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La quantità e la disposizione delle proteine e dell’acido nucleico dei virus determinano la loro dimensione e forma. L’acido nucleico e le proteine di ogni classe di virus si assemblano in una struttura chiamata nucleoproteina, o nucleocapside. Alcuni virus hanno più di uno strato di proteine che circondano l’acido nucleico; altri ancora hanno una membrana lipoproteica (chiamata involucro), derivata dalla membrana della cellula ospite, che circonda il nucleo nucleocapside. Penetrando la membrana ci sono ulteriori proteine che determinano la specificità del virus per le cellule ospiti. I costituenti delle proteine e degli acidi nucleici hanno proprietà uniche per ogni classe di virus; quando sono assemblati, determinano la dimensione e la forma del virus per quella specifica classe. I genomi dei Mimivirus e dei Pandoravirus, che sono alcuni dei più grandi virus conosciuti, vanno da 1 a 2,5 Mb (1 Mb = 1.000.000 paia di basi di DNA).
La maggior parte dei virus varia in diametro da 20 nanometri (nm; 0,0000008 pollici) a 250-400 nm; i più grandi, tuttavia, misurano circa 500 nm di diametro e sono lunghi circa 700-1.000 nm. Solo i virus più grandi e complessi possono essere visti al microscopio ottico alla massima risoluzione. Qualsiasi determinazione delle dimensioni di un virus deve anche tener conto della sua forma, poiché diverse classi di virus hanno forme distinte.
Le forme dei virus sono prevalentemente di due tipi: bastoncini, o filamenti, così chiamati per la disposizione lineare dell’acido nucleico e delle subunità proteiche; e sfere, che sono in realtà poligoni a 20 lati (icosaedrici). La maggior parte dei virus delle piante sono piccoli e sono filamenti o poligoni, come molti virus batterici. I batteriofagi più grandi e complessi, tuttavia, contengono come informazione genetica DNA a doppio filamento e combinano sia forme filamentose che poligonali. Il classico batteriofago T4 è composto da una testa poligonale, che contiene il genoma del DNA, e da una coda a forma di asta con funzioni speciali di lunghe fibre. Strutture come queste sono uniche per i batteriofagi.
I virus animali mostrano un’estrema variazione nelle dimensioni e nella forma. I più piccoli virus animali appartengono alle famiglie Parvoviridae e Picornaviridae e misurano rispettivamente circa 20 nm e circa 30 nm di diametro. I virus di queste due famiglie sono icosaedri e contengono acidi nucleici con informazioni genetiche limitate. I virus della famiglia Poxviridae hanno circa 250-400 nm nella loro dimensione più lunga, e non sono né poligoni né filamenti. I poxvirus sono strutturalmente più complessi dei semplici batteri, nonostante la loro stretta somiglianza. I virus animali che hanno nucleocapside a forma di asta (elicoidale) sono quelli racchiusi in un involucro; questi virus si trovano nelle famiglie Paramyxoviridae, Orthomyxoviridae, Coronaviridae, e Rhabdoviridae. Non tutti i virus avvolti contengono nucleocapside elicoidale, tuttavia; quelli delle famiglie Herpesviridae, Retroviridae e Togaviridae hanno nucleocapside poligonale. La maggior parte dei virus avvolti sembrano essere sferici, anche se i rabdovirus sono cilindri allungati.
I criteri usati per classificare i virus in famiglie e generi sono principalmente basati su tre considerazioni strutturali: (1) il tipo e la dimensione del loro acido nucleico, (2) la forma e la dimensione del capside, e (3) la presenza di un involucro lipidico, derivato dalla cellula ospite, che circonda il nucleocapside virale.
L’acido nucleico
Come in tutte le forme di vita, l’acido nucleico di ogni virus codifica le informazioni genetiche per la sintesi di tutte le proteine. In quasi tutti gli organismi viventi liberi, l’informazione genetica è sotto forma di DNA a doppio filamento disposto come un reticolo a spirale unito alle basi per tutta la lunghezza della molecola (una doppia elica). Nei virus, tuttavia, l’informazione genetica può presentarsi in una varietà di forme, tra cui il DNA a singolo o doppio filamento o l’RNA.
Gli acidi nucleici dei virioni sono organizzati in genomi. Tutti i virus a DNA a doppio filamento consistono in una singola grande molecola, mentre la maggior parte dei virus a RNA a doppio filamento hanno genomi segmentati, con ogni segmento che di solito rappresenta un singolo gene che codifica le informazioni per sintetizzare una singola proteina. I virus con DNA genomico a singolo filamento sono di solito piccoli, con informazioni genetiche limitate. Alcuni virus a DNA a singolo filamento sono composti da due popolazioni di virioni, ciascuna costituita da DNA complementare a singolo filamento di polarità opposta a quella dell’altra.
I virioni della maggior parte dei virus vegetali e di molti virus animali e batterici sono composti da RNA a singolo filamento. Nella maggior parte di questi virus, l’RNA genomico è definito un filamento positivo perché l’RNA genomico agisce come mRNA per la sintesi diretta (traduzione) delle proteine virali. Diverse grandi famiglie di virus animali, e una che comprende sia virus vegetali che animali (le Rhabdoviridae), tuttavia, contengono RNA genomico a filamento singolo, chiamato filamento negativo, che è complementare all’mRNA. Tutti questi virus a filamento negativo hanno un enzima, chiamato RNA polimerasi RNA-dipendente (trascrittasi), che deve prima catalizzare la sintesi dell’mRNA complementare dall’RNA genomico del virione prima che possa avvenire la sintesi della proteina virale. Queste variazioni negli acidi nucleici dei virus costituiscono un criterio centrale per la classificazione di tutti i virus.
Una grande famiglia distintiva di virus a RNA a singolo filamento è chiamata Retroviridae; l’RNA di questi virus è positivo, ma i virus sono dotati di un enzima, chiamato trascrittasi inversa, che copia l’RNA a singolo filamento per formare DNA a doppio filamento.