Estructura, Morfología y Clasificación Viral PDF

Estructura y morfología viral Los virus son ácidos nucleicos envueltos en una cubierta proteica y que algunas veces tiene una envoltura lipídica. (No todos tienen esa envoltura lipídica, solo algunas familias importantes la presentan). La envoltura lipídica se obtie...

Estructura y morfología viral Los virus son ácidos nucleicos envueltos en una cubierta proteica y que algunas veces tiene una envoltura lipídica. (No todos tienen esa envoltura lipídica, solo algunas familias importantes la presentan). La envoltura lipídica se obtiene a partir de las células que el virus infectó previamente y se adquiere de la membrana celular externa y de otras estructuras con membrana en la célula como el núcleo, el complejo de Golgi y el retículo endoplásmico, inclusive de una vacuola. Esta membrana lipídica presenta además de los componentes lipídicos propios de la membrana celular, proteínas virales que han sido acopladas o expresadas en la membrana celular o en la membrana de la célula durante el proceso de replicación del virus. El ácido nucleico va a codificar la información genética para la producción de las proteínas de la envoltura proteica que protege al ácido nucleico. Las proteínas que están expresadas en la membrana viral también están codificadas en el material genético (azul). Sin embargo, la membrana no está codificada en el material genético, sino que es parte de la célula que el virus infectó. Existen dos tipos de virus: Virus desnudos: Los virus que son únicamente ácido nucleico y cubierta proteica. Virus envueltos: Presentan ácido nucleico, cubierta proteica y la membrana o envoltura que proviene de la célula. Cápside: es la cubierta proteica de los virus desnudos. Nucleocápside: Cuando las proteínas de cápside están asociadas de alguna manera al ácido nucleico. Los virus guardan la información genética tanto en ADN como en ARN, en comparación a los procariotas y eucariotas, que guardan su información genética en ADN. Los virus son ADN o ARN, pero no los dos. El hecho que traiga material genético distinto va a generar dificultades, limitaciones y complejidades a la hora de generar partículas virales a partir de una primera partícula viral. ÁCIDOS NUCLEICOS Un virus está diseñado para tener ADN o ARN, pero nunca los dos. Existen diferentes maneras de acomodo del material genético Virus ADN Virus que presentan ADN de doble banda como los organismos eucariotas. ADN de banda simple: también infectan seres humanos. Hay genomas lineales o circulares. Los circulares también pueden ser de banda simple o de banda doble. Virus ARN Pueden ser de doble banda, como los Rotavirus Pueden ser de banda simple, o ARN monocatenario. Los virus ARN banda simple se pueden clasificar las bandas simples de acuerdo con cierta estructura del material genético: 1. ARN de banda simple de polaridad positiva: ¿Cuál es el criterio que nos permite describir una banda simple de ARN con polaridad positiva? Si tiene o no sentido para un ribosoma. O sea que, si uno ve la estructura de la banda simple, se ve como un ARN mensajero, de tal manera que, si el ribosoma se pega a esa estructura, este genera una proteína en el proceso de traducción. 2. ARN de banda simple de polaridad negativa: Lo que permite decir que tienen polaridad negativa es que no tienen sentido para el ribosoma, o sea si el ribosoma se pega al ARN mensajero no generaría una proteína. El ARN de polaridad negativa es complementario al ARN de polaridad positiva -> Homología con el ADN: En el ADN son dos bandas. Si uno quisiera hacer la homología una banda es positiva y otra negativa en el ADN porque una de las bandas sirve de molde para generar el ARN mensajero. Aquí sería lo mismo, hay una banda que tiene polaridad positiva con sentido al ribosoma y la negativa no tiene sentido al ribosoma, pero es complementaria a la banda positiva entonces esto hace que la banda de complementariedad negativa guarde la información genética y se provoca a partir de esto un ARN mensajero. 3. ARN de banda simple ambisentido: Una porción del genoma no tiene sentido para el ribosoma mientras que otra porción sí lo tiene, entonces si el ribosoma se pegara en la porción positiva podría generar una proteína, pero no así en la parte negativa. En Centrándose en el material genético, normalmente, los virus presentan genoma haploide y diploide. Haploide: significa que solo presentan una copia de su material genético dentro de la cápside y en ese único segmento están codificadas todas las proteínas que necesita. La mayoría de virus lo son. Diploide: eso quiere decir que presenta dos copias de su material genético. Hay una familia importante que lo tiene (Retrovirus en clínica humana).  Si se toma una copia y se separara, y se tomara otra copia y se separara, ambas copias podrían generar una partícula viral nueva porque ambas codifican para la misma proteína, simplemente llevan su material dos veces dentro de su cápside. Por mucho tiempo no sé sabia para qué era, pero ahora se sabe que facilita en parte lo que son los procesos de evolución viral y recombinación genética del virus. Aparte, si una de las copias del virus está mutada, otra copia podría ayudar de una manera a suplir la mutación o problema que pueda generar en la replicación. Esto pasa principalmente en retrovirus. Virus con genoma segmentado: virus que presentan varios segmentos. Cada segmento codifica para proteínas distintas y en algunos virus, cada segmento codifica para una única proteína. También hay virus que pueden codificar para dos o tres proteínas, pero es importante entender que son segmentos diferentes. Esto es lo que los diferencia de los virus con genoma diploide. EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA En el ADN está la información genética, y para que funcione se debe de convertir en ARN para que sea traducido y se generen proteínas. Este era el dogma central de la biología hasta que aparecieron los virus. Recordemos que cuando hay ADN y se quiere producir más ADN, se da un proceso de replicación. Cuando pasamos de ADN y se genera ARNm, se habla de un proceso de transcripción. Cuando se pasa de ARN a proteínas es un proceso de traducción. Es importante entender estos conceptos porque cuando se meten los virus ARN se puede complicar la expresión de estos términos, sin embargo, siguen siendo iguales. Si hay un virus ARN y lo que genera es ARN para material genético, se habla de replicación, aunque pase de ARN a ARN porque produce material genético nuevo a partir del anterior. Esto rompe por un lado el dogma central de la biología, esto no se veía en las bacterias ni en las eucariotas. Cuando estoy en ARN y voy a pasar a convertir ARN, pero produce ARNm se habla de transcripción. De ARN a proteínas se sigue hablando de traducción. ¿Qué utiliza la célula para producir nuevo material genético? Las células eucariotas usan ADN polimerasa ADN dependiente para producir nuevo material genético. Cuando se está en transcripción, la célula utiliza la enzima una ARN polimerasa ADN dependiente, porque a partir del ADN produce ARN. Para pasar de ARN a proteínas, los ribosomas son esenciales. Cuando se descubrieron los virus, se demostró que solo se multiplicaban en células vivas, y que no había manera de recuperarlos en medios de cultivos de bacterias u otros medios. Eso llevo al concepto que hoy se dice que son parásitos intracelulares obligados. La única forma que tienen para reproducirse, o sea, generar más partículas virales, es a través de la maquinaria metabólica y enzimática de la célula que están infectando. El hecho de que los virus sean parásitos intracelulares obligados no significa que todos dependan de la maquinaria celular porque algunos como el parvovirus (virus ADN con genoma muy pequeño) realmente depende de todo lo que tiene la célula (ADN polimerasa ADN dependiente, ARN polimerasa ADN dependiente, factores de transcripción, etc), no traen nada aparte de su material genético y sus proteínas de cápside. Hay otros virus como los poxvirus como el virus variola, que son enormes, y su material genético es gigantesco, al punto que se dice que pueden traer hasta 200 proteínas codificadas y acarreadas en su partícula, no dependen enzimáticamente hablando de la célula que infectan. Estos virus traen sus propias enzimas (ADN polimerasa ADN dependiente, ARN polimerasa ADN dependiente, e inclusive factores de transcripción). Se menciona esto porque si hay un virus ADN, se logra explicar cómo si es un virus ARN puede moverse de la misma manera que el dogma central de la biología. Con los virus ADN hay problemas porque hacen cosas raras, pero los virus ARN tienen que replicarse y generar ARN tanto para material genético como para generar ARNm mediante replicación o transcripción. ¿Esto le genera un problema a los virus ARN? Sí, porque en las células eucariotas e inclusive procariotas, NO hay enzimas para pasar ARN a ARN. No hay una ARN polimerasa ARN dependiente. Si un virus ARN entra a una célula eucariota, quedaría ahí sin hacer absolutamente nada. ¿Cómo resolvería un Virus ARN que la célula eucariota no tiene una ARN polimerasa ARN dependiente? Un virus ARN de polaridad positiva, entra a la célula y el ribosoma cuando lee el ARN va a producir la polimerasa. Al haber una polimerasa, esta puede trabajar para replicar y transcribir material genético y ARNm. No solamente se trata de codificar, los virus de polaridad negativa también deben de codificar la ARN polimerasa ARN dependiente, sin importar si son polaridad positiva, negativa o ambisentido. En el caso de polaridad positiva, el ribosoma lee y produce o traduce la polimerasa y luego actúa. Los virus de polaridad negativa que no tienen sentido para el ribosoma no solo deben de codificar la proteína, sino acarrearla. Respuesta de pregunta de Cristina: El de polaridad negativa codifica su proteína y además la trae, cada vez que un virus ARN de polaridad negativa infecta una célula y empieza a producir partículas virales en esa célula, la polimerasa tiene que encontrar la forma de quedar atrapada dentro de la partícula viral nueva. Puntos importantes: Virus son parásitos intracelulares obligados. Aunque sean parásitos obligados, no significa que todos dependen de la misma manera de la maquinaria celular. Los virus tienen que codificar cualquier enzima que la célula no les dé. En el caso de los ARN polaridad negativa, no solo deben de codificar las proteínas, pero deben de acarrearla para empezar sus procesos. Fun fact: El ARN de coronavirus es de polaridad positiva. ¿Los ARN ambisentido deben acarrear también la enzima? Los ARN ambisentidos están clasificados en los de sentido negativo, entonces sí podrían traer la enzima polimerasa dentro de la partícula viral. CÁPSIDE Cuando vemos las proteínas de cápside, y la manera en que se acomplejan, se puede evidenciar algo conocido como simetría. Las partículas virales tienen un ácido nucleico que codifican para diferentes proteínas y parte de esas son las de la cápside. Estas proteínas tienen la capacidad de autoensamblarse, queriendo decir, que cuando se produce una gran cantidad de proteínas en el citoplasma de la célula infectada, estas proteínas se comienzan a acomodar (no se conocen las formas, pero funcionan como un lego o rompecabezas donde cada proteína va a calzar hasta generar una cápside). El ribosoma genera las proteínas a través del ARN, esas proteínas comienzan a ensamblarse entre sí. Cuando se acomodan, generan protómeros que son la subunidad estructural de los virus. Los protómeros son subunidades proteicas armadas a partir de unidades proteicas individuales. Cuando los protómeros se comienzan a ensamblar entre sí, generan capsómeros. Los capsómeros cuando comienzan a juntarse terminan generando la cápside viral. El protómero es la subunidad estructural, y el capsómero es la subunidad morfológica de los virus. En la imagen se ve como se acomoda la cápside viral, la representación es de un virus típico que tiene la simetría icosaédrica (cuerpo de 20 caras triangulares). No todos los virus tienen la forma exacta de un icosaédrico, pero la forma en que se acomodan permite generar cuerpos geométricos de ese tipo de morfología. No todos los virus son de simetría icosaédrica, algunos tienen simetría helicoidal. Los virus de simetría helicoidal normalmente hay una única proteína que funciona como una especie de lego, y las proteínas se acomodan una a la par de la otra de una manera elíptica. En la imagen cada bolita verde representa una proteína, y se ensamblan una encima de la otra y a la par de la otra. En este caso, el protómero y el capsómero son exactamente lo mismo (una bolita verde). Fun fact: virus del mosaico de tabaco tiene simetría helicoidal El hecho de que un virus sea de simetría helicoidal no quiere decir que va a tener forma tubular, porque por ejemplo, los virus influenza son de simetría helicoidal, pero adquieren formas esféricas, elípticas o como de ladrillo (son formas pleomórficas). Diferencia entre un protómero y capsómero: En las formas icosaédricas hay tres proteínas o más (dependiendo de la complejidad del virus) que se ensamblan y forman un protómero, estos se unen y forman un capsómero. En las formas helicoidales hay una sola proteína que se ensambla sobre sí misma, por ende, se salta la fase de protómero y capsómero. La simetría compleja mientras que la cola tiene simetría helicoidal. Por eso se llama simetría compleja. FUNCIONES Se autoensamblan, debe de ser ordenado, de nada le sirve al virus que se ensamble sin el ácido nucleico. Las proteínas tienen la forma de reconocer al ácido nucleico en ciertas de sus porciones, ya sea para que se ensamblen alrededor de él, o cuando ya estén ensambladas y finalmente una cápside completa, permitan el ingreso del ácido nucleico a la cápside. Hay una relación compleja entre estas proteínas y el material genético que protegen o guardan. En el caso de los virus desnudos, funcionan como proteínas que van a reconocer receptores en la célula que van a infectar. Las proteínas de cápside son las encargadas de entablar relaciones con las células que van a ser infectadas por el virus. Algo importante de esta interacción y protección que realizan las proteínas de cápside del ácido nucleico, es que de un lado es suficientemente fuerte para que no haya daño al material genético, pero de otro lado debe de ser lo suficientemente flexible para que cuando la partícula viral entre a la célula, esta se desensamble liberando el material genético fuera de la partícula viral pero dentro de la célula. Cambios en el pH pueden causar que se desensamble. Algunos virus no se desensamblan completamente.  Los virus envueltos, las proteínas de cápside deben tener también una función importante: interactuar con las proteínas virales que estaban expresadas en la membrana del virus envuelto (proveniente de la célula). Algunas proteínas tienen dominios transmembrana, extensiones de la parte citoplasmática, entonces se debe de interactuar con ellas. Esto es para que la membrana se logre acoplar a la cápside y termine de envolver por completo al virus. Pregunta: ¿receptores salen a partir de la cápside? Recordar que los virus secuestran a la célula, y la maquinaria celular lo que hace es producir partículas virales. Si se piensa en una célula, recordar que las proteínas en eucariotas pasan por el retículo endoplásmico, y el complejo de Golgi. En muchos de los casos, esa interacción lleva a esas proteínas a la membrana de las células y eso es lo que pasa en los virus. Expresan sus proteínas de acuerdo al camino de citoplasma, complejo de Golgi, membrana celular. En la membrana celular están codificadas las proteínas del virus que menciona anteriormente. Cada color es una proteína diferente, ver como el patrón de colores se repite una y otra vez. Hay simetrías icosaédricas que son formados por una sola proteína, otras por varias. Se acomodan de ciertas formas para autoensamblarse. En algunos virus la cápside genera protuberancias que son las que de alguna forma u otra interactúan con la célula para el proceso de infección. Para que quede claro lo que es la diferencia entre protómeros y capsómeros