RIBOSOMI: CARATTERISTICHE, TIPI, STRUTTURA, FUNZIONI - BIOLOGIA

I ribosomi sono gli organelli cellulari più abbondanti e sono coinvolti nella sintesi proteica. Non sono circondate da una membrana e sono costituite da due tipi di subunità: una grande e una piccola, di regola la subunità grande è quasi il doppio della piccola.

Il lignaggio procariotico possiede ribosomi 70S composti da una grande subunità 50S e una piccola 30S. Allo stesso modo, i ribosomi del lignaggio eucariotico sono composti da una grande subunità 60S e da una piccola subunità 40S.

Il ribosoma è analogo a una fabbrica in movimento, in grado di leggere l'RNA messaggero, tradurlo in amminoacidi e collegarli insieme tramite legami peptidici.

I ribosomi sono equivalenti a quasi il 10% delle proteine totali di un batterio e più dell'80% della quantità totale di RNA. Nel caso degli eucarioti, non sono così abbondanti rispetto ad altre proteine ma il loro numero è maggiore.

Nel 1950, il ricercatore George Palade ha visualizzato per la prima volta i ribosomi e questa scoperta è stata insignita del Premio Nobel per la fisiologia o la medicina.

Caratteristiche generali

I ribosomi sono componenti essenziali di tutte le cellule e sono legati alla sintesi proteica. Sono di dimensioni molto ridotte, quindi possono essere visualizzati solo alla luce di un microscopio elettronico.

I ribosomi si trovano liberi nel citoplasma della cellula, ancorati al reticolo endoplasmatico ruvido - i ribosomi gli conferiscono quell'aspetto "rugoso" - e in alcuni organelli, come i mitocondri ei cloroplasti.

I ribosomi legati alla membrana sono responsabili della sintesi delle proteine che verranno inserite nella membrana plasmatica o inviate all'esterno della cellula.

I ribosomi liberi, che non sono accoppiati a nessuna struttura nel citoplasma, sintetizzano proteine la cui destinazione è all'interno della cellula. Infine, i ribosomi dei mitocondri sintetizzano proteine per uso mitocondriale.

Allo stesso modo, più ribosomi possono unirsi e formare "poliribosomi", formando una catena accoppiata ad un RNA messaggero, sintetizzando la stessa proteina, più volte e simultaneamente

Sono tutti costituiti da due subunità: una chiamata grande o più grande e l'altra piccola o più piccola.

Alcuni autori considerano i ribosomi come organelli non membranosi, poiché mancano di queste strutture lipidiche, sebbene altri ricercatori non li considerino come organelli stessi.

Struttura

I ribosomi sono piccole strutture cellulari (da 29 a 32 nm, a seconda del gruppo di organismi), arrotondate e dense, composte da RNA ribosomiale e molecole proteiche, che sono associate tra loro.

I ribosomi più studiati sono quelli di eubatteri, archaea ed eucarioti. Nella prima stirpe i ribosomi sono più semplici e più piccoli. I ribosomi eucariotici, da parte loro, sono più complessi e più grandi. In archaea, i ribosomi sono più simili a entrambi i gruppi per certi aspetti.

I ribosomi di vertebrati e angiosperme (piante da fiore) sono particolarmente complessi.

Ciascuna subunità ribosomiale è costituita principalmente da RNA ribosomiale e da un'ampia varietà di proteine. La subunità grande può essere costituita da piccole molecole di RNA oltre all'RNA ribosomiale.

Le proteine sono accoppiate all'RNA ribosomiale in regioni specifiche, seguendo un ordine. All'interno dei ribosomi si possono distinguere diversi siti attivi, come le zone catalitiche.

L'RNA ribosomiale è di cruciale importanza per la cellula e questo può essere visto nella sua sequenza, che è rimasta praticamente invariata durante l'evoluzione, riflettendo le elevate pressioni selettive contro qualsiasi cambiamento.

Funzioni ribosomiali

I ribosomi sono responsabili della mediazione del processo di sintesi proteica nelle cellule di tutti gli organismi, essendo un macchinario biologico universale.

I ribosomi, insieme all'RNA di trasferimento e all'RNA messaggero, riescono a decodificare il messaggio del DNA e interpretarlo in una sequenza di amminoacidi che formeranno tutte le proteine di un organismo, in un processo chiamato traduzione.

Alla luce della biologia, la parola traduzione si riferisce al cambio di "linguaggio" da triplette di nucleotidi ad amminoacidi.

Queste strutture sono la parte centrale della traduzione, dove si verificano la maggior parte delle reazioni, come la formazione di legami peptidici e il rilascio della nuova proteina.

Traduzione di proteine

Il processo di formazione delle proteine inizia con l'unione tra un RNA messaggero e un ribosoma. Il messaggero viaggia attraverso questa struttura a un'estremità specifica chiamata "codone iniziatore di catena".

Quando l'RNA messaggero passa attraverso il ribosoma, si forma una molecola proteica, perché il ribosoma è in grado di interpretare il messaggio codificato nel messaggero.

Questo messaggio è codificato in triplette di nucleotidi, con ogni tre basi che indicano un particolare amminoacido. Ad esempio, se l'RNA messaggero trasporta la sequenza: AUG AUU CUU UUG GCU, il peptide formato sarà costituito dagli amminoacidi: metionina, isoleucina, leucina, leucina e alanina.

Questo esempio mostra la “degenerazione” del codice genetico, poiché più di un codone - in questo caso CUU e UUG - codifica per lo stesso tipo di amminoacido. Quando il ribosoma rileva un codone di stop nell'RNA messaggero, la traduzione termina.

Il ribosoma ha un sito A e un sito P. Il sito P contiene il peptidil-tRNA e l'amminoacil-tRNA entra nel sito A.

Trasferimento di RNA

Gli RNA di trasferimento sono responsabili del trasporto degli amminoacidi al ribosoma e hanno la sequenza complementare alla tripletta. Esiste un RNA di trasferimento per ciascuno dei 20 amminoacidi che compongono le proteine.

Fasi chimiche della sintesi proteica

Il processo inizia con l'attivazione di ciascun amminoacido con il legame dell'ATP in un complesso di adenosina monofosfato, rilasciando fosfati ad alta energia.

Il passaggio precedente si traduce in un amminoacido con energia in eccesso e il legame avviene con il suo rispettivo RNA di trasferimento, per formare un complesso amminoacido-tRNA. Qui avviene il rilascio di adenosina monofosfato.

Nel ribosoma, l'RNA di trasferimento incontra l'RNA messaggero. In questa fase la sequenza dell'RNA di trasferimento o anticodone si ibrida con il codone o la tripletta dell'RNA messaggero. Questo porta all'allineamento dell'amminoacido con la sua corretta sequenza.

L'enzima peptidil transferasi è responsabile della catalizzazione della formazione di legami peptidici che legano gli amminoacidi. Questo processo consuma grandi quantità di energia, poiché richiede la formazione di quattro legami ad alta energia per ogni amminoacido che è attaccato alla catena.

La reazione rimuove un radicale idrossile all'estremità COOH dell'amminoacido e rimuove un idrogeno all'estremità NH ₂ dell'altro amminoacido. Le regioni reattive dei due amminoacidi si uniscono e creano il legame peptidico.

Ribosomi e antibiotici

Poiché la sintesi proteica è un evento essenziale per i batteri, alcuni antibiotici prendono di mira i ribosomi e le diverse fasi del processo di traduzione.

Ad esempio, la streptomicina si lega alla piccola subunità per interferire con il processo di traduzione, causando errori nella lettura dell'RNA messaggero.

Anche altri antibiotici, come le neomicine e le gentamicine, possono causare errori di traduzione, accoppiandosi alla piccola subunità.

Tipi di ribosomi

Ribosomi nei procarioti

I batteri, come l'E. Coli, possiedono più di 15.000 ribosomi (in proporzioni questo equivale a quasi un quarto del peso a secco della cellula batterica).

I ribosomi nei batteri hanno un diametro di circa 18 nm e sono costituiti per il 65% da RNA ribosomiale e solo per il 35% da proteine di varie dimensioni, comprese tra 6.000 e 75.000 kDa.

La subunità grande è chiamata 50S e la piccola 30S, che si combinano per formare una struttura 70S con una massa molecolare di 2,5 × 10 ⁶ kDa.

La subunità 30S è di forma allungata e non simmetrica, mentre la 50S è più spessa e più corta.

La subunità piccola di E. coli è composta da RNA ribosomiali 16S (1542 basi) e 21 proteine, e la subunità grande contiene RNA ribosomiali 23S (2904 basi), 5S (1542 basi) e 31 proteine. Le proteine che le compongono sono basilari e il numero varia a seconda della struttura.

Le molecole di RNA ribosomiale, insieme alle proteine, sono raggruppate in una struttura secondaria simile ad altri tipi di RNA.

Ribosomi negli eucarioti

I ribosomi negli eucarioti (80S) sono più grandi, con un contenuto più elevato di RNA e proteine. Gli RNA sono più lunghi e sono chiamati 18S e 28S. Come nei procarioti, la composizione dei ribosomi è dominata dall'RNA ribosomiale.

In questi organismi, il ribosoma ha una massa molecolare di 4,2 × 10 ⁶ kDa ed è decomposto nelle subunità 40S e 60S.

La subunità 40S contiene una singola molecola di RNA, 18S (1874 basi) e circa 33 proteine. Allo stesso modo, la subunità 60S contiene gli RNA 28S (4718 basi), 5,8S (160 basi) e 5S (120 basi). Inoltre, è costituito da proteine basiche e proteine acide.

Ribosomi in archaea

Gli archaea sono un gruppo di organismi microscopici che assomigliano a batteri, ma differiscono in così tante caratteristiche da costituire un dominio separato. Vivono in ambienti diversi e sono in grado di colonizzare ambienti estremi.

I tipi di ribosomi trovati negli archei sono simili ai ribosomi degli organismi eucarioti, sebbene abbiano anche alcune caratteristiche dei ribosomi batterici.

Ha tre tipi di molecole di RNA ribosomiale: 16S, 23S e 5S, accoppiate a 50 o 70 proteine, a seconda della specie di studio. In termini di dimensioni, i ribosomi degli archaea sono più vicini a quelli batterici (70S con due subunità 30S e 50S) ma in termini di struttura primaria sono più vicini agli eucarioti.

Poiché gli archei tendono ad abitare ambienti con temperature elevate e concentrazioni saline elevate, i loro ribosomi sono altamente resistenti.

Coefficiente di sedimentazione

La S o Svedbergs, si riferisce al coefficiente di sedimentazione della particella. Esprime la relazione tra la velocità costante di sedimentazione e l'accelerazione applicata. Questa misura ha dimensioni temporali.

Si noti che gli Svedberg non sono additivi, poiché tengono conto della massa e della forma della particella. Per questo motivo, nei batteri il ribosoma composto da subunità 50S e 30S non si somma a 80S, allo stesso modo le subunità 40S e 60S non formano un ribosoma 90S.

Sintesi dei ribosomi

Tutto il meccanismo cellulare necessario per la sintesi dei ribosomi si trova nel nucleolo, una regione densa del nucleo che non è circondata da strutture membranose.

Il nucleolo è una struttura variabile a seconda del tipo di cellula: è grande e cospicuo nelle cellule con elevato fabbisogno proteico ed è un'area quasi impercettibile nelle cellule che sintetizzano poche proteine.

L'elaborazione dell'RNA ribosomiale avviene in quest'area, dove si accoppia con proteine ribosomiali e dà origine a prodotti di condensazione granulare, che sono le subunità immature che formano ribosomi funzionali.

Le subunità vengono trasportate all'esterno del nucleo - attraverso i pori nucleari - al citoplasma, dove vengono assemblate in ribosomi maturi che possono iniziare la sintesi proteica.

Geni dell'RNA ribosomiale

Nell'uomo, i geni che codificano per gli RNA ribosomiali si trovano su cinque coppie cromosomiche specifiche: 13, 14, 15, 21 e 22. Poiché le cellule richiedono un gran numero di ribosomi, i geni vengono ripetuti più volte su questi cromosomi .

I geni del nucleolo codificano per gli RNA ribosomiali 5.8S, 18S e 28S e vengono trascritti dalla RNA polimerasi in un trascritto del precursore 45S. L'RNA ribosomiale 5S non è sintetizzato nel nucleolo.

Origine ed evoluzione

I ribosomi moderni devono essere apparsi al tempo di LUCA, l'ultimo antenato comune universale, probabilmente nell'ipotetico mondo dell'RNA. Si propone che gli RNA di trasferimento fossero fondamentali per l'evoluzione dei ribosomi.

Questa struttura potrebbe sorgere come un complesso con funzioni autoreplicanti che successivamente hanno acquisito funzioni per la sintesi di amminoacidi. Una delle caratteristiche più importanti dell'RNA è la sua capacità di catalizzare la propria replicazione.

Riferimenti

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