Morfologia Viral

Morfologia Viral

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Carlos Maurício G. Ribeiro - e-mail: mauriciogrib@yahoo.com.br

UNIPLI - Microbiologia - 2009 Página 1

Morfologia,, Estrutura e Composição Química Viral

I. Conceitos Gerais:

Vírus estão entre os menores agentes infecciosos conhecidos. Foram descritos como “agentes filtráveis”, pois devido ao tamanho reduzido podem atravessar filtros destinados a reter bactérias. Unidade para medida do vírion é da ordem do nanômetro (nm). Reconhecidos como partículas que variam de 18 (parvovirus) a quase 300 nm (poxvirus) de diâmetro. Partículas menores que 200nm não são observadas em microscópio ótico. Contém apenas um tipo de ácido nucléico (RNA ou DNA) como genoma, em geral sob forma de molécula individualizada. O ácido nucléico é envolvido por capa protéica, e a unidade infecciosa íntegra é denominada vírion. O vírus isolado das células hospedeiras é metabolicamente inerte porque não possui componentes necessários à síntese molecular.

A origem dos vírus é incerta, três teorias têm sido propostas para explicar a evolução dos vírus. A primeira estabelece a origem e evolução dos vírus em paralelo com formas primordiais de vida. Outra teoria afirma que os vírus surgiram de segmentos de ácido nucléico celular que adquiriram habilidade em se replicar à custa de células hospedeiras. A teoria regressiva afirma que os vírus surgiram de microrganismos de vida livre e ao longo da evolução perderam a informação genética, até se tornarem totalmente dependentes das vias biossintéticas de suas células hospedeiras.

Os vírus diferem de outros organismos infecciosos em estrutura e biologia, principalmente no que se refere à reprodução, pois se replicam apenas em células vivas. O genoma viral contém informações necessárias para programar células hospedeiras infectadas, a fim de sintetizar diversas macromoléculas específicas, necessárias à produção da progênie viral.

Durante a replicação, numerosas cópias do ácido nucléico viral e proteínas do envoltório são produzidas. Proteínas do envoltório se agrupam para formar o capsídeo que envolve e estabiliza o ácido nucléico viral contra o meio extracelular, facilitando aderência, e penetração do vírus em contato com novas células suscetíveis.

O ácido nucléico, isolado do vírion, pode ser hidrolisado por ribonucleases ou desoxirribonucleases, enquanto no interior do vírus íntegro, não é afetado por este tratamento. Por outro lado, anticorpos antivirais neutralizarão o vírion porque reagem com antígenos do envoltório protéico. Todavia, os mesmos anticorpos não têm efeito sobre o ácido nucléico infeccioso livre isolado do vírion.

O que diferencia os vírus de todos os outros seres vivos é o fato de serem estruturas acelulares, ou seja, não possuem estrutura celular. Não tendo organização celular, não possuem a complexa maquinaria bioquímica necessária para fazer funcionar seu programa genético e precisam de células que os hospedem. Vírus não possuem metabolismo próprio e não podem se reproduzir por si mesmos, e se replicam exclusivamente através do substrato molecular e mecanismos bioquímicos da célula que conseguem infectar. Portanto, todos os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios.

Deste modo, vírus não podem ser considerados seres vivos, mas apenas agentes infecciosos que dependem exclusivamente de células vivas. Tal fato também permite concluir que vírus não poderiam ter existido antes das células.

A variedade de hospedeiros suscetíveis a determinado vírus pode ser extremamente limitada; os vírus infectam desde organismos unicelulares tais como micoplasmas, bactérias, algas até seres mais evoluídos como animais e vegetais superiores. Características gerais:

⇨ Estão entre os menores agentes infecciosos (18 a 300 nm).

⇨ Considerados parasitas intracelulares obrigatórios (replicação em células hospedeiras).

⇨ Possuem genoma com único tipo de ácido nucléico (RNA ou DNA).

⇨ Utilizam sistemas enzimáticos celulares. ⇨ Apresentam composição química bem definida (especificidade). São formados por: Ácido nucléico (DNA ou RNA) e capsídeo (envoltório protéico).

A unidade infecciosa integra é denominada vírion. O interesse da ciência nos vírus não se limita ao seu papel como agentes causadores de doença. Atualmente vírus são também utilizados como instrumentos na investigação de processos relacionados à biologia celular e molecular do organismo hospedeiro. Historicamente, o estudo dos vírus tem exercido um papel central na compreensão das funções celulares. Muitas áreas importantes da pesquisa, incluindo a elucidação da natureza química dos genes, assim como seus mecanismos de transcrição e controle, têm sido baseadas extensivamente e, em alguns casos, quase que completamente na utilização dos vírus como ferramenta de estudo.

Além disso, genes virais e outros fatores derivados de vírus podem ser ferramentas úteis em estudos de modificações genéticas de organismos.

Enquanto muitos vírus são lesivos para o hospedeiro, outros são simbiônticos e algumas infecções por vírus podem fornecer vantagens à célula infectada. Por exemplo, um gene viral pode mediar a capacidade metabólica de resistência às drogas em algumas bactérias. Neste sentido, os vírus podem estar entre os mecanismos mais primitivos de transferência de informação genética.

I. Estrutura dos Vírions:

O vírion (partícula viral infectante completa) é constituído de genoma de ácido nucléico acondicionado em invólucro protéico (capsídeo), revestido em determinadas famílias virais por membrana (envoltório). Alguns vírions podem conter certas enzimas essenciais ou acessórias ou outras proteínas. As proteínas do capsídeo ou de ligação dos ácidos nucléicos podem estar associadas ao genoma, formando um nucleocapsídeo, representando o próprio vírion ou ainda ser circundado por envoltório. O vírion, no caso dos vírus mais simples (adenovirus, papovavirus, picornavirus) pode ser idêntico ao nucleocapsídeo. Nos vírions mais complexos (herpesvirus, paramixovirus), abrange nucleocapsídeo mais envoltório circundante.

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2.1. Genoma - consiste de DNA ou RNA. O DNA será constituído por filamento único ou filamento duplo, linear ou circular. O RNA será de sentido positivo (+), como o RNA-mensageiro (RNAm), ou de sentido negativo (-), de filamento duplo (+/-) ou de ambos os sentidos (contendo regiões + e – de RNA ligadas através das extremidades). O genoma RNA também pode ser segmentado em peças, cada uma destas peças codificando genes individuais. 2.2. Capsídeo - corresponde a estrutura rígida representada por envoltório protéico simétrico que alberga o genoma de ácido nucléico, capaz de suportar condições ambientais adversas. Quase sempre capsídeos vazios são subprodutos do ciclo replicativo viral. O nucleocapsídeo representa o capsídeo associado ao acido nucléico que o engloba. 2.3. Capsômeros - elementos básicos de natureza protéica (aglomerados de polipeptídios) que quando completamente agrupados formam o capsídeo. Ocorrem sob a forma de unidades morfológicas estruturais visualizadas ao microscópio eletrônico na superfície das partículas virais. a) Vírus defectivo - partícula viral funcionalmente deficiente em algum aspecto da replicação. O vírus defectivo pode interferir com a replicação do vírus normal. b) Pseudovírions - durante a replicação viral, o capsídeo, algumas vezes, envolve ácido nucléico do hospedeiro em vez do ácido nucléico viral. Estas partículas assemelham-se às partículas virais comuns, quando observadas ao microscópio eletrônico, porém não se replicam. Os pseudovírions contêm ácido nucléico “errado”. c) Estruturas primárias, secundárias e terciárias do ácido nucléico - estrutura primária refere-se à seqüência de bases na cadeia do ácido nucléico. A estrutura secundária refere-se ao arranjo espacial da cadeia completa do ácido nucléico, isto é, se é de filamento único ou duplo, de conformação circular ou linear. A estrutura terciária refere-se a outros elementos de detalhe fino na hélice, por exemplo, presença de superenrolamento, pontos de ruptura, regiões de separação dos filamentos. d) Transcrição - mecanismo pelas quais informações específicas codificadas na cadeia de ácido nucléico são transmitidas ao RNA-mensageiro. e) Tradução - mecanismo pelo qual uma determinada seqüência de bases do RNA-mensageiro leva à produção da seqüência específica de aminoácidos na proteína. 2.4. Envelope - envoltório de natureza glicoprotéica e/ou lipídica, constituído de membrana modificada, onde a camada fosfolipídica é derivada das membranas celulares, e as proteínas são glicoproteínas geneticamente determinadas pelos vírus. A partícula emerge da célula infectada por brotamento, levando consigo a membrana modificada, que constitui o envelope. 2.5. Peplômeros ou espículas virais - projeções protéicas que emergem diretamente do capsídeo, atuam na adsorção à célula hospedeira, como nas fibras que terminam em botões característicos dos adenovírus, 12 por partícula viral, cada uma emergindo de um dos vértices do capsídeo icosaedro.

I. Morfologia:

Vírions se apresentam em organizações simétricas resultantes da associação de elementos idênticos ou partículas virais. Podemos distinguir pelo menos três tipos morfológicos de vírus.

3.l. Vírus Poliédricos

Dotados de simetria cúbica (icosaedro), formados a partir de 20 faces triangulares eqüiláteras, 12 ângulos, 30 arestas. Compostos de dois tipos de capsômeros (hexâmeros e pentâmeros). Os capsômeros dos vértices de cada face são denominados "pentons" e os capsômeros das faces de "hexons". Na identificação de famílias virais, um dos critérios de caracterização morfológica é o número total de capsômeros no capsídeo viral, que pode ser calculado pela seguinte fórmula:

N = 10(n-1)2 + 2, onde: N = n° total de capsômeros n = n° de capsômeros em um lado de cada triângulo Ex: picornavirus (poliomielite), adenovírus (conjuntivite viral), herpesvirus (herpes simples).

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3.2. Vírus Tubulares com Simetria Helicoidal

A simetria helicoidal é caracterizada pela reunião de subunidades protéicas (capsômeros) ao ácido nucléico viral enrolado em uma hélice. Esse conjunto (nucleocapsídeo) por sua vez é então organizado no interior do envoltório lipídico.

Diferente das estruturas icosaédricas existe uma interação entre proteína do capsídeo e ácido nucléico viral nos vírus com simetria helicoidal.

Ex. rabdovirus (raiva), paramixovirus (sarampo), ortomixovirus (influenza).

3.3. Vírus Complexos

Reúne vírus que não apresentam simetria cúbica ou helicoidal simples, formados por estruturas complexas. São exemplos desse tipo de estrutura os bacteriófagos com morfologia peculiar (cabeça/cauda), que exigem síntese prévia de enzimas para organização dessas estruturas. Outro tipo de vírus com simetria complexa é representado pelos Poxvirus (forma de tijolo, com cristas na superfície externa e um núcleo com corpos laterais no seu interior).

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IV. Composição Química Viral:

4.1. Proteína viral:

Proteínas estruturais dos vírus possuem várias funções importantes. Protegem o genoma viral contra inativação por nucleases, participam na aderência da partícula viral a célula suscetível e são responsáveis pela simetria estrutural. Além disso, proteínas determinam características antigênicas do vírus.

Proteínas virais não estruturais são moléculas muito especializadas destinadas a realizar tarefas específicas; (1) Vírus da vaccinia possui muitas enzimas para realizar certas funções no inicio do ciclo infeccioso; (2) alguns vírus possuem proteínas específicas para aderência às células, por exemplo, hemaglutinina do vírus influenza; e (3) vírus RNA tumorais contém uma enzima, transcriptase reversa, que sintetiza DNA, a partir do RNA, constituindo etapa importante na transformação celular por esses vírus.

Proteínas do vírion revestem o ácido nucléico, protegendo das nucleases dos líquidos biológicos e favorecendo a aderência às células suscetíveis. A capa externa de muitos vírions (capsídeo ou envoltório) é altamente resistente ao ataque de algumas enzimas proteolíticas, como tripsina, porém alguns vírus são suscetíveis.

Proteínas Codificadas pelo Genoma Viral

Estruturais Não estruturais - atividade enzimática Proteção do genoma Replicação do ácido nucleico

Reconhecimento da célula Proteólise

Atividade biológica Modificações Não estruturais - regulação gênica

4.2. Ácido Nucléico Viral:

Vírus contêm único tipo de ácido nucléico, DNA ou RNA, codificando informações genéticas necessárias à replicação viral. O genoma

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