Basi di Biologia

VIRUS

Verso la fine del 1800, i botanici stavano cercando la causa del mosaico del tabacco, una malattia in grado di arrestare la crescita della pianta del tabacco e conferire alle foglie un aspetto punteggiato a mosaico. Il botanico olandese Beijerinck scoprì nel 1898 che l'agente che lo causava possedeva molte delle caratteristiche degli esseri viventi ma era in grado di riprodursi solo all'interno di una cellula vivente. Lo denominarono "virus", parola che in latino significa veleno.

La maggior parte dei virus che infettano animali, piante e batteri sono stati identificati durante la II metà del XX secolo.

I virus rappresentano una delle forme di aggregazione molecolare più semplici. Sono strutture biologiche esistenti in natura incapaci di replicazione autonoma, che pertanto necessitano dell'interazione con una cellula che funga da ospite: possono essere quindi definiti parassiti endocellulari obbligati.

La struttura generale del virus è costituita...

Da un solo tipo di acido nucleico (RNA o DNA a singolo o a doppio filamento), materiale genetico virale, costituito da una o poche tipi di proteine e da un involucro proteico presente in copie multiple. Tale struttura è definita capside. L'insieme dell'acido nucleico più il capside, anche definito virione o particella virale. L'envelope (involucro) è lo strato più esterno che ricopre alcuni tipi di virus. Alcuni possiedono un pericapside esternamente al capside ed è composto da un doppio strato di fosfolipidi, intervallati da numerose glicoproteine.

I virus batterici, batteriofagi o fagi, presentano una struttura caratterizzata da una testa (o capside), di varie dimensioni. La maggior parte dei fagi presenta una coda. La struttura terminale della coda è costituita dalla piastra basale, da cui sporgono delle spine e a cui sono attaccate delle fibre, contenenti le proteine di attacco.

Non tutti i fagi comunque hanno la piastra basale e le fibre della coda. Altre strutture sono coinvolte nel legame della particella fagica al batterio.

Tutti i virus possiedono sulla loro superficie proteine, dette proteine d'attacco, capaci di legare siti recettoriali presenti in maniera specifica sulla superficie di una cellula ospite.

Classificazione

Gli organismi viventi sono classificati in 5 diversi regni dall'ecologo H.Whitiaker nel 1969.

1. Monera (Batteri)
2. Protista (Protozoi, alghe e muffe)
3. Plantae (piante)
4. Fungi (funghi e lieviti)
5. Animalia (animali)

I virus non possono essere assegnati ad alcuno dei 5 regni degli organismi viventi in quanto differiscono da tutti in quanto necessitano di un altro organismo vivente per vivere.

Replicazione virale

I virus, poiché non hanno una struttura cellulare e non possono quindi svolgere attività metaboliche, non riescono a sopravvivere per molto tempo al di fuori di una cellula, della

1. Attacco
2. Penetrazione
3. Liberazione dell'acido nucleico
4. Replicazione e biosintesi
5. Assemblaggio
6. Rilascio

recluta i ribosomi cellulari per la sintesi delle proteine virali.

Le vescicole trasportano le glicoproteine virali alla membrana plasmatica.

Si assemblano nuovi virus che sono ricoperti dalla membrana plasmatica.

I virus sono rilasciati dalla cellula ospite.

Batteriofagi

I fagi possono moltiplicarsi attraverso due meccanismi alternativi: il ciclo litico o il ciclo lisogenico.

CICLO LITICO

caratteristico dei fagi litici o virulenti.

È Consente la moltiplicazione dei fagi e alla fine del processo si ha la morte della cellula batterica per lisi.

periodo di eclisse

Un – subito dopo l’ingresso del DNA fagico nella cellula, viene sintetizzato mRNA fagico, dalla cui traduzione vengono prodotte proteine fagiche precoci.

Verso la metà del ciclo l’RNA polimerasi viene ulteriormente modificata in modo da riconoscere i geni fagici tardivi, la cui espressione porterà alla sintesi delle proteine fagiche tardive, cioè proteine

strutturali del fago e proteine necessarie per la lisi della cellula batterica. maturazione La – le proteine capsidi che sintetizzate si auto assemblano ed il DNA viene impacchettato nella testa. In ultimo si aggiungono le fibre della coda e le particelle fagiche si accumulano nella cellula batterica. rilascio Il – un enzima virale chiamato lisozima, assieme ad altre proteine tardive, determina la rottura della membrana cellulare, consentendo così la liberazione nel mezzo extracellulare delle nuove particelle fagiche. La cellula batterica muore. Il numero dei fagi prodotti dall’infezione di un solo batterio può arrivare a 200. CICLO LISOGENICO È tipico dei fagi cosiddetti lisogenici o temperati i quali possono moltiplicarsi attraverso un ciclo litico o, alternativamente, entrare in uno stato di quiescenza nella cellula ospite. Quando un virus entra nel ciclo lisogenico, il suo cromosoma “ricombina” con il cromosoma della cellula ospite

virus, agenti con una struttura ancora più semplice di quella dei virus: sola presenza di una molecola di acido nucleico (viroidi) o di una molecola proteica (prioni).

Viroidi

I viroidi sono, per la prima volta descritti da piccoli agenti infettivi delle piante Diener nel 1971. Si distinguono dai virus per le dimensioni molto più piccole della grandezza del virus più piccolo perché:

1. Caratterizzati da un genoma costituito da RNA circolare a singolo filamento
2. I loro genomi non codificano alcuna proteina
3. Non esistono in forma libera

Prioni

Sono agenti infettivi costituiti solo da proteine e sono privi di acidi nucleici. Normalmente sono presenti nelle cellule nervose. La forma patogena della proteina sembra in grado di indurre la trasformazione di un individuo sano nella controparte causando encefalopatie spongiformi. Così si ammala quando è in contatto con tessuto malato. Alla fine degli anni '80 è comparsa l'encefalopatia bovina definita dai

4 Flusso dell’informazione genetica

Il dogma centrale della biologia:

1. Duplicazione

Porta alla formazione di nuove molecole di DNA e al trasferimento di materiale genetico.

2. Trascrizione

L’informazione contenuta nel DNA passa alle molecole di RNA

3. Traduzione

Processo finale in cui dall’RNA si arriva alla sintesi delle proteine.

DNA → DNA

Trascrizione → RNA

Traduzione → Proteina

DNA ed RNA sono polimeri di nucleotidi che sono costituiti da basi puriniche e pirimidiniche legate a zuccheri fosforilati.

Replicazione del DNA

Il DNA è la molecola depositaria dell’informazione genetica ereditata di generazione in generazione. Ci sono 3 modelli principali di replicazione del DNA:

1. Semiconservativo
2. Conservativo
3. Dispersivo

semiconservativo: Il primo modello ad essere stato ipotizzato fu quello della ipotesi prevedeva la rottura dei legami idrogeno della molecola che si separa in due filamenti singoli. Poiché

Ogni filamento determina la sequenza del filamento complementare, ogni singolo filamento della molecola che si apre può agire da stampo per dirigere la sintesi di un nuovo filamento.

Esperimento di Meselson e Stahl

Accanto al modello di replicazione semiconservativa, sono in via ipotetica possibili altri 2 meccanismi - conservativo e dispersivo.

Conservativo: Nel modello entrambi i filamenti stampo ricostituirebbero la doppia elica "vecchia" e, di conseguenza, i due filamenti sintetizzati costituirebbero una doppia elica "nuova".

Dispersivo: Nel modello il DNA delle due molecole che vengono trasmesse alle cellule figlie sarebbe composto sia da tratti "vecchi" che da tratti "nuovi".

Meselson e Stahl fecero crescere dei batteri in un terreno di coltura contenente 15 cloruro di ammonio il cui azoto era l'isotopo pesante non radioattivo (N). Il DNA estratto da tali batteri cresciuti in un siffatto terreno di coltura per molte generazioni.

era mescolato, in una provetta di centrifuga, con una soluzione di cloruro di cesio. Il cloruro di cesio (CsCl) forma un gradiente di concentrazione nella provetta ed il DNA andrà a galleggiare nel punto della provetta ove la densità della soluzione e quella del DNA si equivalgono.

Nel caso del DNA estratto dai batteri cresciuti nel terreno con l'azoto pesante, basi azotate contenenti N,15, esso essendo composto da si depositava verso il fondo. Il DNA era quello contenente l'isotopo leggero dell'azoto.