Kapsīda — vīrusa olbaltumvielu apvalks: uzbūve, formas un klasifikācija
Kapsīda ir vīrusa olbaltumvielu apvalks. To veido vairākas olbaltumvielu apakšvienības, kas savienojas trīsdimensionālās struktūrās. Novērojamās trīsdimensiju apakšvienības sauc par kapsomerām. Kapsīdā ir ievietota vīrusa nukleīnskābe. Kapsīda funkcija ir aizsargāt genomu no ārējiem faktoriem, nodrošināt tā pārvietošanu starp saimniekorganismiem un iniciēt inficēšanās procesu, atpazīstot un sasaistoties ar saimniekšūnas receptoriem.
Uzbūve
Kapsīdu veido viena vai vairākas proteīnu sugas, kas atkārtojas noteiktā ģeometriskā kārtībā. Atsevišķas apakšvienības (monomēri) savienojas un veido kapsomēras, kuras kopā veido veselu kapsīdu. Kapsomēru skaits un izkārtojums nosaka kapsīdas izmērus un formu. Dažos gadījumos kopā ar kapsīdu vai kapsīdas iekšpusē atrodas arī saistītas vīrusa proteāzes, nukleoproteīni vai citas enzīmas — tas atkarīgs no vīrusa grupas un replicācijas stratēģijas.
Triangulācijas skaitlis (T) — icosahedrālai kapsīdai var izmantot triangulācijas skaitli, kas raksturo, cik daudz subvienību nepieciešams, lai izveidotu noteiktas izmēra icosahedrālu virsmu. T vērtība atšķiras dažādiem vīrusiem, un tā ietekmē kapsīdas kopējo izmēru un simetriju.
Formas un simetrija
Kapsīdas var klasificēt pēc to ģeometriskās formas un simetrijas. Galvenās formas ir:
- Ikosahedrālā (icosahedral) — tai ir 20 vienādmalu trijstūrainas virsmas, un tā ir tuva lodes formai. Šāda simetrija ir ļoti izplatīta daudzos vīrusu tipus, jo tā ļauj efektīvi iesaiņot genomu, izmantojot maz resursu.
- Spirālveida (helical) — kapsīda proteīni sakārtojas spirālē ap nukleīnskābes virkni, radot cilindrisku struktūru. Šādas kapsīdas piemērs ir daudzi augu vīrusi un daži dzīvnieku vīrusi.
- Sarežģītās (complex) — daži vīrusi, piemēram, bakteriofāgi, ir strukturāli kompleksi — tiem var būt icosahedrāla galva, spirālveida astē un pievienotas virsmas struktūras vai šķiedras.
Kapsīdas virsmas var sastāvēt no viena vai vairākiem proteīniem; piemēram, mutes un nagu sērgas vīrusa kapsīdā ir trīs virsmas, ko sauc par VP1–VP3 olbaltumvielām.
Klasifikācija pēc struktūras un pārklājuma
Bez ģeometriskas klasifikācijas bieži lieto arī dalījumu pēc tā, vai kapsīda ir naked (t.i., kails) vai aptverta ar lipīdu apvalku (envelope). Daudzi enveloped vīrusi kapsīdu papildus iesaiņo lipīdu membrānā, ko tie iegūst no saimniekšūnas membrānām — šāds apvalks satur virsmas glikoproteīnus, kas ir svarīgi receptoru atpazīšanai un imūnreakcijām.
Funkcijas
- Aizsargāt vīrusa nukleīnskābi no fizikāliem un ķīmiskiem bojājumiem.
- Atpazīt un sasaistīties ar saimniekšūnas receptoriem, iniciējot ieeju šūnā.
- Regulēt uncoating procesu — jebkuros apstākļos veikt genoma atbrīvošanu šūnas iekšienē.
- Veidot antigēnās epītopus, kas iedarbojas uz saimnieka imūnsistēmu — kapsīdas proteīni bieži ir galvenais mērķis antivielām un vakcīnām.
Asambleja un pētīšana
Kapsīdas asambleja parasti notiek pašsaplūšanas ceļā, kad proteīnu apakšvienības spontāni organizējas pareizajā formā, dažkārt ar papildu šūnas vai vīrusa faktoru palīdzību. Pētījumi par kapsīdu struktūru tiek veikti, izmantojot metodes kā kriomikroskopija (cryo-EM), rentgenkristalogrāfija un ķīmiskā analīze, kas ļauj noteikt atomāro struktūru un saprast, kā kapsīda mijiedarbojas ar saimniekšūnu vai antivielām.
Nozīme medicīnā un biotehnoloģijā
Kapsīdas proteīni ir nozīmīgi vakcīnu un antivielu dizainā. No kapsīdas var radīt neaudzātu daļu — vīrusa līdzīgās daļiņas (virus-like particles, VLPs) — kas nav infektīvas, bet saglabā antigēnās īpašības un tiek izmantotas drošās vakcīnās. Turklāt kapsīdas struktūras izpratne palīdz izstrādāt pretvīrusu zāles, kas traucē kapsīdas asambleju vai genoma iekļūšanu saimniekā.
Apkopojot: kapsīda ir būtiska vīrusu daļa, kas nosaka daudzas no vīrusu bioloģijas īpašībām — no aizsardzības līdz saimniekšūnas atpazīšanai — un tā ir centrāla mērķa vieta biomedicīnas izpētē un klīniskajās lietojumprogrammās.
Citomegalovīrusam ir arī ārējais "apvalks".
Vīrusu aploksnes
Lielākajai daļai vīrusu (piemēram, gripas un daudziem dzīvnieku vīrusiem) ir vīrusa apvalks, kas pārklāj to proteīna kapsīdu. Tas nozīmē, ka kapsīda ir pārklāta ar lipīdu membrānu.
Apvalku kapsīda iegūst no vīrusa saimnieka intracelulārās membrānas, piemēram, no iekšējās kodola membrānas, Golgi membrānas vai šūnas ārējās membrānas.
Apvalks var palīdzēt vīrusiem izvairīties no saimnieka imūnsistēmas. Glikoproteīni uz apvalka virsmas saistās ar receptoru vietām saimnieka membrānā. Tad vīrusa apvalks saplūst ar saimnieka membrānu. Tas ļauj kapsīdai un vīrusa genomam iekļūt saimniekā un inficēt to.
Jautājumi un atbildes
Q: Kas ir capsid?
A: Kapsīda ir vīrusa olbaltumvielu apvalks, kas ietver vīrusa nukleīnskābi.
J: Kā sauc kapsīdas apakšvienības un kāda ir to struktūra?
A: Kapsīdas apakšvienības sauc par kapsomerām, un tās ir novērojamas trīsdimensiju struktūrā.
J: Kā tiek klasificētas kapsīdas?
A: Kapsīdas kopumā klasificē pēc to struktūras.
J: Vai dažādu vīrusu kapsīdu struktūra var atšķirties?
A: Jā, dažiem vīrusiem, piemēram, bakteriofāgiem, ir sarežģītāka struktūra nekā citiem.
J: Kādas ir divas galvenās kapsīdu formas?
A: Divas vispārējās kapsīdas formas ir ikozaedriskā un spirālveida.
J: Vai kapsīdas virsmas sastāv tikai no viena proteīna?
A: Nē, kapsīdas virsmas var sastāvēt no vienas vai vairākām olbaltumvielām, piemēram, mutes un nagu sērgas vīrusa kapsīdas virsmas, kas sastāv no trim olbaltumvielām, kuras sauc par VP1-3.
J: Kāda ir kapsīdas ikosahedrālā forma?
A: Ikozaedriskajai formai ir 20 vienādmalu trīsstūrveida virsmas, kas tuvojas sfērai.
