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La cantidad y disposición de las proteínas y el ácido nucleico de los virus determinan su tamaño y forma. El ácido nucleico y las proteínas de cada clase de virus se ensamblan en una estructura llamada nucleoproteína o nucleocápside. Algunos virus tienen más de una capa de proteínas que rodean el ácido nucleico; otros tienen una membrana lipoproteica (llamada envoltura), derivada de la membrana de la célula huésped, que rodea el núcleo de la nucleocápside. En la membrana hay proteínas adicionales que determinan la especificidad del virus para las células huésped. Los componentes de proteínas y ácidos nucleicos tienen propiedades únicas para cada clase de virus; cuando se ensamblan, determinan el tamaño y la forma del virus para esa clase específica. Los genomas de los Mimivirus y Pandoravirus, que son algunos de los mayores virus conocidos, oscilan entre 1 y 2,5 Mb (1 Mb = 1.000.000 pares de bases de ADN).
La mayoría de los virus tienen un diámetro que oscila entre los 20 nanómetros (nm; 0,0000008 pulgadas) y los 250-400 nm; los más grandes, sin embargo, miden unos 500 nm de diámetro y tienen una longitud de entre 700 y 1.000 nm. Sólo los virus más grandes y complejos pueden verse al microscopio óptico con la máxima resolución. Cualquier determinación del tamaño de un virus también debe tener en cuenta su forma, ya que las diferentes clases de virus tienen formas distintivas.
Las formas de los virus son predominantemente de dos tipos: varillas, o filamentos, llamados así por la disposición lineal del ácido nucleico y las subunidades proteicas; y esferas, que son en realidad polígonos de 20 lados (icosaédricos). La mayoría de los virus de las plantas son pequeños y son filamentos o polígonos, al igual que muchos virus bacterianos. Los bacteriófagos más grandes y complejos, sin embargo, contienen como información genética ADN de doble cadena y combinan las formas filamentosa y poligonal. El clásico bacteriófago T4 se compone de una cabeza poligonal, que contiene el genoma de ADN, y de una cola en forma de varilla con una función especial de fibras largas. Estructuras como éstas son exclusivas de los bacteriófagos.
Los virus animales presentan una variación extrema de tamaño y forma. Los virus animales más pequeños pertenecen a las familias Parvoviridae y Picornaviridae y miden unos 20 nm y unos 30 nm de diámetro, respectivamente. Los virus de estas dos familias son icosaedros y contienen ácidos nucleicos con información genética limitada. Los virus de la familia Poxviridae miden entre 250 y 400 nm en su dimensión más larga, y no son ni polígonos ni filamentos. Los poxvirus son estructuralmente más complejos que las bacterias simples, a pesar de su gran parecido. Los virus animales que tienen nucleocápsidas con forma de varilla (helicoidal) son los que están encerrados en una envoltura; estos virus se encuentran en las familias Paramyxoviridae, Orthomyxoviridae, Coronaviridae y Rhabdoviridae. Sin embargo, no todos los virus con envoltura contienen nucleocápsides helicoidales; los de las familias Herpesviridae, Retroviridae y Togaviridae tienen nucleocápsides poligonales. La mayoría de los virus con envoltura parecen ser esféricos, aunque los rabdovirus son cilindros alargados.
Los criterios utilizados para clasificar los virus en familias y géneros se basan principalmente en tres consideraciones estructurales: (1) el tipo y el tamaño de su ácido nucleico, (2) la forma y el tamaño de las cápsides, y (3) la presencia de una envoltura lipídica, derivada de la célula huésped, que rodea la nucleocápside viral.
El ácido nucleico
Como ocurre en todas las formas de vida, el ácido nucleico de cada virus codifica la información genética para la síntesis de todas las proteínas. En casi todos los organismos de vida libre, la información genética se presenta en forma de ADN de doble cadena dispuesto como un entramado espiral unido en las bases a lo largo de la molécula (una doble hélice). En los virus, sin embargo, la información genética puede presentarse de diversas formas, incluyendo ADN o ARN monocatenario o bicatenario.
Los ácidos nucleicos de los viriones se organizan en genomas. Todos los virus de ADN de doble cadena consisten en una única molécula de gran tamaño, mientras que la mayoría de los virus de ARN de doble cadena tienen genomas segmentados, en los que cada segmento suele representar un único gen que codifica la información para sintetizar una única proteína. Los virus con ADN genómico monocatenario suelen ser pequeños, con información genética limitada. Algunos virus con ADN monocatenario se componen de dos poblaciones de viriones, cada una de ellas formada por ADN monocatenario complementario de polaridad opuesta a la del otro.
Los viriones de la mayoría de los virus vegetales y de muchos virus animales y bacterianos están compuestos por ARN monocatenario. En la mayoría de estos virus, el ARN genómico se denomina cadena positiva porque el ARN genómico actúa como ARNm para la síntesis directa (traducción) de la proteína viral. Sin embargo, varias grandes familias de virus animales, y una que incluye tanto virus vegetales como animales (los Rhabdoviridae), contienen ARN genómico de cadena simple, denominado cadena negativa, que es complementario al ARNm. Todos estos virus de ARN de cadena negativa tienen una enzima, llamada ARN polimerasa dependiente de ARN (transcriptasa), que debe catalizar primero la síntesis de ARNm complementario a partir del ARN genómico del virión antes de que pueda producirse la síntesis de proteínas virales. Estas variaciones en los ácidos nucleicos de los virus constituyen un criterio central para la clasificación de todos los virus.
Una gran familia distintiva de virus de ARN monocatenario se llama Retroviridae; el ARN de estos virus es positivo, pero los virus están equipados con una enzima, llamada transcriptasa inversa, que copia el ARN monocatenario para formar ADN de doble cadena.