Interacciones RNA-proteína: Ribosomas.
Los ribosomas son una de las maravillas del mundo celular, y las puedes explorar en la base de datos RCSB PDB. En el año 2000, los biólogos estructurales Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz y Ada E. Yonath publicaron las primeras estructuras de subunidades ribosómicas en la base de datos PDB, y en 2009, cada uno recibió el Premio Nobel por este trabajo. También se encuentran disponibles estructuras de muchos otros componentes de la síntesis de proteínas, como el ARN de transferencia y los factores de elongación. A partir de estas estructuras, actualmente existen cientos de estructuras de ribosomas completos en la base de datos PDB, que revelan los detalles atómicos de muchos pasos importantes en la síntesis de proteínas. En primera instancia, se muestra la estructura de la subunidad grande del ribosoma (1ffk).
La subunidad grande de los ribosomas.
La estructura de la subunidad grande está disponible en la entrada 1ffk del PDB. Esta región alberga el sitio activo del ribosoma, encargado de formar los nuevos enlaces peptídicos durante la síntesis de proteínas.
En esta perspectiva, el ARN mensajero se desplazaría horizontalmente a través del surco central. Tanto esta conformación como aquellas que contienen inhibidores unidos demuestran firmemente que el ribosoma es una ribozima. A diferencia de la mayoría de las enzimas, que emplean aminoácidos para catalizar reacciones químicas, el ribosoma utiliza un nucleótido de adenina del propio ARN para su función sintética. Dicha adenina se ha destacado en verde para su posterior análisis.
La subunidad pequeña de los ribosomas.
Esta subunidad se compone de dos cadenas de ARN: una larga, de color naranja, y otra más corta, amarilla. En su superficie se acoplan decenas de proteínas; muchas de ellas poseen largas colas serpentinas que penetran en el interior para estabilizar el ARN en su forma correcta. Aunque algunas proteínas no se detectaron en la estructura cristalográfica debido a su alta flexibilidad, aquí se representan en azul claro sus formas aproximadas. Estas últimas constituyen dos tallos prominentes que sirven habitualmente como puntos de referencia en micrografías electrónicas.
La estructura de la subunidad pequeña está disponible en las entradas 1fka y 1fjg del PDB. Esta subunidad coordina el flujo de información durante la síntesis proteica: primero localiza la cadena de ARN mensajero (ARNm) y, tras acoplarse a la subunidad grande, garantiza que cada codón del mensaje se empareje con el anticodón del ARN de transferencia (ARNt) adecuado.
El ARNm ingresa a través de un pequeño orificio lateral (visible a la izquierda de la molécula) y se extiende hacia el "centro de decodificación", ubicado en la hendidura entre la "cabeza" superior y el "cuerpo" inferior. Para facilitar el proceso, el mensajero no necesita enhebrarse como un hilo en una aguja; este acceso está delimitado por un bucle del ARN ribosómico que funciona como un pestillo, abriéndose para permitir el paso directo de la cadena.
Los ribosomas en acción
Tras dilucidar las estructuras de las subunidades pequeñas y grandes, el siguiente paso en la investigación de la estructura del ribosoma fue determinar la estructura del ribosoma completo. Este trabajo es la culminación de décadas de investigación, que comenzaron con imágenes borrosas del ribosoma obtenidas mediante microscopía electrónica, continuaron con reconstrucciones micrográficas crioelectrónicas más detalladas y ahora incluyen numerosas estructuras atómicas. Mediante el uso de pequeños fragmentos de ARNm, diversas formas de ARNt acortado o modificado químicamente, factores proteicos purificados y ribosomas modificados, los investigadores han resuelto las estructuras de los ribosomas durante la síntesis de proteínas (PDB 4v5d).
Ribosomas 70S
Al observar las diferentes formas de vida en la Tierra, encontramos que todos los organismos vivos poseen ribosomas y que estos se presentan en dos tamaños básicos. Las bacterias y las arqueobacterias tienen ribosomas más pequeños, denominados ribosomas 70S, compuestos por una subunidad pequeña 30S y una subunidad grande 50S. La "S" corresponde a svedbergs, una unidad utilizada para medir la velocidad de las moléculas en una centrífuga. Cabe destacar que los valores de las subunidades individuales no suman el valor del ribosoma completo, ya que la velocidad de sedimentación está relacionada de forma compleja con la masa y la forma de la molécula. Los ribosomas de nuestras células, así como los de otros animales, plantas y hongos, son más grandes, denominados ribosomas 80S, compuestos por una subunidad pequeña 40S y una subunidad grande 60S. Curiosamente, nuestras mitocondrias poseen ribosomas pequeños que se sintetizan por separado de los más grandes presentes en el citoplasma. Esta observación ha dado lugar a la hipótesis de que las mitocondrias (y los cloroplastos en las células vegetales) son en realidad bacterias que quedaron atrapadas dentro de las células en las primeras etapas de la evolución de las células eucariotas. Ahora, viven y se reproducen sin problemas dentro de las células, centrándose en la producción de energía y dependiendo de la célula circundante para la mayoría de sus demás necesidades.
Créditos
Molécula del mes: Ribosoma
Dr. José Antonio Encinar. (IBMC-UMH)