CÁPSIDA DE LOS VIRUS
La cápsida protege al ácido nucleico de daños físicos, químicos y enzimáticos. En la célula, el ácido nucleico pasa a un ambiente hostil, donde puede ser inactivado por esos factores y también por nucleasas liberadas por la lisis celular o la liberación de sustancias activas contra agentes infecciosos. Esta protección del ácido nucleico se consigue gracias a una estructura protectora altamente redundante, es decir, la cápsida, formada por la presencia de muchas copias de una misma proteína. Esto ayuda a que el daño en una copia de la proteína inactiva esa copia, pero raramente altera la actividad infectiva de la partícula vírica debido a la presencia de muchas copias.
La cápsida constituye la superficie exterior del virus, responsable del reconocimiento y primera interacción entre el virus y la célula hospedadora. La unión es entre una proteína vírica de unión y una molécula receptora de la célula. Este proceso de unión se denomina adherencia. Además, tiene otra función relevante en el inicio de la infección mediante la liberación del genoma en una forma que este puede interaccionar con la célula hospedadora. La complejidad de la liberación del genoma desde la cápsida a la célula es variable en cada tipo de virus.
- Ensamblaje de la Cápsida
Deben ensamblar la partícula vírica usando la información disponible presente en los componentes presentes en la partícula, es decir, no hay un “plano” para hacer nuevos virus.
Las partículas víricas forman estructuras geométricas a partir de estructuras totalmente irregulares que son las proteínas. El peso molecular de un triplete de nucleótidos es de 1000 aproximadamente, y el P.M. de un aminoácido es de 150 aproximadamente.
Si el ácido nucleico pesa 1000 y un aminoácido pesa 150 esto implica que el ácido nucleico solo puede codificar una proteína que sea el 15% de su peso. Sin embargo los virus tienen más del 150% de su peso como proteína, lo que indica que las cápsidas deben estar formadas por múltiples subunidades irregulares, que los virus deben ensamblar de forma geométrica.
Los virus consiguen el máximo ahorro energético posible. Lo consiguen codificando siempre la misma proteína de la cápsida, pero esto no es totalmente esencial, pues hay virus que tienen proteínas de distinto P.M., cuyo P.M. es suficientemente pequeño para estar codificados por un ácido nucleico de pequeño tamaño. El virus construye a partir de subunidades, lo que incrementa la estabilidad del ácido nucleico, ya que al ser menor que el ácido nucleico disminuye su riesgo de alteración.
Las partículas víricas pueden formarse espontáneamente a partir de subunidades purificadas, indicando que la subunidad está en un estado de energía libre mínima, es decir, un estado de máximo número de enlaces posibles entre los distintos monómeros proteicos. Esta estabilidad es relevante, pues la mayoría de los virus persisten libres en el ambiente largos periodos de tiempo, incluso años.
Las fuerzas que contribuyen al ensamblaje son: interacciones hidrofóbicas, interacciones electroestáticas y raramente enlaces covalentes.
Dado que las subunidades no son simétricas, para que exista el máximo número de interacciones entre ellas se deben organizar mediante organizaciones simétricas → número limitado de formas
Hay dos tipos fundamentales de estructuras víricas:
–Simetría icosaédrica
-Simetría helicoidal
- Simetría Helicoidal
Una de las formas más simples de distribuir simétricamente componentes no simétricos es colocarlos alrededor de una circunferencia. Si se apilan esas circunferencias obtenemos un cilindro. En el centro se deposita el ácido nucleico. El virus TMV (Virus del Mosaico del Tabaco) es un ejemplo. En realidad el cilindro no es un cilindro, sino un sólido aparentemente cilíndrico: una hélice tridimensional. Esto se debe a que el ácido nucleico se enrolla a través de la hélice, y para que haya un número de enlace mínimo deben estar enlazados el ácido nucleico con las proteínas excepto en los extremos de la hélice.
La difracción por rayos X permitió ver que se constituye un tubo (monómero de proteína) con una repetición axial de 6,9 nm (cada vez que la hélice completa una vuelta). Todos los monómeros tienen la misma disposición cada 6,9 nm. Los monómeros de proteína se denominan protómeros.
El RNA se une cada 3 nucleótidos a un monómero de proteína, constituyendo una hélice de 18 nm de diámetro con un hueco de 4nm. Al conjunto de proteínas junto al ácido nucleico se le llama nucleocápsida. La longitud de la varilla vírica, siempre que sea infecciosa, tiene 300 nm o más de largo. Las que son menores no son infectivas porque el ácido nucleico se ha acortado o se han perdido monómeros de proteína. La cápsida del TMV consta de una proteína A, pero en la hélice hay 2130 monómeros de proteína A y 1-2 monómeros de proteína H. No se sabe la función de la proteína H, porque si creamos un virus sin monómeros de proteína H no se pierde infectividad.
Las condiciones físico-químicas influyen, tales como el pH y la fuerza iónica para formar cápsulas Helicoidales.
- Modelo de ensamblaje
Se inicia con 2 discos superpuestos. Ahora se asocia a ellos el RNA pro la zona comprendida entre los nucleótidos 5444 y 5518. Esa zona recibe el nombre de secuencia de origen del ensamblaje (OAS). Posteriormente se unen otros 2 discos más, y cuando se van apilando los discos, tales estructuras van adaptando la forma de hélice, pues el ácido nucleico se introduce por el orificio central de los discos y se asocia a ellos. Cuando esta unión se lleva a cabo aumenta el número de enlaces y provoca que la estructura pase de cilindro a hélice. Este modelo se denomina travelling bug.
- Simetría Icosaédrica
Se distribuyen las subunidades proteicas formando una estructura cuasiesférica albergando el genoma en el interior. La forma de distribuir unidades repetitivas en un sólido son diversas: tetraedro, cubo, octaedro, dodecaedro… Un icosaedro tiene 20 caras triangulares equiláteras distribuidas alrededor de la superficie de una esfera. Tiene 3 ejes de simetría, 20 caras, 12 vértices y 30 aristas. Dado que las proteínas son irregulares y no triángulos, la forma más simple de construir una cápsida es usar 3 subunidades de proteínas idénticas entre sí para formar cada cara del triángulo equilátero.
Esto implica que hay 60 subunidades en el icosaedro. Sin embargo, pocos virus están constituidos de esta forma. Muchos fagos de la familia Microviridae si están formados por 60 subunidades, pero lo normal es que las cápsidas tengan más subunidades.
La distribución puede ser de 5 monómeros por vértice (5×12 = 60 subunidades). Si el icosaedro regular consta de 60 subunidades idénticas es muy estable en un estado de equivalencia, es decir, todas las subunidades están enlazadas de manera equivalente presentando el mayor número de enlaces posibles (mínima ∆G posible).
Con más de 60 subunidades es imposible que todas estén distribuidas simétricamente. Por esta razón, en 1962 Caspar y Klug propusieron la teoría de la cuasiequivalencia:
“La forma de introducir más monómeros de proteína en un icosaedro básico sería triangular cada una de las 20 caras e introducir monómeros de proteína en cada uno de los nuevos vértices que se forman. Cuantas más divisiones se hagan de caras, mayor número de nuevos vértices, y por tanto más monómeros podrán introducirse y la estructura va a parecer casi una esfera”
- Parámetros de la cápsida
Número de triangulación (T): número de triangulación. Es el número de triángulos pequeños en el que queda dividida la cara grande. El valor mínimo de T es 1.
Número de monómeros = 60 x T
Número de hexámeros = 10 x (T – 1)
Número de pentámeros = 12
La simetría de los virus no se mide solo por esos métodos. Algunos tienen 180 subunidades, que es imposible que salga con esos parámetros: compensan la pérdida de simetría física mediante variaciones en la conformación de los polipéptidos, es decir, habrá dentro de la misma cápsida subunidades con distinta conformación y distinta distribución.