EL CITOPLASMA Y LOS RIBOSOMAS

CITOSOL

Citosol (hialoplasma, plasma hialino, plasma transparente, matriz citoplasmática): es el medio interno de la célula que carece de forma. Es lo contrario a morfoplasma (orgánulos, núcleo, etc).

 El citosol representa el 55% del total de la célula. El 80-85% de su composición química es agua, el resto son proteínas no polimerizadas, enzimas, ARNm, ARNt, glúcidos, lípidos y productos derivados del metabolismo intermedio. No se disponen uniformemente, dependiendo del tipo celular presenta distinta distribución y suele estar polarizado. La composición del citosol es distinta alrededor de cada orgánulo

b)        V-CAM: en las células endoteliales, en el tejido sanguíneo. La modificación de una de estas proteínas puede hacer que una célula quede libre.

                    Código morfogénico: cada célula presenta una proporción de proteínas diferentes para la adhesión celular y cada célula tiene su propio código morfogénico.

Tema 6.- El citoplasma y los ribosomas.

CITOSOL

Citosol (hialoplasma, plasma hialino, plasma transparente, matriz citoplasmática): es el medio interno de la célula que carece de forma. Es lo contrario a morfoplasma (orgánulos, núcleo, etc). El citosol representa el 55% del total de la célula. El 80-85% de su composición química es agua, el resto son proteínas no polimerizadas, enzimas, ARNm, ARNt, glúcidos, lípidos y productos derivados del metabolismo intermedio. No se disponen uniformemente, dependiendo del tipo celular presenta distinta distribución y suele estar polarizado. 

La composición del citosol es distinta alrededor de cada orgánulo y también varía su viscosidad dependiendo del grado de interacción con las proteínas del citoesqueleto. Dentro del citosol se llevan a cabo una serie de funciones, tiene lugar la síntesis de aminoácidos, ácidos grasos y nucleótidos, se inicia la síntesis de todas las proteínas, se encuentran todas las moléculas implicadas en las vías de señalización itracelular, los procesos de glucólisis, glucogenogénesis, etc. Sirve también como lugar para almacenar determinados productos (glucógeno, lípidos).

RIBOSOMAS

-          Introducción:

Los ribosomas son orgánulos citoplasmáticos que no están rodeados de membrana y que se encargan de la síntesis de proteínas y aparecen tanto en células eucariotas como en células procariotas. Están constituidos por ARNr y proteínas. Los ribosomas son los orgánulos que se descubrieron más tarde dentro de la célula; en 1953 Claude y Palade los describen como gránulos esféricos que forman parte del interior de la célula y en 1979 Lake obtuvo su estructura tridimensional, describe su estructura molecular.

-          Morfología:

Los ribosomas son partículas compactas, son dos semiesferas algo aplandas. Al observalos a microscopía electrónica con gran resolución se ven muchas veces con irregularidades en su superficie. Una de las semiesferas es más grande que la otra; por lo tanto están compuestos por dos subunidades, la subunidad mayor (grande) y la subunidad menor (pequeña).

El número de ribosomas varía de una célula a otra. El número de ribosomas en una célula es indicativo de la función celular; si una célula tiene muchos ribosomas esa célula tiene la función de sintetizar proteínas. Hay células que no tienen ribosomas, como por ejemplo los espermatozoides y otras que tienen muy pocos ribosomas, como es el caso de los eritrocitos.

El tamaño varía dependiendo de si se trata de una célula eucariota o de una célula procariota. En las células procariotas el tamaño medio delos ribosomas es de 29 nm de diámetro mayor y 21 nm de diámetro menor, su peso molecular es de 2500000 Da (Dalton) y son 70s y en el caso de células eucariotas el tamaño medio de los ribosomas es de 32nm de diámetro mayor y de 22nm de diámetro menor, su peso molecular es de 4200000 Da y son 80s.

Se pueden encontrar libres en el citoplasma como puntos aislados (las dos subunidades del ribosomas se encuentran en el citoplasma aisladas, sólo se unen ambas subunidades cuando se van a sintetizar proteínas), pueden formar agregados (polirribosomas o polisomas, son espirales que se encuentran leyendo el mismo ARNm), pueden aparecer pegados a las membranas del retículo endoplasmático rugoso a través de unas proteínas denominadas riboforinas, pueden aparecer unidos a la membrana nuclear externa y también hay ribosomas dentro de las mitocondrias (en células eucariotas animales) y en las plastos (en células eucariotas vegetales) pero esos ribosomas se diferencian en su coeficiente de sedimentación, el coeficiente de sedimentación del ARN  de los ribosomas de las mitocondrias es de 4s y el de los plastos es de 5s.

-          Composición química:

a)Ribosomas de células procariotas:

-          Subunidad mayor: está constituida por dos ARNr, uno de 23s y el otro de 5s. A esas dos moléculas de ARNr se les unen las proteínas, que suelen ser 34 proteínas.

-          Subunidad menor: tiene sólo un ARNr de 16s y 21 proteínas.

      b) Ribosomas de células eucariotas:

leyendo el mismo ARNm), pueden aparecer pegados a las membranas del retículo endoplasmático rugoso a través de unas proteínas denominadas riboforinas, pueden aparecer unidos a la membrana nuclear externa y también hay ribosomas dentro de las mitocondrias (en células eucariotas animales) y en las plastos (en células eucariotas vegetales) pero esos ribosomas se diferencian en su coeficiente de sedimentación, el coeficiente de sedimentación del ARN  de los ribosomas de las mitocondrias es de 4s y el de los plastos es de 5s.

-          Composición química:

a)Ribosomas de células procariotas:

-          Subunidad mayor: está constituida por dos ARNr, uno de 23s y el otro de 5s. A esas dos moléculas de ARNr se les unen las proteínas, que suelen ser 34 proteínas.

-          Subunidad menor: tiene sólo un ARNr de 16s y 21 proteínas.

      b) Ribosomas de células eucariotas:

-          Subunidad mayor: tienen tres moléculas de ARNr, de 28s, 5.8s, 52 y alrededor de 45 proteínas.

-          Subunidad menor: una única molécula de ARNr de 18s y alrededor de 30 proteínas.

Las proteínas suelen tener bastantes aminoácidos básicos. La proteína de la subunidad mayor se suelen denominar L y las de la subunidad menor S, dentro de las proteínas algunas son estructurales que son esenciales para el ensamblaje de los ribosomas y otras que son enzimáticas que intervienen en la síntesis de proteínas, se encuentran tanto en la subunidad mayor como en la subunidad menor..

-          Función:

La función exclusiva de los ribosomas es la síntesis de proteínas. Para llevar a cabo la síntesis de proteínas también se necesita ARNm y ARNt.

La molécula de ARNm en procariotas es policistrónico (tiene múltiples sitios de inicio de la síntesis de proteínas) y en eucariotas es moncistrónico (sólo tiene  un único sitio de inicio de la síntesis de proteínas).

En la síntesis de proteínas la subunidad menor está implicada en el procesamiento de la información porque es la que se une a la molécula de ARNt, mientras que la subunidad mayor estaría implicad en la catálisis de la unión de aminoácidos. Dentro de la subunidad menor hay dos sitios: el denominado sitio P que su nombre viene de peptidil (debido a que se une al péptido) y el sitio A cuyo nombre viene de aminoacil (debido a que es por dónde se une el aminoácido).

El primer ARNt se va a anclar al sitio P pero los siguientes ARNt lo hacen por el sitio A del ribosoma. También se necesita energía y numerosos factores que intervienen en la síntesis de proteínas.

-          Fases de la síntesis de proteínas:

1-        Iniciación: es la fase cuando el ribosoma de une a la molécula de ARNt y se empieza a unir el primer ARNt con su aminoácido correspondiente. Se inicia cuando haya un codón determinado y ese codón es AUG. Se une a la subunidad menor del ribosoma el ARNt correspondiente, el que lleve el anticodon complementario, el primer aminoácido codificado es la metionina en células eucariotas y en las células procariotas el aminoácido sintetizado es la formilmetionina. 

El codón iniciado en eucariotas únicamente puede ser AUG aunque en procariotas también puede haber otros codones, como por ejemplo GUG. El ARNt unido al aminoácido se une al sitio P del ribosoma. En este proceso se gasta energía en forma de GTP que se hidroliza para formar GDP. Son necesarios muchos otros factores: IF-4, IF-5, etc.

2-        Elongación: otro ARNt se une al sitio A del ribosoma, el correspondiente al codón que marque el ARNm. Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos. La formación de un enlace peptídico está catalizado por proteínas de la subunidad mayor del ribosoma. Traslocación: movimiento de los dos ARNt con su correspondiente aminoácido. El ribosoma se mueve a lo largo de la molécula de ARNm. Como se tiene libre el sitio A puede unirse otro ARNt con su correspondiente aminoácido. El primer ARNt se libera del aminoácido y ese ARNt queda libre en el citoplasma. En el sitio P se encuentra un ARNt que lleva los aminoácidos unidos, es el que lleva la cadena de aminoácido.

3-        Terminación: existen tres codones determinación: UAA, UAG y UGA. Cuando aparezca en el ARNm aguno de estos tres codones, no se une ningún ARNt en el sitio A sino que se va a unir un factor de liberación (suelen ser proteínas). Cuando eso ocurre el ARNt deja libre la cadena de aminoácidos y cada una de las dos subunidades del ribosoma se libera de la cadena de ARNm.

La síntesis de proteínas es distinta en células eucariotas y en células procariotas y eso nos interesa para la fabricación de antibióticos, muchos de estos antibióticos inhiben la síntesis de proteínas en células procariotas. Hay otros antibióticos que afectan tanto a eucariotas como a procariotas y otros que únicamente inhiben la síntesis de proteínas en células eucariotas.

Los ARNr se forman en el nucleólo.

La proteína formada tiene que modificarse y esa proteína que ayuda a modificar la proteína que acaba de formar el ribosoma se denominan proteínas de estrés. Además hay proteínas que se destruyen porque no son correctas o porque hay que eliminarlas de la célula después de formarse debido a unas estructuras llamadas proteosomas o proteasomas.

PROTEÍNAS DE ESTRÉS

-          Clasificación: se localizan en el citoplasma y también en algunos orgánulos, incluso en el núcleo.

a)        Ubiquitina: es una proteína que se une a las proteínas que tienen que ser degradadas por proteosomas en el citoplasma.

b)        Bajo peso molecular.

c)        Hsp 47: intervienen en la síntesis de colágeno.

d)        Hsp 60: son como unos toneles con un hueco en el centro donde se mete la proteína y ahí es donde va a tener lugar el correcto plegamiento de las proteínas con gasto de energía (ATP).

e)        Hsp 70: se unen a la proteína para mantenerla desplegada. Aparecen en algunos orgánulos celulares (núcleo, citosol, retículo (Grp 78 = BIP), mitocondrias, plastos).

f)         Alto peso molecular: nucleólo.

g)        No-Hsp.

-          Funciones:

a)        Biosíntesis de proteínas:

1-        Correcto plegamiento.

2-        Oligomerización, ensamblaje y activación.

3-        Transporte a través de la membrana.

4-        Renaturalización.

5-        Degradación.

b)        Ciclo celular.

c)        Vesículas de clatrina.

d)        Citoesqueleto.

A pesar de estas proteínas de estrés hay muchas proteínas que no pueden plegarse o modificar su estructura. Esa modificación de las proteínas se hace en el citosol con ayuda de los proteosomas, grandes complejos proteicos que degradan las proteínas de una manera rápida. Se han descrito dos proteosomas diferentes.

-          Proteosoma de 20s: se encuentra tanto en eucariotas como en procariotas, que posee cuatro unidades proteicas.

-          Proteosoma de 26s: únicamente en eucariotas, no es más que un proteosoma de 20s al que se le unen en los extremos dos complejos proteicos (compleo de encapuchamiento). Sería de mayor tamaño. Ese complejo tiene un receptor para la ubiquitina. Las proteínas que estén marcadas con ubiquitina se unen a ese receptor del proteosoma y esa proteína penetra en el proteosoma, en el interior del proteosoma hay una enzima que se encargan de romper esa proteína defectuosa. Los proteosomas aparecen en el citosol. También se degradan las proteínas ya utilizadas