MIcrobiología: Virus

Estos últimos días ha surgido una nueva amenaza mundial, el virus de la gripe porcina (ver imagen de la izquierda). Es una variante del virus de la gripe que afecta habitualmente a los cerdos, pero que ha mutado y ha saltado la barrera interespecífica. Infecta ahora a humanos y se transmite entre ellos.

Los virus fueron descritos por primera vez como agentes intracelulares causantes de enfermedades, capaces de atravesar cualquier filtro.
En 1935, Stanley logró aislar el primer virus. En los años 40 se generalizó la idea de que estaban formados por ácidos nucleicos y proteínas. Estas partículas víricas extracelulares se denominaron viriones. Los viriones deben ser considerados como elementos genéticos (una molécula de ácido nucleico) , que se transmiten de una célula a otra y que están rodeados por una cápsula proteica y, en ocasiones, por una envuelta membranosa. Los virus se encuentran en la frontera de la vida pues no se nutren, no se relacionan, carecen de metabolismo propio y para reproducirse utilizan el material bioquímico de la célula hospedadora. Son parásitos intracelulares obligados. No se consideran seres vivos, son fórmas acelulares.

El virión es la forma vírica extracelular capaz de infectar una célula. Su tamaño es muy pequeño oscila entre los 10 nm (virus de la polio) y los 300 nm (virus e la viruela).
Los viriones se componen de un nuceloide que está formado por el ácido nucleico del virus.

El nucleoide puede ser de ADN o ARN, nunca los dos. En algunos casos arrastran fragmentos pequeños de ADN celular. Es el elemento infectivo del virus, el que penetra en la célula.
Protegiendo al elemento genético se encuentra una cápsida proteíca compuesta por el ensamblaje de una o varias subunidades peptídicas distintas llamadas capsómeros. Tiene como función la de proteger al ácido nucleico y si no existe envoltura, reconocer la célula parasitada para infectarla.
La mayor parte de los zoovirus posee una envoltura membranosa alrededor de la cápsida. Es debida a restos de la membrana plasmática de las células parasitadas. En su composición hay lípidos de la membrana plasmática y glucoproteínas víricas, como espículas, que le sirven de anclaje a la célula a infectar.
Algunos virus como el VIH poseen dentro de la cápside enzimas exclusivos necesarios para su reproducción, es el caso de la retrotranscriptasa.

Los virus tienen dos tipos principales de ciclos biológicos. Aquí podéis ver el ciclo biológico del VIH:



Los virus se clasifican por su material genético siguiendo los criterios de la Clasificación de Baltimore.

La expresión del mensaje genético

En 1902 Archibald Garrod descubrió que la alcaptonuria (enfermedad metabólica) era causada por una anomalía hereditaria.

En 1948 George Beadle y Edward L. Tatum, tras sus trabajos con mutantes nutricionales del hongo Neurospora crassa, enunciaron su hipótesis de "un gen-un enzima", según la cual cada gen lleva información para un enzima. Posteriormente se amplió a las proteínas.

Francis Crick propuso la hipótesis de la secuencia que afirma que la secuencia de bases nitrogenadas del ADN se correlaciona lineálmente con la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Está hipótesis se vió confirmada poco después por el equipo dirigido por Yanosfy. Este grupo demostró que en diferentes cepas de Escherichia coli caracterizadas por poseer distinta variantes de una proteína, existía una correlación entre cambios en su ADN y las alteraciones en los aminoácidos de las proteínas.

Posteriormente, Francois Jacob y Jacques Monod expusieron su hipótesis del mensajero en la que se decía que una mólecula de ARN (ARN mensajero) actuaba como intermediario entre el gen de ADN y la síntesis de la proteína que codifica.
Así, en 1970 quedaba completo el Dogma Central de la Biología Molecular expuesto por Francis Crick en 1958 y que dice: El ADN es la molécula que almacena y transmite de una generación a otra (tras su duplicación) la información genética. En la expresión de dicha información el gen de aADN se transcribe en una molécula de ARN mensajero que posteriormente es traducida por los ribosomas en la síntesis de la proteína codificada.
Con este dogma se explicaba todo el mecanismo de la herencia a nivel molecular. Demasiado elegante y sencillo para que permaneciese mucho tiempo. La vida es muy compleja y oportunista. Se han encontrado excepciones a este dogma en virus y ciertos microorganismos unicelulres. Quizá desluzca el dogma pero hace más sorprendente a la vida, si eso todavía es posible.

Aquí tenéis un vídeo que resume estos procesos, desde la estructura del ADN hasta la síntesis de proteínas:

Replicación del ADN

La replicación del ADN es el proceso de síntesis de dos moléculas de ADN hijas a partir de una progenitora. Todas ellas tienen la misma secuencia e información genética.

James Watson y Francis Crick cuando publicaron su trabajo sobre la estructura del ADN ya expusieron un modelo de replicación del ADN. El mecanismo propuesto se dice que es semiconservativo puesto que las moléculas hijas de ADN conservan una hebra parental entera y otra de nueva síntesis. La hebra parental ha servido de molde para la síntesis de la nueva hebra que es complementaria. De esta forma se asegura que las moléculas hijas sean idénticas a las progenitoras. Sin embargo, había también otros modelos alternativos, la replicación conservativa y la dispersiva:
El modelo semiconservativo fue demostrado experimentalmente por Matthew Meselson y Franklin Stahl en 1958.

Ese mismo año Arthur Kornberg aisló la enzima ADN polimerasa que es la responsable del proceso de replicación.

Para que el ADN se copie deben romperse las uniones entre las bases nitrogenadas de las hebras complementearias con lo que se forma una burbuja de replicación. A cada extremo de la burbuja se aparece una horquilla de replicación . En cada horquilla se sitúa un complejo enzimatico (entre las que está la ADN polimerasa) que desenrolla la molécula progenitora de ADN, la abre y sintetiza una nueva cadena de ADN tomando como molde cada una de las hebras parentales. Cada horquilla avanza en sentido opuesto hasta completar el proceso. Por tanto el proceso es bidireccional.

Aquí tenéis un vídeo que explica en detalle el mecanismo molecular de la replicación del ADN:




Si os habéis fijado con detenimiento en el vídeo, en la horquilla de replicación la síntesis de ADN es diferente en cada hebra. En la superior el proceso de síntesis se produce en el sentido de avance y es contínuo, se dice que es la hebra conductora. En la hebra inferior, la síntesis se realiza en sentido contrario al avance y es discontinua, se dice que esta hebra es retardada.

En la realidad esto no se produce así. Para poder sintetizar la hebra retardada esta síntesis se debe producir en el mismo sentido de avance en el que se abre el ADN progenitor. Para poder hacerlo así el complejo enzimático forma como un blucle con las hebras de ADN molde. De esta forma, en la hebra retardada el ADN se origina de discontinua (un fragmento por cada bucle) dando lugar a los fragmentos de Okazaki

Echar un vistazo a este vídeo en el que se aprecia este hecho. El sentido de avance es hacia la izquierda y la hebra retardada es la superior. Observar cómo se forma el bucle y se sintetiza un fragmento de Okazaki de forma reiterada hasta acabar el proceso:

Fotosíntesis

Aquí podéis ver un vídeo sobre la fotosíntesis que espero aclare conceptos. Aunque está en inglés los subtítulos son en portugués. Podréis entenderlo con facilidad.

Vídeos sobre división celular

Una vez estudiado el tema de división celular, podéis disfrutar de estos vídeos:
- El primero es sobre el cíclo celular



- Aquí tenéis un vídeo de la mitosis en una célula animal:



- Este es el que todos/as estabais deseando ver. El mayor éxito de la canción "biológica"



- Finalmente uno más serio sobre la meiosis:

Vídeo de la célula

Aquí tenéis un vídeo muy interesante de la célula. Es de la Universidad de Harvard. Espero que os guste.