Virusten morfologia
Kaikenmuotoiset ja -kokoiset virukset koostuvat nukleiinihappoytimestä, ulommasta proteiinipäällysteestä eli kapsidista ja joskus ulommasta kuoresta.
Oppimistavoitteet
Kuvaile viruksen genomin, kapsidin ja kuoren välistä suhdetta
Keskeiset opit
Keskeiset kohdat
- Virukset luokitellaan neljään ryhmään muotonsa perusteella: filamenttiset, isometriset (tai ikosaedriset eli isometaariset eli ikosaedriset eli isometaariset rakenteet), kuorelliset rakenteet (envelopedit) sekä päätä ja häntää.
- Monet virukset kiinnittyvät isäntäsoluihinsa helpottaakseen solukalvon läpäisyä, mikä mahdollistaa niiden lisääntymisen solun sisällä.
- Kuoriutumattomat virukset voivat kestää paremmin lämpötilan, pH:n ja joidenkin desinfiointiaineiden muutoksia kuin kuorelliset virukset.
- Viruksen ydin sisältää pienen yksi- tai kaksijuosteisen genomin, joka koodaa proteiineja, joita virus ei saa isäntäsolusta.
Avainsanat
- Kapsidi: Viruksen ulompi proteiinikuori
- Kuori: Virusta ympäröivä rakenne tai kansi, kuten kalvo
- Filamenttinen: Ottaa säikeiden tai filamenttien muodon
- Isometrinen: of, of, or being a geometric system of three equal axes lying in right angels to each other (especially in crystallography)
Virusten morfologia
Virukset ovat akellulaarisia eli biologisia kokonaisuuksia, joilla ei ole solurakennetta. Siksi niiltä puuttuu suurin osa solujen komponenteista, kuten organellit, ribosomit ja plasmakalvo. Virion koostuu nukleiinihappoytimestä, ulommasta proteiinipinnoitteesta eli kapsidista ja joskus isäntäsolusta peräisin olevista proteiini- ja fosfolipidikalvoista koostuvasta ulkokuoresta. Kapsidi koostuu proteiinialayksiköistä, joita kutsutaan kapsomeereiksi. Virukset voivat sisältää myös muita proteiineja, kuten entsyymejä. Ilmeisin ero virusperheiden jäsenten välillä on niiden morfologia, joka on varsin monimuotoinen. Virusten monimutkaisuuden mielenkiintoinen piirre on se, että isännän ja virionin monimutkaisuus eivät korreloi keskenään. Joitakin monimutkaisimpia virionirakenteita on havaittu bakteriofageissa, viruksissa, jotka infektoivat yksinkertaisimpia eläviä organismeja: bakteereja.
Morfologia
Viruksia on monenmuotoisia ja -kokoisia, mutta ne ovat yhdenmukaisia ja erillisiä jokaisessa virusten perheessä. Yleisesti ottaen virusten muodot luokitellaan neljään ryhmään: filamenttiset, isometriset (tai ikosaedriset), kuorelliset sekä pää ja häntä. Filamenttivirukset ovat pitkiä ja lieriömäisiä. Monet kasvivirukset ovat filamenttisia, kuten TMV (tupakan mosaiikkivirus). Isometriset virukset ovat muodoltaan suunnilleen pallomaisia, kuten poliovirus tai herpesvirukset. Koteloituneilla viruksilla on kapsidien ympärillä kalvot. Eläinvirukset, kuten HIV, ovat usein kuorellisia. Pää- ja häntävirukset tartuttavat bakteereja. Niillä on ikosaedristen virusten kaltainen pää ja filamenttivirusten kaltainen pyrstömuoto.
Monet virukset käyttävät jonkinlaista glykoproteiinia kiinnittyäkseen isäntäsoluihinsa solussa olevien molekyylien, niin sanottujen virusreseptorien, kautta. Näille viruksille kiinnittyminen on edellytys solukalvon myöhemmälle läpäisemiselle, jolloin ne voivat saattaa replikaationsa loppuun solun sisällä. Virusten käyttämät reseptorit ovat molekyylejä, joita tavallisesti on solujen pinnoilla ja joilla on omat fysiologiset tehtävänsä. Virukset ovat yksinkertaisesti kehittyneet käyttämään näitä molekyylejä omassa replikaatiossaan.
Esimerkki viruksen kiinnittymisestä isäntäsoluunsa: KSHV-virus sitoutuu ihmissolujen pinnalla olevaan xCT-reseptoriin. Tämä kiinnittyminen mahdollistaa myöhemmin solukalvon tunkeutumisen ja replikaation solun sisällä.
Kaiken kaikkiaan virionin muoto ja kuoren olemassaolo tai puuttuminen kertovat vain vähän siitä, mitä tauteja virus voi aiheuttaa tai mitä lajeja se voi infektoida, mutta ne ovat silti käyttökelpoisia keinoja virusten luokittelun aloittamiseksi. Escherichia coli -bakteeria infektoivalla T4-bakteriofaagilla, joka on yksi monimutkaisimmista tunnetuista virioista, on pyrstörakenne, jonka avulla virus kiinnittyy isäntäsoluihin, ja päärakenne, jossa on sen DNA. Adenovirus, ei-koteloitunut eläinvirus, joka aiheuttaa hengitystiesairauksia ihmisillä, käyttää kapsomeereistään ulkonevia glykoproteiinipiikkejä kiinnittyäkseen isäntäsoluihin. Epäkuorellisia viruksia ovat myös poliota (poliovirus), plantaarisyyliä (papilloomavirus) ja hepatiitti A:ta (hepatiitti A -virus) aiheuttavat virukset.
Esimerkkejä virusten muodoista: Virukset voivat olla muodoltaan joko monimutkaisia tai suhteellisen yksinkertaisia. Tässä kuvassa on esitetty kolme suhteellisen monimutkaista virusta: bakteriofagi T4, jonka DNA:ta sisältävä pääryhmä ja häntäkuidut kiinnittyvät isäntäsoluihin; adenovirus, joka käyttää kapsidinsa piikkejä sitoutuakseen isäntäsoluihin; ja HIV, joka käyttää kuoreensa upotettuja glykoproteiineja sitoutuakseen isäntäsoluihin.
HIV:n kaltaiset kehittyneet virukset koostuvat nukleiinihaposta ja kapsidiproteiineista, joita ympäröi fosfolipidien kaksoiskerroksen muodostama kuori ja siihen liittyvät proteiinit. Viruksen kuoreen upotettuja glykoproteiineja käytetään kiinnittymiseen isäntäsoluihin. Muita kuoriproteiineja ovat muun muassa matriisiproteiinit, jotka stabiloivat kuorta ja joilla on usein merkitystä jälkeläisvirionien kokoamisessa. Vesirokko, influenssa ja sikotauti ovat esimerkkejä virusten aiheuttamista taudeista, joilla on vaippa. Kuoren haurauden vuoksi kuorettomat virukset kestävät paremmin lämpötilan, pH:n ja joidenkin desinfiointiaineiden muutoksia kuin kuorelliset virukset.
Nukleiinihapon tyypit
Virukset voivat käyttää joko DNA:ta tai RNA:ta toisin kuin lähes kaikki elävät organismit, jotka käyttävät DNA:ta perintöaineksenaan. Viruksen ydin sisältää genomin eli viruksen koko geneettisen sisällön. Virusten genomit ovat yleensä pieniä ja sisältävät vain niitä geenejä, jotka koodaavat proteiineja, joita virus ei voi saada isäntäsolusta. Tämä perintöaines voi olla yksi- tai kaksijuosteista. Se voi olla myös lineaarista tai pyöreää. Vaikka useimmat virukset sisältävät yhden nukleiinihapon, toisilla on genomeja, joissa on useita, niin sanottuja segmenttejä.
DNA-viruksissa viruksen DNA ohjaa isäntäsolun replikaatioproteiineja syntetisoimaan uusia kopioita viruksen genomista sekä transkriboimaan ja kääntämään tätä genomia viruksen proteiineiksi. DNA-virukset aiheuttavat ihmisen sairauksia, kuten vesirokkoa, B-hepatiittia ja eräitä sukupuolitauteja, kuten herpestä ja sukuelinten syyliä.
RNA-virukset sisältävät perintöaineksenaan vain RNA:ta. Monistaakseen genominsa isäntäsolussa RNA-virukset koodaavat entsyymejä, jotka voivat monistaa RNA:n DNA:ksi, mitä isäntäsolu ei voi tehdä. Nämä RNA-polymeraasientsyymit tekevät todennäköisemmin kopiointivirheitä kuin DNA-polymeraasit, ja siksi ne tekevät usein virheitä transkription aikana. Tästä syystä mutaatioita esiintyy RNA-viruksissa useammin kuin DNA-viruksissa. Tämän vuoksi ne muuttuvat ja sopeutuvat nopeammin isäntäänsä. RNA-virusten aiheuttamia ihmisten sairauksia ovat esimerkiksi hepatiitti C, tuhkarokko ja raivotauti.