Kapsida – virusna beljakovinska lupina: struktura, tipi in funkcija
Spoznajte kapsido — beljakovinsko lupino virusov: njena struktura, tipi (ikozaedrska, spiralna), funkcije in pomen pri okužbah ter diagnostiki.
Kapsida je beljakovinska lupina virusa, sestavljena iz več beljakovinskih podenot. Opazne tridimenzionalne podenote se imenujejo kapsomere. Kapsida obdaja in ščiti nukleinsko kislino virusa (DNK ali RNK) ter skupaj z ostalimi komponentami določa obliko in stabilnost virusne delce.
Struktura kapside
Kapside so zgrajene iz ponavljajočih se beljakovinskih enot, ki se samodejno združujejo v pravilne prostorske vzorce. Velikost in kompleksnost kapsid se zelo razlikujeta (običajno v razponu nekaj deset do nekaj sto nanometrov). Površine kapside so lahko sestavljene iz enega ali več proteinov; primer so virusi, ki povzročajo slinavko in parkljevko, kjer so kapsidne beljakovine označene kot VP1–VP3.
Glavni tipi oblike
- Ikozaedrska: pogosto najdena oblika pri številnih virusih. Ikozaedrska oblika ima 20 enakostraničnih trikotnih površin in se približuje krogli. Takšna simetrija omogoča učinkovito zapiranje največjega volumna z minimalnim številom beljakovinskih podenot.
- Spiralna (helična): pri tem tipu kapside so kapsomere razporejene v dolgih vijačnih ali spiralnih strukturah, ki so pogosto valjaste. Helikalne kapside so značilne za mnoge RNA viruse (npr. nekateri rastlinski in živalski virusi).
- Kompleksne strukture: nekateri virusi, na primer bakteriofagi, imajo bolj zapletene zgradbe, kot so glava (ikosaedrska), rep in repni vlakni, kar omogoča specifično pritrjevanje na bakterijsko celico in injiciranje genetskega materiala.
Funkcije kapside
- Zaščita genoma: kapsida fizično ščiti nukleinsko kislino pred encimi (npr. nukleazami), kemijskimi dejavniki in okoljskimi stre- si (pH, temperatura).
- Prenos in iskanje gostitelja: površinske beljakovine kapside pogosto vsebujejo mesta za prepoznavanje in vezavo na receptorje gostiteljske celice, zato kapsida vpliva na gostiteljskost in tropizem vira.
- Dostava in odpiranje: kapsida omogoča vstop genoma v gostiteljsko celico (s pomočjo receptor-posredovanega endocitoze, fuzije ali injiciranja) in nato sprostitev (uncoating) genoma ob primernih signalih.
- Antigenost: kapsidne beljakovine so pogosto glavni cilji imunskega sistema; določajo nevtralizacijska protitelesa in se uporabljajo pri oblikovanju cepiv ter diagnostiki.
Sestava in montaža
Kapside se običajno sestavijo iz številnih identičnih ali sorodnih beljakovinskih enot. Proces sestavljanja lahko vključuje vmesne skladbene (scaffold) proteine, ki vodijo pravilno sklapanje, in zrelostne proteolitične preobrazbe (maturacija), ki stabilizirajo končno strukturo. Pri nekaterih virusih imajo kapsidne beljakovine tudi interakcije z viralnimi ali gostiteljskimi proteini, ki usmerjajo pakiranje genomov.
Pomen v medicini in biotehnologiji
- Cepiva: kapsidne beljakovine so pogosto uporabljene kot antigeni v podunitnih ali virusnim delcem podobnih (VLP) cepivih, saj lahko povzročijo imunski odgovor brez prisotnosti virusne genetike.
- Antivirusna tarča: kapsida predstavlja tarčo za zdravila, ki preprečujejo sestavljanje ali odpiranje kapside ter s tem prekinjajo življenjski cikel virusa.
- Genetski vektorji: pri terapijah (npr. z adeno-povezanimi vektorji) kapsidni proteini določajo tropizem in učinkovitost ciljne dostave genetskega materiala.
Preiskovalne metode
Strukturo in sestavo kapsid proučujemo z metodami, kot so kriogenska elektronska mikroskopija (cryo-EM), rentgenska kristalografija, masna spektrometrija in biofizikalne tehnike. Te metode omogočajo določanje atomskih modelov kapsid in razumevanje mehanizmov vezave in uncoatinga.
Zaključek
Kapsida je ključna komponenta virusne delce: varuje genom, določa obliko in gostiteljskost ter je pomembna za nastanek imunskega odziva. Poznavanje strukture in delovanja kapsid je bistveno za razvoj cepiv, protivirusnih zdravil in varnih vektorskih sistemov. Razumevanje raznolikosti oblik — od ikozaedrske do spiralne in kompleksnih struktur, kot pri bakteriofagih — pomaga pojasniti, kako virusi preživijo v okolju in kako okužijo svoje gostitelje.
Tudi citomegalovirus ima zunanjo ovojnico.
Virusne ovojnice
Večina virusov (npr. virus gripe in številni živalski virusi) ima virusne ovojnice, ki pokrivajo njihove beljakovinske kapside. To pomeni, da je kapsida prekrita z lipidno membrano.
Kapsida dobi ovojnico iz znotrajcelične membrane v gostitelju virusa, na primer iz notranje jedrske membrane, Golgijeve membrane ali zunanje membrane celice.
Ovojnica lahko virusom pomaga, da se izognejo imunskemu sistemu gostitelja. Glikoproteini na površini ovojnice se vežejo na receptorska mesta na membrani gostitelja. Virusna ovojnica se nato združi z gostiteljevo membrano, kar omogoča, da kapsida in genom virusa vstopita v gostitelja in ga okužita.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je capsid?
O: Kapsida je beljakovinska lupina virusa, ki obdaja njegovo nukleinsko kislino.
V: Kako se imenujejo podenote kapside in kako so zgrajene?
O: Podenote kapside se imenujejo kapsomere in jih je mogoče opazovati v tridimenzionalni strukturi.
V: Kako so kapide razvrščene?
O: Kapside na splošno razvrščamo glede na njihovo strukturo.
V: Ali se lahko struktura kapsid med različnimi virusi razlikuje?
O: Da, nekateri virusi, kot so bakteriofagi, so v primerjavi z drugimi razvili bolj zapletene strukture.
V: Kakšni sta dve splošni obliki kapsid?
O: Dve splošni obliki kapsid sta ikozaedrična in spiralna.
V: Ali so površine kapside sestavljene samo iz ene beljakovine?
O: Ne, kapside so lahko sestavljene iz enega ali več proteinov, kot je kapida virusa slinavke in parkljevke, ki je sestavljena iz treh proteinov, imenovanih VP1-3.
V: Kakšna je ikozaedrična oblika kapside?
O: Ikozaedrska oblika ima 20 enakostraničnih trikotnih površin, ki se približujejo krogli.
Iskati