Ribosomas: estructura, función y biogénesis en la síntesis proteica

Ribosomas: Generalidades y Estructura

I 25 nm ribosome

Tema 9. RibosomasTema 9. Ribosomas

• 1 .- Generalidades
• 2 .- Estructura y función
• 3 .- Composición y funciones del ARNr
• 4 .- ARNt-Adaptadores moleculares
• 5 .- Sitios de unión al ARN en el ribosoma
• 6 .- Localización y tipos de ribosomas
• 7 .- Función de los ribosomas
• 8 .- Biogénesis de ribosomasTema 9. Ribosomas

Generalidades de los Ribosomas

1- Generalidades REPASO: DOGMA CENTRAL DE BIOLOGIA CELULAR · REPLICACIÓN · TRANSCRIPCIÓN · TRADUCIÓN DNA replication DNA repair genetic recombination DNA 5' 3' 3' 5' RNA synthesis (transcription) 5' 3' protein synthesis (translation) PROTEIN Ribosomas con ayuda de los aminoacil ARNt H2N COOH amino acids Figure 6-2 Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008) RNATema 9. Ribosomas 1- Generalidades Son partículas ribonucleoproteínas con rRNA y proteínas (mayor cantidad de rRNA). Pueden estar libres o unidos a la membrana del retículo endoplasmico (RER) y a la membrana externa del núcleo. Se generan en el nucléolo. Las subunidades se juntan durante traducción Son el lugar de síntesis de proteínas. Hay 2 tipos de ribosomas:

Prokaryotic 70S ribosome 50S 235 and 5SrRNAs (34 proteins) 30S 165 rRNA (21 proteins) Eukaryotic 80S ribosome 60S 285, 5.85, and 5S rRNAs (~45 proteins) 405 18S rRNA (-30 proteins)Tema 9. Ribosomas 1- Generalidades · ARN mensajero. Codificante de proteínas. · ARN ribosómico. Forma la estructura básica de los ribosomas y cataliza la síntesis de proteínas. · ARN transferente. Participa en la síntesis de proteínas como adaptador entre ARNm y aminoácidos

Table 6-1 Principal Types of RNAs Produced in Cells TYPE OF RNA FUNCTION mRNAs messenger RNAs, code for proteins rRNAs ribosomal RNAs, form the basic structure of the ribosome and catalyze protein synthesis tRNAs transfer RNAs, central to protein synthesis as adaptors between mRNA and amino acids snRNAs small nuclear RNAs, function in a variety of nuclear processes, including the splicing of pre-mRNA Regulación expresión génicaduración snoRNAs small nucleolar RNAs, used to process and chemically modify rRNAs scaRNAs small cajal RNAs, used to modify snoRNAs and snRNAs miRNAs microRNAs, regulate gene expression typically by blocking translation of selective mRNAs siRNAs small interfering RNAs, turn off gene expression by directing degradation of selective mRNAs and the establishment of compact chromatin structures Other noncoding RNAS function in diverse cell processes, including telomere synthesis, X-chromosome inactivation, and the transport of proteins into the ER Table 6-1 Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008) Solo son traducidos los ARNm pero ARNt y ARNr ayudan también a la traducciónTema 9. Ribosomas 1- Generalidades Ribosomas Procariotas y Eucariotas • Distinta velocidad de sedimentación V Procariotas (70S), Eucariotas (80S) • Distinta composición química v Proteínas y ARNr en ambos casos (pero no los mismos ARNr y proteínas) • Forma y funcion similar V Subunidad Grande y Subunidad Pequeña En base a su velocidad de sedimentación se separan en 70S (procariotas) y 80S (eucariotas). Depende de masa y forma. No todos los genes codifican proteínas. Es decir, no todos los ARN transcritos serán ARNm que se traduzcan a proteínas. Es decir, hay otros genes que codifican para otros tipos de ARN (ARNr, ARNt, ... )

Estructura y Función de los Ribosomas

2- Estructura y función · En procariotas, el ribosoma 70S tiene tres tipos de ARNr: 16S en la subunidad 30S, y 23S y 5S en la subunidad 50S. · En eucariotas, el ribosoma 80S tiene cuatro tipos de ARNr: 18S en la subunidad 40S, y 28S, 5.8S y 5S en la subunidad 60S.

70S MW 2,500,000 50S 30S MW 1,600,000 MW 900,000 MW 2,800,000 MW 1,400,000 5S IRNA 28S rRNA 5.8$ rRNA 18S rRNA 120 nucleotides 160 nucleotides 1900 nucleotides 4700 nucleotides -49 proteins -33 proteins PROCARYOTIC RIBOSOME 80S MW 4,200,000 60S 40S 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA 120 nucleotides 2900 nucleotides 1540 nucleotides 34 proteins 21 proteins EUCARYOTIC RIBOSOMETema 9. Ribosomas 2- Estructura y función Morfología (70S, 80S) · Subunidad grande (50S, 60S) Protuberancia central- Cresta Tallo Valle · Subunidad pequeña (30S, 40S) · Cabeza · Hendidura · Plataforma

Composición y Funciones del ARNr

3- Composición y funciones del ARNr · 2/3 ARN ribosomales (ARNr) y 1/3 Proteínas ribosomales · Estructura muy compacta e hidratada · ARNr > core > estructura general (dentro del ribosoma) · Proteínas ribosomales > en la superficie El ARN ribosómico (ARNr) > síntesis proteica v Funciones estructurales y catalíticas (no codifica proteínas) v No CAP en 5', No poli-A en 3' V ARNr en Subunidad grande: Catálisis del enlace peptídico (ribozima) > actividad catalítica ✓ ARNr Subunidad pequeña: v Encajan ARNts con los codones del mensajero ARNr: > 80% del ARN celular · 70 % de doble hélice monocatenaria Bases metiladas (-CH3) Aminoácido Phe Subunidad ribosomal grande Met Trp E P A AAG Anticodón ACC 5' ARNm . .. AUGUGGUUC ... 3' Codón Subunidad ribosomal pequeña ARNt ARNr 16S Actividad peptidil transferasa : La región catalítica de la subunidad grande del ribosoma (ARNr 23S en procariotas y 28S en eucariotas) es responsable de la actividad peptidil transferasa, que cataliza la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos. Esta actividad catalítica del ARNr lo clasifica como una ribozima (ARN con función enzimática)Tema 9. Ribosomas 3- Composición y funciones del ARNr Subunidades: Morfología (B) 30S 30S 50S (C) 50STema 9. Ribosomas 3- Composición y funciones del ARNr Subunidades: Ensamblaje Ensamblaje: durante la traducción V Compactos v Muy hidratados (70% H2O) v Autoensamblaje secuencial v Interacciones hidrofóbicas v Puentes de H (uniones débiles) (D) 70S ribosome 50S subunit 30S subunit EI ARN r se sintetiza en el núcleo. Membrana nuclear 25 nm Subunidad pequeña ARN r Núcleo Subunidad mayor ‹ Nucléolo Zona granular, el ARNr se asocia a las proteínas ribosomales Ensamblaje del ribosoma ribosome Las proteínas ribosomales se sintetizan en el citoplasma y pasan al nucléolo Las dos subunidades ribosomales salen al citoplasma donde se ensamblan. >Tema 9. Ribosomas 3- Composición y funciones del ARNr Localización de las Proteínas en la subunidad Grande Proteínas ARNr 5S y 23S 180º eje vertical Rotación 90º eje horizontal Salida 3 (A) (B) (C) Figure 6-70 Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008)

ARNt: Adaptadores Moleculares

4- ARNt-Adaptadores moleculares Adaptadores moleculares que unen los aa a los codones del RNAm. Hebra de ARN de estructura tridimensional 1 tipo de ARNt para cada aminoácido El ARNt y el ARNm se colocan antiparalelos · Lazo o bucle T sirve: reconocer el ribosoma, · Lazo D sirve para reconocer a la aminoacil- ARN-t transferasa correspondiente (la que une el aa correspondiente al extremo 3' del ARNt attached amino acid (Phe) 3' end 5' end G acceptor stem U T loop D loop GACAC G DG D CUC G CCUGUG C G G GGA G - A G A A anticodon loop GAA anticodon a clover leaf (B) (C) (A) 5' GCGGAUUUAGCUCAGDDGGGAGAGCGCCAGACUGAAYATCUGGAGGUCCUGUGTCGAUCCACAGAAUUCGCACCA 3' (D) anticodon Figure 6-52 Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008) GAGC G ATema 9. Ribosomas

Sitios de Unión al ARN en el Ribosoma

5- Sitios de unión al ribosoma Ribosoma bacteriano (sub pequeña:oscura) · 1 sitio de unión para ARNm (hendidura) · 3 sitios de unión para ARNt · Sitio A (aminoacilo) · Sitio P (peptidilo) · Sitio E (exit) E-site P-site A-site large ribosomal subunit EPA small ribosomal subunit mRNA- binding site (D) Figure 6-64 Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008) (A) (B) large subunit small subunit 90° (C)Tema 9. Ribosomas 5- Sitios de unión al ribosoma · 1 sitio de unión para ARNm (hendidura) · 3 sitios de unión para ARNt · Sitio A (aminoacilo) · Sitio P (peptidilo) · Sitio E (exit) Aminoácido Phe Subunidad ribosomal grande Met Trp ARNt E P A AAG Anticodón ACC 5' ARNm . . . AUGUGGUUC ... 3' Codón Subunidad ribosomal pequeñaTema 9. Ribosomas 5- Sitios de unión al ribosoma VIDEO: fases traducción Regiones Funcionales · Subunidad Grande · Lugar A (aminoacilo) · Lugar P (peptidilo) · Lugar E (Exit) · Peptidil-transferasa · GTP-asa · Salida del péptido · Subunidad Pequeña · Unión ARNm (5') · Ensamblaje ~ 25 nucleótidos protegidos messenger RNA incoming tRNA molecule nascent protein NH2 Subunidad Pequeña: Unión al ARNm E-site P-site A-site large ribosomal subunit EPA small ribosomal subunit mRNA- binding site (D) Figure 6-65 Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008)

Localización y Tipos de Ribosomas

6- Localización de los ribosomas y tipos En todas las células · No espermatozoides maduros · V eritrocitos Según destino de las proteínas: · En el citoplasma: aislados o polirribosomas · Unidos a membranas (por la subunidad grande) · Membrana plasmática en procariotas · Retículo Endoplasmático Rugoso (en eucariotas) · En el interior de mitocondrias: Mitorribosomas · En cloroplastos (células vegetales): Clororribosomas Ribosomas en el citoplasma de una célula eucariota:

Figure 6-62 Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008) 400 nm Ya sean libres o asociados a membrana. Los podemos encontrar: Aislados o en Polisomas (polirribosomas)Tema 9. Ribosomas 6- Localización de los ribosomas y tipos Polisomas (=Polirribosomas) Conjunto de ribosomas: síntesis simultánea de varias copias de la misma proteína. Traducen un mismo ARNm ribosome subunits released ribosome mRNA 3' end 5° end stop start growing polypeptide complete polypeptide released completed polypeptide chain 60S subunit 3' 40S subunit UAG stop codon AUG 5 start codon messenger RNA nascent polypeptide chain NH2 100 nmTema 9. Ribosomas 6- Localización de los ribosomas y tipos Polisomas (=Polirribosomas) . Los extremos 5' y 3' interaccionan gracias a proteínas · CAP 5' · Cola de poli-A 3' · Proximidad para empezar de nuevo · Mayor velocidad de síntesis · Estabilidad y protección del ARNm · Cada 80 nucleótidos, colocados en tándem · 9 - 40 ribosomas por ARNm sintetizando a la vez messenger RNA (mRNA) 3' A AAA elF4G AA 5' 5' cap AUG JAG eIF4E 1 stop codon start codon poly-A-binding protein polypeptide chain 100 nm Figure 6-76a Molecular Biology of the Cell (@ Garland Science 2008)