Cápside viral y estructura de la envoltura

La cápside es la envoltura proteica que encierra y protege el genoma de un virus, y en muchos virus está rodeada por una envoltura lipídica adicional adquirida de las membranas de las células huésped. Juntos, la cápside, el genoma que contiene (la nucleocápside), y cualquier envoltura y proteínas de superficie, definen la arquitectura de la partícula viral y determinan cómo sobrevive en el medio ambiente, se adhiere a las células y es reconocida por el sistema inmunitario.

Definition

La cápside es la envoltura proteica, ensamblada a partir de muchas copias de una o unas pocas subunidades proteicas, que encierra el genoma viral; la envoltura, cuando está presente, es una bicapa lipídica derivada del huésped que rodea la cápside y lleva proteínas de superficie codificadas por el virus.

Scope

Esta entrada cubre los bloques de construcción proteicos de las cápsides (subunidades y capsómeros), las simetrías helicoidales e icosaédricas que adoptan, el principio de cuasi-equivalencia que explica la construcción de la cápside, y la estructura y el origen de la envoltura lipídica con sus glicoproteínas incrustadas. Es una referencia estructural y no aborda el manejo clínico.

Core questions

• ¿Cómo se ensamblan las cápsides a partir de un número limitado de subunidades proteicas?
• ¿Por qué las cápsides adoptan simetría helicoidal o icosaédrica?
• ¿Qué es la cuasi-equivalencia y qué predice?
• ¿Cómo adquieren los virus una envoltura lipídica y qué contiene?
• ¿Cómo contribuyen la cápside y la envoltura a la estabilidad y entrada de la partícula?

Key concepts

• Subunidad de la cápside (protómero) y capsómero
• Simetría helicoidal
• Simetría icosaédrica y número de triangulación
• Cuasi-equivalencia
• Nucleocápside
• Envoltura lipídica
• Glicoproteínas de la envoltura (espículas/peplómeros)
• Partículas desnudas (no envueltas) versus envueltas

Key theories

Teoría de la cuasi-equivalencia (Caspar-Klug)

Caspar y Klug argumentaron que la economía genética requiere que las cápsides se construyan a partir de muchas copias de unas pocas subunidades proteicas unidas en entornos cuasi-equivalentes, prediciendo envolturas icosaédricas descritas por números de triangulación.

Principio de economía genética de la construcción de la cápside

Crick y Watson razonaron que un genoma viral pequeño no puede codificar una envoltura única grande, por lo que las cápsides deben ensamblarse a partir de subunidades idénticas repetidas dispuestas con simetría, una predicción confirmada por estudios estructurales posteriores.

Mechanisms

Debido a que los genomas virales son pequeños, las cápsides se ensamblan a partir de muchas copias de una o unas pocas subunidades proteicas en lugar de muchas proteínas únicas. Las subunidades repetidas se autoensamblan en arreglos simétricos: las cápsides helicoidales enrollan la proteína alrededor del ácido nucleico en una varilla o filamento, mientras que las cápsides icosaédricas forman envolturas cerradas cuya geometría es capturada por la cuasi-equivalencia y el número de triangulación de Caspar y Klug. Muchos virus, además, brotan a través de una membrana huésped, envolviendo la nucleocápside en una envoltura lipídica en la que se insertan glicoproteínas codificadas por el virus; estas proteínas de superficie median la adhesión y, en los virus envueltos, la fusión de membranas. La cápside y la envoltura juntas rigen la estabilidad ambiental, siendo las partículas no envueltas generalmente más resistentes a la desecación y los detergentes que las envueltas.

Clinical relevance

La estructura de la cápside y la envoltura subyace a cómo se detectan los virus, cómo las proteínas de superficie sirven como antígenos vacunales y por qué los virus envueltos y no envueltos difieren en su resistencia ambiental. Esta entrada describe principios estructurales de referencia y no proporciona recomendaciones de diagnóstico o tratamiento.

History

En 1956, Crick y Watson predijeron que los virus pequeños debían estar construidos a partir de muchas subunidades proteicas idénticas dispuestas simétricamente, anticipando la arquitectura regular observada posteriormente mediante difracción de rayos X y microscopía electrónica. La teoría de la cuasi-equivalencia de Caspar y Klug de 1962 generalizó esto para explicar las cápsides icosaédricas de tamaño variable, y estudios estructurales posteriores de alta resolución, revisados por Harrison, revelaron la arquitectura de la cápside con detalle atómico.

Key figures

• Donald Caspar
• Aaron Klug
• Francis Crick
• James Watson
• Stephen Harrison

Seminal works

• crick-watson-1956
• caspar-klug-1962
• harrison-1983

Frequently asked questions

¿Por qué tantos virus son icosaédricos?

La simetría icosaédrica permite construir una envoltura cerrada a partir de muchas copias de un pequeño número de subunidades proteicas, lo cual es genéticamente económico para virus con capacidad de codificación limitada; la teoría de la cuasi-equivalencia de Caspar y Klug explica cómo las subunidades se empaquetan en dichas envolturas.

¿Cuál es la diferencia entre una cápside y una envoltura?

La cápside es una envoltura proteica codificada por el virus que encierra directamente el genoma, mientras que la envoltura es una bicapa lipídica derivada de las membranas de las células huésped, adquirida durante la gemación y salpicada de proteínas de superficie virales; no todos los virus tienen una envoltura.