31/08/2009
Struttura dei Virus
Terminologia
Core
Acido nucleico + ogni molecola
che ne determina la stabilità
Capside
Struttura proteica che
racchiude l’acido
l acido nucleico o il
core
Capsomero
Unità proteica che, ripetuta,
forma il capside
Nucleocapside
Acido nucleico + capside
Envelope
Involucro lipoproteico esterno
Peplomeri
Proiezioni superficiali che
protrudono dall’envelope
Virione
Particella virale completa come
si può osservare al di fuori
della cellula
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La funzione dei rivestimenti esterni
1)
Protezione del fragile genoma da danni fisici,
chimici,, enzimatici.
- I capsidi sono formati da un certo numero di unità
proteiche uguali.
- Il danno ad una rende quell’ una non funzionale, ma
difficilmente danneggia l’intera particella. Questo fa
del capside un’efficace barriera.
2) Conferimento della capacità di riconoscimento con il
recettore cellulare.
3) Penetrazione del genoma virale nella cellula in una
conformazione con la quale può interagire con le
strutture cellulari ed iniziare il processo infettivo
- in alcuni casi questo è un processo facile che consiste
semplicemente nel far entrare il genoma nel citoplasma
- in
i altri
lt i casii invece,
i
questo
t momento
t è più
iù complesso.
l
Per es. i Retrovirus fanno modificazioni
importanti al genoma del virus mentre questo è ancora
dentro la particella virale
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Schema di un virus e dei suoi componenti
Membrane protein
Capsomer
Matrix protein
Quindi, parliamo di proteine
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Come si forma l’involucro che
contiene il genoma virale?
• Le particelle virali si formano spontaneamente senza
bisogno di nessun altra informazione estranea.
• La particella si trova in uno stato energetico minimo e
quindi è la struttura favorita da quei componenti
(grande stabilità).
• Le forze che guidano l’asseblaggio dei capsidi virali
includono le interazioni idrofobiche ed elettrostatiche.
Raramente si formano legami covalenti tra le subunità
multiple.
• In termini biologici questo significa che vengono usate
interazioni fra proteina - proteina, proteina - acido
nucleico, proteina - lipidi.
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Struttura dei virus
• C
Come viene
i
determinata?
d t
i t ?
• Microscopia elettronica.
• Problemi di risoluzione. La risoluzione dell’EM
è di 5nm
• Per determinare la struttura è quindi necessario
utilizzare i raggi X.
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Struttura dei virus
• Xray crystallography
Capsomero
Unità proteica che, ripetuta,
forma il capside
E’ più efficiente costruire grandi strutture partendo da elementi
più piccoli tutti uguali
Questo metodo di costruzione è economico per il virus in
quanto:
L’acido nucleico deve codificare una sola o poche proteine
diverse
Non è richiesta una informazione genetica supplementare che
codifichi le modalità di assemblaggio
È messo in opera un meccanismo automatico di rigetto
ogniqualvolta vengano prodotte subunità difettose
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Simmetria elicoidale
Simmetria elicoidale
Il modo più semplice per sistemare multipli di copie identiche di
proteine è quello di utilizzare una simmetria rotazionale.
proteine,
rotazionale
Identiche proteine dalla forma irregolare vengono disposte intorno alla
circonferenza di un cerchio in modo da formare un disco.
Numerosi dischi si adagiano uno sopra l’altro in modo da formare un
cilindro, con il genoma virale inserito nella cavità che si viene a
formare al centro del cilindro.
La strutturea del capside in realtà è costituita da un’elica piuttosto
che una pila di dischi.
Simmetria elicoidale
L’elica può essere definita matematicamente da due
parametri: ampiezza (diametro) & altezza (la distanza
coperta da un singolo giro completo dell’elica)
Altezza
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Esempi di virus a simmetria elicoidale
Simmetria elicoidale
Tobacco mosaic virus.
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Simmetria elicoidale
• Ebola
Simmetria elicoidale
• VSV Vesicular stomatitis virus
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Simmetria elicoidale
Paramyxovirus umano tipo 1
I virus si possono dividere in 2 gruppi in base alla simmetria del
nucleocapside
A SIMMETRIA ELICOIDALE
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A SIMMETRIA ICOSAEDRICA
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Simmetria
Two-fold symmetry
La rigorosa definizione di simmetria è
dimostrata da un’operazione, come una
rotazione, che porta un oggetto in
self-coincidenza.
Se l’anello di tre virgole viene rotato
di 120 0 240 gradi, non sarà possibile
osservare che la rotazione è avvenuta
(considerando che le virgole siano
indistinguibili tra di loro.
Three-fold symmetry
Un asse di simmetria che comporta una
rotazione di:
180 gradi- asse di simmetria 2
120 (e 240) gradi- asse di simmetria 3
Forma: geometria dell’oggetto
Simmetria: operazione che descrive la
forma dell’oggetto
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Icosaedro:
poliedro simmetrico con 12 vertici e 20 facce
(triangoli equilateri)
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11
1
2
3
1
16
2
3
17
13
4
5
18
6
15
14
7
19
8
9
10
20
Un icosaedro è formato da 60
subunità uguali (capsomeri)
Virus
satellite
della
necrosi del tabacco: il
genoma a RNA contiene
un unico gene che veicola
l’informazione per l’unico
capsomero.
Schema di un icosaedro:
Asse di simmetria 5 (vertici) –
Asse di simmetria 3 (facce) –
Asse di simmetria 2 (lati) –
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60 virgole distribuite con
simmetria icosaedrica sulla
superficie
p
di una sfera.
Le
linee
tratteggiate
corrispondono alla proiezione
dei lati dell’icosaedro sulla
sfera.
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Simmetria icosaedrica
La maggior parte dei virus icosaedrici ha in realtà più di 60 capsomeri,
e pertanto assume una forma che non è rigorosamente icosaedrica, ma
si tratta di icosaedri modificati: possiamo avere avere un’idea di come
siano fatti in realtà se immaginiamo di dividere ciascuna faccia
triangolare in 3, 4, 7, 9, 12 … (e così via) triangoli uguali.
Questi numeri sono detti numeri di triangolazione (T).
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T1
T4
Asse di simmetria 5 (vertici) –
Asse di simmetria 3 (facce) –
Asse di simmetria 2 (lati) –
Numeri di triangolazione più elevati
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Una sola proteina è in grado di
f
formare
un capside
id completo
l
VP1, VP2, VP3 e VP4 di un
poliovirus rappresentano
p
pp
proteine
p
diverse tra di loro che si
associano per formare capsomeri
uguali
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Simmetria icosaedrica
•Adenovirus umano
Simmetria icosaedrica
• Calicivirus.
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Simmetria icosaedrica
• Virus dell’epatite A
Simmetria icosaedrica
• HIV
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Virus a struttura complessa
Alcuni virus sfuggono
gg
alla
simmetria icosaedrica o
elicoidale
e hanno una
struttura più complessa.
In questi casi anche se i
principi
generali
della
simmetria
sono
spesso
utilizzati per costruire
parte dell’involucro della
particella, i virus non
p
possono essere definiti da
un’equazione matematica.
Virus a struttura complessa
• Poxvirus: Mollusco contagioso
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Sezione interna di poxvirus
Membrana di una cellula
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Envelope
Doppio strato lipidico con inserite
proteine
codificate direttamente dal virus
OUT
IN
Envelope
Il virus
i
acquisisce
i i
l’
l’envelope
l
d ll membrane
dalle
b
cellulari
ll l i durante
d
l
la
fase di rilascio.
La simmetria del capside al di sotto dell’envelope può essere sia
elicoidale sia icosaedrica.
L’envelope contiene (glico)proteine virali e instaura rapporti con le
proteine della matrice.
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Envelope
A) Cryo-electron microscopy a 20Å di
risoluzione di un Togavirus
B) Sezione: è visibile l’envelope e le
glicoproteine
C,D) Ricostruzioni al computer dei dati
sulla struttura del virus
Caratteristiche strutturali e chimiche di una tipica
glicoproteina virale di membrana
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31/08/2009
5 diverse strutture per raggruppare tutti i virus
Schema di classificazione dei virus animali
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Schema di classificazione dei virus animali
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