Una proteína ribosómica ( proteína r o rProteína [1] [2] [3] ) es cualquiera de las proteínas que, junto con el ARNr , forman las subunidades ribosómicas involucradas en el proceso celular de traducción . E. coli , otras bacterias y Archaea tienen una subunidad pequeña 30S y una subunidad grande 50S, mientras que los humanos y las levaduras tienen una subunidad pequeña 40S y una subunidad grande 60S. [4] Las subunidades equivalentes con frecuencia se numeran de manera diferente entre bacterias, Archaea, levaduras y humanos. [5]
Gran parte del conocimiento sobre estas moléculas orgánicas proviene del estudio de los ribosomas de E. coli . Se han aislado todas las proteínas ribosómicas y se han producido muchos anticuerpos específicos. Estos, junto con la microscopía electrónica y el uso de ciertos reactivos, han permitido determinar la topografía de las proteínas en el ribosoma. Más recientemente, está surgiendo una imagen casi completa (casi)atómica de las proteínas ribosómicas a partir de los últimos datos de crio-EM de alta resolución (incluido PDB : 5AFI ).
Las proteínas ribosómicas se encuentran entre las proteínas más altamente conservadas en todas las formas de vida. [5] Entre las 40 proteínas que se encuentran en varias subunidades ribosómicas pequeñas (RPS), 15 subunidades se conservan universalmente en procariotas y eucariotas. Sin embargo, 7 subunidades solo se encuentran en bacterias (bS21, bS6, bS16, bS18, bS20, bS21 y bTHX), mientras que 17 subunidades solo se encuentran en arqueas y eucariotas. [5] Por lo general, se encuentran 22 proteínas en subunidades pequeñas bacterianas y 32 en levaduras, humanos y, muy probablemente, en la mayoría de las demás especies eucariotas. Veintisiete (de 32) proteínas de las subunidades ribosómicas pequeñas eucariotas también están presentes en arqueas (ninguna proteína ribosómica se encuentra exclusivamente en arqueas), lo que confirma que están más estrechamente relacionadas con los eucariotas que con las bacterias. [5]
Entre las subunidades ribosómicas grandes (RPL), 18 proteínas son universales, es decir, se encuentran tanto en bacterias como en eucariotas y arqueas. 14 proteínas solo se encuentran en bacterias, mientras que 27 proteínas solo se encuentran en arqueas y eucariotas. Nuevamente, las arqueas no tienen proteínas exclusivas de ellas. [5]
A pesar de su alta conservación a lo largo de miles de millones de años de evolución, la ausencia de varias proteínas ribosómicas en ciertas especies muestra que se han añadido y perdido subunidades ribosómicas a lo largo del curso de la evolución. Esto también se refleja en el hecho de que varias proteínas ribosómicas no parecen ser esenciales cuando se eliminan. [7] Por ejemplo, en E. coli, nueve proteínas ribosómicas (uL15, bL21, uL24, bL27, uL29, uL30, bL34, uS9 y uS17) no son esenciales para la supervivencia cuando se eliminan. Tomados en conjunto con los resultados anteriores, 22 de los 54 genes de proteínas ribosómicas de E. coli pueden eliminarse individualmente del genoma. [8] De manera similar, 16 proteínas ribosomales (uL1, bL9, uL15, uL22, uL23, bL28, uL29, bL32, bL33.1, bL33.2, bL34, bL35, bL36, bS6, bS20 y bS21) fueron eliminadas exitosamente en Bacillus subtilis . En conjunto con informes previos, se ha demostrado que 22 proteínas ribosomales no son esenciales en B. subtilis , al menos para la proliferación celular. [9]
El ribosoma de E. coli tiene alrededor de 22 proteínas en la subunidad pequeña (denominadas S1 a S22) y 33 proteínas en la subunidad grande (denominadas L1 a L36, algo contraintuitivamente). Todas son diferentes con tres excepciones: una proteína se encuentra en ambas subunidades (S20 y L26), [ dudoso – discutir ] L7 y L12 son formas acetiladas y metiladas de la misma proteína, y L8 es un complejo de L7/L12 y L10. Además, se sabe que L31 existe en dos formas, la de longitud completa de 7,9 kilodaltons (kDa) y la fragmentada de 7,0 kDa. Por eso el número de proteínas en un ribosoma es de 56. A excepción de S1 (con un peso molecular de 61,2 kDa), las demás proteínas tienen un peso que oscila entre 4,4 y 29,7 kDa. [10]
Experimentos recientes de proteómica de novo , en los que los autores caracterizaron intermediarios de ensamblaje de ribosomas in vivo y factores de ensamblaje asociados a partir de células de Escherichia coli de tipo salvaje utilizando un enfoque general de espectrometría de masas cuantitativa (qMS), han confirmado la presencia de todos los componentes de subunidades grandes y pequeñas conocidos y han identificado un total de 21 factores de ensamblaje de ribosomas conocidos y potencialmente nuevos que se co-localizan con varias partículas ribosómicas. [11]
En la subunidad pequeña (30S) de los ribosomas de E. coli , las proteínas denominadas uS4, uS7, uS8, uS15, uS17, bS20 se unen independientemente al ARNr 16S. Después del ensamblaje de estas proteínas de unión primarias, uS5, bS6, uS9, uS12, uS13, bS16, bS18 y uS19 se unen al ribosoma en crecimiento. Estas proteínas también potencian la adición de uS2, uS3, uS10, uS11, uS14 y bS21. La unión de proteínas a las uniones helicoidales es importante para iniciar el plegamiento terciario correcto del ARN y para organizar la estructura general. Casi todas las proteínas contienen uno o más dominios globulares. Además, casi todas contienen extensiones largas que pueden contactar con el ARN en regiones de largo alcance. [ cita requerida ] Los residuos básicos de las proteínas producen una estabilización adicional, ya que neutralizan la repulsión de carga de la estructura principal del ARN. También existen interacciones proteína-proteína para mantener unida la estructura mediante interacciones electrostáticas y de enlaces de hidrógeno. Las investigaciones teóricas apuntaron a efectos correlacionados de la unión de proteínas sobre las afinidades de unión durante el proceso de ensamblaje [12]
En un estudio, se descubrió que las cargas netas (a pH 7,4) de las proteínas ribosomales que comprenden el grupo S10-spc altamente conservado tenían una relación inversa con los niveles de halofilia/halotolerancia en bacterias y arqueas. [13] En las bacterias no halófilas, las proteínas S10-spc son generalmente básicas, en contraste con los proteomas enteros ácidos generales de los extremadamente halófilos. El uL2 universal que se encuentra en la parte más antigua del ribosoma, siempre está cargado positivamente independientemente de la cepa/organismo al que pertenece. [13]
Los ribosomas en eucariotas contienen entre 79 y 80 proteínas y cuatro moléculas de ARN ribosómico (ARNr). Las chaperonas generales o especializadas solubilizan las proteínas ribosómicas y facilitan su importación al núcleo . El ensamblaje del ribosoma eucariota parece estar impulsado por las proteínas ribosómicas in vivo cuando el ensamblaje también es ayudado por las chaperonas. La mayoría de las proteínas ribosómicas se ensamblan con el ARNr de manera cotranscripcional, asociándose de manera más estable a medida que avanza el ensamblaje, y los sitios activos de ambas subunidades se construyen en último lugar. [5]
En el pasado, se utilizaban distintas nomenclaturas para la misma proteína ribosomal en distintos organismos. No solo los nombres no eran consistentes en los distintos dominios, sino que también diferían entre organismos dentro de un dominio, como los humanos y S. cerevisiae , ambos eucariotas. Esto se debía a que los investigadores asignaban nombres antes de que se conocieran las secuencias, lo que causaba problemas para las investigaciones posteriores. Las siguientes tablas utilizan la nomenclatura unificada de Ban et al., 2014. La misma nomenclatura es utilizada por la curaduría de "familias" de UniProt . [5]
En general, las proteínas ribosómicas celulares se deben denominar simplemente utilizando el nombre de dominio cruzado, por ejemplo, "uL14" para lo que actualmente se llama L23 en humanos. Se utiliza un sufijo para las versiones organulares, de modo que "uL14m" se refiere a la uL14 mitocondrial humana (MRPL14). [5] Las proteínas específicas de orgánulos utilizan sus propios prefijos de dominio cruzado, por ejemplo, "mS33" para MRPS33 [14] : Tabla S3, S4 y "cL37" para PSRP5. [15] : Tabla S2, S3 (Véase las dos citas anteriores, también parcialmente de Ban N, para las nomenclaturas de los orgánulos.)