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Viren – Aufbau

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Team Digital
Viren – Aufbau
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Grundlagen zum Thema Viren – Aufbau

Inhalt

Aufbau von Viren – Biologie

Spätestens seit der Krankheit Covid‑19, die durch ein Coronavirus ausgelöst wird, ist uns bewusst, welche weitreichenden Folgen Viren haben können. Mit bloßem Auge sind sie nicht zu sehen, aber eine Infektion mit Viren kann große Auswirkungen auf uns haben. Doch wie sind Viren aufgebaut? Welche Bestandteile braucht ein Virus, um uns und andere Lebewesen zu infizieren? Bevor wir diese Fragen beantworten, klären wir die Frage, was Viren sind.

Viren sind per Definition keine Lebewesen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel haben. Ihre Vermehrung ist von einem Wirt abhängig. Dieser kann ein Mensch, ein Tier, eine Pflanze oder ein Bakterium sein. Alle notwendigen Informationen für ihre Vermehrung und Ausbreitung tragen sie jedoch in sich. Widmen wir uns nun dem Aufbau von Viren.

Viren – allgemeiner Aufbau Viren weisen eine große Vielfalt in Form, Größe und auch Aufbau auf. Jedoch kann man den Aufbau eines Virus stark vereinfacht in diese zwei Hauptbestandteile einteilen:

  • Eiweißkapsel, das Kapsid
  • Darin liegendes Erbgut, auch als Genom bezeichnet

Das Virusgenom Schon bei der Art des Genoms gibt es Unterschiede! Man unterscheidet Viren nach den folgenden Genomformen:

  • DNA-Viren: Einige Viren besitzen, wie wir Menschen, doppelsträngige DNA, oft abgekürzt als dsDNA. Es gibt aber auch Viren mit einzelsträngiger DNA, abgekürzt als ssDNA.

  • RNA-Viren: Auch hier unterscheidet man analog zu den DNA‑Viren zwischen Viren mit doppelsträngiger RNA (dsRNA) und einzelsträngiger (ssRNA). Weiterhin wird bei der einzelsträngigen RNA nach Plus- und Minus‑Strang differenziert. In der Biologie spricht man auch von der Polarität. Der Plus-Strang (ss(+)RNA) entspricht der mRNA, während der Minus‑Strang (ss(-)RNA) ein sogenanntes Negativ der mRNA abbildet. Die Minus‑Strang-RNA verhält sich demnach komplementär zur mRNA, ähnlich wie die mRNA zur DNA.

Das Virusgenom kann zirkulär (geschlossen) vorliegen oder linear (nicht geschlossen). Außerdem unterscheidet man zwischen segmentiertem und nichtsegmentiertem Genom. Im Vergleich zum menschlichen Genom ist das der Viren sehr klein, aber es enthält alle nötigen Informationen, um neue Viruspartikel zu generieren.

Das Viruskapsid Jedes Virus besitzt eine Schutzhülle um sein Genom, das Kapsid. Die Einheit aus Genom und Kapsid bezeichnet man in der Biologie als Nukleokapsid. Aber was genau ist dieses Kapsid? Das Kapsid besteht aus vielen Proteinuntereinheiten, den Kapsomeren. Sowohl die Anzahl der Kapsomeren als auch die Anzahl der vorkommenden Kapsomerarten ist spezifisch für jede Virusart und im Genom definiert. Im einfachsten Fall gibt es nur eine Art von Kapsomeren. In der Regel besteht das Kapsid jedoch aus zwei bis fünf verschiedenen Kapsomerarten. Die Form des Kapsids kann abhängig von der Virusart sehr unterschiedlich ausfallen, hat jedoch immer eine regelmäßige Struktur und ist teilweise durch viele Symmetrieachsen gekennzeichnet. In der unten stehenden Abbildung sind einige Formen dargestellt. Es ist schon erstaunlich, welche faszinierenden Strukturen die Natur hervorbringt.

Die Virushülle Viren, die nur aus dem Nukleokapsid bestehen, bezeichnet man als nackte Viren. Weiterhin gibt es aber auch behüllte Viren. Diese zeichnen sich durch eine zusätzliche, äußere Hüllmembran aus. Diese Membran ist eine Phospholipiddoppelschicht, die von der Zellmembran der Wirtszelle abstammt. Der Grund hierfür liegt in der Vermehrung von Viren. In der äußeren Hüllmembran sind zusätzliche Virusproteine eingelagert. Bei einigen Viren ragen diese spezifischen Strukturen aus der Hülle heraus und werden daher als Spikes bezeichnet. Im Elektronenmikroskop betrachtet ähneln sie einer „Krone“. Coronaviren (lat. corona, Krone) weisen derartige Strukturen auf. Mithilfe dieser Proteine können behüllte Viren an Rezeptoren der Wirtszelle andocken und eindringen. Bei nackten Viren sind es im Übrigen die Proteine des Kapsids, die an die Rezeptoren der Wirtszelle binden.

So vielgestaltig wie das Kapsid kann auch die Form der Hüllmembran ausfallen. Neben der Kugelform gibt es auch noch würfelförmige, schraubenförmige oder auch fadenförmige Viren.

Viren Aufbau Schaubild

Bakteriophagen Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien befallen. Sie unterscheiden sich in ihrem Aufbau von den bisher beschriebenen Viren. Ein Bakteriophage besteht aus einem Nukleokapsid mit einem Schwanz und Schwanzfasern.

Virus – Beispiele

Es gibt sicher einige Virusarten und -stämme, von denen du schon gehört hast: HIV, Masern- oder Coronaviren. Schauen wir uns den Aufbau einiger populärer Viren an:

  • Das Humane Immundefizienz-Virus, bekannter unter der Abkürzung HIV, verursacht die Autoimmunkrankheit Aids. Es gehört zur Familie der Retroviren und ist ein behülltes Virus mit einzelsträngiger RNA als Genom. Retroviren im Allgemeinen zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, ihr Genom in die DNA der Wirtszelle zu integrieren. Dabei wird entgegen der uns bekannten Transkription die RNA mittels eines Virenenzyms in DNA umgeschrieben. Daher der Name Retroviren.

  • Die Familie der Herpesviren umfasst behüllte Viren mit doppelsträngiger DNA als Genom. Der bekannteste Vertreter dieser Familie ist das Herpes-simplex-Virus (HSV). Es verursacht Lippenherpes, kann aber auch zu lebensbedrohlichen Hirnhautentzündungen führen.

  • Die Familie der Coronaviren umfasst behüllte Viren mit einzelsträngiger RNA. Coronaviren zählen zu den Erkältungsviren. Jedoch gibt es auch Vertreter der Familie, die schwere Lungenerkrankungen wie SARS und Covid‑19 hervorrufen können. Zuletzt löste das Coronavirus SARS‑CoV‑2 aufgrund seiner hohen Ansteckungsrate eine Pandemie aus.

  • Die Familie der Adenoviren umfasst nackte Viren mit einer doppelsträngigen DNA. Sie können verschiedene Erkrankungen auslösen, unter anderem des Magen‑Darm‑Trakts, der Atemwege oder der Bindehaut.

Transkript Viren – Aufbau

Hast du dich schon mal mit einer Erkältung angesteckt und deiner hustenden Sitzbanknachbarin oder deinem schniefenden Sitzbanknachbarn die Schuld dafür gegeben? Vielleicht gibt es da ja einen anderen Verantwortlichen dafür? Heute schauen wir uns einmal „Viren und ihren Aufbau“ an. Damit du dir die Größe von Viren besser vorstellen kannst, fangen wir einmal mit einer Ameise an. Wie groß Ameisen sind, weißt du ja ungefähr. Im Vergleich zur Ameise ist eine menschliche Zelle etwa hundert Mal kleiner. Bakterien sind wiederum etwa zehn Mal kleiner als menschliche Zellen und Viren sind sogar bis zu tausend Mal kleiner als Bakterien. Damit ist ein Virus eine Millionen Mal kleiner als eine winzige Ameise. Mit dem bloßen Auge können wir sie also nicht erkennen. Und auch ein gewöhnliches Lichtmikroskop reicht nicht aus. Um sie sehen zu können, braucht man ein „Elektronenmikroskop“. Damit sind noch stärkere Vergrößerungen möglich. So sehen zum Beispiel Coronaviren unter einem Elektronenmikroskop aus. Schauen wir uns nun einmal den Aufbau genauer an. Viren sind ganz einfach aufgebaut. In ihrem Inneren befindet sich die Erbsubstanz, bestehend aus RNA oder DNA. Darin sind die Informationen zur Vermehrung von Viruspartikeln enthalten. Um die Erbsubstanz befindet sich das „Kapsid“, eine Schicht aus Proteinen. Bei den so genannten behüllte Viren wird das Kapsid noch von einer zusätzlichen Membranhülle umgeben. Es gibt aber auch Viren ohne diese Hülle, dementsprechend werden sie als nackte oder unbehüllte Viren bezeichnet. In der Membranhülle der behüllten Viren befinden sich Oberflächenproteine in der Form von Stacheln, die so genannten „Spikes“. Diese Spikes sind spezifisch. Das heißt, mit deren Hilfe können Viren ausschließlich an die entsprechend dazu passenden Wirtszellen andocken. Es besteht also echt nicht aus vielen Teilen, unser Virus. Allerdings kann sich das Erbgut durch Mutationen verändern und immer weiter wandeln. Das macht Viren sehr anpassungsfähig und sie werden im Abwehrsystem unseres Körpers nicht mehr erkannt. Deswegen müssen Impfstoffe, zum Beispiel bei der Grippe, regelmäßig angepasst werden. Viren gibt es außerdem in vielen verschiedenen Formen. Es gibt sie in Form von Kugeln, Würfeln, Schrauben, und Fäden. Wie unterscheiden sich nun Viren von Bakterien? Fallen dir spontan Unterschiede ein? Vielleicht helfen dir diese Kategorien, um die Unterschiede aufzuzeigen? Drücke gerne auf Pause und überlege kurz. Klein sind beide, jedoch sind Viren nochmal kleiner als Bakterien. Im Inneren der Viren befindet sich nur die Erbsubstanz, einen Stoffwechsel sucht man hier vergebens. Bakterien hingegen weisen unterschiedliche Zellbestandteile auf, welche einen Stoffwechsel ermöglichen. Viren sind im Gegensatz zu Bakterien nicht aus Zellen aufgebaut. Außerdem sind Viren zur Vermehrung auf andere Zellen, so genannte Wirtszellen, angewiesen, wohingegen Bakterien sich durch Zellteilung vermehren. Trotz dieser Merkmale ist umstritten, ob Viren zu den Lebewesen gezählt werden oder nicht. In manchen Studien werden Viren den Lebewesen zugeordnet, da ihre Vorfahren möglicherweise auf echte Zellen zurückzuführen sind. Fassen wir also nochmal zusammen: Viren gibt es als behüllte und unbehüllte Viren. Außerdem gibt es sie in vielen unterschiedlichen Formen. Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel und können sich nicht eigenständig vermehren. Letztendlich ist noch nicht final geklärt, ob Viren zu den Lebewesen gehören oder nicht. Na wenn das so ist, liegt die Schuld an der nächsten Erkältung vielleicht dann doch eher beim schniefenden Sitzbanknachbarn.

3 Kommentare

3 Kommentare
  1. cool

    Von swissdreamer, vor 4 Tagen
  2. sehr informativ

    Von agent_bee_ressler, vor 6 Monaten
  3. cool

    Von Tennis on Fire, vor 8 Monaten

Viren – Aufbau Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Viren – Aufbau kannst du es wiederholen und üben.
  • Stelle den Aufbau von Viren dar.

    Tipps

    Das Wort „Spikes“ kennst du sicher von Fußballschuhen. Welche Ähnlichkeit haben Fußballschuhe mit einem Virus?

    Viren bestehen nicht aus Zellen.

    Wie die Namen schon verraten, kannst du die zwei Viren daran unterscheiden, dass eins eine Membranhülle besitzt und das andere nicht.

    Lösung

    Viren sind ganz einfach aufgebaut:
    In ihrem Inneren befindet sich die Erbsubstanz, bestehend aus RNA oder DNA. Darin sind die Informationen zur Vermehrung von Viruspartikeln enthalten.
    Um die Erbsubstanz befindet sich das Kapsid, eine Schicht aus Proteinen.
    Bestehen Viren nur aus Erbsubstanz und Kapsid, so bezeichnet man sie als unbehüllte Viren.
    Bei den sogenannten behüllten Viren wird das Kapsid noch von einer zusätzlichen Membranhülle umgeben.
    In der Membranhülle der behüllten Viren befinden sich Oberflächenproteine in der Form von Stacheln, die sogenannten Spikes. Diese Spikes sind spezifisch. Das heißt, mit deren Hilfe können Viren ausschließlich an die entsprechend dazu passenden Wirtszellen andocken.

  • Zeige die Größenverhältnisse von Viren auf.

    Tipps

    Insekten sind Organismen, die aus vielen Millionen Zellen aufgebaut sind.

    Ein Virus ist etwa eine Millionen Mal kleiner als eine Ameise.

    Wenn Bakterien in den menschlichen Körper eindringen, dann können sie von menschlichen Immunzellen komplett „verschluckt“ werden.

    Lösung

    Wie groß Ameisen sind, weißt du ja ungefähr.
    Im Vergleich zur Ameise ist eine menschliche Zelle etwa hundertmal kleiner.
    Bakterien sind wiederum etwa zehnmal kleiner als menschliche Zellen.
    Und Viren sind sogar bis zu tausendmal kleiner als Bakterien.
    Damit ist ein Virus etwa eine Millionen Mal kleiner als eine winzige Ameise. Mit dem bloßen Auge können wir Viren also nicht erkennen. Wir benötigen dafür ein Elektronenmikroskop.

  • Stelle die Unterschiede von Viren und Bakterien gegenüber.

    Tipps

    Nur zwei der Elemente treffen auf das Virus zu.

    Viren und Bakterien sind beide klein. Aber was ist beim direkten Vergleich kleiner und was ist größer?

    Wenn zur Vermehrung ein Wirt benötigt wird, dann kann man nicht von „eigenständiger Vermehrung“ sprechen.

    Lösung

    Bakterien und Viren sind beide klein, jedoch sind Viren noch einmal kleiner als Bakterien.
    Im Inneren der Viren befindet sich nur die Erbsubstanz, einen Stoffwechsel sucht man daher hier vergebens. Bakterien hingegen weisen unterschiedliche Zellbestandteile auf, die einen Stoffwechsel ermöglichen.
    Viren sind im Gegensatz zu Bakterien nicht aus Zellen aufgebaut.
    Außerdem sind Viren zur Vermehrung auf andere Zellen, sogenannte Wirtszellen, angewiesen, wohingegen Bakterien sich durch Zellteilung vermehren. Bakterien sind also eigenständig vermehrungsfähig. Viren sind wirtsabhängig.

  • Beschreibe, was Virusmutationen sind und welche Bedeutung sie für den Menschen haben.

    Tipps

    Zwei der Begriffe passen in keine der Lücken.

    Zur Vermehrung benötigen die einfachsten Viren nur ihre Erbinformation, umschlossen von einem Kapsid, und eine Wirtszelle.

    Das Immunsystem ist die Gesamtheit der Abwehrmechanismen des Körpers.

    Impfstoffe bewirken, dass das Immunsystem den Erreger erkennt, auch wenn es noch nicht mit ihm in Kontakt gekommen ist. Darum kann bei einem echten Viruskontakt eine Infektion oft komplett verhindert werden oder verläuft weniger stark.

    Lösung

    Die einfachsten Viren bestehen lediglich aus ihrer Erbinformation und einem Kapsid. Das reicht ihnen bereits, um krank zu machen und sich weiter zu vermehren.
    Behüllte Viren besitzen zusätzlich eine Membranhülle.

    Allerdings benötigen Viren eine Wirtszelle zur Vermehrung. Ist ihre Erbinformation in die Wirtszelle eingedrungen, können sie deren Stoffwechsel nutzen, um ihre eigenen Hüllproteine herzustellen und ihre Erbinformation zu kopieren. Dass bei diesem Vorgang Fehler vorkommen, ist ganz normal. Diese Fehler nennt man Mutationen.

    Mutationen können mit guten oder schlechten Eigenschaften für das Virus einhergehen. Manche Mutationen erschweren dem Virus das Überleben, da es sich schlechter gegen das Immunsystem des Wirts verteidigen kann. Andere Mutationen können das Gegenteil bewirken. Viren können dann besser in Wirtszellen eindringen oder dem Immunsystem sogar entwischen.

    Da im Verlauf der Evolution der besser Angepasste überlebt, setzen sich häufig eher die Eigenschaften durch, die gut für das Virus sind. Viren werden damit häufig gefährlicher für den Wirt.

    Auch wenn wir schon einmal durch ein Virus krank wurden, kann eine Virusmutation bewirken, dass unser Immunsystem das Virus nicht mehr erkennt. Jedoch hat die Menschheit Impfstoffe entwickelt. Diese kann der Mensch sehr schnell an neu erscheinende Mutationen anpassen und sich somit vor schweren Krankheitsverläufen oder sogar vor der Ansteckung schützen.

  • Nenne Formen, in denen Viren vorkommen.

    Tipps

    In einer der genannten Formen kommen Viren nicht vor.

    Die hier genannten Formen, in denen Viren vorkommen, sind alles auch Gegenstände, die du im Haushalt finden kannst.

    Lösung

    Viren gibt es in vielen verschiedenen Formen.
    Es gibt sie in Form von

    • Kugeln,
    • Würfeln,
    • Schrauben und
    • Fäden.

  • Beurteile, ob Viren Lebewesen sind.

    Tipps

    Zwei der Eigenschaften sprechen dafür, dass Viren Lebewesen sind.

    Mutation ist ein Evolutionsfaktor, der ein Zeichen für Leben ist.

    Eine Vermehrung im Wirt wird nicht als eigenständige Fortpflanzung bewertet.

    Ein vorhandener Stoffwechsel ist ein Kriterium für Leben.

    Lösung

    Es gibt einige Kriterien, nach denen bewertet wird, ob ein Lebewesen vorliegt. Drei davon schauen wir uns nun genauer an:

    Liegt ein eigenständiger Stoffwechsel vor?
    Zellen besitzen einen Stoffwechsel. Einzeller werden daher auch zu den Lebewesen gezählt. Ein Virus besteht nicht aus Zellen und hat keinen Stoffwechsel.
    Dieser Punkt ist also nicht erfüllt.

    Sind sie Teil der Evolution?
    Viren haben eine eigene Erbinformation, die mutieren kann und an neue Viren weitergegeben wird.
    Dieser Punkt ist also erfüllt.

    Ist Fortpflanzung möglich?
    Viren benötigen zur Vermehrung einen Wirt. Daher wird bewertet, dass sie nicht zur eigenständigen Fortpflanzung fähig sind.

    Da nur eins der drei genannten Kriterien vollständig erfüllt ist, werden Viren in der Literatur häufig nicht zu den Lebewesen gezählt.
    Der letzte Punkt ist in der Wissenschaft bis heute stark umstritten, da Viren sich durch die Infektion einer Wirtszelle seit Millionen von Jahren erfolgreich vermehren und auch einige Lebewesen zur Vermehrung auf Wirte angewiesen sind.
    Und was denkst du?

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