Virus: Estructura, Componentes y Clasificación

Virus: Son formas acelulares microscópicas formadas por un ácido nucleico (ADN o ARN) rodeado de una cubierta proteica. Son parásitos intracelulares estrictos, ya que para replicarse necesitan infectar una célula hospedadora. Cuando el virus se encuentra fuera de la célula que infectará se denomina virión. En este estado es inerte (no hace nada). Dentro de la célula, el ácido nucleico se desprende de los demás componentes del virus, se replica y dirige la síntesis de nuevos virus utilizando la materia, energía y el sistema enzimático de la célula hospedadora.

Componentes de un Virus

• Genoma vírico: Contiene una o varias moléculas de ADN o ARN ( <+ capaz de funcionar como ARNm o – que no se traduce a proteína>) pero nunca las dos simultáneamente. Estas moléculas pueden ser circulares o lineales, monocatenarias o bicatenarias. A veces, aparecen bases no habituales.
• Cápsida: Estructura proteica que protege al ácido nucleico. Está formada por capsómeros (formados por cadenas peptídicas «protómeros»), proteínas globulares colocadas de manera regular y simétrica. Puede tener diferentes formas. Se usa para clasificar a los virus.
• Cubierta membranosa: Envoltura membranosa por fuera de la cápsida. Procede de la membrana plasmática de la célula hospedadora y contiene glucoproteínas incluidas en ella, cuya síntesis está controlada por el genoma vírico. Su función es reconocer a la futura célula hospedadora e inducir la penetración en ella. Está presente en algunos virus: rabia, viruela, hepatitis, gripe o SIDA.
• Enzimas: Algunos viriones contienen enzimas que utilizan en el proceso de infección. Por ejemplo, neuraminidasas que destruyen enlaces de glucoproteínas y glucolípidos del hospedador; lisozima que destruye la pared bacteriana; polimerasas que transcriben el ácido nucleico a ARNm; transcriptasa inversa que transcribe el ARN vírico a ADN.

Clasificación de los Virus

1. Según la forma de la cápsida: cápsida -> proteína cubierta por todo menos por el genoma <adn>
   1. Helicoidales: La cápsida tiene forma de cilindros alargados que afectan a plantas (virus del mosaico del tabaco).
   2. Poliédricos: Poseen forma de poliedros de numerosas caras. Virus del constipado (icosaédrico).
   3. Complejos: Tienen estructuras muy diferentes, por ejemplo, los bacteriófagos. Tienen diferentes partes:
      • Cabeza: De forma icosaédrica (20 caras) en cuyo interior se encuentra apelotonado el ácido nucleico.
      • Cola: Tiene forma helicoidal y puede ser envainada. En la base de la cola algunos presentan una placa basal provista de fibras articuladas y espículas (ganchos involucrados en la adhesión a la célula). Unidas a la placa basal se encuentran las fibras caudales. La cabeza está conectada a la cola por unos discos llamado cuello.
2. Según la presencia o no de la envoltura:
   1. Envueltos: Algunos virus son liberados de la célula por extrusión que recubre al virus con una capa de membrana celular (Rabia, hepatitis, gripe, viruela, sida).
   2. Desnudos: Sin envuelta.
3. Según la célula a la que infectan:
   1. Vegetales: Con cápsida helicoidal.
   2. Animales: Presentan cápsida icosaédrica.
   3. Virus bacterianos, bacteriófagos o fagos.
4. Según el tipo de ácido nucleico:
   1. Tipo I: ADN bicatenario (herpes).
   2. Tipo II: ADN monocatenario.
   3. Tipo III: ARN bicatenario. Se transcribe a ARN mensajero.
   4. Tipo IV: ARN monocatenario (+). No es necesaria su transcripción. Se lee directamente como ARN mensajero. (COVID-19).
   5. Tipo V: ARN monocatenario (-). El ARN vírico debe ser transcrito a ARNm. No sintetiza proteínas (gripe).
   6. Tipo VI: ARN monocatenario (+) con transcripción inversa. El ARN es transcrito a ADN utilizando una enzima llamada transcriptasa inversa. Posteriormente, el ADN sintetizado es transcrito a ARN.
   7. Tipo VII: ADN con retrotranscrito. Contiene ADN que se transcribe a ARN (+) dentro de la célula. Este se usa para sintetizar las proteínas víricas y, después, se transcribe a ADN (transcripción inversa).

Ciclo Biológico de los Virus

El ciclo vital de los virus puede desarrollarse de dos formas:

1. Ciclo lítico (fagos, gripe, COVID-19, bacterias) -> Conduce a la lisis de la célula hospedadora.
   1. Adhesión: Hay una gran especificidad virus-célula. Los fagos se fijan gracias a las puntas de sus fibras caudales y posteriormente clavando las espinas basales a la pared bacteriana.
   2. Entrada: El fago perfora la pared bacteriana gracias a lisozimas (gracias a la cola contráctil). Contrae la vaina de la cola e introduce-inyecta el ADN al citoplasma bacteriano.
   3. Fase de eclipse: Es el momento de mayor actividad metabólica. Se sintetiza ARNm -> síntesis de proteínas víricas. Se sintetizan los ácidos nucleicos víricos y enzimas destructores del ADN bacteriano.
   4. Ensamblaje: Se unen los capsómeros para formar la cápsida y las moléculas de ácido nucleico se pliegan y entran en las cápsidas. -> unión de todos los componentes = formación de nuevos virus.
   5. Lisis celular-liberación: Por medio de la endolisina se lisa la bacteria y salen los nuevos viriones. -> salen rompiendo la célula.

      *Los virus envueltos entran por endocitosis. Luego, en la lisis, aprietan la membrana hasta que queda envuelto por la membrana celular -> salen por exocitosis o extrusión

2. Ciclo lisogénico, atemperado o avirulento es aquel en el que los virus no destruyen a la célula cuando se multiplican. En la fase de síntesis el ácido nucleico se incorpora al ADN celular, la célula infectada se denomina célula lisogénica y es portadora del virus. Mientras está infectada no entran en ella nuevos virus de la misma especie (inmunidad a la sobreinfección). El profago o virus atenuado se mantendrá latente hasta producirse un cambio en el medio que lo libere y lo transforme en un virus activo que continua el ciclo de infección.
   1. Adhesión
   2. Entrada
   3. Formación de la célula lisogénica
   4. Amplificación – activación
   5. Síntesis
   6. Ensamblaje
   7. Lisis celular

Ejemplos de Virus

El Virus del SIDA (VIH)

Es un retrovirus <tipo VI>, su ácido nucleico son 2 moléculas de ARN monocatenario ligada cada una de ellas al enzima transcriptasa inversa. Además posee envoltura. El VIH ataca a linfocitos TCD4 (Th1 y Th2). Las fases de este proceso son:

1. La membrana lipídica se fusiona con la membrana celular (gracias a las espículas de la envoltura y los receptores de la célula hospedadora) y entran las 2 moléculas de ARN y las transcriptasas inversas.
2. Entran en el núcleo y se copia su información en una molécula de ADN (posible gracias a la transcriptasa inversa) (ADN -> ARN / ADN -> ADN / ADN).
3. El ADN se inserta en el genoma celular (en algún cromosoma). El virus entra en la fase de latencia-amplificación, por lo que el genoma está dormido, pero sigue trabajando.
4. Tras la activación, el ADN se transcribe a ARN+, capaz de sintetizar proteínas génicas.
5. Los componentes víricos se ensamblan y salen de la célula por gemación.
6. Produce un síndrome de inmunodeficiencia adquirida, que hace proliferar tumores, y que microorganismos oportunistas causen infecciones (son microorganismos que se aprovechan de la debilidad – oportunidad del sistema inmune, que está deprimido, para causar enfermedad).

Solo hay tratamiento.

Virus de la Gripe

El agente causante de la gripe es el llamado Myxovirus influenzae, un virus del género Influenzavirus.

Existen tres tipos de virus de la gripe: los virus tipo A, B y C. Los tres virus tienen una estructura muy similar, y sus principales diferencias se deben a las proteínas de la capa exterior que están involucradas en la interacción del virus con el sistema inmunitario humano. Todos los tipos presentan ocho moléculas de ARN. Los tipos A y B presentan, principalmente, dos tipos de proteínas de superficie: hemaglutininas (H) y neuraminidasa (N). El tipo C, por su parte, sólo presenta un tipo de proteína de superficie, la hemaglutinina-esterasa. Las variaciones (mutaciones) que estas proteínas pueden sufrir a lo largo del tiempo dan lugar a diferentes subtipos que se utilizan para denominar las distintas cepas. Por ejemplo, las cepas del virus de tipo A se distinguen mediante una notación que especifica el subtipo de proteína H y N: existen 16 subtipos «H» y 9 subtipos «N» conocidos en aves, pero sólo 3 «H» y 2 «N» se dan en cepas infecciosas en el hombre. Durante los últimos 30 años, los principales causantes de brotes de gripe en humanos fueron virus del tipo A (H1N1 y H3N2) y B.

1. El virus se adhiere a la membrana de una célula gracias al reconocimiento entre las moléculas de la envoltura del virus y los receptores de la membrana.
2. El virus entra en la célula por endocitosis, es decir, mediante la formación de una vesícula que lo contiene en su interior.
3. Una vez dentro de la célula, las membranas de la vesícula y del virus se unen y dejan libres los fragmentos de ARN la información genética del virus.
4. La maquinaria celular permite que se hagan copias de la información genética del virus.
5. Los nuevos virus salen de la célula, rodeados de una envoltura membranosa, y pueden infectar nuevas células.

Viroides y Priones

• Los viroides son pequeñas moléculas de ARN simple, circular y desnudo que carecen de cubierta proteica.

  Se les considera las secuencias más primitivas, antes de la formación del primer ser vivo.

  Actúan como ribozimas (capaces de catalizar su propia replicación) Cuando entran en una célula, interfieren su desarrollo y pueden causar la muerte.

  Suelen producir daños en vegetales.

• Los priones son agregados supramoleculares de glucoproteínas (proteínas modificadas) que causan enfermedad en las personas y el ganado (enfermedad de las vacas locas).
• Los transposones son secuencias de ADN bicatenario que se introducen en el ADN celular. Cuando se introducen en un gen lo inactivan.

Arqueobacterias

Las arqueobacterias son los microorganismos procariotas menos evolucionados y más primitivos. Pertenecen al reino ARCHAEA.

• Carecen de núcleo.
• Los lípidos de membrana son diferentes, no presentan fosfolípidos, sino compuestos lipídicos unidos al glicerol por enlaces éter (C-O-C) en lugar de enlaces éster (-CO-O-C).
• La pared celular no es del tipo peptidoglucano, no posee mureína, por ello son insensibles a los antibióticos.
• Generalmente son anaerobias.

Clasificación de Arqueobacterias

1. Termófilas: Aguantan temperaturas extremas 45º C-90ºC.
2. Psicrófilas: Crecen a bajas temperaturas, su Tª óptima =4ºC.
3. Acidófilas: Viven a pH<2.
4. Alcalófilas: Viven a pH alto.
5. Halófilas: Necesitan concentraciones altas de sal.
6. Metanógenas: Anaerobias. Producen metano (estómago de herbívoros rumiantes). Metano fuente de energía.

Bacterias

Las bacterias son microorganismos unicelulares procariotas adaptados a diferentes ambientes y que presentan nutrición autótrofa (fotosintética y quimiosintética) y heterótrofa (simbiótica, saprofita y parásita).

• Son indispensables para el mantenimiento de los ciclos biogeoquímicos del planeta.
• Algunas son capaces de formar unas estructuras de resistencia llamadas endosporas.

Morfología Bacteriana

Son unicelulares aunque a veces se presenten unidas en colonias formando modelos morfológicos:

1. Cocos: Bacterias esféricas aisladas o formando diplococos (2), estreptococos (cadenas), estafilococos (masas laminares(dos direcciones)) o sarcinas (masas tridimensionales).
2. Bacilos: Forma cilíndrica y alargada.
3. Espirilos: Con forma parecida a los bacilos pero largos y curvados.
4. Espiroquetas: Con forma de sacacorchos.
5. Vibrios: Con forma de coma.
6. Bacterias filamentosas: Células largas y delgadas.
7. Bacterias con apéndices: Presentan protuberancias.

Estructura de las Bacterias

Los principales componentes de las bacterias son: pared bacteriana, membrana celular, citoplasma o matriz citoplasmática y los componentes de la pared celular: cápsula bacteriana, fimbrias, pili sexuales y flagelos.

1. Cápsula bacteriana: No aparece en todas las bacterias. Es una capa rígida formada por diferentes polisacáridos que no forman una estructura definida. Esta cápsula es capaz de retener agua y se vuelve mucilaginosa. Esta capa dificulta que los anticuerpos y las células fagocíticas las reconozcan y las destruyan. Además, favorece la adhesión a las células huésped y entre bacterias con lo que se favorece la formación de colonias.
2. Pared bacteriana: Es la envoltura rígida que da forma de la bacteria, la protege de la rotura osmótica en medios acuosos.
   • Está formada por peptidoglucanos o mureínas.
   • Se destruye con lisozima (saliva y lágrimas).
   • Se distinguen dos tipos de bacterias según la composición de la pared celular ya que responden de modo distinto a la tinción Gram.
     • Las bacterias Gram negativas se tiñen de rojo, tienen una capa de peptidoglucano muy fina rodeada de una membrana lipídica, ésta contiene lipopolisacáridos que le confieren resistencia a agentes bactericidas.

       Ej: Escherichia coli (diarrea, pepino), Salmonella typhi (tifus), Salmonella enteritidis (salmonelosis), Vibrio cholerae (cólera)

     • Las bacterias Gram positivas se tiñen de azul, tiene una capa gruesa de peptidoglucano formada por varias capas.

       Ej: Lactobacillus, Staphylococcus aureus, Clostridium tetani, Clostridium botulinum.

   Tinción Gram:

   1. Se tiñen con azul violeta. Todas quedan azules.
   2. Se añade lugol. Las Gram + forman un esmalte resistente al alcohol.
   3. Se añade alcohol para eliminar el tinte. Las Gram+ quedan azules y las Gram – sin teñir.
   4. Se añade safranina que tiñe a las bacterias Gram- de rojo.
3. Membrana celular: Es una fina estructura que rodea la célula, separándola del medio y que actúa como una barrera selectiva que permite la concentración de ciertos metabolitos en el interior y la secreción de productos de desecho.
   • No contiene colesterol.
   • En ella se localizan grandes repliegues llamados MESOSOMAS que contienen sistemas enzimáticos responsables de importantes funciones:
     • Permeabilidad selectiva.
     • Dirigir la replicación de ADN mediante la ADN-polimerasa.
     • Cadena de electrones y fosforilación oxidativa.
     • Realizar fotosíntesis, etc.
4. Citoplasma: Es una sustancia compuesta por agua, proteínas (enzimas), glúcidos, lípidos e iones inorgánicos donde se producen la mayoría de las reacciones vitales. Contiene ribosomas (70S), una región nuclear e inclusiones y aquí es donde se encuentra el ADN bacteriano.
   • Ribosomas: Son pequeños (70S) y se encuentran aislados en el ribosoma o unidos a un ARNm formando polirribosomas. Sintetizan proteínas.
   • Inclusiones: Constituyen depósitos de sustancias de reserva, son gránulos de almidón, gotas de lípidos etc.
   • Nucleoide: Es la región donde se encuentra el cromosoma bacteriano y plásmidos.
     • ADN bacteriano: Bicatenario y circular, no asociado a histonas.
     • Plásmidos: Son pequeñas moléculas circulares, de doble cadena de ADN. Pueden existir y replicarse de forma independiente o puede estar integrado en el cromosoma bacteriano. Estos plásmidos pueden llevar genes que aportan a la bacteria una ventaja selectiva. (algunos codifican pili sexuales que permiten transferir la información a otras bacterias(factor F), o el factor R confiere resistencia a antibióticos.

Componentes externos a la pared celular:

• Fimbrias: Son filamentos huecos y cortos compuestos por fibrina (proteína) y su función está relacionada con la adherencia de la bacteria a células.
• Pili sexuales: Son más largos que los fimbrias y sólo hay una o dos por célula. Participan en el intercambio de fragmentos de ADN durante la conjugación.
• Flagelos: Son apéndices más largos y finos. Permiten a la bacteria desplazarse. En su extremo hay un ensanchamiento que permite su unión a la bacteria.

Fisiología Bacteriana

1. FUNCIÓN DE RELACIÓN
   • Muchos microorganismos son móviles, tienen movimientos de alejamiento y acercamiento a la fuente de los estímulos (taxias).
   • Muchas bacterias producen esporas ante los estímulos adversos. Las endosporas son estructuras inactivas muy resistentes a la deshidratación, temperatura, radiaciones ultravioletas o a productos químicos. Su función es proteger el ADN y el resto de las estructuras celulares hasta que en condiciones adecuadas germinan y dan lugar a una nueva bacteria.
2. FUNCIÓN DE REPRODUCCIÓN
   • Las bacterias se reproducen generalmente por bipartición (asexual). Después de la replicación de ADN, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique.
   • Las bacterias intercambian entre sí información genética por medio de tres mecanismos: transformación, transducción y conjugación. Son los procesos parasexuales:
     • La transformación ocurre cuando una bacteria capta una molécula o fragmento de ADN procedente del medio donde vive y lo incorpora a su cromosoma.
     • La transducción es la transferencia de ADN de una bacteria a otra por medio de un virus que actúa como vector.
     • La conjugación ocurre cuando una bacteria donadora transmite a través de los pili, un fragmento de su ADN a otra bacteria receptora.
3. FUNCIÓN DE NUTRICIÓN
   1. Bacterias autótrofas: Crecen en ausencia de materia orgánica y utilizan como fuente de C el CO2.
      1. Fotolitotrofas: Utilizan la luz como fuente de energía. Las bacterias rojas y verdes realizan la fotosíntesis en ausencia de O2, tienen unos corpúsculos especiales (cromatóforos) que contienen bacterioclorofila.

         Las cianobacterias realizan la fotosíntesis en presencia de O2.

      2. Quimiolitotrofas: Obtienen la energía de la oxidación de sustancias inorgánicas que ceden electrones. Estas bacterias son responsables de la mineralización de la materia orgánica del suelo.
         1. Bacterias del hidrógeno y el metano.

            H2 + ½ O2 → H2O + E

            CH4+2 O2 → CO2+2H2O+E

         2. Bacterias nitrificantes

            2NH4+ + 3 O2 → 2NO2- + 4 H+ +2 H2O +E (Nitrosomonas)

            NO2- + ½ O2 → NO3- + E (Nitrobacter)

         3. Bacterias del azufre

            H2S+ 2 O2 → SO42- + 2 H+ + E

   2. Bacterias heterótrofas: Se nutren de sustancias orgánicas, previamente descompuestas.
      1. Fotoorganotrofas: Utilizan la luz como fuente de energía.
      2. Quimioorganotrofas: Utilizan la energía liberada reacciones químicas.

Según el medio donde podemos encontrar a las bacterias las clasificamos en:

1. Saprofitas: Descomponen la materia orgánica mediante putrefacciones y fermentaciones.
2. Bacterias patógenas: Se desarrollan en el interior de animales.
3. Bacterias simbióticas: Se han adaptado a otros organismos vivos.
4. Comensales: Se asocian a otro ser vivo sin perjudicarlo ni beneficiarlo.

Según su consumo de oxígeno:

1. Bacterias aerobias: Necesitan oxígeno.
2. Bacterias anaerobias: No utilizan oxígeno.
   • Anaerobias facultativas: Pueden crecer en lugares con O2 y sin él.
   • Anaerobias estrictas: No pueden crecer con O2.

Protozoos

Son organismos unicelulares eucarióticos heterótrofos carentes de pared celular y que habitualmente presentan movilidad.

• Viven en lugares húmedos, agua dulce o marina.
• Muchos de ellos son parásitos de animales y plantas y de los humanos.
• Tienen nutrición heterótrofa.
• Se reproducen asexualmente por bipartición, aunque algunos presentan reproducción sexual con formación de gametos.

Clasificación de Protozoos

1. Ciliados:
   • Se mueven por cilios.
   • Paramecium y Vorticella
2. Flagelados:
   • Se mueven por flagelos.
   • Trypanosoma gambiense y T. rhodesiense: enfermedad del sueño.
   • Leishmania: Kala-azar o fiebre negra.
3. Sarcodinos o rizópodos:
   • Se mueven por pseudópodos.
   • Entamoeba histolytica: disentería amebiana.
   • Nummulites: fósil.
4. Esporozoos:
   • Generalmente inmóviles.
   • Toxoplasma: toxoplasmosis.
   • Plasmodium malariae: malaria.

Algas Unicelulares

Son organismos eucariotas fotosintéticos que se encuentran en lagos y océanos. Tienen pared celular de celulosa. Las algas unicelulares reciben el nombre de fitoplancton.

• Tienen reproducción asexual por bipartición y sexual.

Clasificación de Algas Unicelulares

1. Algas verdes: Forman cuerpos macroscópicos.
2. Algas rojas: Forman cuerpos macroscópicos.
3. Diatomeas:
   • Tiene una pared celular de celulosa y compuestos silíceos.
4. Dinoflagelados:
   • Tiene dos flagelos colocados perpendicularmente.
   • Forman mareas rojas.
5. Euglenoides:
   • Tienen flagelos.
   • Viven en aguas dulces.

Hongos Unicelulares

Son organismos eucariotas, unicelulares o pluricelulares de nutrición heterótrofa mediante la absorción de alimento orgánico muerto y previamente digerido en el exterior gracias a la secreción de potentes enzimas.

• Presentan pared celular de quitina.
• La reproducción es asexual mediante esporas y de forma sexual por esporas sexuales.

Clasificación de Hongos Microscópicos

1. Mohos mucilaginosos: No presentan hifas, ni micelio.
2. Mohos filamentosos: Hongos filamentosos constituidos por hifas (filamentos) que en su conjunto forman el micelio. Algunos son beneficiosos (Penicillium) y otros parásitos (tiña).
3. Levaduras: Hongos unicelulares que no forman ni hifas ni micelio. Son responsables de las fermentaciones, (se usan para fabricación de pan y bebidas-vino, cerveza…).