Una proteína ribosómica ( proteína r o rProteína [1] [2] [3] ) es cualquiera de las proteínas que, junto con el ARNr , forman las subunidades ribosómicas implicadas 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 frecuentemente se numeran de manera diferente entre bacterias, arqueas, 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. Éstos, junto con la microscopía electrónica y el uso de determinados reactivos, han permitido determinar la topografía de las proteínas del ribosoma. Más recientemente, está surgiendo una imagen atómica casi completa de las proteínas ribosómicas a partir de los últimos datos crio-EM de alta resolución (incluido PDB : 5AFI ).
Las proteínas ribosómicas se encuentran entre las proteínas mejor 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 sólo se encuentran en bacterias (bS21, bS6, bS16, bS18, bS20, bS21 y bTHX), mientras que 17 subunidades sólo se encuentran en arqueas y eucariotas. [5] Normalmente, se encuentran 22 proteínas en pequeñas subunidades bacterianas y 32 en levaduras, humanos y muy probablemente en la mayoría de las otras especies eucariotas. Veintisiete (de 32) proteínas de las proteínas de las subunidades ribosómicas pequeñas eucariotas también están presentes en las arqueas (ninguna proteína ribosómica se encuentra exclusivamente en las 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 sólo se encuentran en bacterias, mientras que 27 proteínas sólo se encuentran en arqueas y eucariotas. Una vez más, las arqueas no tienen proteínas exclusivas. [5]
A pesar de su alta conservación durante miles de millones de años de evolución, la ausencia de varias proteínas ribosómicas en ciertas especies muestra que se han agregado y perdido subunidades ribosómicas a lo largo 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. En conjunto con resultados anteriores, 22 de los 54 genes de proteínas ribosomales de E. coli pueden eliminarse individualmente del genoma. [8] De manera similar, se eliminaron con éxito 16 proteínas ribosómicas (uL1, bL9, uL15, uL22, uL23, bL28, uL29, bL32, bL33.1, bL33.2, bL34, bL35, bL36, bS6, bS20 y bS21) en Bacillus subtilis . Junto con informes anteriores, se ha demostrado que 22 proteínas ribosómicas 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 (etiquetadas como S1 a S22) y 33 proteínas en la subunidad grande (llamadas de manera algo contraria a la intuición L1 a L36). Todos ellos son diferentes con tres excepciones: una proteína se encuentra en ambas subunidades (S20 y L26), [ dudoso ] 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, de longitud completa a 7,9 kilodaltons (kDa) y fragmentada a 7,0 kDa. Por eso el número de proteínas en un ribosoma es de 56. Excepto la S1 (con un peso molecular de 61,2 kDa), las demás proteínas oscilan entre 4,4 y 29,7 kDa. [10]
Experimentos recientes de proteómica de novo en los que los autores caracterizaron in vivo intermediarios de ensamblaje de ribosomas y factores de ensamblaje asociados de células de Escherichia coli de tipo salvaje utilizando un enfoque de espectrometría de masas cuantitativa general (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 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 de forma independiente al ARNr 16S. Después del ensamblaje de estas proteínas de unión primaria, 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 pliegue terciario correcto del ARN y organizar la estructura general. Casi todas las proteínas contienen uno o más dominios globulares. Además, casi todos contienen extensiones largas que pueden contactar con el ARN en regiones de gran alcance. [ cita necesaria ] La estabilización adicional resulta de los residuos básicos de las proteínas, ya que estos neutralizan la repulsión de carga de la columna vertebral 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 a 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 ribosómicas que componen 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 de las extremadamente halófilas. El uL2 universal que se encuentra en la parte más antigua del ribosoma siempre está cargado positivamente independientemente de la cepa/organismo al que pertenezca. [13]
Los ribosomas en los 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 cuenta con la ayuda de chaperonas. La mayoría de las proteínas ribosómicas se ensamblan con ARNr de forma 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 diferentes nomenclaturas para la misma proteína ribosómica en diferentes organismos. No sólo los nombres no eran consistentes entre los dominios; los nombres también diferían entre organismos dentro de un dominio, como humanos y S. cervisiae , ambos eucariotas. Esto se debió a que los investigadores asignaron nombres antes de que se conocieran las secuencias, lo que causó problemas para investigaciones posteriores. Las siguientes tablas utilizan la nomenclatura unificada de Ban et al., 2014. La curación "familiar" de UniProt utiliza la misma nomenclatura . [5]
En general, las proteínas ribosómicas celulares deben denominarse 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 orgánulos, de modo que "uL14m" se refiere al uL14 mitocondrial humano (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 (Ver las dos citas anteriores, también parcialmente de Ban N, para las nomenclaturas de orgánulos).