Kapsida

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Jump to navigation Jump to search

Kapsida – (rijetko kapsid) – je proteinski omotač virusa. Građen je od nekoliko oligomernih strukturnih podjedinica proteina, zvanih protomere. Uočljive 3-dimenzijske morfološke podjedinice, koje mogu ili ne mogu odgovarati pojedinačnim proteinima, zovu se kapsomere. Kapsida zatvara genetički materijal virusa.[1][2]

Kapside se svrstavaju prema njihovoj strukturi. Većina ih ima kapside sa ili spiralne ili heliksnom strukturom.[3][4] Neki virusi, kao što su bakteriofagi, imaju mnogo kompliciraniju strukturu, zbog ograničenja elastičnosti i elektrostatike.[5] Ikosaedarni oblik, koji ima 20 ekvilateralnih trougaonih strana, približno je sferan, dok je heliksni oblik cilindričan. Strane kapsida se mogu sastojati od jednog ili više proteina. Naprimjer, kapsoidni virus bolesti slinavke i šapa ima strane koje se sastoje od tri proteina: VP1–3.[6][7]

Neki virusi imaju ovojnicu, što znači da je kapsida obložena lipidnom membranom poznatom kao virusni omotač. Omotač odgovara proteinskom omotaču unutarćelijske membrane kod domaćina virusa; primjeri uključuju unutrašnju ćelijski membranu, Golgijevu membranu i vanjsku ćelijsku membranu.[8]

Kada jednom virus zarazi ćeliju i počne se replicirati, nove kapsulirane podjedinice se sintetiziraju prema genetičkoj informaciji virusa, korištenjem mehanizama bakterijske biosinteze proteina. Tokom procesa montaže, ulazna podjedinica je sastavljena u jednom tjemenu proteinskog omotača. Kroz ovaj ulaz, transportira se virusna DNK ili RNK u proteinski omotač – kapsidu. [9]

Za kategorizaciju virusa u porodice, koriste se strukturne analize arhitekture glavnih kapsidnih proteina (MCP). Naprimjer, bakteriofag PRD1, virus Paramecium bursaria i alge Chlorella te sisarski adenovirusi se nalaze u istoj porodici.[10]

Specifični oblici[uredi | uredi izvor]

Ikosahedarski[uredi | uredi izvor]

Ikosahedralna kapsida jednog adenovirusa

Iako je ikosahedarska struktura vrlo česta među virusima, postoje razlike u njenoj veličini i male varijacije između viriona. S obzirom na asimetričane podjedinice na trouglastom licu ikosaedara, po tri podjedinice po svakom licu 60 podjedinica, mogu biti postavljeni na ekvivalentan način. Većina virusa, zbog svoje veličine, imaju više od 60 podjedinica. Te varijacije su klasificirana na temelju načela kvazi-ekvivalencije, koju su predložili Donald Caspar i Aaron Klug.[11] Smatra se da je ikosahedarska struktura konstruirana od 12 pentametra. Broj monomera je fiksan, a broj heksamera može varirati.[12] Ove ljuske mogu biti izgrađene od pentametra i heksamera, smanjenjem broja T (triangulacija) na neekvivalentnim lokacijama podjedinica, T-brojem kojim se donose određene cjelobrojne vrijednosti 1, 3, 4, 7, 12, 13,...(T = h2 + k2 + hk, sa h, k = ne-negativni cijeli brojevi). Ljuske uvijek sadrže 12 pentamera plus 10 (T-1) heksamera. Ova klasifikacija se također može primijeniti i na glavninu poznatih virusa, uz izuzuzetke koji uključuju rotaviruse, kod kojih tačkaste mutacije remete simetriju.[12]

Izduženi[uredi | uredi izvor]

Ove kapside su ikosaedarski izdužene, duž petostruke osi i uobičajenog aranžmana glave bakteriofaga. Takva struktura sastoji se od cilindra s kapom na oba kraja. Cilindar se sastoji od 10 trouglova. Broj Q, koji može biti bilo koji pozitivni cijeli broj, određuje broj trouglova, sastavljenih od asimetričnih podjedinica, koje čine 10 trouglova cilindra. Kape su klasificirane po broju T.[13]

Spiralni – Helikoidni[uredi | uredi izvor]

3D model helikoidne kapsidne strukture virusa

Mnogi štapičasti i nitasti (filamentni) biljni virusi imaju kapside sa uvojitom simetrijom.[14] Ovakve strukture se mogu opisati kao set n 1-D molekulskih navoja koji su povezani jenom n-osnom simetrijom.[15] Heliksna transformacija je klasificirana u dvije kategorije: jednodimenzijske i dvodimenzijske heliksne sisteme.[15] Stvaranje cijelih spiralni struktura oslanja se na skup translacijskih i rotacijskih matrica koje su kodirane u banci podataka za bjelančevine. Spiralna simetrija je data formulom:

P = μ x ρ,

μ = broj strukturnih jedinica po prijelazu iz spirale,
ρ = aksijalni uspon po jedinici, a
P = uspon spirale.
Za srukturu se kaže da je otvorena, s obzirom na obilježje da bilo koji volumen može da se zatvori promjenom dužine spirale.[16] Najupoznatiji spiralni virus mozaika duhana,[14] koji je jednostruki molekulski (+) lanac RNK. Svaki sloj proteina u unutrašnjosti zavojnice veže tri nukleotida RNK genoma. Virus gripe A razlikuje se po tome što se sastoji od više ribonukloproteina, virusnih NP proteina organiziranih u RNK spiralnu strukturu. Veličina je također drugačija, jer virus mozaika duhana ima 16,33 proteinskih podjedinica po spirali.

Broj triangulacija[uredi | uredi izvor]

T-brojevi virusne kapside

Ikosahedarskim virusnim kapsidama obično se dodjeljuje tbroj triangulacija (T-broj), kako bi se opisao odnos između broja pentagona (petougla) i heksagona (šestougla), tj. njihove kvazi-simetrije u kapsidnoj ljuski. Ideja T-broja je izvorno razvijena za objašnjenje kvazisimetrije po pomenutim Casparu i Klugu u 1962.[17]

Naprimjer, čisti dodekahedarski virus ima T-broj 1 (obično pisano T=1) i skraćeni ikosahedarski označen kao T=3. T-broj se proračunava:

  • (1) primjenom rešetke na površini virusa sa koordinatama h i K,
  • (2) računajući broj koraka između uzastopnih pentagona na površini virusa,
  • (3) primjenom formule
=

gdje , h i k = distance između sukcesivnih pentagona na virusnoj površini za svaku os (vidi sliku). Veći T-broj više heksagona je prikazan u odnosu na pentagone.[18][19]

Za šestougaoni sistem, polispirala ima 20T tjemena, 30T rubova, 10T+2 lica (12 petouglov i 10(T-1) šestouglova). Za dvojno trouglasti sistem, broj tjemena i lica računa se obrnuto.

Prikaz T-brojeva virusnih kapsida do (6,6)

Pokazatelji kapsida Šestougaoni/Petougaoni sistem Trouglasti sistem
(h,k) T Broj šestouglova Conwaysko poliedarsko obilježavanje Slika Geometrijsko ime Broj trouglova Conwaysko poliedarsko obilježavanje Slika Geometrijsko ime
(1,0) 1 0 D Dodekahedron Dodekahedron 20 I Ikosahedron Ikosahedron
(1,1) 3 20 tI
dkD
[[Image:Uniform polyhedron-53-t12.png|80px|Skraćeni ikosahedron Skraćeni ikosahedron 60 kD Pentakis dodekahedron Pentakis dodekahedron
(2,0) 4 30 cD=t5daD Skraćeni rombni triakontahedron Skraćeni rombni triakontahedron 80 k5aD Pentakis ikosidodekahedron Pentakis ikosidodekahedron
(2,1) 7 60 dk5sD Conway polyhedron Dk5sI.png Skraćeni pentagonski heksekontahedron 140 k5sD Conway polyhedron K5sI.png Pentakis pljosnati dodekahedron
(3,0) 9 80 dktI Conway polyhedron Dk6k5tI.png Heksapenta skraćeni pentakis dodekahedron 180 ktI Conway polyhedron K6k5tI.png Heksapentakis skraćeni ikosahedron
(2,2) 12 110 dkt5daD Conway polyhedron dkt5daD.png 240 kt5daD Conway polyhedron kt5daD.png Heksapentakis skraćeni rombni triakontahedron
(3,1) 13 120 Goldberg polyhedron 3 1.png 260
(4,0) 16 150 ccD Conway polyhedron dk6k5at5daD.png 320 dccD Conway polyhedron k6k5at5daD.png
(3,2) 19 180 380
(4,1) 21 200 dk5k6stI
tk5sD
Conway polyhedron Dk5k6st.png 420 k5k6stI
kdk5sD
Conway polyhedron K5k6st.png Heksapentakis pljosnati skraćeni ikosahedron
(5,0) 25 240 500
(3,3) 27 260 tktI Conway polyhedron dkdktI.png 540 kdktI Conway polyhedron kdktI.png
(4,2) 28 Conway polyhedron dk6k5adk5sD.png
(5,1) 31
(6,0) 36 350 tkt5daD Conway polyhedron tkt5daD.png 720 kdkt5daD Conway polyhedron kdkt5daD.png
(4,3) 37
(5,2) 39
(6,1) 43
(4,4) 48 470 dadkt5daD Conway polyhedron dadkt5daD.png 960 k5k6akdk5aD Conway polyhedron k5k6akdk5aD.png
(6,2) 48
(5,3) 49 Goldberg polyhedron 5 3.png
(5,4) 61
(6,3) 64
(5,5) 75
(6,4) 76
(6,5) 91
(6,6) 108
...

T-brojevi mogu biti predstavljeni na različite načine, na primjer T = 1 mogu biti predstavljeni samo kao ikosaedar , dodekahedron a , ovisno o vrsti kvazi-simetrije, T = 3 mogu biti predstavljeni ili kao skraćeni dodekaedar, ikosidodekahedron ili skraćeni ikosaedar i njihove dvojnosti a Triosni ikosaedar, rombni triakontahedron ili pentakis dodekahedron.[20]

Funkcije[uredi | uredi izvor]

Funkcije viriona su zaštita genoma, isporuka genoma i interakcija sa domaćinom. Virion mora sastaviti stabilnu, zaštitnu proteinsku ljuska za zaštitu genoma od smrtonosnih hemijskih i fizičkih agenasa. To uključuje oblike prirodnog zračenja, ekstreme pH ili temperature i proteolitičkih i nukleolitskih enzima. Isporuka genoma je također važna kod specifičnog vezanja na vanjske receptore u ćelijama domaćina, prijenos specifičnih signala koji izazivaju jednouvijenost genoma i fuziju sa ćelijskom membranom domaćina.[16]

Hemijska svojstva[uredi | uredi izvor]

Virusne čestice mora biti metastabilne, tako da interakcije mogu lahko preokrenuti, prilikom ulaska i neobložene nove ćelije domaćina. Ako se postiže minimalno slobodno energetsko stanje, konformacija će biti nepovratna, povezana kopčom i ulazom. Svaka podjedinica kapside ima identične kontaktne veze sa svojim susjedima, a dvije veze su obično nekovalentne. Nekovalentne veze drže strukturne jedinice zajedno. Reverzibilno formiranje nekovalentnih veza između pravilno savijenih podjedinica dovodi do grešaka montaže i smanjuje slobodnu energiju.[16]

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Eds. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB) Sarajevo. ISBN 9958-9344-1-8. 
  2. ^ Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. (2004). Biologija 1. Svjetlost, Sarajevo. ISBN 9958-10-686-8. 
  3. ^ Lidmar J, Mirny L, Nelson DR (2003). "Virus shapes and buckling transitions in spherical shells". Phys. Rev. E 68 (5): 051910. Bibcode:2003PhRvE..68e1910L. arXiv:cond-mat/0306741. doi:10.1103/PhysRevE.68.051910. 
  4. ^ Vernizzi G, Olvera de la Cruz M (2007). "Faceting ionic shells into icosahedra via electrostatics". Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104 (47): 18382–18386. Bibcode:2007PNAS..10418382V. doi:10.1073/pnas.0703431104. 
  5. ^ Vernizzi G, Sknepnek R, Olvera de la Cruz M (2011). "Platonic and Archimedean geometries in multicomponent elastic membranes". Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108 (11): 4292–4296. Bibcode:2011PNAS..108.4292V. PMC 3060260. PMID 21368184. doi:10.1073/pnas.1012872108.  Nedostaje |last2= u Authors list (pomoć)
  6. ^ Branden, Carl; Tooze, John (1991). Introduction to Protein Structure. New York: Garland. str. 161–162. ISBN 0-8153-0270-3. 
  7. ^ "Virus Structure (web-books.com)". 
  8. ^ Alberts, Bruce; Bray, Dennis; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Watson, James D. (1994). Molecular Biology of the Cell (4th iz.). str. 280. 
  9. ^ Newcomb WW, Homa FL, Brown JC (August 2005). "Involvement of the Portal at an Early Step in Herpes Simplex Virus Capsid Assembly". Journal of Virology 79 (16): 10540–6. PMC 1182615. PMID 16051846. doi:10.1128/JVI.79.16.10540-10546.2005. 
  10. ^ Khayat et al. classified Sulfolobus turreted icosahedral virus (STIV) and Laurinmäki et al. classified bacteriophage Bam35 – Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 3669 (2006); 102, 18944 (2005); Structure 13, 1819 (2005)
  11. ^ Caspar DLD, Klug A (1962) Q. Biol. 27, 1–24.
  12. ^ a b Johnson, J. E.; Speir, J.A. (2009). Desk Encyclopedia of General Virology. Boston: Academic Press. str. 115–123. ISBN 0-12-375146-2. 
  13. ^ Casens, S. (2009). Desk Encyclopedia of General Virology. Boston: Academic Press. str. 167–174. ISBN 0-12-375146-2. 
  14. ^ a b Yamada S, Matsuzawa T, Yamada K, Yoshioka S, Ono S, Hishinuma T (December 1986). "Modified inversion recovery method for nuclear magnetic resonance imaging". Sci Rep Res Inst Tohoku Univ Med 33 (1–4): 9–15. PMID 3629216. 
  15. ^ a b Aldrich RA (February 1987). "Children in cities--Seattle's KidsPlace program". Acta Paediatr Jpn 29 (1): 84–90. PMID 3144854. doi:10.1111/j.1442-200x.1987.tb00013.x. 
  16. ^ a b c Racaniello, Vincent R.; Enquist, L. W. (2008). Principles of Virology, Vol. 1: Molecular Biology. Washington, D.C: ASM Press. ISBN 1-55581-479-4. 
  17. ^ Caspar, D. L. D.; Klug, A. (1962). "Physical Principles in the Construction of Regular Viruses". Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 27: 1–24. PMID 14019094. doi:10.1101/sqb.1962.027.001.005. 
  18. ^ Mannige RV, ((Brooks CL III)) (2010). "Periodic Table of Virus Capsids: Implications for Natural Selection and Design". PLoS ONE 5 (3): e9423. Bibcode:2010PLoSO...5.9423M. PMC 2831995. PMID 20209096. doi:10.1371/journal.pone.0009423. 
  19. ^ "T-number index". VIPERdb. La Jolla, CA: The Scripps Research Institute. doi:10.1093/nar/gkn840. Pristupljeno March 17, 2011. 
  20. ^ K. V. Damodaran; Vijay S. Reddy; John E. Johnson; Charles L. Brooks III (2002). "A General Method to Quantify Quasi-equivalence in Icosahedral Viruses". J. Mol. Biol. 324 (4): 723–737. PMID 12460573. doi:10.1016/S0022-2836(02)01138-5. 

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Šablon:Virusne teme