קפסיד

קפסיד הוא קליפת חלבון של וירוס. הוא מורכב ממספר יחידות משנה מבניות אוליגומריות העשויות מחלבון הקרוי "פרוטומרים". תת-היחידות המורפולוגיות נקראות קפסומרים. הקפסיד מקיף את החומר הגנטי של הנגיף.
ישנם סוגים שונים של קפסיד אותם מסווגים על פי המבנה שלהם. לרוב הוירוסים יש קפסידים עם מבנה סלילי או איקוסהדרון. חלק מהוירוסים, כגון בקטריופאג' פיתחו מבנים מורכבים יותר בשל אילוצי גמישות ואלקטרוסטטיקה. חלק מהוירוסים מכילים מעטפת, בהם הקפסיד מצופה בקרום שומנים הידוע בשם מעטפת נגיפית. המעטפת נוצרת על ידי הקפסיד מקרום התא המאכסן.

מנגנון

לאחר שהווירוס מגיע לתא ומתחיל לשכפל את עצמו, יחידות משנה חדשות של הקפסיד מסונתזות באמצעות מנגנון ביוסינתזה. בוירוסים מסוימים, עם קפסידים בצורת סליל ובעיקר אלה עם גנום RNA, חלבוני הקפסיד מתאגדים עם גנום התא. בוירוסים אחרים, בייחוד בוירוסים מורכבים יותר עם גנום דנ"א כפול, החלבונים הקפסידים מתכנסים לתוך פרוקפסידים ריקים, הכוללים מבנה מיוחד עם פתח. דרך הפורטל הזה, דנ"א ויראלי ממוקם לתוך הקפסיד.

איקוסהדרון

מבנה איקוסהדרון נפוץ מאוד בין וירוסים. איקוסהדרון מורכב מ-20 משולשים תחומים על ידי 12 קדקודים ו 60 יחידות אסימטריות. לכן, וירוס איקוסהדרון עשוי מ 60 יחידות חלבונים. מספר וסידור של קפסומרים באיקוסהדרון קפסיד ניתן לסווג באמצעות "מעין שוויון עקרון". דרך נוספת לבחון את מבנה האיקוסהדרון היא באמצעות השוואה לסכימה: איקוסהדרון בדומה לפוליהדרון בנוי מפנטמרים והקסמרים. המבנים יכולים להיות מיוצגים על ידי שני מספרים שלמים n,k. את המבנה ניתן לחשוב לפי h צעדים מקצה כל פנטמר, הטיה של 60 מעלות נגד כיוון השעון, ולאחר מכן k צעדים עד הפנטמר הבא.

מוארך

איקוסהדרון מוארך הוא צורה שכיחה עבור ראשי בקטריופאג'. מבנה כזה מורכב מגליל ומכסה בכל צד. הצילינדר מורכב מ -10 משולשים מאורכים. מספר Q, אשר יכול להיות כל מספר שלם חיובי מציין את מספר המשולשים, המורכבים ממקטעים אסימטריים, מרכיבים את 10 משולשי הצילינדר.

סלילי

לרבים מהוירוסים יש קפסידים עם סימטריה סלילית.הטרנספורמציה הסלילית מסווגת לשתי קטגוריות: מערכות סליל חד-ממדיות ומערכות סליל ממדיות. יצירת מבנה הסליל מסתמך על קבוצה של מטריצות משתנות וסיבוביות אשר מקודדות במאגר הנתונים של חלבון. סימטריה סלילית מוצגת על ידי הנוסחה P = μ x ρ, כאשר μ הוא מספר היחידות המבניות ליחידה של הסליל, ρ היא עלייה אקסיאלית ליחידה ו- P הוא זווית השיפוע של הסליל. המבנה הוא אמר להיות פתוח בשל המאפיין כי כל נפח יכול להיות מוקף על ידי שינוי אורך של הסליל.

תכונות כימיות

חלקיק נגיפי חייב להיות במצב מטסטבילי, כך ניתן ליצור אינטראקציות עם תא המארח חדש בקלות. כשמצב האנרגיה החופשית הוא מינימלי כלומר, כשהמערכת נמצאת במצב של שיווי משקל, יחידות משנה של הקפסיד לא ישנו את האינטראקציות המולקולריות שלהם כיוון שהדבר לא משתלם אנרגטית. לכל יחידת משנה של הקפסיד יש קשרים זהים עם שכנותיה, ושתי יחידות הקשר בדרך כלל ביחסי קשר לא קוולנטי. הקשר הלא קוולנטי מחזיק את היחידה המבנית יחד. התהוות של קשרים לא קוולנטיים בין יחידות משנה מקופלות כראוי מובילה להרכב נטול שגיאות ולמזעור האנרגיה החופשית, תוך שמירה על מצב מטהסטבילי.

מקור והתפתחות

ההשערה הרווחת היא שחלבונים קפסידים ויראליים התפתחו מחלבונים תאיים שתפקידהם מגוונים. גיוס חלבונים תאיים התרחש בשלבים שונים של האבולוציה, כך שכמה חלבונים תאיים נתפסו וחוזרו מחדש לפני התפלגות האורגניזמים לשלושת תחומי החיים העכשוויים, בעוד שאחרים חוזרו לאחרונה. כתוצאה מכך, חלק מהחלבונים הקפסידים נפוצים בווירוסים המדביקים אורגניזמים הקשורים רחוקות (למשל, חלבונים קפסידים עם קפל גלילי), בעוד שאחרים מוגבלים לקבוצת וירוסים מסוימת (למשל, חלבונים קפסידים של אלפא-וירוסים).