Virus: trasporto attivo e passivo giunzioni cellulari

 INFEZIONE DELLA CELLULA OSPITE E MOLTIPLICAZIONE DEI VIRUS

Un virus è fondamentalmente un aggregato di molecole organiche, formato da una molecola di acido nucleico

(DNA o RNA a filamento singolo o doppio) racchiusa in un involucro di natura proteica. Si ricordi che per poter

funzionare e moltiplicarsi, un virus deve penetrare in una cellula vivente, sfruttandone le materie prime e tutto il

macchinario biosintetico, come ribosomi, ATP ecc.

VIRUS, TRASPORTO ATT E PASS, GIUNZIONI CELLULARI Pagina 1

macchinario biosintetico, come ribosomi, ATP ecc.

I virus sono ALTAMENTE SPECIFICI: possono infettare solo le cellule che possiedono sulla propria superficie

determinati recettori. L'infezione della cellula ospite avviene quindi in vari passaggi:

1) ATTACCO E PENETRAZIONE DEL VIRUS

Legatisi tramite le proteine del capside a questi recettori, i virus possono entrare nelle cellule ospiti in modi diversi:

- La maggior parte inietta nella cellula solo il proprio acido nucleico, abbandonando il capside sulla superficie

cellulare

- Altri entrano invece per interno nella cellula, liberando il loro acido nucleico solamente una volta entrati

I virus animali entrano nella maggior parte dei casi mediante endocitosi o fusione con la membrana plasmatica, in

rari casi viene introdotto solo l'acido nucleico.

Per quanto riguarda invece i batteriofagi, essi hanno un meccanismo di penetrazione e attacco diverso.

Inizialmente, infatti, essi aderiscono attraverso le SPINE CAUDALI alla superficie batterica, le quali

successivamente si CONTRAGGONO avvicinano la parte terminale della coda alla parete. Un enzima crea poi un

poro e, a seguito della contrazione della coda, l'acido nucleico viene iniettato nella cellula.

2) REPLICAZIONE DEL GENOMA

Una volta penetrato all'interno della cellula ospite, il virus deve essenzialmente: replicare il proprio genoma,

produrre i propri elementi costituivi (proteine) ed infine autoassemblarsi. La strategia adottata per la replicazione del

genoma dipende dal tipo di acido nucleico virale:

• NEI VIRUS A DNA: nei virus a DNA, e viene trascritto sotto forma di

il Dna virale si replica normalmente

mRNA, che dirigerà poi la sintesi dei costituenti virali utilizzando la DNA polimerasi, l'RNA polimerasi, i

nucleotidi ed infine gli amminoacidi della cellula ospite

• NEI VIRUS A RNA: nei virus a RNA la situazione è diversa e possiamo distinguere 2 casi:

- in alcuni, l'acido nucleico è replicato da un enzima, detto RNA REPLICASI, che sintetizza nuovo RNA

utilizzando come stampo l'RNA VIRALE

- in altri, chiamati RETROVIRUS, l'RNA virale viene utilizzato come stampo per copiare un singolo filamento

penetrato nella cellula

di Dna complementare (cDNA), mediante un enzima detto TRASCRITTASI INVERSA,

infettata insieme all'acido nucleico del virus. Successivamente, il filamento di cDNA fa a sua volta da stampo per

la sintesi di un filamento complementare di DNA, formando una doppia elica di cDNA. Questa si integra poi nel

.

genoma della cellula ospite e viene trascritta per dare mRNA e nuove molecole di RNA virale

3) SINTESI PROTEINE, AUTOASSEMBLAMENTO e FUORIUSCITA VIRUS

Qualunque sia la strategia adottata, le informazioni contenute nel genoma virale permettono di sintetizzare gli

enzimi necessari per la duplicazione dell'acido nucleico del virus, i costituenti del capside e gli enzimi necessari per

l'uscita delle nuove particelle virali dalla cellula ospite. I costituenti virali così sintetizzati vanno incontro ad un

processo di autoassemblaggio che consente la produzione di centinaia di nuovi virus

I virus completi fuoriescono dalla cellula ospite

attraverso la LISI DELLA CELLULA

che viene quindi distrutta,

INFETTATA, oppure

possono essere espulsi mediante un processo

che permette la

simile all'ESOCITOSI

moltiplicazione virale senza uccidere la cellula

ospite.

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Facciamo un piccola appunto su cosa sono i viroidi e i prioni

 VIROIDI E PRIONI

I VIROIDI sono agenti patogeni costituiti da piccole molecole circolari di RNA a singolo filamento. Sono noti

possono essere trasmessi da una pianta all'altra attraverso

soltanto nelle piante, dove provocano numerose malattie;

il contatto con lesioni infette oppure da una generazione a quelle successive.

I PRIONI sono particelle di natura esclusivamente proteica, ovvero prive di acidi nucleici, responsabili di

malattie che colpiscono il sistema nervoso. Sono note forme che colpiscono gli animali, come la "scrapie" degli

ovini e l'encefalopatia spongiforme bovina, e forme che colpiscono gli uomini, come la malattia di JAKOB-

caratterizzata da demenza, scosse muscolari di tipo epilettico e degenerazione del sistema

CREUTZFELDT,

nervoso, fino alla morte. Il cosiddetto "MORBO DELLA MUCCA PAZZA" è una variante della malattia di Jakob-

C. che può essere trasmessa all'uomo da mucche affette da encefalopatia spongiforme bovina. Non sono noti i

meccanismi che permettono a viroidi e prioni di esercitare un effetto patogeno.

 CICLO LITICO E CICLO LISOGENICO DEI BATTERIOFAGI

Alcuni batteriofagi, ovvero i virus che attaccano i batteri, una volta penetrati nella cellula ospite, possono dare luogo

a 2 tipi di cicli:

- CICLO LITICO: è il normale ciclo riproduttivo virale, che porta alla lisi della cellula batterica e alla fuoriuscita

da essa delle nuove particelle virali

- CICLO LISOGENICO: in questo caso il batteriofago NON UCCIDE la cellula ospite: il suo genoma si

integra nel cromosoma batterico e si replica insieme ad esso a ogni divisione cellulare, mentre il virus non

interferisce con il metabolismo dell'ospite.

Da una cellula batterica infettata dal batteriofago si originano quindi una generazione di batteri il cui cromosoma

contiene l'acido nucleico virale. Il virus integrato nel cromosoma batterico è detto PROFAGO e i batteri

contenenti profagi sono detti BATTERI LISOGENI.

A questo punto il profago può rimanere integrato indefinitamente nel cromosoma batterico, oppure può fuoriuscirne,

riprendendo il ciclo litico.

IL PASSAGGIO DAL CICLO LISOGENICO A QUELLO LITICO PUO' ESSERE SPONTANEO O

INDOTTO DA RAGGI X, RAGGI UV O ALTRI AGENTI MUTAGENI

Anche alcuni dei virus degli eucarioti possono inserirsi nei cromosomi dell'ospite; tali virus, una volta integrati,

sono chiamati PROVIRUS. Possono diventare provirus alcuni virus a DNA, che vanno incontro a un ciclo litico o

lisogeno in base al tipo di cellula che infettano, e i RETROVIRUS A RNA, in cui è il cDNA sintetizzato dalla

trascrittasi inversa a integrarsi nel genoma dell'ospite. Solitamente, questo Dna si aggiunge stabilmente a quello

dell'ospite, senza danneggiarlo, ma in alcuni casi può provocare mutazioni.

I retrovirus, per esempio, sono implicati nell'insorgenza di alcune forme tumorali, probabilmente per il fatto che

l'inserimento nella cellula ospite di genoma estraneo può alterare l'espressione di alcuni geni cellulari. Il virus HIV,

responsabile dell'AIDS, è un RETROVIRUS A RNA.

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SCAMBI DI MATERIALI FRA INTERNO ED ESTERNO

DELLA CELLULA

In tutti i sistemi viventi, dai procarioti agli eucarioti, la regolazione degli indispensabili passaggi di sostanze con

l'ambiente circostante si verifica attraverso il passaggio dalla membrana cellulare.

Le sostanze possono entrare o uscire dalle cellule, o muoversi al loro interno, in 2 modi principali:

1) TRASPORTO PASSIVO: è un trasporto di sostanze che si muovono all'interno di una cellula o passano dal

citoplasma all'ambiente circostante (e viceversa), e E' SPONTANEO e NON RICHIEDE CONSUMO DI

ENERGIA, questo perché questo tipo di trasporto avviene SECONDO GRADIENTE DI

CONCENTRAZIONE, ovvero quando una sostanza si sposta da una zona in cui la sua concentrazione è

maggiore a un'altra in cui la concentrazione è minore.

Da MAGGIOR CONCENTRAZIONE a MINOR CONCENTRAZIONE

2) TRASPORTO ATTIVO: una sostanza che si sposta nella direzione opposta, ovvero CONTRO GRADIENTE

DI CONCENTRAZIONE, ovvero quando una sostanza si sposta da una zona in cui la sua concentrazione è

minore ad un' altra in cui la concentrazione è maggiore. Questo processo RICHIEDE ENERGIA, che viene

fornita da IDROLISI DI ATP.

Da MINOR CONCENTRAZIONE a MAGGIOR CONCENTRAZIONE

Nella membrana possiamo avere entrambi i tipi di trasporto, analizziamoli ciascuno nel dettaglio

1) TRASPORTO PASSIVO

Il trasporto passivo, come abbiamo già detto, avviene in modo spontaneo ovvero senza bisogno di energia, e

secondo gradiente. Ne esistono di vari tipi:

➢ DIFFUSIONE SEMPLICE:

La diffusione semplice è un fenomeno molto familiare, che possiamo verificare sentendo come alcune gocce di

profumo si diffondono velocemente all'interno di una stanza ecc. ma che cos'è in ambito biologico?

LA DIFFUSIONE SEMPLICE E' IL MOVIMENTO NETTO DELLE PARTICELLE DA UNA ZONA AD

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LA DIFFUSIONE SEMPLICE E' IL MOVIMENTO NETTO DELLE PARTICELLE DA UNA ZONA AD

ALTA CONCENTRAZIONE A UNA A MINORE CONCENTRAZIONE, IL TUTTO IN MODO

SPONTANEO

Da questo possiamo dedurre che necessariamente la MEMBRANA PLASMATICA E' SEMIPERMEABILE,

ovvero che può essere attraversata liberamente solo da:

- Piccole molecole NON POLARI come O2 o CO2

- Piccole molecole POLARI NEUTRE come H2O e UREA

NON PUO' ESSERE ATTRAVERSATA DA GROSSE MOLECOLE POLARI (come glucosio) E DAGLI IONI,

ANCHE SE PICCOLI.

➢ DIFFUSIONE FACILITATA

Le sostanze come gli ioni e gli zuccheri, che non attraversano la membrana per diffusione semplice, possono essere

trasportate mediante proteine di membrana che agiscono in modo specifico per ogni singola sostanza di trasportare.

Queste proteine possono lavorare secondo il trasporto attivo (che vedremo dopo) oppure per diffusione facilitata.

Prima però di parlare di diffusione facilitata dobbiamo definire che cosa sono il gradiente di concentrazione ed il

gradiente elettrochimico:

- GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE: è la forza che determina lo spostamento di una sostanza per diffusione,

da una regione in cui è più concentrata a una in cui è meno concentrata.

- GRADIENTE ELETTROCHIMICO: se la sostanza che si sposta possiede una carica elettrica (cioè è uno ione) è

necessario considerare non solo la sua concentrazione ma anche la distribuzione delle cariche ai due lati della

membrana. Il gradiente elettrochimico è infatti la forza motrice netta che tende a spostare un soluto carico (ione)

attraverso la membrana ed è il risultato della somma del gradiente di concentrazione e del potenziale elettrico.

Quindi nel caso di ioni:

IL TRASPORTO PASSIVO DI UN COMPOSTO IONICO DIPENDE DA GRADIENTE

ELETTROCHIMICO

Torniamo al concetto di diffusione facilitata. Alcune di queste proteine