TEORIA CEL·LULAR.

VIRUS

Teoria cel·lularAntecedents

històrics: s. XVI- XVII: Apareixen els primers microscopis

s. XVII:

Hooke (1635-1703) és el primer en fer servir la paraula cèl·lula (“cel·la”) estudiant una làmina de suro (1665). Observa estructures polièdriques fixes i buides que es repeteixen

Leeuwenhoek (1632-1723) observa cèl·lules lliures en sang (1674), esperma (1677), H2O. Observa que tenen una certa organització interna

s. XVII:

Microscopi de Leeuwenhoek d’uns 250 x

1838-1839:

Schleiden & Schwuan , estudiant teixits vegetals i teixits animals respectivament, enuncien la teoria cel·lular

Els essers vius estan formats per unitats fonamentals, les cèl·lules. Aquestes cèl·lules són independents però agrupades i subordinades entre elles formen un organisme

1858:

Rudolf Virchow (1821-1902), estudiant patologies, amplia la teoria cel·lular dient que tota cèl·lula prové d’una altra anterior per divisió (“Omnis cellula e cellula”)

1861:

Bruke, completa la teoria cel·lular en considerar que la cèl·lula és l’organització més elemental que pot tenir la vida

Actualment:

La teoria cel·lular defensa que la cèl·lula és la unitat estructural, funcional i genètica de tot esser viu, es a dir:

1. Unitat estructural: la cèl·lula és la part més petita de tot esser viu,

2. Unitat funcional: que és capaç de nodrir-se, reproduir-se i relacionar-se,

3. Unitat genètica: A més a més, des del punt de vista evolutiu, les cèl·lules actuals provenen de les primeres cèl·lules que van aparèixer a la Terra, probablement fa més de 3500 milions d’anys (tota cèl·lula prové d’una altra anterior per divisió d’aquesta)

4. La informació genètica necessària per a l’existència de la cèl·lula i la producció de noves cèl·lules es transmet entre generacions.

5. Les reaccions metabòliques es produeixen a les cèl·ules

L’acceptació universal de la teoria cel·lular implica també que, malgrat la gran diversitat morfològica, es considera que totes les cèl·lules presenten una estructura mínima bàsica.

un embolcall que separa o comunica la cèl·lula de l’exterior i que regula l’intercanvia amb l’entorn (membrana);

un contingut cel·lular on es realitzen tots els processos químics (citoplasma);

un material hereditari (ADN) que codifica tota la informació genètica. Aquest material es troba en l’anomenat nucli o nucleoide

Aquesta estructura mínima consta de :

Diversitat cel·lular

Actualment existeixen 2 tipus cel·lulars bàsics:

Cèl·lules procariotes: ”Cèl·lula abans de tenir nucli”

(pro= abans; karyon = llavor, nucli)

Cèl·lules eucariotes: “Cèl·lula amb nucli veritable”

Cèl·lules vegetals

Cèl·lules animals

Cèl·lula procariota - cèl·lula eucariota

procariota eucariota

a. No tenen el material genètic embolcallat amb cap membrana (no tenen nucli diferenciat). La regió on es troba el nucli se’n diu nucleoide

a. Tenen nucli diferenciat amb una doble membrana

b. L’ADN és bicatenari circular sense unir-se a cap proteïna (no forma nucleosomes)

b. Tenen l’ADN associat a proteïnes i és bicatenari lineal

c. No tenen estructures membranoses, però si replegaments de la seva membrana (mesosomes)

c. Tenen orgànuls membranosos (RE, Golgi, ...). Això comporta una major especialització i eficàcia

d. Tenen una paret extracel·lulard. Només les cèl·lules vegetals tenen paret cel·lular (cel·lulosa)

e. Poden ser: aeròbics o anaeròbics; fotosintètics o quimiosintètics

e. Totes són aeròbiques

f. Mides: Entre 1 i 10 m f. Mides: Entre 10 i 100 m

g. Són : Monera: bacteris, algues cianofícies, mycoplasma (paràsits)

g. Són: Animalia, Plantae, Fungi, Protista (algues, protozoos)

Cèl·lula procariota

Cèl·lula eucariota

Cèl·lula vegetal

Cèl·lula animal

Virologia

Antecedents històrics:

Dmitri I. Ivanovsky (1864-1920), estudiant una malaltia de les fulles del tabac anomenada “mosaic”, observa que l’extracte de fulles (prèviament filtrat) era capaç de transmetre la malaltia.

Suposa que es degut a un verí

1892:

Edward Jenner (1749-1823)(metge anglès), descobreix els virus després d’infectar a un nen amb la virola de la vaca. Veu que el pacient desenvolupava immunitat a futures infeccions. Aquests experiments en humans no eren tan “perillosos” como avui ens semblem. En aquella època s’emprava el mètode d’infectar persones con la virola de la vaca amb el propòsit d’induir una resposta immune lleu que protegiria d’infeccions futures mes greus.

1798:

Martinus W. Beijerinck, (holandès) demostra que l’agent infecciós no és un verí sinó un organisme. Aquest organisme el denomina “virus”

1898:

Frederik W. Twort (microbiòleg anglès) (1915) i Fèlix H. D’Herelle (metge i microbiòleg franco-canadenc) (1917), independentment veuen que algunes bactèries eren atacades per alguna cosa que les destruïa de manera semblant a com ho feien els virus d’animals i plantes. Havien descobert els bacteriòfags (o fags), els virus dels bacteris.

1915 i 1917:

F. Twort (1877-1950) F. D’Herelle (1873-1949)

Schlessinger, purifica per centrifugació diferencial un virus

1933:

L’estudi dels virus animals arriba a la seva culminació a la dècada dels 50, amb el desenvolupament dels mètodes del cultiu de cèl·lules, suport de la replicació viral al laboratori.

1935:

Anys 40:

Anys 50:

es desenvolupa el microscopi electrònic i això permet la visualització dels virus per primera vegada.

Wendell M Stanley (bioquímic americà) cristal·litza el virus del mosaic del tabac, demostrant que estava format només d’ARN i d’un embolcall proteic

Lwoff defineix als virus com:

“Entitats infeccioses, potencialment patògenes, intracel·lulars estrictes, que posseeixen un tipus d’àcid nuclèic que dirigeix la seva reproducció, no es multipliquen per fissió binària i es troben desproveïts dels sistemes enzimàtics per a la producció d’energia”.

1957:

Els virusConeguts també com a virions (si estan fora de la cèl·lula) o bacteriòfags o fags (si parasiten a bactèries). El nom prové del llatí i vol dir “verí”

Són estructures molt senzilles formades per àcid nuclèic i una càpsula proteica que l’envolta

Es troben entre els essers vius i la matèria inert per:

No es nodreixen, no es relacionen ni tenen metabolisme propi

No poden reproduir-se per ells mateixos.

Per aquests motius els virus són paràsits endocel·lulars obligats, tant de cèl·lules procariotes com eucariotes.

Característiques morfològiques dels virus

Estan formats per un àcid nuclèic (ADN o ARN) envoltats per una coberta proteica (càpsida)

Només són visibles en M.E. Les mides: oscil·len entre els 17nm i els 300 nm (una molècula d’hemoglobina fa un 6,4 nm de diàmetre)

Amb tot això, els virus es poden classificar segons el seu àcid nuclèic, la forma de la càpsida i les mides.

Els elements més importants dels virus són l’àcid nuclèic i la càpsida.

Càpsida

Tots els virus presenten sense excepció una càpsula proteica que envolta i protegeix l’àcid nuclèic. Aquesta càpsida està formada per subunitats més petites anomenades capsòmers

Segons la càpsida, distingim entre virus: Esfèrics (Icosaèdrics): càpsida formada per un icosàedre (20 cares triangulars).

ex.: Adenovirus (virus de refredats, de la grip), virus de la polio,...

Adenovirus

Helicodials: càpsida de forma allargada, de dimensions 300 nm x 17 nm

ex.: MTV (virus del mosaic del tabac), virus de la ràbia,filovirus (ebola),...

Virus de la ràbia

Complexes: distingim 3 parts:

1. Cap: capsòmers icosaèdrics

2. Cua: beina helicoïdal que envolta un eix rígid

3. Sistema d’encolatge: format per les espines i fibres caudals

ex.: bacteriòfags

MTV

Àcid nuclèic

Part essencial dels virus. L’àcid nuclèic pot ser:c

ADN:

ADN monocatenari ex.: fag – X- 174

ADN bicatenari ex.: Adenovirus, fags

ARN:

ARN monocatenari ex.: Reovirus

ARN bicatenari ex.: Retrovirus: SIDA, grip, xarampió,...

Els virus d’ARN tenen un enzim (transcriptasa inversa) que transcriu la informació de l’ARN fins a ADN i a partir d’aquí fer les copies del virus

Virus Sida

Virus ARN de la polio 49000x

Mecanisme de replicació

Una característica dels virus és que necessiten parasitar una cèl·lula per a poder reproduir-se. El mecanisme de replicació (o cicle vital) d’un virus té 4 fases:

Per un bacteriòfag

1. Absorció

Virus i cèl·lula es posen en contacte.

1. Les fibres caudals contacten amb el bacteri i un cop fixat,

2. es contrauen i es claven les espines caudals.

3. després, s’allibera un enzim que degrada la paret bacteriana2. Penetrac

ió Consisteix en la injecció de l’ADN viral a la cèl·lula

hospedadora.

1. La beina helicoïdal es contrau ,

2. l’eix rígid es arrossegat i trenca la membrana cel·lular i

3. l’àcid nuclèic surt cap al citoplasma bacterià

3. Eclipse

L’àcid nuclèic del virus està a l’interior del bacteri.

Un cop aquí, hi ha dos camins:

1. Via lítica: l’ADN es multiplica i dona lloc a altres ADN i proteïnes víriques.

2. Via lisogènica: l’ADN víric s’integra a l’ADN bacterià (profag) sense afectar a la cèl·lula. Aquesta forma pot mantenir-se un temps indefinit i després de l’acció de certs estímuls, s’allibera el profag i s’activa la via lítica4. Maduració

Unió entre la càpsula proteica i l’àcid nuclèic.

Aquesta unió ha de ser precisa ja que cada forma de virus és constant i típica de cada espècie.

Pot fer-se a l’atzar (virus senzills) o dirigit per gens vírics (virus complexes)

5. Lisis cel·lular

Un cop formats els nous virus, aquests surten per infectar altres cèl·lules. Normalment la sortida dels virus provoca la lisi cel·lular

Cicle lític d’un virus

Classificació dels virus

Per classificar els virus es fan servir les propietats següents:

Atributs morfològics: mida, forma, presència d’embolcall membranós,... Tipus d’àcid nuclèic: ADN, ARN, monocatenari, bicatenari. Forma de la càpsida

Així, el Comitè Internacional de Taxonomia Vírica ha establert una sèrie de famílies, subfamílies i gèneres vírics (que designa amb les terminacions llatines viridae, virinae i virus) que contínuament es revisa i actualitza

Familia vírica Àcid nuclèic Mida (nm) Malalties

Reoviridae ARN 60 – 80Virus de la febre de Colorado, síndromes febrils infantils

Picornaviridae ARN 24 – 30 Poliomielitis; hepatitis A; refredat comú

Togaviridae ARN 40 – 70 Rubèola; febre groga; algunes encefalitis

Coronaviridae ARN 80 – 130 Refredat comú

Retroviridae ARN 80 – 100 VIH

Orthomyxoviridae ARN 150 – 300 Grip

Rhabdoviridae ARN 70 – 180 Ràbia

Poxviridae ADN 230 – 300 Verola

Hepadnaviridae ARN 40 – 50 Hepatitis B

Herpesviridae ADN 100 Herpes simple I i II; herpes-zoster

Filoviridae ARN Ebola; Marburg

Alguns virus:

Origen dels virusExisteixen tres teories principals que explicarien l’origen dels virus:

1. Teoria regressiva: Proposa que els virus són formes degeneratives de paràsits intracel·lulars. Primer haurien perdut moltes capacitats biosintètiques fins quedar només l’ADN i la capacitat de duplicar-se. Més endavant haurien adquirit la càpsida, cosa que permet la transmissió a altres cèl·lules (selecciona positivament per l’evolució)

2. A partir de components cel·lulars normals: Aquests components haurien adquirit la capacitat de replicar-se de forma autònoma i evolucionar. Així, els virus d’ADN s’haurien originat a partir de plàsmids (fragments d’ADN) o transposons (gens que “salten” a l’ADN) , els retrovirus a partir de retrotransposons i els virus d’ARN a partir d’ARNm

3. Basada en un mon prebiòtic d’ARN: El fet que les molècules d’ARN poden actuar com a catalitzadors de reaccions químiques suggereix que l’ARN podia haver desenvolupat un paper fonamental en l’origen de la vida i dels virus. Aquestes molècules tindrien tot el necessari per crear sistemes autoreplicatius. Es postula que els sistemes basats en ARN evolucionarien cap a sistemes basats en ADN (més estable que l’ARN)

Les dos primeres teories consideren que els virus van evolucionar a partir posteriorment als hospedadors mentre que la tercera implica una coevolució de virus i cèl·lules hospedadores des de l’origen de la vida