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10.6A: O ciclo de vida produtivo dos vírus animais - Biologia

10.6A: O ciclo de vida produtivo dos vírus animais - Biologia


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objetivos de aprendizado

  1. Quando receber informações sobre um vírus em termos de como ele penetra na célula hospedeira, se tem um genoma de DNA ou RNA e como é liberado, descreva como um vírus com envelope realiza cada uma das etapas do ciclo de vida produtivo listado abaixo. (Adapte o ciclo de vida a esse vírus.)
    1. ligação viral ou adsorção à célula hospedeira
    2. entrada viral na célula hospedeira
    3. movimento viral para o local de replicação dentro da célula hospedeira
    4. replicação viral dentro da célula hospedeira
    5. montagem viral ou maturação dentro da célula hospedeira
    6. liberação viral da célula hospedeira
  2. Quando receber informações sobre um vírus em termos de como ele penetra na célula hospedeira, se tem um genoma de DNA ou RNA e como é liberado, descreva como um vírus nu realiza cada uma das etapas do ciclo de vida produtivo listado abaixo. (Adapte o ciclo de vida a esse vírus.)
    1. ligação viral ou adsorção à célula hospedeira
    2. entrada viral na célula hospedeira
    3. movimento viral para o local de replicação dentro da célula hospedeira
    4. replicação viral dentro da célula hospedeira
    5. montagem viral ou maturação dentro da célula hospedeira
    6. liberação viral da célula hospedeira

Para muitos vírus animais, os detalhes de cada etapa de seu ciclo de vida ainda não foram totalmente caracterizados e, entre os vírus que foram bem estudados, há uma grande variação. O que se segue é um ciclo de vida produtivo generalizado para vírus animais consistindo nas seguintes etapas: adsorção, entrada viral, movimento viral para o local de replicação e liberação do genoma viral do restante do vírus, replicação viral, montagem viral e liberar.

Anexo viral ou adsorção à célula hospedeira

A adsorção (Figuras 1) envolve a ligação dos locais de fixação na superfície viral com os locais do receptor na membrana citoplasmática da célula hospedeira.

Para que um vírus infecte uma célula hospedeira, essa célula deve ter receptores para o vírus em sua superfície e também ser capaz de suportar a replicação viral. Esses receptores da célula hospedeira são moléculas de superfície normais envolvidas na função celular de rotina, mas uma vez que uma porção de uma molécula na superfície viral se assemelha à forma química da molécula do corpo que normalmente se ligaria ao receptor, o vírus é capaz de se ligar ao hospedeiro superfície da célula.

Por exemplo:

  • A maioria dos rinovírus humanos que causam o resfriado comum liga-se às moléculas de adesão intercelular (ICAM-1) encontradas nas células do epitélio nasal. Essas moléculas de ICAM-1 são usadas normalmente para o recrutamento de leucócitos no trato respiratório.
  • Os vírus da imunodeficiência humana (HIV) adsorvem primeiro às moléculas CD4 e depois aos receptores de quimiocinas encontrados na superfície dos linfócitos T4 humanos e macrófagos. As moléculas de CD4 estão normalmente envolvidas no reconhecimento imunológico, enquanto os receptores de quimiocinas desempenham um papel no início da inflamação e no recrutamento de leucócitos.
  • Os citomegalovírus humanos (CMV) são adsorvidos às moléculas MHC-I. As moléculas MHC-I em células humanas permitem que os linfócitos T8 reconheçam antígenos durante a imunidade adaptativa.
  • O vírus da hepatite B (HBV) se adsorve aos receptores IgA nas células humanas. Esses receptores normalmente se ligam ao isotipo IgA do anticorpo para transporte através das células.

Entrada viral na célula hospedeira

uma. Vírus envelopados

Os vírus envelopados entram na célula hospedeira de duas maneiras:

Animação 3D ilustrando a adsorção e penetração do vírus da dengue.

Janet Iwasa, Gaël McGill (Digizyme) e Michael Astrachan (XVIVO). Esta animação leva algum tempo para carregar.

b. Vírus nus

Os vírus nus entram na célula de duas maneiras:

3. Movimento viral para o local de replicação na célula hospedeira e liberação do genoma viral do restante do vírus.

No caso de vírus que entram por endocitose, as vesículas endocíticas contendo o vírus se movem dentro da célula hospedeira. Durante esse processo, o pH da vesícula endocítica normalmente diminui e isso permite que o vírus deixe a vesícula endocítica. Os vírus saem da vesícula endocítica por meio de uma variedade de mecanismos, incluindo:

c. O capsídeo viral sofre alterações conformacionais que formam poros na vesícula endocítica, permitindo que o genoma virial entre no citoplasma da célula hospedeira (ver Figura ( PageIndex {9} ) A, Figura ( PageIndex {9} ) B , e Figura ( PageIndex {9} ) C).

Animação em flash mostrando o capsídeo viral passando por mudanças conformacionais que formam poros na vesícula endocítica e permitem que o genoma virial entre no citoplasma.

versão html5 da animação para iPad mostrando o capsídeo viral passando por mudanças conformacionais que formam poros na vesícula endocítica e permitem que o genoma virial entre no citoplasma.

Antes que os vírus possam se replicar dentro da célula hospedeira infectada, o genoma viral precisa ser liberado do restante do vírus. Esse processo às vezes é chamado de remoção de revestimento.

No caso da maioria dos vírus com um genoma de RNA, o genoma de RNA viral é liberado do capsídeo e entra no citoplasma da célula hospedeira (ver Figura ( PageIndex {8} ) A e Figura ( PageIndex {8 } ) B) onde geralmente ocorre a replicação.

Animação em Flash mostrando a liberação do genoma viral do capsídeo (desencapsulamento).

versão html5 da animação para iPad mostrando a liberação do genoma viral do capsídeo (desencapando).

No caso da maioria dos vírus com genoma de DNA, o genoma viral entra no núcleo da célula hospedeira por meio de um dos mecanismos mostrados a seguir. A maioria dos vírus de DNA maiores usa a ou b para entrar no núcleo. O método c é usado por alguns DNAs muito pequenos cujo capsídeo é pequeno o suficiente para ser transportado através dos poros nucleares.

uma. O genoma do DNA viral é liberado do capsídeo, entra no citoplasma da célula hospedeira e, subsequentemente, entra no núcleo da célula hospedeira através dos poros da membrana nuclear (ver Figura ( PageIndex {9} ) D e Figura ( PageIndex {9} ) E).

b. O capsídeo dos vírus interage com a membrana nuclear da célula hospedeira, permitindo que o genoma do DNA viral entre no núcleo da célula hospedeira através dos poros da membrana nuclear (ver Figura ( PageIndex {9} ) F e Figura ( PageIndex {9} ) G).

c. O nucleocapsídeo de um pequeno vírus de DNA entra no núcleo da célula hospedeira e o capsídeo é subsequentemente removido, liberando o genoma do DNA viral no nucleoplasma (ver Figura ( PageIndex {9} ) H e Figura ( PageIndex {9} )EU).

Essa remoção dá início ao período do eclipse, período durante o qual nenhum vírion intacto pode ser detectado dentro da célula. Após a remoção do revestimento e durante o estágio de replicação, o vírus não é infeccioso.

4. Replicação viral na célula hospedeira

O genoma viral direciona a maquinaria metabólica da célula hospedeira (ribossomos, tRNA, nutrientes, energia, enzimas, etc.) para sintetizar enzimas virais e partes virais. O genoma viral precisa se replicar e se tornar transcrito em moléculas de mRNA virais. O mRNA viral pode então ser traduzido pelos ribossomos da célula hospedeira em componentes estruturais virais e enzimas necessárias para a replicação e montagem do vírus.

Conforme mencionado anteriormente na Classificação viral, os vírus podem armazenar suas informações genéticas em seis tipos diferentes de ácido nucleico, que são nomeados com base em como esse ácido nucleico eventualmente se torna transcrito para o mRNA viral:

uma. (+/-) DNA de fita dupla (ver Figura ( PageIndex {10} ) A). Para replicar o genoma viral, as enzimas DNA polimerase dependentes de DNA (geralmente fornecidas pela célula) copiam as fitas (+) e (-) de DNA produzindo genomas virais de dsDNA. Para produzir moléculas de mRNA virais, as enzimas da RNA polimerase dependente de DNA da célula hospedeira copiam a fita (-) de DNA em (+) mRNA viral. O (+) mRNA viral pode então ser traduzido em proteínas virais pelos ribossomos da célula hospedeira. Os exemplos incluem a maioria dos bacteriófagos, Papovavírus, Adenovírus e Herpesvírus.

b. (+) DNA de fita simples (ver Figura ( PageIndex {10} ) B). Para replicar o genoma viral, as enzimas da polimerase de DNA dependentes de DNA (geralmente fornecidas pela célula) copiam a fita de DNA (+) do genoma, produzindo um intermediário de dsDNA. As enzimas da polimerase de DNA dependentes de DNA (novamente, geralmente fornecidas pela célula), então copiam a fita de DNA (-) em genomas de DNA ss (+). Os exemplos incluem Phage M13 e Parvovírus.

c. (+/-) RNA de fita dupla (ver Figura ( PageIndex {10} ) C). Para replicar o genoma viral, as enzimas da polimerase de RNA dependente de RNA viral (replicase) copiam as fitas (+) RNA e (-) RNA do genoma, produzindo genomas de dsRNA. Para produzir moléculas de mRNA viral, as enzimas de RNA polimerase dependente de RNA viral (transcriptase) copiam a fita (-) de RNA em (+) mRNA viral. Os reovírus são um exemplo.

d. (-) RNA (ver Figura ( PageIndex {10} ) D). Para replicar o genoma viral, as enzimas da polimerase de RNA dependente de RNA viral (transcriptase) copiam o genoma de RNA (-) produzindo RNA ss (+). A transcriptase deve ser transportada para a célula com o vírion. Enzimas de RNA polimerase dependente de RNA viral (replicase) copiam então as fitas de RNA (+) produzindo o genoma viral de RNA ss (-). As fitas (+) de mRNA também funcionam como mRNA viral e podem então ser traduzidas em proteínas virais pelos ribossomos da célula hospedeira. Os exemplos incluem Orthomyxoviruses, Paramyxoviruses, Rhabdoviruses.

e. (+) RNA (ver Figura ( PageIndex {10} ) E). Para replicar o genoma viral, as enzimas da polimerase de RNA dependente de RNA viral (replicase) copiam o genoma de RNA (+) produzindo o RNA ss (-). Enzimas de RNA polimerase dependente de RNA viral (replicase) copiam então as fitas (-) de RNA produzindo o genoma viral de RNA ss (+). Para produzir moléculas de mRNA virais. As enzimas RNA polimerase dependentes de RNA (replicase) copiam a fita (-) de RNA em (+) mRNA viral. Os exemplos incluem Picornavírus, Togavírus e Coronavírus.

f. (+) Retrovírus de RNA (ver Figura ( PageIndex {10} ) F). Para replicar o genoma viral, as enzimas da transcriptase reversa viral (DNA polimerases dependentes de RNA) copiam o genoma de RNA (+) produzindo fitas de DNA ss (-). A transcriptase reversa viral também pode funcionar como enzimas DNA polimerase dependentes de DNA e copiará as fitas (-) de DNA para produzir um intermediário de dsDNA. A transcriptase reversa deve ser transportada para a célula com o vírion. O DNA viral se moverá para o núcleo, onde se integrará ao DNA da célula usando a enzima viral integrase, que também deve ser transportada para a célula hospedeira com o vírion. Uma vez no DNA da célula hospedeira, as enzimas da polimerase de RNA dependente de DNA da célula hospedeira copiam as fitas ds (-) de DNA para produzir genomas de RNA ss (+). Para produzir moléculas de mRNA virais, as enzimas da RNA polimerase dependente de DNA da célula hospedeira copiam a fita de DNA ds (-) em (+) mRNA viral. Retrovírus, como HIV-1, HIV-2 e HTLV-1 são exemplos.

À medida que os ribossomos da célula hospedeira se ligam às moléculas de mRNA virais, os mRNAs são traduzidos em proteínas estruturais virais e enzimas virais. Durante a fase inicial de replicação, as proteínas necessárias para a replicação do genoma viral são feitas e o genoma faz milhares de réplicas de si mesmo. Durante a fase tardia da replicação, as proteínas estruturais virais (proteínas do capsídeo e da matriz, glicoproteínas do envelope, etc.) e as enzimas envolvidas na maturação são produzidas.

Alguns mRNAs virais são monocistrônicos, ou seja, contêm material genético para traduzir apenas uma única proteína ou polipeptídeo. Outros mRNAs virais são policistrônicos. Eles contêm transcrições de vários genes e são traduzidos em uma ou mais poliproteínas grandes. Essas poliproteínas são subsequentemente cortadas em proteínas funcionais individuais por enzimas virais chamadas proteases.

No caso da maioria dos vírus de RNA, a replicação e a montagem ocorrem no citoplasma da célula hospedeira. Com os vírus de DNA, a maior parte da replicação e montagem ocorre no núcleo da célula hospedeira. O genoma viral entra no núcleo da célula hospedeira e aqui é transcrito em mRNA viral. As moléculas de mRNA viral deixam o núcleo através dos poros da membrana nuclear e são traduzidas em proteínas virais pelos ribossomos da célula hospedeira no citoplasma. A maioria dessas proteínas virais entra novamente no núcleo, onde o vírus se reúne em torno dos genomas replicados.

  • Micrografia eletrônica de transmissão de vírus Herpes simplex no núcleo de uma célula hospedeira infectada; cortesia do CDC.

Também durante a replicação, proteínas do envelope viral e glicoproteínas codificadas pelo genoma viral são incorporadas à membrana citoplasmática da célula hospedeira (ver Figura ( PageIndex {11} ) A e Figura ( PageIndex {11} ) B) ou nuclear membrana.

Animação em Flash mostrando a replicação viral.

Se um vírus tem um genoma de RNA ou DNA é importante quando se trata de desenvolver agentes antivirais para controlar os vírus. No caso dos vírus de RNA, todas as enzimas usadas na replicação e transcrição do genoma são enzimas codificadas por vírus diferentes daquelas da célula hospedeira, de modo que essas enzimas podem ser potencialmente direcionadas. Por outro lado, os vírus de DNA usam a maquinaria de transcrição de RNA da célula hospedeira e a maquinaria de replicação de DNA, de modo que essas enzimas, compartilhadas pelo vírus e pela célula hospedeira, não podem ser direcionadas sem matar a célula hospedeira. Uma vez que todos os vírus usam o mecanismo de tradução da célula hospedeira, independentemente do tipo de genoma, a tradução não pode ser alvo de nenhum vírus.

5. Montagem ou maturação viral dentro da célula hospedeira

Durante a maturação, o capsídeo é montado em torno do genoma viral.

  • Maturação de um vírus envelopado: veja a Figura ( PageIndex {12} ) A.
  • Maturação de um vírus simples: veja a Figura ( PageIndex {12} ) B.

Liberação viral da célula hospedeira

uma. Vírus nus

Os vírus nus são predominantemente liberados pela lise da célula hospedeira (veja a Figura ( PageIndex {13} ) C). Embora alguns vírus sejam citolíticos e lisem a célula hospedeira mais ou menos diretamente, em muitos casos são as defesas imunológicas do corpo que lisam a célula infectada.

b. Vírus envelopados

Com vírus envelopados, a célula hospedeira pode ou não ser lisada. Os vírus obtêm seus envelopes das membranas das células hospedeiras por brotamento. Como mencionado acima, antes do brotamento, proteínas virais e glicoproteínas são incorporadas nas membranas da célula hospedeira. Durante o brotamento, a membrana da célula hospedeira com proteínas virais e glicoproteínas incorporadas evagina e se separa para formar o envelope viral. O brotamento ocorre na membrana citoplasmática externa, a membrana nuclear, ou nas membranas do aparelho de Golgi.

  • Micrografia eletrônica de transmissão de Coronavírus no retículo endoplasmático de uma célula hospedeira infectada; cortesia do CDC.

Alguns vírus, capazes de causar fusão celular, podem ser transportados de uma célula para células adjacentes sem serem liberados, ou seja, são transmitidos por contato célula a célula, por meio do qual uma célula infectada se funde com uma célula não infectada (ver Figura ( PageIndex {16} ) A, Figura ( PageIndex {16} ) B e Figura ( PageIndex {16} ) C).

Reinfecção

De 10.000 a 50.000 vírus animais podem ser produzidos por uma única célula hospedeira infectada.

  • Micrografia eletrônica de transmissão mostrando picos de envelope e glicoproteína Coronavírus; cortesia do CDC.

Exercício: Perguntas Pense-Pares-Compartilhe

  1. Os vírus animais são adsorvidos a receptores na membrana citoplasmática das células hospedeiras.

Por que nossas células possuem receptores que os vírus também podem adsorver?

  1. Quando vacinamos contra infecções virais como sarampo, caxumba, rubéola, poliomielite e varicela, injetamos uma forma atenuada ou inativada do vírus. O corpo responde criando anticorpos que revestem a superfície do vírus, ligando-se às proteínas ou glicoproteínas de sua superfície.

Descreva resumidamente duas maneiras pelas quais isso pode prevenir futuras infecções com este vírus.


Grande animação do ciclo produtivo vivo do vírus da dengue.

O vírus da dengue é um vírus de RNA que entra por endocitose, obtém seu envelope por brotamento no retículo endoplasmático e é embalado pelo aparelho de Golgi e liberado por exocitose.

A dengue é uma infecção viral transmitida por mosquitos encontrada principalmente em áreas tropicais. Muitas vezes assintomático e autolimitado, mas quando os sintomas aparecem, eles podem incluir dores nas articulações e músculos, dor de cabeça e uma erupção que pode se tornar hemorrágica. O vírus se replica em macrófagos.

Cortesia de Biointeractive do HHMI.

Resumo

  1. Para que um vírus infecte uma célula hospedeira, essa célula deve ter receptores para o vírus em sua superfície e também ser capaz de suportar a replicação viral.
  2. A adsorção envolve a ligação de locais de fixação na superfície viral com locais de receptores na membrana citoplasmática da célula hospedeira.
  3. Uma vez adsorvidos, muitos vírus entram na célula hospedeira por endocitose, por meio da qual a membrana citoplasmática da célula hospedeira se invagina e se separa, colocando o vírus em uma vesícula endocítica. Alguns vírus entram por um processo de fusão em que parte do vírus se funde com a célula hospedeira, permitindo que o restante do vírus entre no citoplasma da célula hospedeira.
  4. Após a entrada, o vírus se move para o local de replicação dentro da célula hospedeira. A maioria dos vírus de RNA se replica no citoplasma da célula hospedeira; a maioria dos vírus de DNA se replica no núcleo da célula hospedeira.
  5. Durante a replicação, o genoma viral direciona a maquinaria metabólica da célula hospedeira (ribossomos, tRNA, nutrientes, energia, enzimas, etc.) para sintetizar enzimas virais e partes virais. O mRNA viral pode então ser transcrito pela célula hospedeira em componentes estruturais virais e enzimas necessárias para a replicação e montagem do vírus.
  6. Durante a maturação, o capsídeo é montado em torno do genoma viral.
  7. Antes ou durante a liberação, os vírus com envelope obtêm seus envelopes das membranas da célula hospedeira por brotamento. O brotamento ocorre na membrana citoplasmática externa, a membrana nuclear, ou nas membranas do aparelho de Golgi.
  8. Os vírus que obtêm seus envelopes das membranas do núcleo, do retículo endoplasmático ou do aparelho de Golgi são então liberados por exocitose via vesículas de transporte; os vírus que obtêm seu envelope da membrana citoplasmática são liberados durante o processo de brotamento.
  9. Os vírus nus são predominantemente liberados pela lise da célula hospedeira.
  10. De 10.000 a 50.000 vírus animais podem ser produzidos por uma única célula hospedeira infectada.

Perguntas

Estude o material desta seção e, em seguida, escreva as respostas a essas perguntas. Não basta clicar nas respostas e escrevê-las. Isso não testará sua compreensão deste tutorial.

  1. Um vírus envelopado entra por fusão, tem um genoma de RNA e é liberado por brotamento. Descreva como ele realiza cada uma das etapas a seguir durante seu ciclo de vida produtivo.
    1. ligação viral ou adsorção à célula hospedeira (ans)
    2. entrada viral na célula hospedeira (ans)
    3. movimento viral para o local de replicação dentro da célula hospedeira (ans)
    4. replicação viral dentro da célula hospedeira (ans)
    5. montagem viral ou maturação dentro da célula hospedeira (ans)
    6. liberação viral da célula hospedeira (ans)
  2. Quando um vírus infecta o corpo, o corpo responde produzindo anticorpos que revestem o vírion. Discuta brevemente como isso pode oferecer proteção ao corpo. (ans)
  3. Por que os vírus geralmente são muito específicos quanto aos tipos de hospedeiros, tecidos e células que podem infectar? (ans)
  4. Múltipla escolha (ans)



Comentários:

  1. Chiko

    Por que excelente tópico

  2. Jubar

    Lamento que eu o interrompa, mas, na minha opinião, há outra maneira da decisão de uma pergunta.

  3. Rhesus

    É notável, esta opinião divertida



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