Типы организации вирионов

Основным структурным компонентом вириона является капсид, в котором заключена нуклеиновая кислота. Капсиды построены из белковых субъединиц, собранных строго определенным образом в соответствии с  относительно простыми геометрическими принципами. Именно поэтому капсиды совершенно различных вирусов, например фагов, вирусов животных или вирусов растений, могут быть построены точно по одному плану и быть практически  неразличимыми морфологически.

Крик и Уотсон, исходя из того, что содержащаяся в нуклеиновой кислоте вируса генетическая информация недостаточна для того чтобы  вирус мог кодировать множество различных белков, пришли к выводу, что капсиды вирусов должны быть построены из множества идентичных субъединиц. Существуют два типа организации, при которой идентичные асимметричные субъединицы, такие, как  молекулы белка, могут  соединиться друг с  другом с образованием  правильного капсида: спиральная сборка и формирование замкнутых  белковых оболочек. Соответственно существуют лишь два типа капсидов : спиральные и изометрические (или  квазисферические); капсиды всех вирусов относятся к одной из этих двух категорий.  Каждый из этих типов структур образуется белками капсидов в результате процесса, называемого  самосборной. Этот  процесс идет лишь в том случае ,если он энергетически выгоден. Это означает, что из всех возможных форм капсида реализуется именно та, которая отвечает минимуму  свободной энергии специфических белков данного вируса. Реальная форма и размеры капсида, таким образом,  определяются  специфической формой молекул белка, являющихся  субъединицами, из которых строится капсид, и характером связей, которые эти субъединицы образуют друг с другом. Стабильность структуры, возникающей в конечном счете, зависит от числа и силы слабых связей, образующихся между белками, входящими в состав данного капсида. Чем больше  свободная энергия,  выделяющаяся в процессе сборки капсида, тем прочнее собранный капсид.

Спиральные капсиды. Вирионы многих вирусов растений и ряда фагов имеют «голый» спиральный капсид, без внешней оболочки. Наиболее хорошо изученным вирусом данной группы является ВТМ.

Капсиды ВТМ - это относительно жесткие по структуре палочки. Столь же жестки по структуре капсиды по крайней мере еще одного фага. Капсиды других  вирусов растений , например вируса желтухи сахарной свеклы и Х-вируса картофеля, тоже представляет собой спиралеобразные палочки, но палочки эти гибкие. Гибки также спиральные  капсиды ряда обладающих  внешней оболочкой вирусов животных.  Гибкость этих палочковидных капсидов свидетельствует о том, что субъединицы, из которых они  построены, образуют друг с другом менее прочные и более подвижные связи, чем те, которые образуются между субъединицами палочек типа вирионов ВТМ.

Изометрические (квазисферические) капсиды. Капсиды многих вирусов по форме почти идентичны сфере, однако электронная  микроскопия показывает, что на самом деле эти  капсиды представляют собой не сферы, а правильные  многогранники. Такие капсиды называют  изометрическими, так как их линейные размеры вдоль  ортогональных осей идентичны.

Сложные капсиды. Серологические и морфологическое исследование капсидов показало, что они представляют собой сложные структуры. При детальном электронно-микроскопическом анализе строения капсидов на их поверхности части удается  обнаружить выступы, иначе называемые шипами, которые обычно  расположены на каждой из 12 вершин икосаэдра.  Эти шипы играют важную роль в инициации инфекции. В литературе описан «волосатый» фаг, у которого от поверхности головки вириона отходят многочисленные  фибриллы.

У самых крупных фагов имеются отростки, «хвосты». Эти отростки являются органами, при помощи которых фаги  прикрепляются к поверхности бактерии-хозяина. Существует мало биологических объектов, которые были бы более удивительны, чем Т-четные фаги.

Вирионы этих фагов собраны более чем из 50 видов различных белков и обладают высокоорганизованной, изумительно сложной и  правильной структурой. Воротничок и базальная  пластинка этих фагов обладают гексагональной симметрией. Белковая оболочка их головки представляет собой деформированный икосадельтаэдр с  дополнительным рядом субъединиц, вследствие чего в одном  направлении она длиннее, чем в других. Гексагональный отросток такого фага каким-то образом присоединен к макушке головки  по плану пентагональной симметрии. При сборке фага Т4 иногда образуются вирионы с двумя отростками вместо одного. Многие  вирусы животных, некоторые вирусы  растений и, по крайней мере ,один класс бактериофагов имеют внешнюю оболочку, окружающую их капсиды. Неотъемлемой структурой этих оболочек, как и всех других биологических мембран, является двойной слой фосфолипидов, в который погружены молекулы  специфических белков. В тех случаях, когда двойной слой фосфолипидов расположен на поверхности вириона и, следовательно, легко доступен для эфира или других растворителей липидов, вирионы легко разрушаются и интактивируются такими  растворителями. Фосфолипиды внешних  оболочек вирусов бывают  идентичны липидам клетки-хозяина или сходны с ними, что, например, характерно для большинства оболочек вирусов животных, в других случаях  наблюдаются достаточно  выраженные различия между  фосфолипидами. Оболочки вирусов животных формируются в составе плазматической или ядерной мембраны клетки. Электронные  микрофотографии зараженных  вирусами клеток показывают, что белки вируса появляются на небольших участках плазматической мембраны клетки, к которой в последствии мигрируют капсиды вируса, что, в конечном счете, ведет к формированию вириона и его отпочкованию. Следует, однако, подчеркнуть, что далеко не у всех вирусов животных вирионы имеют квазисферическую форму. Например, вирионы  рабдовирусов по форме напоминают пулю; их оболочка, так же как и у других вирусов животных, образуется в результате отпочкования от плазматической мембраны клетки. Оболочки других вирусов, например вируса оспы, построены значительно сложнее и полностью  формируются в цитоплазме клетки. Такие  вирионы нечувствительны к действию эфира, не дают перекрестных  иммунологических реакций с белками клетки-хозяина и, по-видимому, состоят только из компонентов, специфичных для вируса.