Los grandes minoristas en estos días tienen "centros de cumplimiento" para manejar el gran volumen de pedidos en línea que reciben de todo el mundo. Aquí, en estas estructuras tipo almacén, los productos individuales son rastreados, empaquetados y enviados a millones de destinos de la manera más eficiente posible. Las estructuras diminutas llamadas ribosomas son, en efecto, los centros de cumplimiento del mundo celular, reciben pedidos de innumerables productos proteicos del ácido ribonucleico mensajero (mrna) y los ensamblan de manera rápida y eficiente y se dirigen hacia donde se necesitan.
Los ribosomas generalmente se consideran orgánulos, aunque los puristas de la biología molecular a veces señalan que se encuentran en procariotas (la mayoría de los cuales son bacterias), así como en eucariotas y carecen de una membrana que los separa del interior de la célula, dos rasgos que podrían ser descalificadores. en cualquier caso, tanto las células procarióticas como las eucariotas poseen ribosomas, cuya estructura y función se encuentran entre las lecciones más fascinantes de la bioquímica, debido a la cantidad de conceptos fundamentales que destacan la presencia y el comportamiento de los ribosomas.
¿De qué están hechos los ribosomas?
los ribosomas consisten en alrededor del 60 por ciento de proteína y alrededor del 40 por ciento de rna ribosomal . esta es una relación interesante, dado que se requiere un tipo de ARN (mensajero ARN o ARN) para la síntesis de proteínas o la traducción. así, en cierto modo, los ribosomas son como un postre que consiste en granos de cacao no modificados y chocolate refinado.
El ARN es uno de los dos tipos de ácidos nucleicos que se encuentran en el mundo de los seres vivos, el otro es el ácido desoxirribonucleico o ADN. El ADN es el más notorio de los dos, ya menudo se los menciona no solo en los principales artículos científicos, sino también en las historias de crímenes. Pero el ARN es en realidad la molécula más versátil.
los ácidos nucleicos están formados por monómeros, o unidades distintas que funcionan como moléculas independientes. el glucógeno es un polímero de los monómeros de glucosa, las proteínas son polímeros de los monómeros de aminoácidos y los nucleótidos son los monómeros a partir de los cuales se hacen el ADN y el ARN. los nucleótidos a su vez consisten en una porción de azúcar de cinco anillos, una porción de fosfato y una porción de base nitrogenada. en el ADN, el azúcar es desoxirribosa, mientras que en el ARN es la ribosa; estos difieren solo en que rna tiene un grupo -oh (hidroxilo) donde dna tiene un -h (un protón), pero las implicaciones para la impresionante gama de funcionalidades de rna son considerables. Además, mientras que la base nitrogenada en un nucleótido de ADN y un nucleótido de ARN es uno de los cuatro tipos posibles, estos tipos de ADN son adenina, citosina, guanina y timina (a, c, g, t) mientras que en ARN, se sustituye el uracilo. para la timina (a, c, g, u). finalmente, el ADN es casi siempre de doble cadena, mientras que el ARN es de una sola cadena. Es esta diferencia de rna la que quizás contribuye más a la versatilidad de rna.
los tres tipos principales de rna son los mencionados mrna y rrna junto con la transferencia de rna (trna). mientras que cerca de la mitad de la masa de los ribosomas es rrna, mrna y trna disfrutan de relaciones íntimas e indispensables con ambos ribosomas y entre sí.
En los organismos eucariotas, los ribosomas se encuentran principalmente unidos al retículo endoplásmico, una red de estructuras membranosas que se asemeja mejor a una carretera o sistema ferroviario para las células. Algunos ribosomas eucariotas y todos los ribosomas procarióticos se encuentran libres en el citoplasma de la célula. Las células individuales pueden tener desde miles hasta millones de ribosomas; Como puede esperarse, las células que producen una gran cantidad de productos proteínicos (p. ej., células pancreáticas) tienen una mayor densidad de ribosomas.
la estructura de los ribosomas
en procariotas, los ribosomas incluyen tres moléculas de ARN separadas, mientras que en los eucariotas los ribosomas incluyen cuatro moléculas de ARN separadas. Los ribosomas consisten en una subunidad grande y una subunidad pequeña. a principios del siglo XXI, se mapeó la estructura tridimensional completa de las subunidades. basado en esta evidencia, el ARN, no las proteínas, proporciona al ribosoma su forma y función básicas; Los biólogos lo habían sospechado durante mucho tiempo. Las proteínas en los ribosomas ayudan principalmente a llenar los vacíos estructurales y mejorar el trabajo principal del ribosoma: la síntesis de proteínas. La síntesis de proteínas puede ocurrir sin estas proteínas, pero lo hace a un ritmo mucho más lento.
Las unidades de masa de facto de los ribosomas son sus valores de svedberg, que se basan en la rapidez con que las subunidades se asientan en el fondo de los tubos de ensayo bajo la fuerza centrípeta de una centrífuga. Los ribosomas de las células eucariotas suelen tener valores de svedberg de 80 y consisten en subunidades de 40 y 60. (tenga en cuenta que las unidades s claramente no son masas reales; de lo contrario, las matemáticas aquí no tendrían sentido). En contraste, las células procariotas contienen ribosomas que alcanzan los 70, se dividen en subunidades de 30 y 50 años.
tanto las proteínas como los ácidos nucleicos, cada uno de ellos compuesto por unidades monoméricas similares pero no idénticas, tienen una estructura primaria, secundaria y terciaria. La estructura primaria de rna es su ordenamiento de nucleótidos individuales, que a su vez depende de sus bases nitrogenadas. por ejemplo, las letras aucggcaugc describen una cadena de ácido nucleico de diez nucleótidos (llamada "polinucleótido" cuando es tan corta) con las bases adenina, uracilo, citosina y guanina. La estructura secundaria de rna describe cómo la cuerda asume curvas y pliegues en un solo plano gracias a las interacciones electroquímicas entre los nucleótidos. Si colocas una cadena de cuentas en una mesa y la cadena que las une no es recta, estarías mirando la estructura secundaria de las cuentas. finalmente, la estenosis terciaria se refiere a cómo toda la molécula se organiza en el espacio tridimensional. continuando con el ejemplo de cuentas, podría levantarlo de la mesa y comprimirlo en una forma de bola en su mano, o incluso doblarlo en forma de bote.
cavando más profundo en la composición ribosomal
mucho antes de que los métodos de laboratorio avanzados de hoy en día estuvieran disponibles, los bioquímicos pudieron hacer predicciones sobre la estructura secundaria del ARN basándose en la secuencia primaria conocida y las propiedades electroquímicas de las bases individuales. por ejemplo, ¿estaba dispuesto a emparejarse con u si se formaba un pliegue ventajoso y los acercaba? a principios de la década de 2000, el análisis cristalográfico confirmó muchas de las ideas de los primeros investigadores sobre la forma de rrna, lo que ayudó a arrojar más luz sobre su función. por ejemplo, los estudios cristalográficos demostraron que rrna participa en la síntesis de proteínas y ofrece apoyo estructural, al igual que el componente proteico de los ribosomas. rrna constituye la mayor parte de la plataforma molecular en la que se produce la traducción y tiene actividad catalítica, lo que significa que rrna participa directamente en la síntesis de proteínas. esto ha llevado a algunos científicos a usar el término "ribozima" (es decir, "enzima ribosoma") en lugar de "ribosoma" para describir la estructura.
mi. Las bacterias coli ofrecen un ejemplo de la cantidad de científicos que han podido aprender sobre la estructura ribosomal procariota. la subunidad grande, o lsu, de la e. El ribosoma de Coli se compone de distintas unidades de rrna 5s y 23s y 33 proteínas, llamadas r-proteínas para "ribsomal". la subunidad pequeña, o ssu, incluye una porción de 16s de rrna y 21 r-proteínas. en términos generales, entonces, el ssu es aproximadamente dos tercios del tamaño del lsu. Además, el rrna del lsu incluye siete dominios, mientras que el rrna del ssu se puede dividir en cuatro dominios.
el rrna de los ribosomas eucarióticos tiene aproximadamente 1,000 nucleótidos más que el rrna de los ribosomas procarióticos, aproximadamente 5,500 frente a 4,500. mientras que e. Los ribosomas de Coli presentan 54 proteínas r entre el lsu (33) y el ssu (21), los ribosomas eucariotas tienen 80 proteínas r. El ribosoma eucariota también incluye segmentos de expansión de ARN, que desempeñan funciones tanto estructurales como de síntesis de proteínas.
función ribosoma: traducción
El trabajo del ribosoma es hacer que toda la gama de proteínas que requiere un organismo, desde enzimas a hormonas, a porciones de células y músculos. este proceso se llama traducción, y es la tercera parte del dogma central de la biología molecular: ADN a mrna (transcripción) a proteína (traducción).
La razón por la que esto se denomina traducción es que los ribosomas, abandonados a sus propios dispositivos, no tienen una forma independiente de "saber" qué proteínas producir y cuánto, a pesar de tener todas las materias primas, el equipo y la fuerza de trabajo requerida. volviendo a la analogía del "centro de cumplimiento", imagine a unos pocos miles de trabajadores llenando los pasillos y las estaciones de uno de estos lugares enormes, mirando juguetes y libros y artículos deportivos, pero sin obtener información de Internet (ni de ningún otro lugar) sobre lo que que hacer. Nada pasaría, o al menos nada productivo para el negocio.
lo que se traduce, entonces, son las instrucciones codificadas en mrna, que a su vez obtienen el código del ADN en el núcleo de la célula (si el organismo es un eucariota; los procariotas carecen de núcleo). en el proceso de transcripción, mrna se fabrica a partir de una plantilla de ADN, con los nucleótidos agregados a la cadena de mrna en crecimiento correspondiente a los nucleótidos de la cadena de ADN de plantilla en el nivel de apareamiento de bases. a en dna genera u in rna, c genera g, g genera c, y t genera a. Debido a que estos nucleótidos aparecen en una secuencia lineal, pueden incorporarse en grupos de dos, tres, diez o cualquier número. a medida que sucede, un grupo de tres nucleótidos en una molécula de ARN se llama un codón, o "codón triplete" para propósitos de especificidad. cada codón lleva las instrucciones para uno de los 20 aminoácidos, que recordará que son los componentes básicos de las proteínas. por ejemplo, aug, ccg y cga son todos codones y contienen las instrucciones para crear un aminoácido específico. hay 64 codones diferentes (4 bases elevadas a la potencia de 3 es igual a 64) pero solo 20 aminoácidos; como resultado, la mayoría de los aminoácidos están codificados por más de un triplete, y un par de aminoácidos están especificados por seis codones de triplete diferentes.
La síntesis de proteínas requiere otro tipo de ARN, ARN. este tipo de ARN aporta físicamente los aminoácidos al ribosoma. un ribosoma tiene tres sitios de unión de trna adyacentes, como espacios de estacionamiento personalizados. uno es el sitio de unión a aminoacilo , que es para la molécula de trna unida al siguiente aminoácido en la proteína, es decir, el aminoácido entrante. el segundo es el sitio de unión a peptidilo , donde se une la molécula central de trna que contiene la cadena peptídica en crecimiento. el tercero y último es un sitio de unión de salida , donde se utilizan, las moléculas de trna ahora vacías se descargan del ribosoma.
Una vez que los aminoácidos se polimerizan y se forma un esqueleto proteico, el ribosoma libera la proteína, que luego se transporta en procariotas al citoplasma y en eucariotas a los cuerpos de golgi. Las proteínas se procesan y liberan completamente, ya sea dentro o fuera de la célula, ya que todos los ribosomas producen proteínas para uso local y lejano. Los ribosomas son muy eficientes; uno solo en una célula eucariota puede agregar dos aminoácidos a una cadena de proteínas en crecimiento cada segundo. en procariotas, los ribosomas funcionan a un ritmo casi frenético, agregando 20 aminoácidos a un polipéptido cada segundo.
Nota de evolución: en los eucariotas, los ribosomas, además de estar localizados en los puntos mencionados anteriormente, también se pueden encontrar en las mitocondrias de los animales y en los cloroplastos de las plantas. Estos ribosomas son muy diferentes en tamaño y composición de otros ribosomas que se encuentran en estas células, y escuchan a los ribosomas procarióticos de células de algas bacterianas y azul-verdes. esto se considera una evidencia razonablemente sólida de que las mitocondrias y los cloroplastos evolucionaron a partir de procariotas ancestrales.