| I ribosomi sono organelli immersi nel citoplasma – o ancorati al lt reticolo endoplasmatico – e sono le particelle responsabili della sintesi proteica. La loro funzione è quindi quella di sintetizzare le proteine leggendo le informazioni contenute in una catena di RNA messaggero (m-RNA). Furono messi in evidenza per la prima volta al microscopio elettronico nel 1953 dal biologo rumeno George Emil Palade [1], scoperta che gli valse il Premio Nobel. Il termine “ribosoma” fu invece proposto nel 1958 dallo scienziato Richard B. Roberts. |
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Struttura
I ribosomi sono formati da tre molecole di RNA ribosomiale e da proteine che si associano a formare due subunità di dimensioni differenti (una più grande dell’altra). I ribosomi dei batteri degli archea e degli eucarioti differiscono sensibilmente tra loro sia per la struttura sia per le sequenze di RNA. Un ribosoma batterico ha una massa di circa 2700 kDa, un diametro di circa 20nm ed un lt coefficiente di sedimentazione di 70 S.
Esso si può suddividere in due parti o subunità, una più grande ed una più piccola:
- una subunità grande di 50 S avente almeno 34 proteine (L1-L34) e due molecole di RNA (23 S e 5 S),
- una subunità piccola di 30 S contenente almeno 21 proteine (S1-S21) ed un RNA di 16 S.
- Il ribosoma della cellula eucariota (fatta eccezione per quelli contenuti nei mitocondri e nei lt cloroplasti), invece, è più grande ed ha una massa molecolare di 4000 kDa, un diametro di 23 nm ed un coefficiente di sedimentazione di 80 S. Anch’esso è composto da due subunità, maggiore a 60 S e minore a 40 S:
- la subunità maggiore è costituita da tre molecole di rRNA, una a 28 S, una a 5,8 S e un’ultima a 5 S.
- la minore consta di una sola catena di RNA 18 S. Nel complesso le due subunità presentano inoltre più di 80 proteine.
Le singole molecole di rRNA (tranne la 5 S) vengono sintetizzate nei nucleoli come RNA 45 S. Il DNA contenuto nel nucleolo viene trascritto dalla RNA polimerasi I a partire da più punti della catena di DNA, in strutture che vengono dette ad “albero di Natale”; il tronco verrebbe rappresentato dal DNA, i rami dalle molte catene di rRNA che vengono trascritte nello stesso momento. rRNA 45 S appena trascritto è detto pre-rRNA; in seguito a tagli, esso darà origine a rRNA 18 S (per la subunità minore del ribosoma) e 32 S, il quale verrà tagliato ulteriormente in 28 S e 5,8 S. Nel pre-rRNA sono presenti pseudouridine e basi azotate metilate. La funzione di queste modifiche nelle basi si pensa sia di evitare il taglio enzimatico, o favorire le interazioni dell’RNA interne alla catena o con altre molecole. |
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Disposizione
La loro disposizione all’interno della cellula varia a seconda del tipo di cellula ed è collegata alla funzione di quest’ultima:
- se la cellula secerne le proteine prodotte, possiede solo ribosomi attaccati al reticolo endoplasmatico (che occupa gran parte del citosol) e alla membrana nucleare;
- se la cellula immagazzina queste proteine, possiede ribosomi liberi nel citoplasma.
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I ribosomi liberi
Sono così denominati i ribosomi che si trovano liberi nel citoplasma cellulare o che fanno parte dei mitocondri o dei lt cloroplasti. Generalmente sono deputati alla sintesi di proteine che verranno rilasciate ed utilizzate nel citoplasma o nella parte interna della lt membrana cellulare negli organelli precedentemente citati ed anche nei perossisomi. Più ribosomi sono in grado di unirsi tra loro, utilizzando come legame una stessa molecola di RNA messaggero attraverso la quale si muovono dal codone iniziale fino a quello finale, in direzione 3′, a formare unpoliribosoma (o polisoma). |
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I ribosomi legati alle membrane
Si trovano legati alle membrane costituenti il nucleo cellulare od il reticolo endoplasmatico ruvido. Si occupano di sintetizzare e rilasciare proteine all’interno delle membrane di queste strutture, dove poi saranno condotte alla loro destinazione finale che può essere sia intra- che extracellulare (nel qual caso vengono spesso espulse per esocitosi). È da segnalare che i ribosomi attaccati alle membrane sono una sezione dell’insieme dei ribosomi liberi, la quale viene poi reclutata non appena iniziano a sintetizzare proteine specifiche. |
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Processo di traduzione
Le due subunità del ribosoma si uniscono tra loro ed operano insieme per tradurre un RNA messaggero in una catena polipeptidica durante la sintesi proteica. Sembra che la parte più importante del ribosoma, sotto quest’aspetto, siano le molecole di RNA ribosomiale le quali da sole sono in grado, seppur lentamente, d’operare il processo di traduzione. Questo lascia ipotizzare che la componente proteica agisca in modo tale da potenziare e velocizzare l’azione dell’RNA ribosomiale. Prima che le subunità si uniscano insieme per incominciare a tradurre la molecola di m-RNA, c’è bisogno che il complesso di pre-inizio si leghi alla subunità inferiore; a questo punto il ribosoma si può collegare alla molecola dell’RNA messaggero, ed una volta che la subunità minore riconosce la tripletta di inizio, si staccano i fattori di pre-inizio, le due subunità si collegano ed il ribosoma può incominciare a sintetizzare la proteina. La subunità superiore è composta da tre siti, in ordine: sito P (peptidilico) ed A (amminoacilico). Si ricordi che la subunità inferiore possiede solo un sito d’attacco predisposto per l’mRNA. Il primo transfert si va ad inserire nel sito P, a questo punto arriva un ulteriore transfert il quale si andrà a posizionare nel sito A, ora il ribosoma scorre di una tripletta, portando gli amminoacidi tradotti presente dal sito P, a legarsi nel sito A. La tripletta codificata da P a questo punto passa al sito E, dove verrà rilasciato. In sintesi:
- Il sito A è il sito che attende l’arrivo di nuove triplette da codificare;
- Il sito P tiene salda la sequenza amminica, rilasciandola solamente quando il sito A ha tradotto un’ulteriore amminoacido;
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L’ipotesi del segnale
Come si è visto i ribosomi liberi e quelli legati alle membrane sintetizzano due classi di proteine tra loro differenti. Ma come può la cellula operare una simile distinzione? L’ipotesi del segnale, sviluppata nel 1971, afferma che l’informazione che permette di operare tale processo è contenuta nella sezione N-terminale della catena polipeptidica, che è la prima ad emergere dal ribosoma. Successivamente a quest’ipotesi si sono aggiunti dei dati di supporto che permisero di arrivare al seguente modello.
Il filamento di RNA messaggero da tradurre arriva al ribosoma che in quel momento è libero e contenuto nel citoplasma. Una volta iniziata la traduzione, nella parte N-terminale (anche se in alcuni polipeptidi è più interna) è contenuta una sequenza di 6-20 amminoacidi non polari. Tale sequenza viene riconosciuta da una particella di riconoscimento del segnale (SRP), una struttura formata da una molecola di RNA (RNA 7SL) e 6 catene polipetidiche, che vi si lega e blocca il suo prematuro ripiegamento e la continuazione della sintesi proteica. Ciò fa sì che il ribosoma possa arrivare alle membrane del reticolo endoplasmatico rugoso, invece di completare la traduzione della proteina che altrimenti sarebbe rilasciata nel citoplasma. La particella di riconoscimento del segnale legata agisce come un ligando che va a legarsi ad due recettori che si trovano sulla membrana citoplasmatica del reticolo endoplasmatico, uno per la SRP e l’altro per il ribosoma. Per creare il legame tra SRP ed il suo recettore è necessario che ad SRP si leghi una molecola di guanosina trifosfato (GTP). Successivamente l’SRP viene staccata dalla sequenza segnale e poi dal ribosoma, per idrolisi del GTP in guanosina difosfato (GDP) mentre la sequenza segnale va a legarsi ad una sezione d’un canale proteico transmembrana. Essendosi staccato l’SRP il ribosoma riprende la sintesi proteica ma la catena polipeptidica viene traslocata attraverso il canale e penetra nel reticolo endoplasmatico (traslocazione). Successivamente la sequenza segnale viene tagliata da un enzima proteolitico, la peptidasi del segnale, ed il resto della proteina viene sottoposta ad appositi processi di ripiegamento e di formazione di legami disolfuro. |
