Morphologie/Taxonomie

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2 Morphologie/ Taxonomie Virusfamilien: Einteilung nach Genom und Morphologie gsbs.utmb.edu/microbo ok/images/fig41_6.jpg

3 Bsp.: Genereller Aufbau von Viren: außen: innen: Protein (Schutz) RA oder DA modifiziert behüllte Viren besitzen eine weitere (zweite) Schicht, bestehend aus einem lipid bilayer (envelope = env). Diese Schicht wird bei der Freisetzung von Viren aus der Zelle ( budding ) erworben und enthält viral-kodierte env- Proteine, die oft glykosiliert sind.

4 Bsp.: Der innere Proteinkern bildet zusammen mit der ukleinsäure das (ukleo-)kapsid, das auch als core bezeichnet wird. Core oder Kapsid modifiziert ackte Viren besitzen kein envelope.

5 Ein einzelnes Proteinmolekül in einem ukleokapsid bezeichnet man als Protomer: Das ukleokapsid baut sich aus vielen gleichwertigen Untereinheiten (subunits) auf, die aus Protomeren bestehen. modifiziert

6 Bsp.: Kapsomere: modifiziert Das Kapsid kann auch aus unterschiedlichen subunits aufgebaut sein (hier 3 verschiedene Polypeptide). Diese Struktur bezeichnet man als Kapsomer.

7 Virushüllproteine (Kapsid-Proteine) sind multifunktional: Schutz der ukleinsäure Kompensation der negativen Ladung der DA/RA (Transport der ukleinsäure durch Zytoplasmamembran) Vermittlung der Adsorption an Zielzellen (nackte Viren), Zelltropismus Aggregationspotential, Zusammenlagerung von subunits Spezifische, selektive Bindung an die entsprechende virale DA/RA zum assembly Steuerung der Desintegration des Kapsids in der Zelle (Disassembly) Wechselwirkung mit den äußeren üllproteinen (env-proteine)

8 Das virale envelope besteht aus einem lipid bilayer (ein Stück der zellulären Membran), in die viral kodierte Proteine eingelagert sind (env-proteine). Diese Proteine sind häufig als Di-/Trimere organisiert, sie bestimmen Zelltropismus, gegen sie ist im Regelfall auch die Immunantwort des Wirtes gerichtet.

9 LMU A: nackt, ikosaedrisch B: nackt, A B C helikal C: behüllt, ikosaedrisch D 4 Grundformen D: behüllt, helikal

10 Morphologie/ Taxonomie Virusfreisetzung durch budding an der Zellmembran Virusenvelope ist ein lipid bilayer (Zellmembran), in die viruskodierte env-proteine eingelagert sind.

11 Morphologie/ Taxonomie Aufbau helikaler Kapside: a: planares etz identischer Protein-Untereinheiten b: ull-start elix c: Ein-Start elix d: Zwei-Start elix

12 LMU P = µ x p P = pitch (Ganghöhe, Steigung) µ = Untereinheiten per helix turn p = axialer Anstieg per subunit TMV: 16.3 x.14 =. TMV, an RA virus, is a particularly well understood example of virus structure. Protein subunits can be placed around the circumference of a circle to form a disc. If the discs are stacked, then a tube is created with room for the nucleic acid down the middle. A closer examination of these virus structures shows that the coat proteins are not arranged cylindrically but helically. This is because of the propensity for nucleic acids to adopt helical structures. By arranging the protein subunits helically then equivalent bondings between the proteins and nucleic acid can be made- except for the two end subunits. All known filamentous viruses are helical. Typically they are nm wide. The length depends on the size of the genome but 3-5 nm is within the normal range. The structure of TMV can be described in terms of the number of subunits per turn of the helix i.e The pitch or rise per turn of the helix i.e.. nm and the axial rise per subunit i.e..14 nm.

13 Struktur des Tabakmosaikvirus (TMV); ss-ra: rot, coat-protein: gelb Die Länge des Viruspartikels (3 nm) wird von der RA-Länge bestimmt (639 ukleotide).

14 Self-assembly des Tabakmosaikvirus

15 Aufbau ikosaedrischer Kapside: Ikosaeder: äquilaterale Dreiecke 1 Ecken

16 Icosaeder: -3-5 symmetry an axis of -fold rotational symmetry through the center of each edge an axis of 3-fold rotational symmetry through the center of each face an axis of 5-fold rotational symmetry through the center of each corner Penton Triangulation number (T): T = f x P (P often 1 or 3)

17 6

18 The minimum free energy solution is to divide each triangle into 4 further triangles and place a subunit at each corner. There will be 1 x subunits, i.e. 4 with 1 pentamers and 3 hexamers. They are obviously not equivalent, but 1 are and the remaining 6 are making similar contacts. They are said to be quasi equivalent.

19 LMU Morphologie/ Taxonomie 6 identische ProteinUntereinheiten, aber je nach Position im Kapsid in 3 unterschiedlichen Packungsarten

20 There are several reasons why viruses adopt icosahedral symmetry. One is that triangulating a dome into is the best way of producing a shell of equivalently bonded identical structures. It is the minimum free energy structure.

21 LMU Protein subunits are not spaced independently but cluster because this maximizes the intermolecular interactions which stabilize the particle. To illustrate this consider a particle with 1 subunits, 3 kinds of clustering are possible: In turnip crinkle virus they cluster at the centre of edges giving 9 capsomers composed of dimers In poliovirus they cluster at the centre of the triangle giving rise to 6 morphological structures or capsomers composed of trimers In turnip yellow mosaic virus they cluster at the point of the triangles giving hexamers and 1 pentamers, in all 3 capsomers.

22 Morphologie/ Taxonomie Kapside kleiner RA- Viren sind alle sehr ähnlich aufgebaut: Die Polypeptidkette des coat- Proteins faltet sich zu beta- strand - Domänen: B,I,D,G und C,,E,F.

23 RVC (RA virus capsids): wedgelike sheets Domänen - und C-terminale Enden sind von Virus zu Virus sehr verschieden und variabel. Diagrammorientierung: Oberseite ist die äußere Oberfläche in den Viruspartikeln.

24 LMU

25 Triangulation: ikosaedrische Viruskapside sind durch die sogenannte Triangulationszahl (T) charakterisiert: k und h - Koordinate legen die Struktur des Kapsids fest. T: unit triangle number : Zahl der Kapsomere T = (fh) + (fh) (fk) + (fk), P = h + hk +k, P = T/f

26 Taxonomie LMU Die Einteilung und Gruppierung von Viren basiert auf verschiedenen unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich ihrer: Größe, Gestalt Genomstruktur Virusproteine Replikation physikalischen Eigenschaften biologischen Eigenschaften

27 Taxonomie LMU Die Einteilung und Gruppierung von Viren orientiert sich an in der Biologie üblichen Verfahren und Begriffen: Spezies, Gattung, Unterfamilie, Familie, Ordnung, Klasse,... species, genus, subfamily, family, orders,... Wichtig in der Virologie ist im Wesentlichen die Zusammenfassung von Viren in Virusfamilien (Bsp. Poliovirus, Erreger der Kinderlähmung): Familie: Picornaviridae (Großuchstabe am Wortbeginn, kursiv, -viridae) Genus: Enterovirus (Großuchstabe am Wortbeginn, kursiv, -virus) Spezies: polio virus 1 (Kleinschreibung, nicht kursiv) Unterfamilien werden mit der Endung -virinae charakterisiert. Ordnungen werden mit der Endung -virales charakterisiert.

28 Taxonomie LMU Lateinische binomiale amen (z.b. Rhabdovirus carpio) sollen nicht mehr verwendet werden, obwohl existierende amen beibehalten werden. Keine amen von Personen verwenden. amen sollen internationale Bedeutung haben. ame für ein Virus sollte sinnvoll sein und so wenig Worte wie möglich umfassen. Fortlaufende Zahlen oder Buchstaben sollen nicht verwendet werden. Eine Virus Spezies ist repräsentiert durch ein Cluster von Isolaten (Stämmen) aus verschiedenen Quellen oder einer Gruppe von Stämmen aus einer definierten Quelle; alle diese Stämme sollen gemeinsame spezifische Eigenschaften besitzen, die ein Cluster von einem anderen trennt. Genus: Genus als Gruppe von Virus Spezies mit definierten Gemeinsamkeiten. Zulassung eines neuen Genus abhängig vom Vorhandensein einer Typ-Spezies, die die typischen Eigenschaften des Genus repräsentiert. Familie: Gruppe von Genera mit definierten Gemeinsamkeiten. Zulassung einer neuen Familie abhängig vom Vorhandensein und der Zualssung eines definierten Genus-Typs : Subspezies, Stämme, Isolate, Varianten, Mutanten und künstlich geschaffene Labor-Mutanten werden nicht offziell von ICTV (International Committee for the Taxonomy of Viruses) anerkannt.

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