viruso - C4 Flashcards
subunitate
Un singur lanț polipeptidic
pliat simplu
Unitate structurală (protomer, unitate
asimetrică)
Unitate din care sunt construite capsidele sau
nucleocapsidele; formata din una sau mai multe subunități
capsida
Învelișul proteic din jurul genomului
Anvelopa (membrana virala)
derivata intodeauna din stratul celular bilipidic (ce
conține glicoproteine virale)
Nucleocapsida (nucleul viral)
– acidul nucleic + proteine ; termen folosit atunci
când vorbim despre o substructură a particulei virale (este o nucleocapsidă pentru sa se află in interiorul unei membrane)
virion
particula virala infectioasa
particulele virale sunt……
+ roluri
metastabile
1. Trebuie să protejeze genomul (stabil)
2. Trebuie sa „livreze” genomul in celula gazda pentru a declanșa infecția (instabil)
exemplu de semnal ce determina trecerea dintr o stare stabila in una instabila
atasarea la receptor, un pH scăzut,
o enzima (o proteaza) care clivează proteine structurale
Energia introdusă în particula virala în timpul asamblării („spring loaded », sau resort) este
energia potențială utilizată pentru dezasamblare (dacă celula furnizează un semnal adecvat)
structura stabila
Creată prin dispunerea simetrică a multor proteine identice
pentru a asigura un contact maxim
structura instabila
-Structura nu este de obicei legată permanent (legături non-covalente)
- Poate fi demontată sau slăbită pentru a elibera sau expune
genomul
Metodele de studiu ale biologiei
structurale virale
- Microscopie electronică
- Cristalografie cu raze X
- Microscopie crio-electronică (cryoEM) și tomografie crio-electronică
- Spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară (RMN)
ME (limite)
-Materialele biologice au un contrast inerent redus: trebuie colorate
-Colorare negativă cu „electron-dense material”, (uranyl acetate, phosphtungstate) : virus + uranyl acetate + electroni(1959); (ce bombardează imaginea)
- Rezoluție 50-70 A ° (alpha helix = 10 A ° diametru; 1A ° = 0,1 nm)
- Interpretarea structurală detaliată este imposibilă
X-ray crystallography
-2- 3 A° pentru virusuri
-Cristalografia cu raze X este o tehnică pentru determinarea structurii tridimensionale a moleculelor,inclusiv a macromoleculelor biologice complexe, cum ar fi proteinele și acizii nucleici.
* Este un instrument puternic în elucidarea structurii tridimensionale a unei molecule la rezoluție atomică.
* Datele sunt colectate prin difracția razelor X dintr-un singur cristal, care are un aranjament ordonat (atomii din cristal se repetă în mod regulat).
* Pe baza modelului de difracție obținut din împrăștierea razelor X de pe ansamblul periodic al moleculelor
sau atomilor din cristal, densitatea cristalului poate fi reconstituită si deci al virusului
Cryo-electron microscopy ( cryoEM) - etape
- Particulele virale + solutie apoasa =
congelare - Particulele virale sunt fotografiate: sute si
sute de fotografii (particule care sunt
orientate diferit in spațiu 3R) - Analiza (sofware) : pentru asamblarea
acestor imagini într-o imagine 3R
Excelenta metoda pentru virusurile mari
A castigat in rezolutie in ultimii ani
Cate particule virale exista? Care sunt ?
3 particule virale
-helicoidale
-icosaedrale
complexe asimetrice
in constructia unei particule virale ……. este cheia
simetria
majoritatea particulelor virale sunt …….
sferice sau in forma de tija
Deoarece genoamele virusurilor sunt mici (!) ele ar
trebui construite cu ………
multe copii al doar câtorva proteine (economie genetică dar si pentru
stabilitate)
Subunitatea proteică identică este distribuită cu o
simetrie helicoidală pentru virusurile în formă de …..
tija
Subunitatea proteică identică este distribuită cu o
simetrie ocosaedrala pentru virusurile în formă de …..
sfera
regulile de simetrie
Regula 1: Fiecare subunitate are contacte de legătură „identice” cu vecinii săi:
- Interacțiunea repetată a suprafețelor (chimic complementare) la interfețele subunităților duce în mod natural la un aranjament simetric
Regula 2: Aceste legături sunt de obicei ne-covalente
- Reversibil; asamblare fără erori (daca există o eroare atunci
acestea pot fi corectate pentru că procesul este reversibil)
VLPs sau „virus like particles”
Multe proteine (sub-unitati) ce formează capsidele se pot autoasambla în particule asemănătoare virusului
nu au acid nucleic
utilizate pt vaccinuri
- Vaccinurile VHB (hepatita B) , HPV (Papiloma virus) sunt VLPs produse în drojdie (Saccharomyces cerevisiae)
- Circovirus porcin : VLP circovirus porcin de tip 2 este capsida exprimata de baculovirus (virus ce infectează insectele)
- Necroza pancreatică infecțioasă (somon) : VP2 exprimată de Escherichia coli
ce virusuri prezinsta simetrie helicoidala?
virusurile plantelor (nu au anvelopa): transmise prin acțiuni mecanice: utilaje si insecte
Virusurile animale cu simetrie helicoidală sunt întotdeauna
înconjurate de o membrana (nucleocapsida: substructura)
Caracteristica unei structuri helicoidale este aceea că
poate include orice volum prin simpla modificare a lungimii structurii : structuri deschise
virusul stomatitei veziculare
-Utilizat ca vector pentru productia
de vaccinuri (Ebola vaccin)
-simetrie helicoidala
Stomatita veziculară afectează în principal ecvideele, bovinele și porcii.
Oile și caprele pot dezvolta semne clinice, deși acest lucru
este mai puțin frecvent, iar camelidele sud-americane sunt, de asemenea, afectate
Virusuri ARNss(-) cu anvelopa si cu o
simetrie helicoidala
- Paramyxoviridae (rujeola, oreionul)
- Rhabdoviridae (rabia)
- Orthomyxoviridae (influenza virus)
- Filoviridae (Ebola virus)
- Nucleocapsida este ansamblul acid nucleic-proteină (sub-structura) care este inconjurat de o memebrana
- De ce această structură în virusurile ARN cu (-)? Deoarece acestea trebuie copiate de o ARN polimerază (care este transportată în nucleocapside)
Virusuri ssRNA (+) cu anvelopa si capsidele helicoidale
Coronaviridae (SARS-CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2)
Cum este posibil să construiască o capsidă rotundă utilizând
proteine cu forme neregulate?
Indiciul nr. 1: Toate capsidele rotunde au un număr precis de
proteine; multiplii de 60 cel mai adesea (60, 180, 240, 960)
Indiciul nr. 2: Virusurile sferice sunt de mai multe dimensiuni, dar proteinele capsidei au o medie de 20-60 kDa
Watson & Crick au concluzionat că acestea sunt construite cu simetrie icosaedrică
caracteristici icosaedru
- solid cu 20 de fețe (fiecare un triunghi echilateral) : (proteinele virale nu sunt triunghiulare si deci fiecare fata este formata din cel puțin 3 proteine virale; pot fi aceeași sau 3 proteine diferite = unitatea structurala care se va repeta pentru a forma capsida)
- 12 vârfuri legate de axe de simetrie: 5x, 3x și 2x
- Permite formarea unei structuri închise cu cel mai mic număr (60) de subunități identice
(deci cele mai mici particule de virus sunt
produse de 60 de proteine identice)
capside icosaedrale simple
- Compus din 60 de subunități proteice
identice - Un trimer al subunității proteice este
unitatea structurală - Interacțiunile tuturor moleculelor
(proteinelor) cu vecinii lor sunt identice
(cap la cap, coadă la coadă) - Trimerul unei singure proteine virale
(subunitatea) corespunde fiecărei fețe
triunghiulare. - Toate subunitățile interacționează cu
subunitățile vecine identic sau echivalent. - Particulele sunt sferice, nu icosaedrice!
Cum sunt construite virusurile mai mari?
-prin aditia de mai multe subunitati
- Pentameri & hexameri
- Trei moduri de asamblare a subunităților
- Interacțiunile de legătură nu mai sunt
identice ci sunt cvaziechivalente
(Interacțiuni aproape identice): toți se
angajează coadă la coadă și cap la cap
- Cvaziechivalenta
= interacțiuni
necovalente ale subunitatilor (sunt
similare dar nu identice) („coada la
coada cap la cap”)
ce semnifica T?
-nr de triangulatii
-nr de unitati structurale pe fiecare fata triunghiulara a icosaedrului
capsidele cu T mai mare de 1, au o simetrie de tip?
hexamere
cele mai mici virusuri
picornavirusuri-la animale
Poliovirus (Picornaviridae)
Particulele virale au un diametru de aproximativ 30 nm încastrând un genom (+) ss RNA, de aproximativ 7,5 kb.
La capătul 5’,genomul are atașată (covalent) o proteină (VPg)
* 60 de protomeri de VP1, VP2, VP3 = 180 subunități
* T= 3 x 60 = 180
- Interacțiunea dintre cele 5 molecule de VP1 (doar in jurul celor 5 axe de simetrie) are drept rezultat formarea unor proeminențe ce depășesc capsida cu aproximativ 25 Å.
- Prezența acestor proeminențe determină formarea unor depresiuni importante numite canioane. Aceste canioane pot conține locul de atașare a receptorului.
SV40 (Polyomavirus)
- Capsida acestor mici polyomavirusuri (DNA genom) are un diametru de aproximativ 50 nm este organizata într-un design diferit fără a respecta principiul de cvasiechivalență.
- Unitatea structurală este un pentamer al proteinei structurale majore.
- Capsida este astfel construita din 72 de astfel pentamere care se angajează în una dintre cele două tipuri de interacțiuni:
- 12 pentamere se găsesc în jurul celor 5 axe de simetrie, fiecare fiind înconjurat de 5 vecini
- Restul de 60 de pentamere sunt înconjurate de 6 vecini în jurul celor 6 axe de simetrie.
adenovirus
capsida mare complexa
720 copii proteina virala
Capsida particulelor virale ( diametru maxim de 150 nm) are o aparenta icosaedrala și prezintă la suprafața celor 12 vârfuri niște formațiuni numite fibre.
Fiecare astfel de fibră prezintă un buton distal ce se atașează la receptorul virusului.
Aceste fibre sunt atașate la fiecare vârf la nivelul celor 5 axe de simetrie (12 „penton base”).
Formarea acestui tip de capsida depinde de
interacțiunile neechivalente dintre subunitățile proteice (structurile hexamerice înconjură structurile
pentamerice dar și celelalte structuri hexamerice).
Capside complexe cu doua straturi de proteine cu o simetrie icosaedrala
reovirusuri
- fara anvelopa
bacteriofagi
Coada este atașată la unul din cele 12 vârfuri ale capsidei (capsida are simetrie icosaedrică).
Coada este o tijă complexă - folosește simetria helicoidală în multe locuri - unele cozi sunt contractile pentru a injecta ADN-ul in bacterii
Herpes simplex virus
*O singură proteină (VP5) formează hexonii si pentonii unei structuri icosaedrice cu T = 16. Subunitățile VP5 ce formează nucleocapsida adoptă conformații diferite in cadrul
pentonilor sau la hexonilor.
* Acest înveliș aparent icosaedric este de fapt o structură asimetrică:1 dintre cele 12 vârfuri este ocupat nu de un penton VP5, ci de o structură unică numită portal. Portalul cuprinde 12 copii ale proteinei UL6 și este un cilindru gol, care este mai larg la unul din capete si înconjurat de un inel cu două niveluri la capătul mai larg.
* Incorporarea portalui, care este conectat la membrana virală este importantă fiind implicat în mecanismele de asamblare și de eliberare a genomului în timpul intrării în celula gazdă.
Anvelopele virale variază considerabil în funcție de :
- Mărime
- Morfologie
- Complexitate
- Compoziția lipidelor
- Numărul proteinelor și localizarea lor
Unele virusuri posedă, în plus de capsidă, o anvelopă. Această anvelopă formată din proteine virale conține o membrană care este derivată din membranele celulare.
Genomul viral ………. sistemul de sinteza lipidică
nu codifica
- Anvelopa este dobândită prin……
înmugurirea nucleocapsidei printr-o membrană celulară
- Poate fi orice membrană celulară, dar este specifică
virusului (membrana plasmatică, RE, Golgi) - Nucleocapsidele din interiorul anvelopei pot avea o simetrie helicoidală sau icosaedrică
glicoproteinele anvelopei virale
- Glicoproteinele virale sunt proteine intramembranare (solid ancorate în stratul lipidic) ce prezintă un scurt domeniu membranar („membrane-spanning domain”).
- El separă domeniul extern (ce cuprinde numeroase oligozaharide) de domeniul intern, format din mici segmente:
- Domeniul extern (ectodomen) conține locuri de atașare a receptorilor virali, determinanți antigenici precum și segmente care mediază fuziunea particulelor virale cu membranele celulare, proces ce are loc în timpul pătrunderii
virusului în celulă. - Domeniul intern (care este în contact cu alte componente ale particulei virale) este adesea esențial pentru asamblarea virusului.
tipuri de anvelope dupa pozitia glicoproteinelor
Anvelope nestructurate - Glicoproteinele sunt așezate aleatoriu
Anvelope structurate (Flavivirus): proteinele urmează
o arhitectura icosaedrala.
Nucleocapside helicoidale vs icosaedrice
Nucleocapside icosaedrale- anvelope structurate
Nucleocapside helicoidale – anvelope nestructurate (influenza)
Particule virale complexe (fara simetrie)
Poxvirus, pandoravirus
Alte componente ale virionilor
- Enzime
- polimeraze, integraze, proteine asociate
- proteaze
- poli(A) polimeraza
- enzime de limitare („capping”)
- topoizomeraze
- Activatori, responsabili de degradarea ARNm, (necesari pentru o infecție eficientă)
- Componente celulare - histone, ARNt, lipide, și multe altele
