El proceso de formación de viriones consta de etapas. Interacción virus-célula
CONTENIDO
Preguntas de control:
1. Reproducción de virus genómicos de ADN: principales etapas, características de la reproducción……………………………………………………..…….....……... 3
2. Signos de reproducción de virus en sistemas vivos: animales de laboratorio, embriones de pollo, cultivos celulares………………………………………………..… ……16
3. Tarea................................................. .... ................................................. .......... ...20
Referencias………………………………...…………………….....25
1. Reproducción de virus genómicos de ADN: etapas principales, características de la reproducción.
Reproducción de virus
El proceso de reproducción viral se puede dividir en dos fases. La primera fase abarca los eventos que conducen a la adsorción y entrada del virus a la célula, la liberación de su componente interno y su modificación de tal manera que sea capaz de provocar una infección. En consecuencia, la primera fase incluye tres etapas: 1) adsorción del virus en las células; 2) penetración del virus en las células; 3) eliminar el virus de la célula. Estas etapas tienen como objetivo garantizar que el virus llegue a las estructuras celulares adecuadas y que su componente interno se libere de sus membranas protectoras. Una vez conseguido este objetivo, comienza la segunda fase de reproducción, durante la cual se expresa el genoma viral. Esta fase incluye las etapas: 1) transcripción, 2) traducción del ARN mensajero, 3) replicación del genoma, 4) ensamblaje de componentes virales. La etapa final de la reproducción es la liberación del virus de la célula.
La primera fase de la reproducción.
I. Adsorción de viriones en la superficie celular.
La interacción de un virus con una célula comienza con el proceso de adsorción, es decir, la unión de partículas virales a la superficie celular. El proceso de adsorción es posible en presencia de receptores apropiados en la superficie celular y sustancias "reconocibles" en la superficie del virus. Los procesos de adsorción iniciales son de naturaleza inespecífica y pueden basarse en la interacción electrostática de grupos cargados positiva y negativamente en la superficie del virus y la célula. Sin embargo, el reconocimiento de los receptores celulares por las proteínas virales, que conduce a la unión de la partícula viral a la célula, es un proceso muy específico. Las proteínas de la superficie del virus que reconocen grupos específicos en la membrana plasmática de la célula y hacen que la partícula viral se adhiera a ellos se denominan proteínas de unión.
Los virus utilizan receptores diseñados para pasar a la célula sustancias necesarias para su vida: nutrientes, hormonas, factores de crecimiento, etc. Los receptores pueden tener una naturaleza química diferente y ser proteínas, el componente carbohidrato de las proteínas y lípidos, lípidos. Los receptores para los virus de la influenza y los paramixovirus son el ácido siálico en la composición de glicoproteínas y glicolípidos (gangliósidos), para los rabdovirus y reovirus, también un componente de carbohidratos en la composición de proteínas y lípidos, para los picornavirus y adenovirus, las proteínas, para algunos virus, los lípidos. . Los receptores específicos desempeñan un papel no sólo en la fijación de la partícula viral a la superficie celular. Determinan el destino posterior de la partícula viral, su transporte intracelular y su entrega a determinadas zonas del citoplasma y el núcleo, donde el virus puede iniciar el proceso infeccioso. El virus también puede unirse a receptores inespecíficos e incluso penetrar en la célula, pero sólo la unión a un receptor específico provocará una infección.
La unión de la partícula viral a la superficie celular se produce inicialmente mediante la formación de un enlace simple entre la partícula viral y el receptor. Sin embargo, dicha unión es frágil y la partícula viral puede desprenderse fácilmente de la superficie celular: adsorción reversible. Para que se produzca una adsorción irreversible, deben aparecer enlaces múltiples entre la partícula viral y muchas moléculas receptoras, es decir, debe ocurrir una unión multivalente estable. El número de moléculas receptoras celulares en los sitios de adsorción puede alcanzar hasta 3000. La unión estable de la partícula viral a la superficie celular como resultado de la unión multivalente se produce debido a la posibilidad de movimiento libre de las moléculas receptoras en la bicapa lipídica de la membrana plasmática. , que está determinada por la movilidad, "fluidez" de la capa proteína-lípido. Un aumento en la fluidez de los lípidos es uno de los primeros eventos en la interacción de un virus con una célula, lo que resulta en la formación de campos receptores en el sitio de contacto del virus con la superficie celular y la unión estable de la partícula viral a la grupos resultantes.
El número de receptores específicos en la superficie celular varía entre 104 y 105 por célula. Los receptores de algunos virus pueden estar presentes sólo en un conjunto limitado de células huésped, y esto puede determinar la sensibilidad del cuerpo a un virus determinado. Por ejemplo, los picornavirus se adsorben sólo en células de primates. Por el contrario, los receptores de otros virus están ampliamente representados en la superficie de células de diversas especies, como por ejemplo los receptores de ortomixovirus y paramixovirus, que son compuestos que contienen sialilo. Por lo tanto, estos virus tienen una gama relativamente amplia de células en las que puede ocurrir la adsorción de partículas virales. Las células de una variedad muy amplia de huéspedes poseen receptores para varios togavirus: estos virus pueden adsorber e infectar células tanto de vertebrados como de invertebrados.
II. Penetración del virus en la célula.
Históricamente, existía la idea de dos mecanismos alternativos para la penetración de virus animales en las células: mediante viropexis (endocitosis) y mediante la fusión de membranas virales y celulares. Sin embargo, ambos mecanismos no se excluyen, sino que se complementan.
El término “viropexis” significa que la partícula viral ingresa al citoplasma como resultado de la invaginación de una sección de la membrana plasmática y la formación de una vacuola que contiene la partícula viral.
Endocitosis del receptor. La viropexis es un caso especial de endocitosis de receptores o de adsorción. Este proceso es un mecanismo común a través del cual las proteínas nutricionales y reguladoras, hormonas, lipoproteínas y otras sustancias del líquido extracelular ingresan a la célula. La endocitosis del receptor ocurre en áreas especializadas de la membrana plasmática, donde hay fosas especiales cubiertas en el lado citoplasmático con una proteína especial con un gran peso molecular: la clatrina. En el fondo del pozo hay receptores específicos. Las fosas permiten una rápida invaginación y la formación de vacuolas intracelulares recubiertas de clatrina. La vida media de penetración de la sustancia en la célula mediante este mecanismo no supera los 10 minutos desde el momento de la adsorción. El número de vacuolas formadas en un minuto llega a más de 2000. Por tanto, la endocitosis del receptor es un mecanismo bien coordinado que asegura la rápida penetración de sustancias extrañas en la célula.
Las vacuolas recubiertas se fusionan con otras vacuolas citoplasmáticas más grandes, formando receptores que contienen receptores, pero no clatrina, que a su vez se fusionan con lisosomas. De esta forma, las proteínas que ingresan a la célula suelen ser transportadas a los lisosomas, donde se descomponen en aminoácidos; pueden pasar por alto los lisosomas y acumularse en otras partes de la célula sin degradarse. Una alternativa a la endocitosis del receptor es la endocitosis líquida, cuando no se produce invaginación en áreas especializadas de la membrana. La mayoría de los virus animales con y sin envoltura ingresan a la célula mediante el mecanismo de endocitosis del receptor. La endocitosis asegura el transporte intracelular de la partícula viral dentro de la vacuola endocítica, ya que la vacuola puede moverse en cualquier dirección y fusionarse con las membranas celulares (incluida la membrana nuclear), liberando la partícula viral en los sitios intracelulares correspondientes. De esta forma, por ejemplo, los virus nucleares entran en el núcleo y los reovirus en los lisosomas. Sin embargo, las partículas virales que han entrado en la célula se encuentran dentro de la vacuola y están separadas del citoplasma por sus paredes. Tienen que pasar por una serie de etapas antes de que puedan provocar un proceso infeccioso.
Fusión de membranas virales y celulares. Para que el componente interno del virus atraviese la membrana celular, el virus utiliza un mecanismo de fusión de membranas. En los virus envueltos, la fusión es causada por una interacción puntual de la proteína de fusión viral con los lípidos de la membrana celular, como resultado de lo cual la envoltura de lipoproteínas virales se integra con la membrana celular y el componente interno del virus aparece en el otro. lado. En los virus sin envoltura, una de las proteínas de la superficie también interactúa con los lípidos de las membranas celulares, haciendo que el componente interno atraviese la membrana. La mayoría de los virus animales ingresan al citosol desde el receptosoma.
Si durante la endocitosis la partícula viral es un pasajero pasivo, durante la fusión se convierte en un participante activo en el proceso. La proteína de fusión es una de sus proteínas de superficie. Hasta la fecha, esta proteína se ha identificado sólo en paramixovirus y ortomixovirus. En los paramixovirus, esta proteína (proteína P) es una de las dos glicoproteínas ubicadas en la superficie de la partícula viral. La función de la proteína de fusión en el virus de la influenza la realiza la pequeña subunidad hemaglutinante.
Los paramixovirus inducen la fusión de membranas a pH neutro y el componente interno de estos virus puede ingresar a la célula directamente a través de la membrana plasmática. Sin embargo, la mayoría de los virus con y sin envoltura inducen la fusión de membranas sólo a valores de pH bajos, entre 5,0 y 5,75. Si se añaden a las células bases débiles (cloruro de amonio, cloroquina, etc.), que aumentan el pH en las vacuolas endocíticas a 6,0, no se produce la fusión de las membranas, las partículas virales permanecen en las vacuolas y no se produce el proceso infeccioso. La estricta dependencia de la fusión de membranas de los valores de pH se debe a cambios conformacionales en las proteínas de fusión virales.
El lisosoma siempre tiene un valor de pH bajo (4,9). En la vacuola endocítica (receptosoma), la acidificación se crea mediante una "bomba de protones" dependiente de ATP en la superficie celular durante la formación de una vacuola recubierta. La acidificación de la vacuola endocítica es de gran importancia para los ligandos fisiológicos que ingresan a la célula, ya que un pH bajo promueve la disociación del ligando del receptor y el reciclaje de los receptores.
El mismo mecanismo que subyace a la fusión de las membranas virales y celulares determina la hemólisis inducida por virus y la fusión de las membranas plasmáticas de las células adyacentes con la formación de células multinucleadas, simplastos y sincitios. Los virus provocan dos tipos de fusión celular: 1) “fusión desde el exterior” y 2) “fusión desde el interior”. La “fusión desde el exterior” se produce con una alta multiplicidad de infección y se detecta dentro de las primeras horas después de la infección. Este tipo de fusión, descrita para los paramixovirus, es causada por proteínas del virus infectante y no requiere síntesis intracelular de componentes virales. Por el contrario, la “fusión desde dentro” ocurre con una multiplicidad baja de infección, se detecta en etapas relativamente tardías del proceso infeccioso y es causada por proteínas virales recién sintetizadas. La “fusión desde dentro” se describe para muchos virus: virus del herpes, oncovirus, patógenos de infecciones lentas, etc. Este tipo de fusión es causada por las mismas glicoproteínas virales que aseguran la penetración del virus en la célula.
III. Desnudarse - desproteinización del virus
Las partículas virales que han entrado en la célula deben desvestirse para provocar un proceso infeccioso. El objetivo de desnudarse es retirar las membranas protectoras virales que impiden la expresión del genoma viral. Como resultado de desvestirse, se libera el componente interno del virus, que puede provocar un proceso infeccioso. Desvestirse se acompaña de una serie de rasgos característicos: como resultado de la desintegración de la partícula viral, la actividad infecciosa desaparece, en algunos casos aparece sensibilidad a las nucleasas, se produce resistencia al efecto neutralizante de los anticuerpos y se pierde la fotosensibilidad cuando se usan varios. de drogas.
Los productos finales del desvestimiento son núcleos, nucleocápsides o ácidos nucleicos. Para varios virus, se ha demostrado que el producto de desvestimiento no son ácidos nucleicos desnudos, sino ácidos nucleicos asociados con la proteína viral interna. Por ejemplo, el producto final de los picornavirus es el ARN, unido covalentemente a la proteína VPg; el producto final de los adenovirus es el ADN, unido covalentemente a una de las proteínas virales internas.
En algunos casos, la capacidad de los virus para provocar un proceso infeccioso está determinada por la posibilidad de que se desnuden en la célula de un sistema determinado. Por tanto, esta etapa es una de las que limitan la infección.
La desnudez de varios virus se produce en áreas especializadas dentro de la célula (lisosomas, estructuras del aparato de Golgi, espacio perinuclear, poros nucleares de la membrana nuclear). Cuando las membranas viral y celular se fusionan, la penetración en la célula se combina con desvestirse.
El desvestimiento y el transporte intracelular son procesos interrelacionados: si se altera el transporte intracelular adecuado a los lugares de desvestimiento, la partícula viral ingresa al lisosoma y es destruida por las enzimas lisosomales.
Segunda fase de reproducción. .
I. Transcripción.
La transcripción se lleva a cabo utilizando una enzima especial, la ARN polimerasa, que une los nucleótidos formando puentes fosfodiéster 3-5. Esta unión se produce sólo en presencia de una plantilla de ADN.
Los productos de la transcripción en la célula son ARNm. El propio ADN celular, que es portador de información genética, no puede programar directamente la síntesis de proteínas. La transferencia de información genética del ADN a los ribosomas se realiza mediante un ARN mensajero. Ésta es la base del dogma central de la biología molecular, que se expresa mediante la siguiente fórmula:
ADN - transcripción - ARN - traducción - proteína,
donde las flechas muestran la dirección de transferencia de información genética.
Implementación de información genética en virus. La estrategia del genoma viral en relación con la síntesis de ARNm es diferente para diferentes virus. En los virus de ADN, el ARNm se sintetiza en la plantilla de una de las cadenas de ADN. La fórmula para transferir información genética es la misma que en una célula:
ADN - transcripción - ARN - traducción - proteína.
Los virus de ADN que se reproducen en el núcleo utilizan la polimerasa celular para la transcripción. Estos virus incluyen papovavirus, adenovirus y virus del herpes. Los virus de ADN que se reproducen en el citoplasma no pueden utilizar la enzima celular ubicada en el núcleo. La transcripción de su genoma se lleva a cabo mediante una enzima específica del virus, la ADN polimerasa, que penetra en la célula como parte del virus. Estos virus incluyen los virus de la viruela y los iridovirus.
Enzimas que transcriben el genoma viral. Transcripción de varios virus que contienen ADN: papovavirus, adenovirus, herpesvirus, parvovirus, hepadnavirus. Se lleva a cabo en el núcleo celular y en este proceso se utilizan ampliamente los mecanismos de transcripción celular: enzimas de transcripción y modificaciones adicionales de las transcripciones. La transcripción de estos virus se lleva a cabo mediante la ARN polimerasa II celular, una enzima que transcribe el genoma celular. Sin embargo, un grupo especial de transcripciones de adenovirus se sintetiza utilizando otra enzima celular: la ARN polimerasa III. En otras dos familias de virus animales que contienen ADN, los virus de la viruela y los iridovirus, la transcripción se produce en el citoplasma. Dado que no hay polimerasas celulares en el citoplasma, la transcripción de estos virus requiere una enzima viral especial: la ARN polimerasa viral. Esta enzima es una proteína viral estructural.
Regulación de la transcripción. La transcripción del genoma viral está estrechamente regulada durante todo el ciclo infeccioso. La regulación se lleva a cabo mediante mecanismos tanto celulares como específicos de virus. En algunos virus, principalmente los que contienen ADN, hay tres períodos de transcripción: muy temprano, temprano y tardío. Estos virus incluyen los virus de la viruela, los virus del herpes, los papovavirus y los adenovirus. Como resultado de la transcripción ultratemprana y temprana, los genes ultratempranos y tempranos se leen selectivamente para formar ARNm ultratempranos o tempranos. Durante la transcripción tardía, se lee otra parte del genoma viral, los genes tardíos, y se producen ARNm tardíos. El número de genes tardíos suele exceder el número de genes tempranos. Muchos genes muy tempranos son genes de proteínas no estructurales: enzimas y reguladores de la transcripción y replicación del genoma viral. Por el contrario, los genes tardíos suelen ser genes de proteínas estructurales. Normalmente, la transcripción tardía lee el genoma completo, pero con predominio de la transcripción genética tardía.
Un factor que regula la transcripción en los virus nucleares es el transporte de transcripciones desde el núcleo al citoplasma, al sitio de funcionamiento del ARNm: los polisomas.
El producto de la transcripción ultra temprana de los virus del herpes son las proteínas A. La función de uno o más de ellos es necesaria para la transcripción del siguiente grupo de genes que codifican las proteínas P. A su vez, las proteínas P activan la transcripción del último grupo de genes tardíos que codifican las proteínas U. Este tipo de regulación se denomina “cascada”.
II. Transmisión.
Este es el proceso de traducir la información genética contenida en el ARNm en una secuencia específica de aminoácidos en las proteínas sintetizadas específicas del virus. La síntesis de proteínas en la célula se produce como resultado de la traducción del ARNm en los ribosomas. En los ribosomas, el flujo de información (en el ARNm) se fusiona con el flujo de aminoácidos, que traen el ARN de transferencia (ARNt). Hay una gran cantidad de ARNt diferentes en la célula. Cada aminoácido debe tener su propio ARNt.
La molécula de ARNt es un ARN monocatenario con una estructura compleja en forma de hoja de arce.
La unión de un ARNt específico y un aminoácido se lleva a cabo mediante la enzima aminoacil sintetasa. Un extremo del ARNt se une al aminoácido y el otro a los nucleótidos del ARNm al que son complementarios. Los tres nucleótidos de un ARNm codifican un aminoácido y se denominan "triplete" o "codón", y los tres nucleótidos complementarios de un ARNt se denominan "anticodón".
El proceso de transcripción consta de tres fases: inicio de elongación, terminación.
El inicio de la traducción es la etapa más crítica del proceso de traducción, basada en el reconocimiento del ARNm por el ribosoma y la unión a sus regiones especiales. El ribosoma reconoce el ARNm a través de una tapa en el extremo 5' y se desliza hacia el extremo 3' hasta llegar al codón de iniciación, que inicia la traducción. En una célula eucariota, los codones de iniciación son codones AUG (adenina, uracilo, guanina) que codifican metionina. La síntesis de todas las cadenas polipeptídicas comienza con la metionina. El reconocimiento específico de virus y ARN por parte del ribosoma se lleva a cabo debido a factores iniciadores específicos del virus.
Primero, la subunidad ribosómica pequeña se une al ARNm. Al complejo de ARNm con la subunidad ribosomal pequeña se le unen otros componentes necesarios para el inicio de la traducción. Se trata de varias moléculas de proteínas llamadas "factores iniciadores". Hay al menos tres de ellos en una célula procariota y más de nueve en una célula eucariota. Los factores iniciadores determinan el reconocimiento de ARNm específicos por parte del ribosoma. Como resultado, se forma un complejo necesario para el inicio de la traducción, que se denomina "complejo de iniciación". El complejo de iniciación incluye: ARNm; pequeña subunidad ribosómica; aminoacil-ARNt que porta un aminoácido iniciador; factores iniciadores; varias moléculas de GTP (trifosfato de guanosina).
En el ribosoma, el flujo de información se fusiona con el flujo de aminoácidos. La entrada del aminoacil-ARNt en el centro A de la subunidad ribosomal grande es una consecuencia del reconocimiento, y su anticodón interactúa con el codón del ARNm ubicado en la subunidad ribosómica pequeña. Cuando el ARNm mueve un codón, el ARNt se transfiere al centro peptidilo (centro P) y su aminoácido se une al aminoácido iniciador para formar el primer enlace peptídico. El ARNt libre de aminoácidos abandona el ribosoma y puede volver a funcionar en el transporte de aminoácidos específicos. En su lugar, se transfiere un nuevo ARNt del centro A al centro P y se forma un nuevo enlace peptídico. Aparece un codón de ARNm vacante en el centro A, al que se une inmediatamente el ARNt correspondiente, y se agregan nuevos aminoácidos a la cadena polipeptídica en crecimiento.
El alargamiento por traslación es el proceso de alargamiento, aumento de la cadena polipeptídica, basado en la adición de nuevos aminoácidos mediante un enlace peptídico. La cadena de ARNm pasa constantemente a través del ribosoma y la información genética que contiene se "decodifica". A menudo, el ARNm funciona simultáneamente en varios ribosomas, cada uno de los cuales sintetiza la misma cadena polipeptídica codificada por este ARNm.
La terminación de la traducción ocurre en el momento en que el ribosoma alcanza el codón de terminación en el ARNm (UAA, UGA, UAG). La traducción se detiene y la cadena polipeptídica se libera del polirribosoma. Una vez finalizada la traducción, los polirribosomas se descomponen en subunidades, que pueden pasar a formar parte de nuevos polirribosomas.
Cada ARN funciona en varios ribosomas. Un grupo de ribosomas que operan sobre una sola molécula de ARNm se llama polirribosoma o polisoma. Los polisomas pueden constar de 4-6 a 20 o más ribosomas.
Los polisomas específicos de virus pueden estar libres o unidos a una membrana. Las proteínas internas suelen sintetizarse en polisomas libres; las glicoproteínas siempre se sintetizan en polisomas unidos a membranas.
Dado que el genoma de un virus animal está representado por una molécula que codifica más de una proteína, los virus se enfrentan a la necesidad de sintetizar un ARNm largo que codifica un polipéptido precursor gigante, que luego debe cortarse en puntos específicos en proteínas funcionalmente activas, o ARNm monocistrónicos cortos, cada uno de los cuales codifica una proteína. Por tanto, existen dos formas de formar proteínas virales:
el primero: el ARNm se traduce en un polipéptido precursor gigante que, después de la síntesis, se corta secuencialmente en proteínas maduras funcionalmente activas;
en segundo lugar, el ARNm se traduce para formar proteínas maduras o proteínas que sólo se modifican ligeramente después de la síntesis.
El primer método de traducción es característico de los virus de cadena positiva que contienen ARN: los picornavirus y los togavirus. Su ARNm se traduce en una cadena polipeptídica gigante, la llamada poliproteína, que se desliza en forma de cinta continua desde el "transportador" ribosómico y se corta en proteínas individuales del tamaño requerido. El corte de proteínas virales es un proceso de varios pasos llevado a cabo por proteasas celulares y específicas del virus.
El segundo método de formación de proteínas es característico de los virus que contienen ADN y de la mayoría de los virus que contienen ARN. Con este método, se sintetizan ARNm monocistrónicos cortos como resultado de la transcripción selectiva de una región del genoma (gen). Sin embargo, estos virus hacen un uso extensivo del mecanismo de corte de proteínas postraduccional.
En una célula eucariota, muchas proteínas, incluidas las virales, sufren modificaciones postraduccionales; las proteínas maduras y funcionalmente activas a menudo no son idénticas a sus precursores recién sintetizados. Las modificaciones covalentes postraduccionales generalizadas incluyen glicosilación, acilación, metilación, sulfonación (formación de enlaces disulfuro), corte proteolítico y, finalmente, fosforilación. Como resultado, en lugar de 20 aminoácidos codificados genéticamente, se aislaron alrededor de 140 derivados de aminoácidos de varias células de diferentes órganos de eucariotas.
Glicosilación. Los virus complejos que contienen ARN y ADN contienen proteínas que contienen cadenas laterales de carbohidratos unidas covalentemente: glicoproteínas. Las glicoproteínas se encuentran dentro de las envolturas virales y se encuentran en la superficie de las partículas virales.
La glicosilación de polipéptidos es un proceso complejo de múltiples etapas, cuyas primeras etapas comienzan ya en el proceso de síntesis de polipéptidos, y el primer residuo de carbohidrato se agrega a la cadena polipeptídica que aún no ha abandonado el ribosoma. Las etapas posteriores de la glicosilación se producen mediante la adición secuencial de residuos de carbohidratos a la cadena de carbohidratos durante el transporte del polipéptido a la membrana plasmática. Los residuos de carbohidratos se añaden uno a la vez, y sólo cuando se inicia la síntesis de la cadena de oligosacáridos se transfiere el "bloque". La formación final de la cadena de carbohidratos puede completarse en la membrana plasmática antes del ensamblaje de la partícula viral.
La glicosilación afecta el transporte; además, el transporte está indisolublemente ligado a las glicoproteínas con la glicosilación por etapas. Una prueba convincente de esto es el efecto de los inhibidores de la glicosilación sobre la reproducción viral; suprimen completamente el transporte de polipéptidos sin alterar ni inhibir su síntesis.
Cuando la glicosilación se suprime mediante inhibidores apropiados (análogos de azúcar como la 2-desoxiglucosa, el antibiótico tunicamicina), se bloquea el ensamblaje de viriones de los virus mixo, rabdo y α o se forman viriones no infecciosos de virus del herpes y oncovirus. .
Sulfonación. Algunas proteínas de virus complejos de ARN y ADN se sulfonan después de la traducción. Muy a menudo, las glicoproteínas se sulfonan y el grupo sulfato se une a los residuos de carbohidratos de la glicoproteína.
Acilación. Varias glicoproteínas de virus complejos que contienen ARN (HA2 del virus de la influenza, proteína G del virus de la estomatitis vesicular, proteína HN del virus de la enfermedad de Newcastle, etc.) contienen 1-2 moléculas de ácidos grasos unidas covalentemente.
Corte. Muchas proteínas virales, y principalmente las glicoproteínas, adquieren actividad funcional sólo después de ser cortadas en puntos específicos por enzimas proteolíticas. El corte se produce con la formación de dos subunidades proteicas funcionales (por ejemplo, las subunidades grande y pequeña de la hemaglutinina del virus de la influenza, dos glicoproteínas (E2 y E3) del virus del bosque de Semliki), o con la formación de una proteína funcionalmente activa y una enzima inactiva, por ejemplo, las proteínas F y HN de los paramixovirus. El corte suele realizarse mediante enzimas celulares. En muchos virus animales complejos que tienen glicoproteínas, el corte es necesario para la formación de proteínas de unión activas y proteínas de fusión y, por tanto, para que los virus adquieran la capacidad de infectar una célula. Sólo después de cortar estas proteínas la partícula viral se vuelve infecciosa. Por tanto, podemos hablar de la activación proteolítica de varios virus, realizada mediante enzimas celulares.
Fosforilación. Las fosfoproteínas están contenidas en casi todos los virus animales (ARN) y los que contienen ADN, de estructura simple y compleja. Las proteínas quinasas se encuentran en la mayoría de los virus, pero la fosforilación puede ser llevada a cabo por enzimas tanto virales como celulares. Normalmente, las proteínas asociadas con el genoma viral y que desempeñan un papel regulador en su expresión están fosforiladas. El mecanismo de acción activa del interferón está asociado con el proceso de fosforilación.
III. Replicación.
La replicación es la síntesis de moléculas de ácido nucleico homólogas al genoma. La replicación del ADN ocurre en la célula, lo que resulta en la formación de ADN bicatenario hijo. La replicación ocurre en secciones de ADN no retorcidas y ocurre simultáneamente en ambas hebras desde el extremo 5 'hasta el extremo 3'.
Debido a que las dos hebras de ADN tienen polaridades opuestas y el sitio de replicación (la bifurcación) se mueve en la misma dirección, una hebra se construye en la dirección opuesta en fragmentos separados llamados fragmentos de Okazaki (llamados así en honor al científico que propuso por primera vez este modelo). Después de la síntesis, los fragmentos de Okazaki se "entrecruzan" en una sola cadena mediante la ligasa.
La replicación del ADN se lleva a cabo mediante ADN polimerasas. Para comenzar la replicación, es necesaria la síntesis preliminar de una sección corta de ARN en una plantilla de ADN, llamada cebador. La síntesis de la cadena de ADN comienza con el cebador, después de lo cual el ARN se elimina rápidamente del sitio de crecimiento.
Replicación del ADN viral. La replicación del genoma de los virus que contienen ADN está catalizada principalmente por fragmentos celulares y su mecanismo es similar al mecanismo de replicación del ADN celular.
Cada molécula de ADN recién sintetizada consta de un padre y una hebra recién sintetizada. Este mecanismo de replicación se llama semiconservador.
En los virus que contienen ADN circular de doble hebra (papovavirus), una de las hebras de ADN se corta, lo que provoca el desenrollamiento y la eliminación de los superenrollamientos en una determinada sección de la molécula.
Se ven la parte inferior superenrollada de la molécula, la parte no retorcida en un área grande y los bucles de replicación recién formados.
Durante la replicación del ADN monocatenario (familia de los parvovirus), se forman formas bicatenarias, que son formas replicativas intermedias.
Complejos replicativos. Dado que las cadenas de ADN y ARN resultantes permanecen unidas a la matriz durante algún tiempo, en la célula infectada se forman complejos replicativos en los que se lleva a cabo todo el proceso de replicación (y en algunos casos también la transcripción) del genoma. El complejo replicativo contiene el genoma, la replicasa y las cadenas de ácido nucleico recién sintetizadas asociadas con la plantilla. Las moléculas genómicas recién sintetizadas se asocian inmediatamente con proteínas virales, por lo que los antígenos se encuentran en complejos de replicación. Durante el proceso de replicación aparece una estructura parcialmente bicatenaria con “colas” monocatenarias, el llamado precursor replicativo.
Los complejos de replicación están asociados con estructuras celulares, ya sean preexistentes o inducidas por virus. Por ejemplo, los complejos replicativos de los picornavirus están asociados con las membranas del retículo endoplásmico, de los virus de la viruela; con la matriz citoplasmática, los complejos replicativos de los adenovirus y los virus del herpes en los núcleos están asociados con estructuras fibrosas recién formadas y están asociados con membranas nucleares. En las células infectadas, puede haber una mayor proliferación de estructuras celulares con las que están asociados complejos de replicación, o su formación a partir de material preexistente. Por ejemplo, en las células infectadas con picornavirus, se produce la proliferación de membranas lisas. En las células infectadas con reovirus se observa una acumulación de microtúbulos; En las células infectadas con virus de la viruela, se forma una matriz citoplasmática.
En los complejos de replicación, simultáneamente con la síntesis de moléculas genómicas, se produce la transcripción y el ensamblaje de nucleocápsides y núcleos, y en algunas infecciones, partículas virales.
Regulación de la replicación. La molécula de ARN genómico recién formada se puede utilizar de varias maneras. Puede asociarse con proteínas de la cápside y formar parte del virión, servir como plantilla para la síntesis de nuevas moléculas genómicas o para la formación de ARNm; finalmente, en los virus de cadena “plus” puede realizar las funciones de ARNm y unirse; a los ribosomas. Existen mecanismos en la célula que regulan el uso de moléculas genómicas. La regulación sigue el principio de autorregulación y se realiza mediante la interacción del ARN viral y las proteínas debido a la posibilidad de reconocimiento proteína-ácido nucleico y proteína-proteína. Por ejemplo, la función de la proteína terminal de los picornavirus es inhibir la traducción del ARNm y seleccionar moléculas para la formación de viriones. La proteína que se une al extremo 5′ del ARN genómico es, a su vez, reconocida por las proteínas de la cápside y sirve como señal para el ensamblaje de la partícula viral con la participación de esta molécula de ARN. Utilizando el mismo principio, las moléculas de ARN genómico se seleccionan a partir de virus de cadena negativa. La molécula de ARN es parte del virión o sirve como plantilla para la replicación. Para pasar a la transcripción, debe producirse una prohibición de la interacción proteína-ácido nucleico. La replicación del ADN del adenovirus implica una molécula de proteína que se une al final del ADN viral y es necesaria para el inicio de la replicación. Así, para que comience la replicación, es necesaria la síntesis de proteínas virales: en presencia de inhibidores de la síntesis de proteínas, no hay cambio de la transcripción a la replicación.
IV. Ensamblaje de partículas virales.
La síntesis de los componentes de las partículas virales en la célula es separada y puede ocurrir en diferentes estructuras del núcleo y el citoplasma. Los virus que se replican en el núcleo se denominan convencionalmente virus nucleares. Se trata principalmente de virus que contienen ADN: adenovirus, papovavirus, parvovirus, virus del herpes.
Los virus que se replican en el citoplasma se llaman citoplasmáticos. Estos incluyen el virus de la viruela que contiene ADN y la mayoría de los virus que contienen ARN, con excepción de los ortomixovirus y los retrovirus. Sin embargo, esta división es muy relativa, pues en la reproducción de ambos virus hay etapas que ocurren en el citoplasma y el núcleo, respectivamente.
Dentro del núcleo y el citoplasma también se puede separar la síntesis de moléculas específicas de virus. Por ejemplo, la síntesis de algunas proteínas se lleva a cabo en polisomas libres, mientras que otras se sintetizan en polisomas unidos a membranas. Los ácidos nucleicos virales se sintetizan en asociación con estructuras celulares alejadas de los polisomas que sintetizan proteínas virales. Con este método disyuntivo de reproducción, la formación de una partícula viral sólo es posible si los ácidos nucleicos y las proteínas virales tienen la capacidad, en concentración suficiente, de reconocerse entre sí en la diversidad de proteínas y ácidos nucleicos celulares y conectarse espontáneamente entre sí. es decir, son capaces de autoensamblarse.
El autoensamblaje se basa en el reconocimiento específico de proteína-ácido nucleico y proteína-proteína, que puede ocurrir como resultado de enlaces hidrofóbicos, de sal e hidrógeno, así como de coincidencias estéricas. El reconocimiento de proteínas y ácidos nucleicos se limita a una pequeña región de la molécula de ácido nucleico y está determinado por secuencias de nucleótidos únicas en la parte no codificante del genoma viral. Con este reconocimiento de una región del genoma por las proteínas de la cápside viral, comienza el proceso de ensamblaje de la partícula viral. La unión de otras moléculas de proteínas se lleva a cabo debido a interacciones proteína-proteína específicas o interacciones proteína-ácido nucleico no específicas.
Debido a la diversidad de estructuras de los virus animales, los métodos de formación de viriones también son variados, pero se pueden formular los siguientes principios generales de ensamblaje:
En los virus simples se forman proviriones, que luego se transforman en viriones como resultado de modificaciones de proteínas. Para virus complejos, el ensamblaje se lleva a cabo en múltiples etapas. Primero, se forman nucleocápsides o núcleos, con los que interactúan las proteínas de la capa exterior.
El ensamblaje de virus complejos (a excepción del ensamblaje de virus de la viruela y reovirus) se lleva a cabo en las membranas celulares. El ensamblaje de virus nucleares ocurre con la participación de membranas nucleares, el ensamblaje de virus citoplasmáticos, con la participación de las membranas del retículo endoplásmico o la membrana plasmática, donde todos los componentes de la partícula viral llegan independientemente uno del otro.
Varios virus complejos tienen proteínas hidrófobas especiales que actúan como intermediarios entre las nucleocápsides formadas y las envolturas virales. Estas proteínas son proteínas de matriz en varios virus de cadena negativa (ortomixovirus, paramixovirus, rabdovirus).
El ensamblaje de nucleocápsides, núcleos, proviriones y viriones no se produce en el líquido intracelular, sino en formas preexistentes en la célula o inducidas por el virus (“fábricas”).
Los virus complejos utilizan varios elementos de la célula huésped para construir sus partículas, por ejemplo, lípidos, algunas enzimas, histonas en el ADN genómico 5V40, actina en los virus genómicos de ARN envuelto e incluso ribosomas en los arenovirus. Las moléculas celulares tienen ciertas funciones en la partícula viral, pero su inclusión en el virión también puede ser consecuencia de una contaminación accidental, como la inclusión de varias enzimas de la membrana celular o ácidos nucleicos celulares.
Ensamblaje de virus de ADN. Existen algunas diferencias en el ensamblaje de virus de ADN respecto al ensamblaje de virus de ARN. Al igual que los virus que contienen ARN, el ensamblaje de virus que contienen ADN es un proceso de varios pasos con la formación de formas intermedias que se diferencian de los viriones maduros en la composición de polipéptidos. La primera etapa del ensamblaje implica la asociación del ADN con proteínas internas y la formación de núcleos o nucleocápsides. En este caso, el ADN se combina con cápsidas "vacías" preformadas.
Como resultado de la unión del ADN a las cápsides, aparece una nueva clase de formas intermedias, denominadas formas incompletas. Además de las formas incompletas con diferentes contenidos de ADN, existe otra forma intermedia en la morfogénesis: los viriones inmaduros, que se diferencian de los maduros en que contienen precursores de polipéptidos no cortados. Por tanto, la morfogénesis de los virus está estrechamente relacionada con la modificación (procesamiento) de las proteínas.
El ensamblaje de los virus nucleares comienza en el núcleo, generalmente en asociación con la membrana nuclear. Las formas intermedias del virus del herpes que se forman en el núcleo brotan en el espacio perinuclear a través de la membrana nuclear interna, y así el virus adquiere una envoltura, que es un derivado de la membrana nuclear. Una mayor finalización y maduración de los viriones se produce en las membranas del retículo endoplásmico y en el aparato de Golgi, desde donde el virus se transporta como parte de las vesículas citoplasmáticas a la superficie celular.
En los virus que contienen lípidos que no brotan, los virus de la viruela, el ensamblaje de viriones se produce en las "fábricas" virales citoplasmáticas ya descritas. La envoltura lipídica de los virus en las "fábricas" se forma a partir de lípidos celulares mediante autoensamblaje autónomo, por lo que la composición lipídica de las envolturas difiere significativamente de la composición de los lípidos en las membranas celulares.
V. Salida de partículas virales de la célula.
Hay dos formas para que la progenie viral salga de la célula:
1) por “explosión”;
2) por gemación.
La salida de la célula por explosión está asociada con la destrucción de la célula, una violación de su integridad, como resultado de lo cual las partículas virales maduras ubicadas dentro de la célula terminan en el medio ambiente. Este método de salida de la célula es característico de los virus que no contienen una capa de lipoproteínas (picorna, reo, parvo, papova, adenovirus). Sin embargo, algunos de estos virus pueden transportarse a la superficie celular antes de la muerte celular. La salida de las células por gemación es característica de los virus que contienen una membrana lipoproteica, que es un derivado de las membranas celulares. Con este método, la célula puede permanecer viable durante mucho tiempo y producir descendencia viral hasta que sus recursos se agoten por completo.
Los virus se caracterizan por un método de reproducción y reproducción disyuntivo (de disjuncus - desconectado). La descendencia del virus surge como resultado del ensamblaje de ácidos nucleicos y subunidades de proteínas, que son sintetizadas por separado por la célula huésped.
La penetración de un virus en una célula y la reproducción de su propia especie se produce en varias fases:
1.penetración en la célula huésped,
2.síntesis de enzimas necesarias para la replicación de ácidos nucleicos virales,
3.síntesis de partes virales,
4.ensamblaje y composición de viriones maduros,
5. salida de viriones maduros de la célula.
Etapas de reproducción viral.
1 - adsorción del virión en la célula; 2 - penetración del virión en la célula por viropexis;
3 - virus dentro de una vacuola celular; 4 - `desnudo del virión del virus; 5 - replicación del ácido nucleico viral; 6 - síntesis de proteínas virales en ribosomas celulares; 7 - formación de viriones; 8 - salida del virión de la célula por gemación.
Fase I - adsorción del virión en la superficie celular.
Ocurre en dos etapas: el primero es inespecífico, cuando el virus se retiene en la superficie celular mediante fuerzas electrostáticas, es decir, debido a la aparición de cargas opuestas entre secciones individuales de la membrana celular y el virus. Esta fase de interacción entre el virus y la célula es reversible y está influenciada por factores como el pH y la composición salina del medio.
La segunda etapa es específica. cuando interactúan receptores de virus específicos y receptores de células, complementarios entre sí. Por naturaleza química, los receptores celulares pueden ser mucoproteínas (o mucopolisacáridos) y lipoproteínas. Los diferentes virus se fijan en diferentes receptores: los virus de la influenza, la parainfluenza, los adenovirus (en mucoproteínas) y la encefalitis transmitida por garrapatas y los virus de la polio (en lipoproteínas).
Fase II - penetración del virus en la célula. Las observaciones electronoscópicas del proceso de penetración de virus en células sensibles a ellos mostraron que se lleva a cabo mediante un mecanismo que recuerda a la pinocitosis o, como más a menudo se llama, viropexis. En el lugar de adsorción del virus, la pared celular se introduce en la célula y se forma una vacuola en la que aparece el virión. Paralelamente, las enzimas celulares (lipasas y proteasas) provocan la desproteinización del virión: disolución de la cubierta proteica y liberación de ácido nucleico.
Fase III - período oculto (período de eclipse - desaparición). Durante este período, es imposible determinar la presencia de un virus infeccioso en la célula mediante métodos químicos, microscópicos electrónicos o serológicos. Aún se sabe poco sobre la esencia de este fenómeno y sus mecanismos. Se supone que en la fase latente, el ácido nucleico del virus penetra en los cromosomas de la célula y entabla relaciones genéticas complejas con ellos.
Fase IV - síntesis de componentes del virión. En esta fase, el virus y la célula son un todo, el ácido nucleico viral realiza una función genética, induce la formación de proteínas tempranas y cambia la función de los ribosomas. Las primeras proteínas se dividen en:
A) proteínas inhibidoras(represores) que inhiben el metabolismo celular
b) proteínas enzimáticas(polimerasas) que proporcionan la síntesis de ácidos nucleicos virales.
La síntesis de ácidos nucleicos y proteínas se produce de forma no simultánea y en diferentes partes estructurales de la célula. Para los virus que contienen ADN o ARN, estos procesos tienen algunas diferencias y características.
Fase V - formación de viriones maduros. El proceso de “ensamblaje” del virus se lleva a cabo como resultado de la conexión de los componentes de la partícula viral. En los virus complejos, las estructuras celulares participan en este proceso y los componentes lipídicos, carbohidratos y proteicos de la célula huésped se incorporan a la partícula viral.
El proceso de formación de viriones comienza un cierto tiempo después de que ha comenzado la síntesis de sus componentes. La duración de este período es bastante variable y está determinada por la naturaleza del virus; suele ser más corta en los virus de ARN que en los de ADN. Por ejemplo, la producción de partículas completas del virus vaccinia comienza aproximadamente 5 a 6 horas después de la infección celular y continúa durante las siguientes 7 a 8 horas, es decir, después de que ya se ha completado la síntesis de ADN viral.
Se forman enlaces muy fuertes entre el ácido nucleico y las subunidades proteicas correspondientes, como lo demuestra la dificultad para separar la proteína del ácido nucleico viral. Los carbohidratos y especialmente los lípidos que componen la partícula del virus le dan mayor fuerza.
La formación de viriones, así como la síntesis de los componentes del virus, se produce en diferentes lugares de la célula, con la participación de diversas estructuras celulares. Una vez completado el proceso de formación, se forma una partícula viral hija madura que tiene todas las propiedades del virión original. Pero a veces la formación de los llamados virus incompletos, que consisten únicamente en ácido nucleico, proteína o partículas virales cuya formación se ha detenido en alguna etapa intermedia.
Fase VI - liberación de viriones maduros de la célula. Existen dos mecanismos principales para la liberación de viriones maduros de la célula:
1) liberación del virión por gemación. En este caso, la capa exterior del virión se deriva de la membrana celular y contiene tanto material de la célula huésped como material viral;
2) salida de los viriones maduros de la célula a través de agujeros en la membrana. Estos virus no tienen una capa exterior. Con este mecanismo de liberación de virus, la célula, por regla general, muere y aparece una gran cantidad de partículas virales en el medio ambiente.
La muerte de una célula infectada puede deberse a tres mecanismos:
1. el trabajo del virus, “agotando” la célula;
2. reacción protectora de la célula, que desencadena el programa genético de su muerte (apoptosis);
3. el sistema inmunológico del cuerpo, que destruye la célula infectada.
Además del tipo productivo de interacción entre el virus y la célula, es posible Convivencia integradora o virogenia. La virogenia se caracteriza por la integración (incorporación) del ácido nucleico del virus al genoma celular, así como la replicación y funcionamiento del genoma viral como parte integral del genoma celular. Para la integración con el genoma celular, es necesaria la aparición de una forma circular de ADN bicatenario del virus. El ADN viral incrustado en el cromosoma celular se llama provirus. El provirus se replica como parte del cromosoma y pasa al genoma de las células hijas, es decir. el estado de virogénesis se hereda. Bajo la influencia de ciertos factores físicos o químicos, el provirus puede entrar en un estado autónomo con el desarrollo de un tipo productivo de interacción con la célula. La información genética adicional del provirus durante la virogénesis confiere nuevas propiedades a la célula, que pueden provocar el desarrollo de tumores, enfermedades autoinmunes y crónicas. La capacidad de los virus para integrarse con el genoma celular es la base de la persistencia (del latín persisto - permanecer constantemente, permanecer) de los virus en el cuerpo y el desarrollo de infecciones virales persistentes. Por ejemplo, el virus de la hepatitis B puede provocar lesiones persistentes con el desarrollo de hepatitis crónica y, a menudo, tumores hepáticos.
Tipos de interacción virus-célula. Fases de reproducción del virus.
Hay tres tipos de interacción virus-célula.:
tipo productivo- termina con la formación de una nueva generación de viriones y la muerte (lisis) de las células infectadas (forma citolítica). Algunos virus abandonan las células sin destruirlas (forma no citolítica).
tipo abortivo- no termina con la formación de nuevos viriones, ya que el proceso infeccioso en la célula se interrumpe en una de las etapas.
Tipo integrativo o virogenia- caracterizado por la incorporación (integración) del ADN viral en forma de provirus al cromosoma celular y su coexistencia conjunta (replicación conjunta).
Reproducción de virus:
1. adsorción del virus en la célula. Unión de virus a la superficie celular. El virus se adsorbe en determinadas zonas de la membrana celular, los llamados receptores. ;
2. penetración del virus en la célula-dos métodos: viropexia y fusión de la envoltura viral con la membrana celular. Con viropexis, después de la adsorción de virus, se produce la invaginación (invaginación) de una sección de la membrana celular y la formación de una vacuola intracelular, que contiene una partícula viral. La vacuola con el virus puede transportarse en cualquier dirección a diferentes partes del citoplasma o del núcleo celular. El proceso de fusión lo lleva a cabo una de las proteínas virales de superficie de la cápside o supercápside. ;
3. “desnudar” el virus- eliminación de las capas protectoras virales y liberación del componente interno del virus, que puede provocar un proceso infeccioso. Los productos finales del "desnudo" son el núcleo, la nucleocápside o el ácido nucleico del virus. ;
3.biosíntesis de componentes virales en la célula.- El ácido nucleico viral que ha entrado en la célula lleva información genética que compite con éxito con la información genética de la célula. Desorganiza el funcionamiento de los sistemas celulares, suprime el propio metabolismo de la célula y la obliga a sintetizar nuevas proteínas virales y ácidos nucleicos que se utilizan para formar descendencia viral.
La implementación de la información genética del virus se realiza de acuerdo con los procesos de transcripción, traducción y replicación. ;
4. formación de virus-Existen los siguientes principios generales para ensamblar virus con diferentes estructuras:
1. La formación de virus es un proceso de varias etapas con la formación de formas intermedias;
2. El ensamblaje de virus ordenados de manera simple implica la interacción de moléculas de ácido nucleico viral con proteínas de la cápside y la formación de nucleocápsides (por ejemplo, virus de la polio). En los virus complejos, primero se forman las nucleocápsides, con las que interactúan las proteínas de la cubierta de la supercápside (por ejemplo, los virus de la influenza);
3. La formación de virus no se produce en el líquido intracelular, sino en las membranas nucleares o citoplasmáticas de la célula;
4. Los virus organizados de forma compleja durante el proceso de formación incluyen componentes de la célula huésped (lípidos, carbohidratos) ;
5. liberación de virus de la célula - El primer tipo, el explosivo, se caracteriza por la liberación simultánea de una gran cantidad de virus. En este caso, la célula muere rápidamente. Este método de salida es típico de los virus que no tienen una supercápside. El segundo tipo está en ciernes. Es característico de los virus que tienen una capa de supercápside. En la etapa final de ensamblaje, las nucleocápsides de virus complejos se fijan en la membrana plasmática celular, se modifican con proteínas virales y la sobresalen gradualmente. Como resultado de la protrusión, se forma un "brote" que contiene una nucleocápside. Luego se separa el “brote” de la célula. Así, la capa exterior de estos virus se forma durante su salida de la célula. .
La actividad vital de las bacterias se caracteriza por el crecimiento.- la formación de componentes estructurales y funcionales de la célula y el aumento de la propia célula bacteriana, así como la reproducción- autorreproducción, que conduce a un aumento del número de células bacterianas en la población.
Las bacterias se multiplican por fisión binaria a la mitad, con menos frecuencia por gemación. Los actinomicetos, al igual que los hongos, pueden reproducirse mediante esporas. Los actinomicetos, al ser bacterias ramificadas, se reproducen por fragmentación de células filamentosas. Las bacterias grampositivas se dividen mediante el crecimiento hacia el interior de la célula de tabiques de división sintetizados, y las bacterias gramnegativas, mediante constricción, como resultado de la formación de figuras en forma de mancuernas, a partir de las cuales se forman dos células idénticas.
La división celular está precedida por replicación del cromosoma bacteriano según un tipo semiconservador (la cadena de ADN bicatenario se abre y cada cadena se completa con una cadena complementaria), lo que lleva a la duplicación de las moléculas de ADN del núcleo bacteriano: el nucleoide.
La replicación del ADN ocurre en tres etapas: iniciación, elongación o crecimiento de la cadena y terminación.
Reproducción de bacterias en un medio nutritivo líquido. Las bacterias sembradas en un volumen determinado e invariable del medio nutritivo, al multiplicarse, consumen nutrientes, lo que posteriormente conduce al agotamiento del medio nutritivo y al cese del crecimiento bacteriano. El cultivo de bacterias en un sistema de este tipo se denomina cultivo por lotes y el cultivo se denomina cultivo por lotes. Si las condiciones de cultivo se mantienen mediante el suministro continuo de medio nutritivo fresco y la salida del mismo volumen de líquido de cultivo, entonces dicho cultivo se llama continuo y el cultivo se llama continuo.
Cuando las bacterias se cultivan en un medio nutritivo líquido, se observa un crecimiento del cultivo en el fondo, difuso o en la superficie (en forma de película). El crecimiento de un cultivo periódico de bacterias cultivadas en un medio nutritivo líquido se divide en varias fases o períodos:
1. fase de latencia;
2. fase de crecimiento logarítmico;
3. fase de crecimiento estacionario o concentración máxima
bacterias;
4. Fase de muerte bacteriana.
Fase de latencia- el período entre la siembra de bacterias y el inicio de la reproducción. La duración de la fase de retraso es de 4 a 5 horas en promedio. Al mismo tiempo, las bacterias aumentan de tamaño y se preparan para dividirse; aumenta la cantidad de ácidos nucleicos, proteínas y otros componentes.
Fase de crecimiento logarítmico (exponencial) Es un período de intensa división bacteriana. Su duración es de unas 5-6 horas. En condiciones óptimas de crecimiento, las bacterias pueden dividirse cada 20-40 minutos. Durante esta fase, las bacterias son más vulnerables, lo que se explica por la alta sensibilidad de los componentes metabólicos de una célula en crecimiento intensivo a los inhibidores de la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos, etc.
Luego viene la fase de crecimiento estacionario., en el que el número de células viables permanece sin cambios, constituyendo el nivel máximo (concentración M). Su duración se expresa en horas y varía según el tipo de bacteria, sus características y cultivo.
La fase de muerte completa el proceso de crecimiento bacteriano., caracterizado por la muerte de bacterias en condiciones de agotamiento de las fuentes de medio nutritivo y acumulación de productos metabólicos bacterianos en él. Su duración oscila entre 10 horas y varias semanas. La intensidad del crecimiento y la reproducción bacteriana depende de muchos factores, incluida la composición óptima del medio nutritivo, el potencial redox, el pH, la temperatura, etc.
Reproducción de bacterias en un medio nutritivo sólido. Las bacterias que crecen en medios nutritivos densos forman colonias aisladas de forma redonda con bordes lisos o desiguales (formas S y R), de consistencia y color variables, según el pigmento de la bacteria.
Los pigmentos solubles en agua se difunden en el medio nutritivo y lo colorean. Otro grupo de pigmentos es insoluble en agua, pero soluble en disolventes orgánicos. Y por último, hay pigmentos que no son insolubles ni en agua ni en compuestos orgánicos.
Los pigmentos más comunes entre los microorganismos son los carotenos, las xantofilas y las melaninas. Las melaninas son pigmentos negros, marrones o rojos insolubles sintetizados a partir de compuestos fenólicos. Las melaninas, junto con la catalasa, la superóxido mutasa y las peroxidasas, protegen a los microorganismos de los efectos de los radicales tóxicos del peróxido de oxígeno. Muchos pigmentos tienen efectos antimicrobianos similares a los de los antibióticos.
No se lleva a cabo por fisión binaria. Allá por los años 50 del siglo pasado, se estableció que la reproducción se realiza mediante el método de reproducción (traducido del inglés reproducir - hacer una copia, reproducir), es decir, mediante la reproducción de ácidos nucleicos, así como la síntesis de proteínas con la posterior colección de viriones. Estos procesos ocurren en varias partes de la llamada célula huésped (por ejemplo, en el núcleo o el citoplasma). Este método desconectado de reproducción de virus se llama disyuntivo. Esto es exactamente en lo que nos centraremos con más detalle en nuestro artículo.
Proceso de reproducción
Este proceso tiene sus propias características de reproducción viral y se caracteriza por un cambio secuencial de determinadas etapas. Veámoslos por separado.
Etapas
La reproducción viral en una célula ocurre en varias fases, que se describen a continuación:
- La primera fase es la adsorción del virus, comentada anteriormente, en la superficie de una célula que es sensible a este virus.
- El segundo es la penetración del virus en las células huésped por viropexys.
- El tercero es una especie de "desnudo" de los viriones, la liberación de ácido nucleico de la cápside y la supercápside. En varios virus, el ácido nucleico ingresa a las células mediante la fusión de la envoltura del virión y la célula huésped. En este caso, la tercera y segunda fase se combinan en una sola.
Adsorción
Esta etapa de reproducción viral se refiere a la penetración de la partícula viral en las células. La adsorción comienza en la superficie celular mediante la interacción de receptores celulares y virales. Traducido del latín, la palabra "receptores" significa "receptor". Son formaciones sensibles especiales que perciben irritaciones. Los receptores son moléculas o complejos moleculares ubicados en la superficie de las células y también son capaces de reconocer grupos químicos específicos, moléculas u otras células y unirse a ellos. En los viriones más complejos, dichos receptores se encuentran en la capa exterior en forma de una excrecencia o vellosidad en forma de púas; en los viriones simples, generalmente se encuentran en la superficie de la cápside;
El mecanismo de adsorción en la superficie de una célula susceptible se basa en la interacción de los receptores con los llamados receptores complementarios de la célula "huésped". Los receptores de viriones y células son unas estructuras específicas que se encuentran en la superficie.
Los adenovirus y mixovirus se adsorben directamente en los receptores de mucoproteínas, y los arbovirus y picornavirus se adsorben en los receptores de lipoproteínas.
En el virión mixovirus, la neuraminidasa destruye el receptor de mucogfoteína y escinde los ácidos N-acetilneuramínicos del oligosacárido, que contiene galactosa y galactosamina. Sus interacciones en esta etapa son reversibles porque están influenciadas significativamente por la temperatura, la reacción del medio ambiente y los componentes de la sal. La heparina y los polisacáridos sulfatados, que tienen una carga negativa, previenen la adsorción del virión, pero su efecto inhibidor se elimina mediante algunos policariones (ecmolina, DEAE-dextrano, sulfato de protamina), que neutralizan la carga negativa de los polisacáridos sulfatados.
Entrada del virión a la célula huésped.
El camino de introducción de un virus en una célula sensible a él no siempre será el mismo. Muchos viriones son capaces de penetrar en las células mediante pinocitosis, que en griego significa “beber” o “beber”. Con este método, la vacuola pinocitosa parece atraer el virión directamente al interior de la célula. Otros viriones pueden ingresar a la célula directamente a través de su membrana.
El contacto de la enzima neuraminidasa con las mucoproteínas celulares promueve la entrada de viriones en la célula entre los mixovirus. Los resultados de estudios recientes demuestran que el ADN y el ARN de los viriones no están separados de la capa exterior, es decir, los viriones penetran completamente en las células sensibles mediante pinocitosis o viropexis. Hasta la fecha, esto se ha confirmado en el caso del virus de la viruela, el virus vaccinia y otros virus que eligen a los animales como hábitat. Si hablamos de fagos, infectan las células con ácido nucleico. El mecanismo de infección se basa en el hecho de que los viriones contenidos en las vacuolas celulares son hidrolizados por enzimas (lipasas, proteasas), durante las cuales el ADN se libera de la cubierta del fago y ingresa a la célula.
Para llevar a cabo el experimento, se infectó una célula utilizando ácido nucleico aislado de algunos virus y se provocó un ciclo completo de reproducción del virión. Sin embargo, en condiciones naturales, la infección no ocurre con la ayuda de dicho ácido.
Desintegración
La siguiente etapa de la reproducción viral es la desintegración, que es la liberación de NK de la cápside y la capa exterior. Después de que el virión ingresa a las células, la cápside sufre algunos cambios, adquiriendo sensibilidad a la proteasa celular, luego se destruye y libera simultáneamente NK. En algunos bacteriófagos, la NK libre ingresa a las células. El virus fitopatógeno penetra a través de daños en la pared celular y luego es adsorbido en el receptor celular interno con la liberación simultánea de NK.
Replicación de ARN y síntesis de proteínas virales.
La siguiente etapa de la reproducción viral es la síntesis de una proteína específica del virus, que ocurre con la participación de los llamados ARN mensajeros (en algunos virus forman parte de los viriones y en otros se sintetizan solo en células infectadas directamente en la matriz de ADN o ARN del virión). Se produce la replicación de NK viral.
El proceso de reproducción de los virus de ARN comienza después de que las nucleoproteínas ingresan a la célula, donde se forman polisomas virales al complejar el ARN con los ribosomas. Después de esto, se sintetizan las primeras proteínas, que incluyen represores del metabolismo celular, así como ARN polimerasas, que se traducen con la molécula de ARN original. En el citoplasma de los virus más pequeños, o en el núcleo, el ARN viral de doble cadena se forma combinando la cadena positiva parental ("+" - cadena de ARN) con la cadena negativa recién sintetizada, así como la cadena negativa complementaria ("+" - cadena de ARN) con la recién sintetizada (" -” - cadena de ARN) . La conexión de estas hebras de ácido nucleico provoca la formación de una estructura de ARN monocatenaria, que se denomina forma replicativa. La síntesis de ARN viral se lleva a cabo mediante complejos de replicación, en los que participan la forma replicativa de ARN, la enzima ARN polimerasa y los polisomas.
Hay 2 tipos de ARN polimerasas. Estos incluyen: la ARN polimerasa I, que cataliza la formación de la forma replicativa directamente en la plantilla de cadena positiva, así como la ARN polimerasa II, que participa en la síntesis de ARN viral monocatenario en la plantilla de tipo replicativo. La síntesis de ácidos nucleicos en virus pequeños se produce en el citoplasma. En cuanto al virus de la influenza, las proteínas internas y el ARN se sintetizan en el núcleo. Luego, el ARN se libera del núcleo y penetra en el citoplasma, donde, junto con los ribosomas, comienza a sintetizar la proteína viral.
Una vez que los viriones ingresan a las células, se suprime la síntesis de ácido nucleico, así como de proteínas celulares. Durante la reproducción en una matriz, el i-RNA también se sintetiza en el núcleo, que transporta información para la síntesis de proteínas. El mecanismo de síntesis de proteínas virales se lleva a cabo a nivel del ribosoma celular y la fuente de construcción será el conjunto de aminoácidos. La activación de los aminoácidos se lleva a cabo mediante enzimas; con la ayuda del ARNm se transfieren directamente a los ribosomas (polisomas), en los que ya se encuentran en la molécula de proteína sintetizada.
Así, en las células infectadas, la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas del virión se lleva a cabo como parte de un complejo replicativo-transcriptivo, que está regulado por un determinado sistema de mecanismos.
Morfogénesis del virión
La formación de viriones puede ocurrir sólo en el caso de una combinación estrictamente ordenada de polipéptidos virales estructurales, así como sus NK. Y esto lo garantiza el llamado autoensamblaje de moléculas de proteínas cerca del NC.
Formación de viriones
La formación de un virión se produce con la participación de algunos componentes estructurales que forman la célula. Los virus del herpes, la polio y la vaccinia se forman en el citoplasma y los adenovirus se forman en el núcleo. La síntesis de ARN viral, así como la formación de la nucleocápside, se produce directamente en el núcleo y la hemaglutinina se forma en el citoplasma. Después de esto, la nucleocápside pasa del núcleo al citoplasma, en el que se forma la envoltura del virión. La nucleocápside está cubierta por fuera con proteínas virales y el virión incluye hemaglutininas y neuraminidasas. Así se forma una descendencia, por ejemplo el virus de la gripe.
Liberación del virión de la célula huésped.
Las partículas de virus se liberan de la célula "huésped" simultáneamente (durante la destrucción celular) o gradualmente (sin destrucción celular).
Es de esta forma que se reproducen los virus. Los viriones se liberan de las células generalmente de dos maneras.
Primer método
El primer método implica lo siguiente: después de la maduración absoluta de los viriones directamente dentro de la célula, se redondean, se forman vacuolas allí y luego se destruye la membrana celular. Una vez finalizados estos procesos, los viriones salen todos al mismo tiempo y por completo de las células (picornavirus). Este método suele denominarse lítico.
Segundo método
El segundo método implica el proceso de liberación de viriones a medida que maduran durante 2 a 6 horas en la membrana citoplasmática (mixovirus y arbovirus). La liberación de mixovirus de la célula se ve facilitada por las neuraminidasas, que destruyen la membrana celular. Durante este método, entre el 75 y el 90 % de los viriones se liberan espontáneamente en el medio de cultivo y las células mueren gradualmente.
Reproducción los virus se llevan a cabo en varias etapas, reemplazándose sucesivamente entre sí: adsorción del virus en la célula; penetración del virus en la célula; “desnudar” el virus; biosíntesis de componentes virales en la célula; formación de virus; liberación de virus de la célula.
Adsorción . La interacción de un virus con una célula comienza con el proceso de adsorción, es decir, la unión de los virus a la superficie celular. Este es un proceso muy específico. El virus se adsorbe en determinadas zonas de la membrana celular, los llamados receptores. Los receptores celulares pueden tener una naturaleza química diferente, representando proteínas, componentes de carbohidratos de proteínas y lípidos, lípidos. El número de receptores específicos en la superficie de una célula varía de 104 a 105. En consecuencia, decenas e incluso cientos de partículas virales pueden adsorberse en la célula y penetrar en ella. Hay dos formas para que los virus animales ingresen a una célula: viropexia y fusión de la envoltura viral con la membrana celular. Con viropexis, después de la adsorción de virus, se produce la invaginación (invaginación) de una sección de la membrana celular y la formación de una vacuola intracelular, que contiene una partícula viral. La vacuola con el virus puede transportarse en cualquier dirección a diferentes partes del citoplasma o del núcleo celular. El proceso de fusión lo lleva a cabo una de las proteínas virales de superficie de la cápside o supercápside. Al parecer, ambos mecanismos de penetración del virus en la célula no se excluyen, sino que se complementan entre sí. El proceso de “desnudarse” implica quitar las capas protectoras del virus y liberar el componente interno del virus, que puede provocar un proceso infeccioso. El "desnudo" de los virus se produce gradualmente, en varias etapas, en determinadas zonas del citoplasma o núcleo de la célula, para lo cual la célula utiliza un conjunto de enzimas especiales. En el caso de la penetración del virus por fusión de la envoltura viral con la membrana celular, el proceso de penetración del virus en la célula se combina con la primera etapa de su "desnudez". Los productos finales del “desnudo” son el núcleo, la nucleocápside o el ácido nucleico del virus. Biosíntesis de los componentes del virus. El ácido nucleico viral que ha entrado en la célula transporta información genética que compite con éxito con la información genética de la célula. Desorganiza el funcionamiento de los sistemas celulares, suprime el propio metabolismo de la célula y la obliga a sintetizar nuevas proteínas virales y ácidos nucleicos utilizados para formar la descendencia viral. La implementación de la información genética del virus se lleva a cabo de acuerdo con los procesos de transcripción. traducción y replicación. Formación (ensamblaje) de virus. Los ácidos nucleicos y las proteínas virales sintetizados tienen la capacidad de "reconocerse" específicamente entre sí y, si su concentración es suficiente, se combinan espontáneamente como resultado de enlaces hidrofóbicos, salinos y de hidrógeno. Existen los siguientes principios generales para ensamblar virus con diferentes estructuras:
1. La formación de virus es un proceso de varias etapas con la formación de formas intermedias;
2. El ensamblaje de virus ordenados de manera simple implica la interacción de moléculas de ácido nucleico viral con proteínas de la cápside y la formación de nucleocápsides (por ejemplo, virus de la polio). En los virus complejos, primero se forman las nucleocápsides, con las que interactúan las proteínas de las capas de la supercápside (por ejemplo, los virus de la influenza);
3. La formación de virus no se produce en el líquido intracelular, sino en las membranas nucleares o citoplasmáticas de la célula;
4. Los virus organizados de forma compleja durante el proceso de formación incluyen componentes de la célula huésped (lípidos, carbohidratos).
Salida de virus de la célula. Hay dos tipos principales de liberación de progenie viral de la célula. El primer tipo, el explosivo, se caracteriza por la liberación simultánea de una gran cantidad de virus. En este caso, la célula muere rápidamente. Este método de salida es típico de los virus que no tienen una supercápside. El segundo tipo está en ciernes. Es característico de los virus que tienen una capa de supercápside. En la etapa final de ensamblaje, las nucleocápsides de virus complejos se fijan en la membrana plasmática celular, se modifican con proteínas virales y la sobresalen gradualmente. Como resultado de la protrusión, se forma un "brote" que contiene una nucleocápside. Luego se separa el “brote” de la célula. Por lo tanto, la capa exterior de estos virus se forma cuando salen de la célula. Con este mecanismo, una célula puede producir un virus durante mucho tiempo, manteniendo en un grado u otro sus funciones básicas.