Morfologie virů
Viry všech tvarů a velikostí se skládají z jádra tvořeného nukleovou kyselinou, vnějšího proteinového obalu neboli kapsidy a někdy i vnějšího obalu.
Cíle učení
Popsat vztah mezi virovým genomem, kapsidou a obalem
Klíčové poznatky
Klíčové body
- Viry se dělí do čtyř skupin podle tvaru: vláknité, izometrické (neboli ikosaedrické), obalené a s hlavou a ocasem.
- Mnohé viry se připojují ke svým hostitelským buňkám, aby usnadnily průnik buněčnou membránou, což umožňuje jejich replikaci uvnitř buňky.
- Neobalené viry mohou být odolnější vůči změnám teploty, pH a některým dezinfekčním prostředkům než viry obalené.
- Jádro viru obsahuje malý jednořetězcový nebo dvouřetězcový genom, který kóduje bílkoviny, jež virus nemůže získat z hostitelské buňky.
Klíčové pojmy
- kapsida: vnější bílkovinný obal viru
- obal: uzavírající struktura nebo obal, například membrána
- vláknitý: Mající podobu vláken nebo nití
- izometrický: (zejména v krystalografii)
Morfologie virů
Viry jsou acelulární, což znamená, že jsou biologické entity, které nemají buněčnou strukturu. Proto postrádají většinu složek buněk, jako jsou organely, ribozomy a plazmatická membrána. Virion se skládá z jádra tvořeného nukleovou kyselinou, vnějšího bílkovinného obalu neboli kapsidy a někdy z vnějšího obalu tvořeného bílkovinnými a fosfolipidovými membránami pocházejícími z hostitelské buňky. Kapsida se skládá z proteinových podjednotek zvaných kapsomery. Viry mohou obsahovat i další bílkoviny, například enzymy. Nejzřetelnějším rozdílem mezi členy virových rodin je jejich morfologie, která je poměrně rozmanitá. Zajímavým rysem složitosti virů je, že složitost hostitele a složitost virionu spolu nesouvisí. Jedny z nejsložitějších struktur virionů lze pozorovat u bakteriofágů, virů, které infikují nejjednodušší živé organismy: bakterie.
Morfologie
Příklad viru připojeného k hostitelské buňce: Virus KSHV se váže na receptor xCT na povrchu lidských buněk. Toto přichycení umožňuje pozdější průnik buněčnou membránou a replikaci uvnitř buňky.
Viry mají mnoho tvarů a velikostí, které jsou však pro každou virovou rodinu jednotné a odlišné. Obecně se tvary virů dělí do čtyř skupin: vláknité, izometrické (neboli ikosaedrické), obalené a s hlavou a ocasem. Vláknité viry jsou dlouhé a válcovité. Mnoho rostlinných virů je vláknitých, včetně viru TMV (virus tabákové mozaiky). Izometrické viry mají tvar zhruba kulovitý, například poliovirus nebo herpesviry. Obalené viry mají membrány obklopující kapsidy. Živočišné viry, jako je HIV, jsou často obalené. Viry s hlavou a ocasem infikují bakterie. Mají hlavu, která je podobná ikosaedrickým virům, a tvar ocasu jako vláknité viry.
Mnoho virů používá nějaký druh glykoproteinu k připojení ke svým hostitelským buňkám prostřednictvím molekul na buňce, které se nazývají virové receptory. Pro tyto viry je připojení podmínkou pro pozdější průnik buněčnou membránou, což jim umožňuje dokončit replikaci uvnitř buňky. Receptory, které viry používají, jsou molekuly, které se běžně nacházejí na povrchu buněk a mají své fyziologické funkce. Viry se jednoduše vyvinuly tak, aby tyto molekuly využívaly ke své vlastní replikaci.
Tvar virionu a přítomnost či nepřítomnost obalu nám celkově říkají jen málo o tom, jakou nemoc může virus způsobit nebo jaký druh může infikovat, ale přesto jsou užitečnými prostředky pro zahájení klasifikace virů. Mezi nejsložitější známé viriony patří bakteriofág T4, který infikuje bakterii Escherichia coli, má strukturu ocasu, kterou virus používá k přichycení k hostitelským buňkám, a strukturu hlavy, v níž se nachází jeho DNA. Adenovirus, neobalený živočišný virus, který způsobuje respirační onemocnění u lidí, používá k připojení k hostitelským buňkám glykoproteinové hroty vyčnívající z kapsomer. Mezi neobalené viry patří také viry způsobující dětskou obrnu (poliovirus), plantární bradavice (papilomavirus) a hepatitidu A (virus hepatitidy A).
Příklady tvarů virů: Viry mohou mít buď složitý tvar, nebo relativně jednoduchý. Tento obrázek ukazuje tři relativně složité viriony: bakteriofág T4 s hlavovou skupinou obsahující DNA a ocasními vlákny, která se připojují k hostitelským buňkám; adenovirus, který k vazbě na hostitelské buňky používá hroty ze své kapsidy; a HIV, který k vazbě na hostitelské buňky používá glykoproteiny zabudované ve svém obalu.
Obalené viriony, jako je HIV, se skládají z nukleové kyseliny a kapsidových proteinů obklopených fosfolipidovou dvojvrstvou obalu a s ní spojených proteinů. Glykoproteiny zabudované do virového obalu slouží k přichycení k hostitelským buňkám. Mezi další proteiny obalu patří matrixové proteiny, které stabilizují obal a často hrají roli při sestavování potomstva virionů. Příkladem onemocnění způsobených obálkovými viry jsou plané neštovice, chřipka a příušnice. Kvůli křehkosti obalu jsou neobalené viry odolnější vůči změnám teploty, pH a některým dezinfekčním prostředkům než viry s obalem.
Typy nukleových kyselin
Na rozdíl od téměř všech živých organismů, které používají jako genetický materiál DNA, mohou viry používat DNA nebo RNA. Jádro viru obsahuje genom neboli celkový genetický obsah viru. Virové genomy bývají malé a obsahují pouze ty geny, které kódují proteiny, jež virus nemůže získat z hostitelské buňky. Tento genetický materiál může být jedno- nebo dvouvláknový. Může být také lineární nebo kruhový. Zatímco většina virů obsahuje jedinou nukleovou kyselinu, jiné mají genomy, které mají několik tzv. segmentů.
U DNA virů řídí virová DNA replikační proteiny hostitelské buňky, aby syntetizovaly nové kopie virového genomu a přepisovaly a překládaly tento genom do virových proteinů. DNA viry způsobují lidská onemocnění, jako jsou plané neštovice, hepatitida B a některá pohlavní onemocnění, například herpes a genitální bradavice.
RNA viry obsahují jako genetický materiál pouze RNA. Aby mohly své genomy replikovat v hostitelské buňce, kódují RNA viry enzymy, které mohou RNA replikovat na DNA, což hostitelská buňka nemůže provést. Tyto enzymy RNA polymerázy se častěji dopouštějí chyb při kopírování než DNA polymerázy, a proto při přepisu často chybují. Z tohoto důvodu dochází u RNA virů k mutacím častěji než u DNA virů. To způsobuje, že se rychleji mění a přizpůsobují svému hostiteli. Mezi lidská onemocnění způsobená RNA viry patří hepatitida C, spalničky a vzteklina.