TEMA 9. Ribosomas - Apuntes 9 PDF

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1 TEMA 9. RIBOSOMAS 1. INTRODUCCIÓN Hay ribosomas libres y asociados a la membrana del retículo. Los ribosomas se generan en el nucléolo, sus subunidades salen ya formadas, y éstas se juntan sólo cuando la subunidad pequeña recluta al ARNm y se une la subunidad grande, durante la traducción, en el c...

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TEMA 9. RIBOSOMAS 1. INTRODUCCIÓN Hay ribosomas libres y asociados a la membrana del retículo. Los ribosomas se generan en el nucléolo, sus subunidades salen ya formadas, y éstas se juntan sólo cuando la subunidad pequeña recluta al ARNm y se une la subunidad grande, durante la traducción, en el citoplasma. Los ribosomas son orgánulos que participan en la síntesis proteica. Están compuestos por ARNr, y además, interaccionan con otros tipos de ARN:    

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ARNm → Contiene la información genética para la síntesis de proteínas. ARNt → Contiene los aminoácidos que formarán las proteínas, y tiene un anticodón complementario al ARNm. ARNr → Da estructura a los ribosomas junto con distintas proteínas. Es catalizador para la síntesis proteica, actúa como ribozima. ARNsn → (ARN nucleares), forman parte de un complejo riboproteico, y participan en la maduración del preARNm para formarARNm (eliminan los intrones (fragmentos de ADN presentes en un gen que no codifican para una proteína) del ARNm→(Splaising), y le añaden una cola de Poli-A). ARNsno → (ARN pequeños nucleolares), forman un complejo ribonúcleoproteico, y participan en la maduración de los ARNr. ARNsca → Participan en la maduración de los ARNsn y los ARNsno.Los ARN de Cajal. ARNmi → Forman un complejo ribonúcleoproteico e inhiben a determinados ARNm uniéndose a ellos. Micro ARN. Bloquean la traducción del ARNm. ARNsi → Silenciamiento de genes, de ARNm, forman un complejo ribonúcleoproteico, y degradan a determinados ARNm. Evitan que sean traducidos los ARNm, bloqueándolos o rompiéndolos. Otros ARN no codificantes → Participan en diversos procesos. ~ Telomerasa → Genera telómeros en los extremos del ARNm para evitar la pérdida de información genética. Alarga los extremos, contiene un ARN en su interior. ~ Inactivación de cromosomas X → Las mujeres tienen 2 cromosomas X, por lo que se inactiva uno.

2. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN Los ribosomas de los organismos eucariotas y procariotas tienen algunas diferencias: ~ Distinta velocidad de sedimentación(esbelber): 

PROCARIOTAS→ 70S 

Subunidad pequeña →

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Subunidad grande →

30S ARNr de 16S. 21 proteínas. 50S ARNr de 23S y ARNr de 5S.

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34 proteínas. 

EUCARIOTAS→ 80S 

Subunidad pequeña →

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Subunidad grande → 5S. humanos).

40S ARNr de 18S. 30 proteínas (33 proteínas en los seres humanos). 60S ARNr de 28S,ARNr de 5,8S, y ARNr de 45 proteínas (49 proteínas en los seres

~ Distinta composición química. ~ Forma y función similares → Constan de subunidad grande y subunidad pequeña. Dentro de la célula, más del 80% del ARN es ribosómico (ARNr), y gran parte está formado en doble hélice monocatenaria, plegada sobre sí misma. Los ribosomas están compuestos por 2/3 de ARNr y 1/3 de proteínas ribosomales, situadas en la superficie del complejo. El core es el núcleo. Las funciones de los ARNr son: ~ Funciones estructurales y catalíticas:  NO codifican a proteínas porque sirven por sí mismos para formar ribosomas.  NO CAP.  NO poli-A. ~ Subunidad grande → Actividad catalítica, es decir, formación de un enlace peptídico entre la cadena polipeptídica y el aminoácido que entra, esta catálisis está catalizada por una ribozima,la peptidiltransferasa,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. En bacterias, la actividad peptidiltransferasa se encuentra en la subunidad 50S (componente 23S); en cambio, en eucariotas es la subunidad 60S (componente 28 S) la que lo alberga. Y GTPasa, a través de los ARN ribosomales(ribozimas). ~ Subunidad pequeña → Encajan ARNt que van entrando (aminoácidos unidos a un ARNt) con los codones del mensajero, y reclutan a la subunidad grande(hasta encontrar el codón de inicio AUGno la reclutan), corresponde con el aminoácido metionina, y su anticodón es el UAC. ~ Cuando se unen ambas subunidades, queda una estructura muy compacta, muy hidratada (70% de agua), se produce un autoensamblaje secuencial. Los ARN ribosómicos tienen interacciones hidrofóbicas y puentes de H. 2.1 MORFOLOGÍA DE LAS SUBUNIDADES  SUBUNIDAD GRANDE (50S, 60S) 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULA 2016)

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Protuberancia central. Cresta. Tallo. Valle.

 SUBUNIDAD PEQUEÑA (30S, 40S) ~ Cabeza. ~ Hendidura. ~ Plataforma.

3. ARNt – ADAPTADORES MOLECULARES Los ARNt consisten en una hebra de ARN de estructura tridimensional. Las células tienen, como mínimo, 1 tipo de ARNt para cada aminoácido. Las secuencias se unen mediante puentes de H. Cada ARNt tiene que leer un anticodón diferente, por lo cual, los ARNt son distintos. Según el anticodón reconocen un codón, y según el anticodón se reconoce un aminoácido terminal en su extremo 3´. Hay varios amino-acilARNtsintetasa, que en el bucle D, que es un sitio de reconocimiento, hace que se una el aminoácido correspondiente al anticodón.El bucle T le permite interaccionar con el ribosoma. Consta de 4 bucles:

~ Bucle D. ~ Bucle T. ~ Bucle del anticodón→ Contiene el anticodón, que es complementario a la secuencia de bases del ARNm a la que se une. ~ Bucle del aminoácido→ Extremo 3’. Todos tienen la secuencia CCA, donde se unirá el aminoácido complementario al anticodón. Los ARNt contienen los aminoácidos que formarán las proteínas, y tienen un anticodón complementario al ARNm. Interaccionan con los ribosomas para llevar a cabo su función.

4. MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO Los ribosomas tienen 1 sitio de unión para elARNm (en la subunidad pequeña) y 3 para el ARNt (forman parte de ambas subunidades, pero mayoritariamente de la subunidad grande): Movimiento de 3 en 3 hacia 3’.   

Sitio A→ Aminoacilo (donde entra el aminoácido). Sitio P→ Peptidilo (colocado el ARNt donde se va a unir el péptido). Sitio E→ Exit (salida). Quedando el codón libre para que se vuelva a unir otro.

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La subunidad pequeña es atravesada por el ARNm. Tenemos de5´a 3´los sitios E, P y A. En el sitio P se encuentra el codón (triplete de bases) de inicio con su anticodón, y el aminoácido metionina, que es el que le corresponde al anticodón. En el sitio A se va a unir el amino acilARNtsintetasa que va a unir el aminoácido que corresponde al anticodón del sitio P, mediante la peptidiltransferasa (ribozima) pero se van los aminoácidos al sitio A, y en el P sólo queda el ARNt. Cuando se une la subunidad grande, se desplaza 3 sitios, quedando los aminoácidos en el sitio P, el ARNt en el E, y el A libre, por lo cual, el ARNt se va, y el A queda libre para que se una nuevamente un nuevo aminoácido que corresponda con el anticodón del P, y así sucesivamente se va formando la cadena polipeptídica hasta llegar al codón fin (stop).

El ARNm es leído por la subunidad pequeña. Cuando encuentra el codón de inicio (AUG) recluta a la subunidad grande (este ensamblaje ‘guarda o protege’ en el interior de ambas subunidades 25 nucleótidos del ARNm). La proteína que se va sintetizando sale por un hueco que deja la subunidad grande, siempre por el extremo amino terminal que es el 1º que se sintetiza, y cuando se lee alguno de los codones de stop (UAA, UAG, UGA) se separan ambas subunidades ribosómicas, y se libera la proteína sintetizada. El aminoácido crece del extremo amino que es siempre el del 1º aminoácido hacia el extremo carboxilo que cuando entra un aminoácido nuevo, que se incorpora, se une a él, deja el sitio P y se une al del A que se acaba de incorporar.

5. TIPOS DE RIBOSOMAS En función de la localización de los ribosomas, existen de diversos tipos. Además, la localización de éstos depende de la función que tengan en la célula y el destino de las proteínas sintetizadas. Existen una serie de excepciones → Espermatozoides maduros (no sintetizan proteínas, sus genes no se expresan), y eritrocitos maduros (no tienen núcleo, por lo que no tienen apenas ribosomas). Las subunidades de los ribosomas son sintetizadas en el nucléolo. Según el destino de las proteínas: ~ En el citoplasma → Ribosomas aislados o en polisomas (conjunto de ribosomas asociados a una molécula de ARNm para traducir simultáneamente la misma proteína). ~ Unidos a membranas(50S,60S – subunidad grande) → RER. ~ En el interior de las mitocondrias → Mitorribosomas, similares a los procariotas. ~ En los cloroplastos → Clororribosomas, similares a los procariotas. 5.1 POLIRRIBOSOMAS / POLISOMAS Consiste en una serie de ribosomas que traducen a la vez, aunque en un distinto punto, un mismo ARNm. De esta manera se acelera y aumenta la traducción y síntesis proteica. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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Se sitúan con una distancia de 80 nucleótidos aproximadamente, y hay entre 9 y 40 ribosomas sintetizando a la vez en un mismo ARNm. Los polisomas libres del citoplasmasuelen adoptar una forma de espiral, dado que interaccionan la CAP del extremo 5’ y la cola depoli-A del extremo 3’ del ARNm. Al acabar la síntesis, después de la separación de las subunidades ribosómicas, éstas quedan cerca del extremo5’ del ARNm y tienen más posibilidades de volver a interaccionar. Si el polisoma fuese lineal, las unidades ribosómicas libres del extremo 3’ quedarían muy alejadas del extremo 5’. En el caso de los ribosomas asociados a membranas, no se puede adoptar esta forma, sino que quedan en forma lineal. 5.2 RIBOSOMAS LIBRES Están situados libres en el citoplasma, y traducen los ARNm que llevan información para la síntesis de determinadas proteínas: ~ Proteínas del núcleo que pasan a él a través de los complejos del poro. La membrana mitocondrial externa como es una continuidad del retículo endoplasmático rugoso, puede tener ribosomas asociados. ~ Proteínas del citoplasma. ~ Proteínas de la cara interna de la membrana plasmática. ~ Gran parte de las proteínas de las mitocondrias y cloroplastos. ~ Proteínas de los peroxisomas (órganos citoplasmáticos, en forma de vesícula, que contienen oxidasas y catalasas). 5.3 RIBOSOMAS UNIDOS A MEMBRANA Los ribosomas se unen a la membrana del RER, mediante la subunidad grande. A medida que se va sintetizando la proteína, ésta va entrando a la luz del orgánulo. Los ribosomas de membrana provienen del retículo endoplasmático rugoso que se comunica con el Aparato de Golgi. Una vez sintetizada, la proteína sufre determinadas reacciones y se dirige mediante vesículas a otros orgánulos, como el aparato de Golgi. Las hidrolasas que están en los lisosomas provienen del Aparato de Golgi, y este material del Golgi viene del retículo rugoso.

6. FUNCIÓN DE LOS RIBOSOMAS Llevan a cabo la última fase del dogma de la biología → Traducen un mensaje escrito en secuencia de nucleótidos en una secuencia de aminoácidos. Además, cumplen una función catalítica → Las ribozimas son las enzimas catalizadoras de estas reacciones. Son ARN con capacidad de catalizar la formación de un enlace peptídico. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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Las ribozimas NO poseen iones metálicos en el centro activo, y NO son fácilmente ionizables. El centro activo es un ARNr 23S, y aceleran la unión covalente de los 2 aminoácidos. En la postraducción, el ARNm maduro es traducido a proteínas porque sufre el ARNm unos cambios, se añade cap al 5´, cola de poli A en el extremo 3’, y los intrones se eliminan.  SÍNTESIS PROTEICA La síntesis de proteínas consta de diversas fases: 

Iniciación → El codón de inicio AUG, que corresponde con el aminoácido metionina. Una molécula de aminoacil-ARNt queda unida al lugar A vacante del ribosoma,cuyo anticodón es complementario del codón del ARNm. Una vez así, el ribosoma se desplaza 3 nucleótidos, y dicho ARNt pasa a colocarse en el lugar P. Los aminoácidos se unen a los ARNt a través de su extremo carboxiterminal. Y mediante puentes de hidrógeno se unen los sustratos (aminoacilARNt y el peptidiltransferasa) del ARNm, que quedan en una posición determinada para que puedan reaccionar. El enlace amida es entre el carboxiterminal del aminoácido anterior con el aminoterminal del que entra. (La subunidad pequeña encuentra el ARNm en el codón de inicio, correspondiendo con el aminoácido metionina, uniéndose la subunidad grande, empezando la traducción). Según se va leyendo (elongación) el ARNm, la cadena polipeptídica va saliendo, no se acumula en el ribosoma.

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Elongación(Traducción) →Aparece un nuevo ARNt en el sitio A, cuyo anticodón es complementario al codón del ARNm. La enzima peptidil-transferasacataliza la formación de un enlace peptídico entre ambos aminoácidos. El ribosoma se desplaza 3 nucleótidos más, y así sucesivamente… Primero se mueve la subunidad grande, y después la pequeña. Este proceso conlleva un gasto energético (hidrólisis de GTP). Crece hacia el extremo carboxiterminal. Se unen mediante un enlace amida, al extremo carboxiterminal el extremo aminoterminal del nuevo aminoácido. Se van introduciendo los aminoácidos según se desplazan por el ARNm leyéndolo.

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Terminación→ El nuevo codón del ARNm es un codón de stop (UAG, UAA, UGA), para el cual NO hay ningún ARNt complementario, no se corresponde el aminoacilARNt con ningún anticodón. Las subunidades se separan y se libera la proteínagracias a factores de terminación,que separan y desensamblan.

Ribozimas: Las que hacen el autosplicing (eliminar intrones) son los empalmosomas, los propios ARN (self-splicing→ARNs) cortan y empalman ARN. Los ARN pequeños nucleares (ARNsn) reconocen secuencias de ADN, cortan, eliminan una secuencia y empalman, junto con proteínas que les ayudan, los ARNsn + proteínas (empalmosomas→Spliceosome), no se sabe si es el ARN el que corta y empalma, o las proteínas que lo acompañan. Hay algunos ARN, los (ARN cleavage) cortan solamente, y los ARN ligation (empalman). 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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 PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS Según va saliendo del ribosoma la cadena polipeptídica va plegándose, aunque normalmente necesitan ayuda para plegarse de chaperonas, a excepción de algunas proteínas pequeñas. Según sale dicha cadena, adquiere una estructura tridimensional que no es el plegamiento definitivo, llamado globo fundido, tanto si lo hace sola, como ayudada por chaperonas. Si se pliegan mal, las chaperonas la ayudan a reconducirse, y si éstas no son suficientes, se marcan y son degradas a péptidos pequeños por las proteasas, en el proteasoma. Cuando una proteína está mal plegada se forman agregados. Las proteínas tienen que tener un plegamiento adecuado para poder llevar a cabo su función. Se empieza a plegar en cuanto sale por el sitio E del ribosoma. Para ayudar a las proteínas grandes a plegarse (las pequeñas se pliegan solas) necesitan de la intervención de otras proteínas denominadas chaperonas Hsp. Su función consiste en plegamientos y separaciones pequeñas hasta conseguir el plegamiento completo de la proteína. Si NO consiguen plegarlas, las proteasasdestruyen estas proteínas, y si están mal plegadas, se le une una cadena de ubiquitinay son destruidas. 

Chaperonas Hsp70→ Plegamiento co-traduccional. ~ Se unen a la proteína durante la traducción, en la fase de elongación. ~ Utilizan ATP para unirse y plegarla ligeramente. ~ Se separan gracias a la hidrólisis del ATP. ~ Se unen a las zonas hidrofóbicas de la cadena polipeptídica que se está formando, para que éstas no interaccionen entre ellas, hasta que no salga entera dicha cadena, y cuando está completamente fabricada se quitan las Hsp70 y se pliega la proteína de forma adecuada, de forma definitiva. ~ A veces a pesar de actuar dichas chaperonas, no se pliega correctamente. En estos casos actúan las chaperoninas (Hsp60). Actúan cuando ya se ha formado completamente la proteína.

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Chaperonas Hsp60→ Son más pequeñas, hacen un plegamiento posttraduccional. ~ Tienen forma de barril, con 2 cavidadespara 2 proteínas (nunca están ambas ocupadas). ~ Se unen a zonas apolares exteriores, dichas regiones hidrofóbicas expuestas indican que la proteína está mal plegada, de lo contrario estarían en el interior, meten la proteína y cierran el barril. ~ Se unen al ATP, gracias al cual pliegan la proteína y la expulsan. ~ Le dan a las proteínas 15 segundos, aislándolas en un medio en el cual no están expuestas a marcadores de degradación por estar mal plegada, si aun así no se han plegado correctamente, son marcadas para su degradación al salir de las chaperorinas.

De esta manera hay un control de calidad de la síntesis de proteínas. 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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 INHIBIDORES DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Hay inhibidores que actúan sólo en la síntesis de proteínas de los procariotas, sólo sobre eucariotas, o sobre ambos. Se utilizan sustancias que provocan diferencias estructurales y funcionales en procariotas, eucariotas o en ambas. Según los ribosomas a los que afecten por ejemplo, a los ARN… Hay antibióticos, producidos por hongos, que inhiben la síntesis de proteínas en bacterias. Fleming descubrió que alrededor de los hongos penicilium no crecían bacterias en la placa Petri, y es porque éstos segregan una sustancia que las matan para competir por los nutrientes del medio. Pueden ser bactericidas (muere la bacteria) o bacteriostáticos (impiden la multiplicación de las bacterias sin llegar a destruirlas).Evitan que estos antibióticos sean tóxicos para aquellos que los producen. Algunos de estos inhibidores son: 

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Cloranfenicol→ (Sólo bacterias). Bloquea el sitio A del ribosoma, y se une en mitocondrias y cloroplastos, evita la formación del enlace peptídico, bloqueando la traducción, no permite que se una ningún aminoácido al sitio A. Sobre ribosomas de procariotas. Bloquea la peptidiltransferasa. Afecta a los ribosomas mitocondriales de las células eucariotas porque son más parecidos a los ribosomas de las bacterias. También afecta a los cloroplastos. Tetraciclina → (Procariotas). Bloqueando la traducción, no permite que se una ningún aminoácido al sitio A. Sobre ribosomas de procariotas. Bloquea la entrada del amino acilARNt al sitio A. Cicloheximida→ (Sólo eucariotas).Bloquea la traducción, solo en el citosol. No deja que se mueva el ribosoma, bloquea la síntesis. Bloquea la translocación, no deja que el ribosoma avance, por lo cual, no sigue leyendo. Puromicina→(Ambas).Análogo estructural de ARNt y aminoácidos. Terminación de la síntesis antes de tiempo, actúa como factor de terminación, quedando la cadena polipeptídica más corta y no funcional. Higromicina B→(Ambas). Provocaerrores en la traduccióny se une a la subunidad pequeña. Actúa sobre todo tipo de ribosomas. Parecida a la estreptomicina en sus efectos, debido a que ambas hacen que se una la subunidad pequeña a la grande de mala manera y así se saltan sitios de lectura. EstreptograminaB→ (Sólo bacterias). Evita la elongación de la proteína, se altera la pauta de lectura, al estar mal ensamblada,se lee mal el ARNm.Se saltan los sitios.Parecida a la eritromicina en sus efectos, pero sólo afecta a procariotas.

7. BIOGÉNESIS En células eucariotas tienen genes que codifican para cada uno de los ARNr y las proteínas ribosomales. Estos genes se encuentran en el nucléolo. Son 200 genesde ARNr por genoma haploide (400 copias en total)organizados en pequeños grupos (10 clusters), y en 5 cromosomas distintos. Para la fabricación de éstos, tienen la enzima ARN-polimerasa 1, que construye ARNrsin CAP ni cola de poli-A.  NUCLÉOLO 1º GRADO EN MEDICINA / Mª INMACULADA CIDONCHA LOZANO (20152016)

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El nucléolo es una estructura del núcleo que NO tiene membrana, y lleva a cabo: Síntesis de las subunidades de los ribosomas en los eucariotas, en los procariotas se llevan a cabo en el citoplasma. Todo ARN...