Estructura y Ciclo de Vida de los Virus: Núcleo, Cromatina y Cromosomas

El núcleo celular

Envoltura nuclear: formada por una doble membrana con poros, que controla y regula la comunicación entre el citoplasma y el nucleoplasma. La membrana externa es similar a la membrana plasmática y en ella se encuentran ribosomas, lo que permite la comunicación con el retículo endoplasmático rugoso (RER). La membrana interna contiene proteínas que sirven para anclar la lámina nuclear.

Lámina nuclear

Capa de proteínas fibrilares situada debajo de la membrana interna. Estas proteínas fijan las fibras de cromatina y están relacionadas con la formación de los poros.

Poros nucleares

Orificios de unos 800 Å, grandes en cantidad y cuyo número aumenta cuando se incrementa la actividad celular. Cada poro está formado por una serie de proteínas que lo rodean (complejo del poro), una estructura anular formada por 8 gránulos y mRNA ribonucleico. El canal central está tapado por 8 proteínas cónicas que dejan un canal de 100 Å, que puede tener una proteína central. Los poros regulan el paso no solo de subunidades, sino también de proteínas de pequeño tamaño.

Funciones del núcleo

• Separar el nucleoplasma del citosol.
• Regular el intercambio de sustancias a través de los poros.
• Intervenir en la constitución de los cromosomas previa a la división celular.
• Participar en la distribución de las masas de cromatina en el nuevo núcleo.

Nucleoplasma

Medio interno del núcleo, dispersión coloidal en forma de gel, compuesto por H₂O, sales y proteínas. En él se produce la síntesis y el empaquetamiento de los ácidos nucleicos y nucleótidos, y de los ARN.

Nucléolo

Corpúsculo esférico carente de membrana, de diámetro 1-3 nm, situado en el interior del núcleo. Hay 2-3 por núcleo. Durante la división nuclear desaparece. Está constituido por ARN y proteínas, y sintetiza el ARN nucleolar, que se convierte en los distintos ARN.

• Zona fibrilar: interna, contiene ARN_N asociado a proteínas.
• Zona granular: periférica, da lugar a las subunidades ribosómicas.

Cromatina

Formada por filamentos de ADN, de distintos grados de condensación, y proteínas. Estos filamentos forman ovillos que se sitúan adosados a la lámina nuclear. Se forma a partir de cromosomas que se descondensan al finalizar la división nuclear.

• Heterocromatina: no se condensa completamente durante la interfase. Puede ser constitutiva (condensada en todas las células del organismo) o facultativa (condensada en algunas células, como en las células de la insulina).
• Eucromatina: se descondensa completamente en la interfase.

Estructura: sucesión de nucleosomas que forman una fibra de cromatina de 100 Å. Puede presentarse enrollada sobre sí misma, formando una fibra de cromatina de 300 Å. En el núcleo de los espermatozoides, el ADN está asociado a proteínas formando una estructura cristalina.

Función: contiene la información genética. Cada molécula de ADN origina dos moléculas iguales, que quedan unidas por un punto (centrómero) y se enrollan sobre sí formando las dos cromátidas de cada cromosoma. Proporciona información biológica necesaria para la síntesis de los distintos ARN. En regiones de eucromatina, donde las fibras de ADN están poco empaquetadas, la ARN polimerasa puede realizar la transcripción.

Cromosomas

Constituidos por una fibra de cromatina de 300 Å condensada sobre sí misma. Representan el máximo grado de compactación de la cromatina. Presentan forma de bastoncillo y se tiñen con colorantes básicos.

• Centrómero: estrechamiento de la cromátida que separa los dos brazos.
• Brazos: cada una de las dos partes que quedan unidas por el centrómero.
• Telómero: porción distal de cada brazo.
• Constricción secundaria: estrechamiento que se sitúa cerca del telómero. Puede dar lugar a otro segmento llamado satélite.
• Cinetocoro: estructura proteica de forma discoidal situada en el centrómero que actúa como centro organizador de microtúbulos (COM).

Función: transmiten la información genética contenida en el ADN de la célula madre a las células hijas.

Número cromosómico

Las células somáticas de animales y vegetales son diploides (2n), siendo n el número de tipos de cromosomas. Presentan dos juegos de cada tipo de cromosoma, uno procedente del progenitor masculino y otro del femenino. Los gametos son haploides (n).

Agentes infecciosos no celulares

• Viroides: pequeñas moléculas de ARN, circulares y monocatenarias, sin cubierta, que infectan vegetales (por ejemplo, el cadang-cadang).
• Priones: proteínas con la misma secuencia de aminoácidos que la proteína normal, pero con una forma espacial distinta. Son capaces de inducir a las proteínas normales de la célula a adoptar la forma prion. Son proteínas de membrana neuronal, por eso producen enfermedades neurodegenerativas, que aumentan en número porque la forma alterada entra en contacto con priones adyacentes.

Virus

Los virus son partículas microscópicas de estructura sencilla, sin estructura celular, ya que carecen de citoplasma y de enzimas para el metabolismo. Presentan dos fases: extracelular (fuera de la célula, inertes, llamados viriones) e intracelular (se adhieren a la superficie celular e introducen en ella su genoma viral).

Genoma viral

Contiene una o varias moléculas de ADN o ARN, pero nunca de ambos a la vez. El ácido nucleico puede ser de cadena abierta o circular, mono o bicatenario.

Cápsida

Cubierta proteica que envuelve al genoma viral. Protege el ácido nucleico y, en virus carentes de cubierta, reconoce receptores de membrana de la célula que va a parasitar. El conjunto genoma viral + cápsida = nucleocápsida.

• Icosaédrica: estructura poliédrica con 20 caras triangulares, 12 vértices y 30 aristas. Formada por la unión de capsómeros de dos tipos: hexones (6 moléculas de proteínas o protómeros que forman caras y aristas) y pentones (5 protómeros que se hallan en los vértices).
• Helicoidal: formada por capsómeros idénticos dispuestos helicoidalmente, formando una estructura tubular hueca en cuyo interior hay ácido nucleico.
• Compleja: en los bacteriófagos, virus especializados en parasitar bacterias. Se compone de cabeza (tipo icosaédrico, con ácido nucleico) y cola (adaptada para inyectar el ácido nucleico en el interior de la bacteria). En la base de la cola hay una placa basal con espinas, de la que salen las fibras caudales.

Cubierta membranosa

Envoltura que rodea la nucleocápsida, compuesta por una doble capa lipídica procedente de la célula hospedadora. Su función es reconocer a la futura célula hospedadora e inducir la penetración del virión.

Ciclos virales

Ciclo lítico

Conduce a la destrucción de la célula hospedadora.

1. Fijación: existe gran especificidad entre el virus y la célula hospedadora. Existen varias moléculas que actúan como receptores para la adhesión de los viriones. En los bacteriófagos, se fijan a través de las puntas de las fibras caudales, mediante enlaces químicos y clavando las espinas basales.
2. Penetración: el bacteriófago perfora la pared celular mediante lisozima. Luego contrae la vaina de la cola e introduce el ADN con lo que el genoma viral pasa al citoplasma bacteriano.
3. Eclipse: momento de mayor actividad metabólica, inducido por el ADN. El ADN viral usa nucleótidos y la enzima ARN polimerasa para dirigir la síntesis de proteínas del virus como cápsomeros, enzimas, endonucleasas y endolisinas. El ADN sufre replicación utilizando complejos enzimáticos.
4. Ensamblaje: los cápsomeros se reúnen formando cápsidas y las nuevas moléculas de ADN viral se pliegan y penetran en las cápsidas.
5. Lisis: la acción de la enzima endolisina produce la lisis de la bacteria.

Ciclo lisogénico

Los virus atenuados no destruyen la célula que infectan y su genoma pasa a incorporarse al ADN de la célula hospedadora. Permanece durante varias generaciones celulares hasta que un estímulo induce la separación del ADN profago del ADN celular. Mientras la célula lisogénica posea ADN profago, será inmune frente a la infección por el mismo virus.

Ciclo de replicación del VIH (SIDA)

1. Unión: la proteína GP120 se une al receptor CD4 del linfocito.
2. Fusión: la envoltura del virus se fusiona con la membrana celular del linfocito y entran las nucleocápsidas.
3. Liberación: se libera el ARN viral y se produce la transcripción inversa.
4. Transcripción inversa: se forman cadenas híbridas de ARN-ADN del virus, y después dobles cadenas de ADN viral.
5. Integración: las dobles cadenas de ADN entran en el núcleo del linfocito y se integran en el ADN del linfocito.
6. Transcripción: se forma el ADN mensajero (ARNm), la cápsida y el ARN viral.
7. Migración: el ARNm migra del núcleo al citoplasma.
8. Traducción: se forman las proteínas del virus mediante los ribosomas del linfocito.
9. Ensamblaje y salida: se ensamblan los virus hijos, que salen al exterior.

Ciclo de replicación del virus de la gripe (hemaglutinina)

1. La hemaglutinina del virus se une al ácido siálico de la célula.
2. El virus entra en la célula mediante endocitosis.
3. El endosoma se rompe y el virus libera su contenido en el citoplasma.
4. El ARN viral y las proteínas entran en el núcleo celular.
5. Se produce la transcripción del ARNm a partir de la ARN polimerasa de la célula, que transforma el ARN de polaridad negativa (-) en polaridad positiva (+).
6. El ARNm sale del núcleo y se une a los ribosomas celulares para comenzar la síntesis de proteínas.
7. Las proteínas virales son transportadas a la membrana celular mediante vesículas formadas por el complejo de Golgi.
8. Las proteínas de membrana se adhieren a la membrana celular.
9. Se copia el ARN de polaridad negativa (-).
10. Sale el virus al exterior.