Δομή του ιού
Virion Structure ορίζεται από τη συμμετρία καψιδίου και την παρουσία ή απουσία περιβλήματος. Ένα πλήρες σωματίδιο ιού ονομάζεται α βιριόν. Μορφολογία ιού έχει μελετηθεί εντατικά λόγω της σημασίας των ιών και της συνειδητοποίησης ότι η δομή του ιού είναι αρκετά απλή για να γίνει κατανοητή λεπτομερώς.
Η πρόοδος έχει σημειωθεί από τη χρήση πολλών διαφορετικών τεχνικών: ηλεκτρονική μικροσκοπία, περίθλαση ακτίνων Χ, βιοχημική ανάλυση και ανοσολογία. Αν και οι γνώσεις μας είναι ελλιπείς λόγω της τεράστιας ποικιλίας των ιών.
Γενικές Δομικές Ιδιότητες των ιών
Τα ιούς μπορεί να είναι εξαιρετικά μικροσκοπικά (διάμετρος περίπου 20 nm) στο ίδιο μέγεθος με ένα βακτηριακό κύτταρο σε σχήμα ράβδου (1,5 × 0,5 μm). Οι μικρότεροι είναι λίγο μεγαλύτεροι από τα ριβοσώματα, ενώ οι μιμιοί, μεταξύ των μεγαλύτερων γνωστών ιών, μπορούν να φανούν στο μικροσκόπιο φωτός. Ωστόσο, τα περισσότερα σωματίδια του ιού πρέπει να παρατηρούνται με ηλεκτρόνιο μικροσκόπια.
Τα απλούστερα ιοσωμάτια αποτελούνται μόνο από ένα νουκλεοκαψίδιο, το οποίο αποτελείται από ένα νουκλεϊκό οξύ, είτε DNA ή RNA, και μια πρωτεϊνική επικάλυψη που ονομάζεται καψίδιο. Το καψίδιο περιβάλλει το ιικό νουκλεϊκό οξύ, προστατεύει το ιικό γονιδίωμα και συχνά βοηθά στη μεταφορά του μεταξύ των κυττάρων-ξενιστών. Ορισμένα ιοσωμάτια καλύπτονται από μια λιπιδική μεμβράνη, και αυτοί ονομάζονται ιοί με περίβλημα, ενώ εκείνοι που δεν διαθέτουν μεμβράνη ονομάζονται μη περιτυλιγμένοι ή γυμνοί ιοί.
Παρατηρήστε τι λείπει από τους ιούς: Ριβοσώματα για σύνθεση πρωτεϊνών και μηχανισμός παραγωγής ATP. Το κυτταρόπλασμα απουσιάζει και, ενώ μπορεί να βρεθούν μερικά ένζυμα, δεν υπάρχουν αρκετά για τη διατήρηση των κυτταρικών διεργασιών.
Ιοί χωρίς περίβλημα κατασκευάστε ένα καψίδιο από πολλά αντίγραφα μιας πρωτεΐνης και μερικές δευτερεύουσες πρωτεΐνες. Κάθε υπομονάδα ονομάζεται πρωτομερές και χιλιάδες πρωτομερή αυτοσυναρμολογούνται για να σχηματίσουν το καψίδιο. Αντίθετα, οι ιοί με περίβλημα απαιτούν τόσο πρωτεΐνες νουκλεοκαψιδίου όσο και πρόσθετες πρωτεΐνες για να αγκιστρώσουν τη μεμβράνη. Μερικοί ιοί χρησιμοποιούν μη καψιδικές πρωτεΐνες ως σκαλωσιές πάνω στις οποίες συναρμολογούνται τα καψίδια. Πιθανώς το πιο σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της στρατηγικής σχεδιασμού είναι ότι το γονιδίωμα του ιού χρησιμοποιείται με μέγιστη αποτελεσματικότητα.
Για παράδειγμαο ιός μωσαϊκού καπνού (TMV) Το καψίδιο κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας έναν μόνο τύπο πρωτομερούς. Θυμηθείτε ότι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών είναι τα αμινοξέα και ότι το καθένα αμινοξέων κωδικοποιείται από τρία νουκλεοτίδια. Το πρωτομερές TMV έχει μήκος 158 αμινοξέων. Επομένως, μόνο περίπου 474 νουκλεοτίδια απαιτούνται για την κωδικοποίηση της πρωτεΐνης περιβλήματος. Ολόκληρο το γονιδίωμα του TMV αποτελείται από μόνο 6.400 νουκλεοτίδια.
Έτσι μόνο ένα μικρό κλάσμα του γονιδιώματος χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση του καψιδίου. Ας υποθέσουμε, ωστόσο, ότι το καψίδιο TMV αποτελούνταν από έξι διαφορετικά πρωτομερή, όλα μήκους περίπου 150 αμινοξέων. Εάν συνέβαινε αυτό, περίπου 2.700 νουκλεοτίδια στο γονιδίωμα TMV θα απαιτούνταν μόνο για την κατασκευή καψιδίων και πολύ λιγότερο γενετικό υλικό θα ήταν διαθέσιμο για άλλους σκοπούς.
Ελικοειδή καψίδια του ιού
Ελικοειδή καψίδια έχουν σχήμα κοίλου σωλήνες με πρωτεϊνικά τοιχώματα. Μωσαϊκό καπνού ιός είναι ένα καλά μελετημένο παράδειγμα δομής ελικοειδούς καψιδίουv. Η αυτοσυναρμολόγηση των πρωτομερών TMV σε μια ελικοειδή διάταξη παράγει έναν άκαμπτο σωλήνα. Το καψίδιο περικλείει ένα γονιδίωμα RNA, το οποίο τυλίγεται σε μια σπείρα και βρίσκεται μέσα σε μια αυλάκωση που σχηματίζεται από τις πρωτεϊνικές υπομονάδες. Δεν είναι όλα τα ελικοειδή καψίδια τόσο άκαμπτα όσο το καψίδιο TMV. Τα νουκλεοκαψίδια των ιών της γρίπης είναι λεπτά και εύκαμπτα και περικλείονται μέσα σε ένα περίβλημα.
Το μέγεθος ενός ελικοειδούς καψιδίου επηρεάζεται τόσο από τα πρωτομερή του όσο και από το ιικό γονιδίωμα. Η διάμετρος του καψιδίου είναι συνάρτηση του μεγέθους, του σχήματος και των αλληλεπιδράσεων των πρωτομερών. Το μήκος του καψιδίου φαίνεται να καθορίζεται από το νουκλεϊκό οξύ επειδή ένα ελικοειδές καψίδιο δεν εκτείνεται πολύ πέρα από το τέλος του ιικού γονιδιώματος.
Εικοσαεδρικά καψίδια του ιού
Το εικοσάεδρο είναι ένα κανονικό πολύεδρο με 20 ισόπλευρες τριγωνικές όψεις και 12 κορυφές. Τα εικοσάεδρα καψίδια είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να περικλείσετε έναν χώρο. Κατασκευάζονται από συγκροτήματα σε σχήμα δακτυλίου ή πόμολο πέντε ή έξι πρωτομερών. τα συγκροτήματα ονομάζονται καψομερή.
Καψομερή που αποτελούνται από πέντε ονομάζονται πρωτομερή πενταμερή (πεντόνια); εξάμερα (εξόνια) είναι καψομερή που διαθέτουν έξι πρωτομερή. Τα πενταμερή βρίσκονται συνήθως στις κορυφές του εικοσάεδρου, ενώ τα εξαμερή σχηματίζουν γενικά τις άκρες και τις τριγωνικές όψεις του. Τα ιοσωμάτια ορισμένων ιών RNA έχουν πενταμερή και εξαμερή κατασκευασμένα με έναν μόνο τύπο υπομονάδας. Άλλα βιριόντα έχουν πενταμερή και εξαμερή που αποτελούνται από διαφορετικές πρωτεΐνες. Αν και πολλά εικοσαεδρικά καψίδια περιέχουν και πενταμερή και εξαμερή, μερικά έχουν μόνο πενταμερή.
Καψίδια σύνθετης συμμετρίας
Οι περισσότεροι ιοί έχουν είτε εικοσάεδρος ή ελικοειδή καψίδια, αλλά ορισμένοι ιοί δεν ταιριάζουν σε καμία κατηγορία. Ιοί ευλογιάς και μεγάλα βακτηριοφάγους είναι δύο σημαντικά παραδείγματα.
Τα ιοσωμάτια του ιού ευλογιάς είναι από τους μεγαλύτερους από τους ζωικούς ιούς (με μέγεθος περίπου 400 επί 240 επί 200 nm) και μπορούν να φανούν με μικροσκόπιο φωτός. Διαθέτουν μια εξαιρετικά πολύπλοκη εσωτερική δομή με ωοειδές έως τούβλο εξωτερικό. Η μορφολογία ιοσωμάτων του ιού της δαμαλίτιδας. Το δίκλωνο γονιδίωμά του DNA σχετίζεται με πρωτεΐνες και περιέχεται στον πυρήνα, μια κεντρική δομή που έχει σχήμα αμφίκυρτου δίσκου και περιβάλλεται από μια μεμβράνη. Δύο πλευρικά σώματα βρίσκονται μεταξύ του πυρήνα και του εξωτερικού περιβλήματος του ιού και περιέχουν ιικά ένζυμα.
Μερικοί μεγάλοι βακτηριοφάγοι έχουν ιοσωμάτια που είναι ακόμη πιο περίτεχνα από αυτά των ιών ευλογιάς. Τα ιοσωμάτια των φάγων Τ2, Τ4 και Τ6 (Τ-ζυγοί φάγοι) που μολύνουν την Escherichia coli λέγεται ότι έχουν δυαδική συμμετρία επειδή έχουν κεφάλι που μοιάζει με εικοσάεδρο και ουρά που είναι ελικοειδής.
Η εικοσαεδρική κεφαλή περιέχει το γονιδίωμα του DNA. Η ουρά αποτελείται από ένα κολάρο που το ενώνει με το κεφάλι, έναν κεντρικό κοίλο σωλήνα, μια θήκη που περιβάλλει τον σωλήνα και μια σύνθετη πλάκα βάσης. Στους φάγους-ζυγούς Τ, η πλάκα βάσης είναι εξαγωνική και έχει μια καρφίτσα και μια ενωμένη ίνα μακριάς ουράς και μια ίνα κοντής ουράς σε κάθε γωνία.
Ιικοί φάκελοι και ένζυμα
Τα νουκλεοκαψίδια πολλών ζωικών ιών, ορισμένων φυτικών ιών και τουλάχιστον ενός βακτηριακού ιού περιβάλλονται από ένα εξωτερικό μεμβρανώδες στρώμα που ονομάζεται περίβλημα. Οι φάκελοι των ζωικών ιών συνήθως προέρχονται από τις πλάσμα ή τις πυρηνικές μεμβράνες του κυττάρου ξενιστή. Ως εκ τούτου, τα λιπίδια και οι υδατάνθρακες του περιβλήματος λαμβάνονται από τον ξενιστή. Αντίθετα, οι πρωτεΐνες φακέλου κωδικοποιούνται από ιικά γονίδια και μπορεί ακόμη και να προβάλλουν από την επιφάνεια του φακέλου ως αιχμές, που ονομάζονται επίσης πεπλομερή.
Σε πολλές περιπτώσεις, οι αιχμές εμπλέκονται στην προσκόλληση ιοσωμάτων στην επιφάνεια του κυττάρου ξενιστή. Επειδή οι αιχμές διαφέρουν μεταξύ των ιών, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την αναγνώριση ορισμένων ιών. Πολλοί ιοί με περίβλημα έχουν ιοσωμάτια με κάπως μεταβλητό σχήμα και ονομάζονται πλειομορφικοί. Ωστόσο, οι φάκελοι των ιών όπως οι ιοί της λύσσας σε σχήμα σφαίρας είναι σταθερά συνδεδεμένοι με το υποκείμενο νουκλεοκαψίδιο και προσδίδουν στο ιοσωμάτιο ένα σταθερό, χαρακτηριστικό σχήμα.
Ο ιός της γρίπης είναι ένας καλά μελετημένος ιός με περίβλημα με δύο τύπους αιχμών. Ορισμένες αιχμές αποτελούνται από το ένζυμο νευραμινιδάση, το οποίο λειτουργεί στην απελευθέρωση ώριμων ιοσωμάτων από το κύτταρο ξενιστή. Άλλες αιχμές είναι η αιμοσυγκολλητίνη πρωτεΐνεςονομάστηκε έτσι επειδή δεσμεύουν ιοσωμάτια με ερυθρά αιμοσφαίρια και προκαλούν τη συσσώρευση των κυττάρων μαζί μια διαδικασία που ονομάζεται αιμοσυγκόλληση.
Οι αιμοσυγκολλητίνες του ιού της γρίπης συμμετέχουν στην προσκόλληση ιοσωμάτων στα κύτταρα ξενιστές. Οι περισσότερες από τις πρωτεΐνες του φακέλου του είναι γλυκοπρωτεΐνες – πρωτεΐνες που έχουν υδατάνθρακες συνδεδεμένους σε αυτές. Μια μη γλυκοσυλιωμένη πρωτεΐνη, η πρωτεΐνη Μ1 (μήτρα), βρίσκεται στην εσωτερική επιφάνεια του φακέλου και σταθεροποιεί τόσο το λιπιδικό περίβλημα όσο και την εμφάνιση και των δύο τύπων ακίδας.
Εκτός από τα ένζυμα που σχετίζονται με το περίβλημα ή το καψίδιο (π.χ. νευραμινιδάση της γρίπης), ορισμένοι ιοί έχουν ένζυμα μέσα στα καψίδια τους. Τέτοια ένζυμα συνήθως εμπλέκονται στην αντιγραφή νουκλεϊκού οξέος. Για παράδειγμα, τα ιοσωμάτια του ιού της γρίπης έχουν γονιδίωμα RNA και φέρουν ένα ένζυμο που συνθέτει RNA χρησιμοποιώντας ένα πρότυπο RNA. Έτσι, παρόλο που οι ιοί στερούνται αληθινού μεταβολισμού και δεν μπορούν να αναπαραχθούν ανεξάρτητα από τα ζωντανά κύτταρα, τα ιοσωμάτιά τους μπορεί να φέρουν ένα ή περισσότερα ένζυμα απαραίτητα για την ολοκλήρωση του κύκλου ζωής τους.
Τα ιικά γονιδιώματα είναι δομικά διαφορετικά
Μια σαφής διάκριση μεταξύ κυτταρικών οργανισμών και ιών είναι η φύση των γονιδιωμάτων τους. Τα κυτταρικά γονιδιώματα είναι πάντα δίκλωνο (ds) DNA. Οι ιοί, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούν και τους τέσσερις πιθανούς τύπους νουκλεϊκών οξέων: dsDNA, μονόκλωνο (ss) DNA, ssRNA και dsRNA. Και οι τέσσερις τύποι χρησιμοποιούνται από ζωικούς ιούς. Οι περισσότεροι φυτικοί ιοί έχουν γονιδιώματα ssRNA και οι περισσότεροι βακτηριακοί και αρχαιοειδείς ιοί έχουν dsDNA. Το μέγεθος των ιικών γονιδιωμάτων ποικίλλει επίσης πολύ.
Τα πολύ μικρά γονιδιώματα είναι περίπου 4.000 νουκλεοτίδια – αρκετά μεγάλα για να κωδικοποιήσουν τρεις ή τέσσερις πρωτεΐνες. Ορισμένοι ιοί εξοικονομούν επιπλέον χώρο χρησιμοποιώντας επικαλυπτόμενα γονίδια. Στο άλλο άκρο βρίσκονται τα γονιδιώματα των πανδοραιών,
που μολύνουν πρωτιστές. Είναι περίπου 2,5 × 106 νουκλεοτίδια μακρά, που ξεπερνούν ορισμένα βακτήρια και αρχαία στην κωδικοποίηση
χωρητικότητα.
Οι περισσότεροι ιοί DNA χρησιμοποιούν το dsDNA ως γενετικό τους υλικό. Ωστόσο, ορισμένα έχουν γονιδιώματα ssDNA (π.χ. ϕX174 και M13). Και στις δύο περιπτώσεις, τα γονιδιώματα μπορεί να είναι είτε γραμμικά είτε κυκλικά. Τα άκρα των γραμμικών ιικών γονιδιωμάτων μπορεί να είναι ομοιοπολικά κλειστά, συνδεδεμένα με μια πρωτεΐνη ή με άλλο τρόπο καλυμμένα. Ορισμένα γονιδιώματα DNA μπορούν να αλλάξουν από τη μια μορφή στην άλλη. Για παράδειγμα, το Ε. coli Οι φάγοι λάμδα έχει ένα γραμμικό γονιδίωμα στο καψίδιο του, αλλά γίνεται κυκλικό μόλις εισέλθει στο κύτταρο ξενιστή.
Σχετικά λίγοι ιοί RNA έχουν γονιδιώματα dsRNA. Πιο συνηθισμένοι είναι ιοί με γονιδιώματα ssRNA. Η πολιομυελίτιδα, το μωσαϊκό καπνού, η λύσσα, η γρίπη και ανθρώπινη ανοσοανεπάρκεια (HIV) είναι όλοι ιοί ss-RNA.
Ορισμένοι ιοί RNA έχουν τμηματοποιημένα γονιδιώματα – γονιδιώματα που αποτελούνται από πολλαπλά κομμάτια (τμήματα) RNA. Σε πολλές περιπτώσεις, κάθε τμήμα κωδικοποιεί μία πρωτεΐνη και μπορεί να υπάρχουν έως και 10 έως 12 τμήματα. Συνήθως όλα τα τμήματα περικλείονται στο ίδιο καψίδιο. Ωστόσο, το γονιδίωμα του ιού του μωσαϊκού βρωμίου, ενός ιού που μολύνει ορισμένα χόρτα, αποτελείται από τρία τμήματα κατανεμημένα σε τρία διαφορετικά ιοσωμάτια.
Αναφορά και Πηγές
- https://www.slideshare.net/PRIYAKUMARI45/structural-symmetry-of-viruses
- https://www.researchgate.net/publication/233394888_Assembly_stability_and_dynamics_of_virus_capsids
- https://quizlet.com/149231652/prescott-microbiology-chapter-6-flash-cards/
- https://www.researchgate.net/publication/282127373_The_rapidly_expanding_universe_of_giant_viruses_Mimivirus_Pandoravirus_Pithovirus_and_Mollivirus
- http://www.science.gov/topicpages/t/teno+sus+viruses.html
- https://www.researchgate.net/publication/276146730_Influenza_virusmediated_membrane_fusion_Structural_insights_from_electron_microscopy
- https://quizlet.com/170615486/prescott-microbiology-chapter-6-viruses-final-flash-cards/
- https://www.gscgandhinagar.in/assets/admin/images/Unit%201General%20characteristics%20of%20viruses.pdf
- https://en-academic.com/dic.nsf/enwiki/11126443
- https://quizlet.com/20062151/microbiology-flash-cards/
- https://quizlet.com/ca/277067578/biol232-midterm-2-flash-cards/
- https://www.researchgate.net/profile/Tetsuro-Okuno/publication/15604530_Inhibition_of_brome_mosaic_virus_BMV_amplification_in_protoplasts_from_transgenic_plants_expressing_replicable_BMV_RNAs/links/0912f5112f4772da09000000/Inhibition-of-brome-mosaic-virus-BMVamplification-in-protoplasts-from-transgenic-plants-expressing-replicable- BMV-RNAs.pdf
