo de reposo las cromatinas, que constituyen el elemento principal del núcleo, ejercen una doble actividad: a)
ACTIVIDAD
AUTOCATALÍTICA,
que
corresponde
a
su
autoreproducción. b)
ACTIVIDAD HETEROCATALÍTICA, que corresponde a la síntesis de moléculas de ARN que van a pasar al citoplasma.
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La interfase corresponde, por tanto, a un período en el que tienen lugar intercambios activos entre el núcleo y el citoplasma, y al que podemos llamar periodo metabólico y toda esta actividad está regulada por el núcleo con sus estructuras ( membrana, nucleolo, ribosomas, etc…) y funciones.
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Dada la gran complejidad que tienen los ribosomas cabe pensar que hay un número bastante elevado de genes que participan en su formación. La biogénesis varía según sea eucariotas o procariotas. En procariotas los 71
estudios se realizaron sobre E.Coli, a la cual se la hacía crecer en un medio rico en uracilo rico en carbono 14. Se comprobó que el material que formaba parte de los ribosomas aparecen dos tipos de partículas de coeficientes 8 S y 20 S. Al poco tiempo desaparecían y aparecían otras de 26 S y 40 S, estudiandolas se vio que de 26 S tenían un ARN de 16 S y 20 S respectivamente. Al poco tiempo desaparecían y aparecían las subunidades mayor y menor de los ribosomas de células procariotas. •
En eucariotas el origen de los ribosomas está relacionado con los nucléolos. Un precursor sería el ARN ribosómico 45 S, al poco tiempo aparecían dos ARN marcados uno de 32 S y otro de 18 S. El 18 S pasaba rapidamente al citoplasma, el 32 S permanecía cierto tiempo en el interior hasta que desaparecía
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Todos sabemos que los ribosomas se encargan de la síntesis de proteínas y para esto tiene que realizar varios procesos o faces como la iniciación, elongación y terminación a este proceso se le denomina TRADUCCIÓN.
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Es muy importante conocer más acerca de los ribosomas
que no
solamente se encarga de una simple síntesis sino que juega un papel importante en la vida de la célula ya que sin los ribosomas la célula no podría realizar sus funciones vitales. •
Los Ribosomas se encuentran presentes en las células eucariotas y procariotas; existen 4 tipos de ribosomas el mensajero , el de transferencia, el mitocondrial y el de plastos.
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De todo lo leído de cromatina podemos concluir brevemente que la cromatina es la sustancia fundamental del núcleo celular. ¿Por qué hacer una afirmación de esa magnitud? Pues veamos:
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Su constitución química es simplemente filamentos de ADN en distintos grados de condensación. Existen tantos filamentos como cromosomas presente la célula en el momento de la división celular. La cromatina se forma cuando los cromosomas se descondensan luego de la división celular o mitosis, aunque el tema genérico es núcleo interfásico quise aclarar esos puntos. 72
