Sơ đồ đơn giản về cấu trúc của virus

Virion là một hạt virus có cấu trúc hoàn chỉnh. Bộ gen virus là sợi acid nucleic (DNA hoặc RNA), được bao quanh là một lớp vỏ protein bảo vệ tên là capsid.[21] Capsid được tạo thành từ nhiều phân tử protein nhỏ hơn, giống hệt nhau tên là capsomere. Sự sắp xếp capsomere theo hình dạng nhất định: nhị thập diện (20 mặt), xoắn ốc hoặc hình thù phức tạp hơn. Một lớp vỏ bên trong, bọc xung quanh acid nucleic được gọi là nucleocapsid, có bản chất là protein. Một số virus còn được bao bọc bởi lớp lipid (chất béo) được gọi là màng bọc (envelope), dễ bị phá hủy bởi xà phòng và rượu.[22]

Kích thước

Virus là một trong những tác nhân lây bệnh nhỏ nhất. Chúng quá nhỏ đến nỗi chỉ có thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi điện tử. Kích thước dao động từ 20 đến 300 nanomet. Để dễ hình dung, phải xếp từ 30.000 đến 500.000 cá thể virus cạnh nhau thì mới tạo ra chuỗi kéo dài 1 xentimét (0,4 in).[21] Trong khi đó đường kính vi khuẩn khoảng 1000 nanomet (1 micromet); đường kinh tế bào chủ sinh vật bậc cao thì khoảng vài chục micromet. Một số virus như megavirus và pandoravirus là những virus tương đối lớn, kích cỡ hoảng 1000 nanomet. Đây là những virus sống ký sinh trong amip, lần lượt được phát hiện vào năm 2003 và 2013.[23][24] Hai loài virus trên có đường kính gấp khoảng mười lần (và do đó có thể tích lớn hơn hàng nghìn lần) so với virus cúm và việc phát hiện ra những virus "khổng lồ" này đã khiến các nhà khoa học kinh ngạc.[25]

Gen

Bộ gen của virus là các sợi DNA (acid deoxyribonucleic) và, trong nhiều loại virus còn dưới dạng RNA (acid ribonucleic). Thông tin sinh học được mã hóa trong DNA hoặc RNA của nó. Các sinh vật bậc thấp và bậc cao đều sử dụng DNA làm mã di truyền, nhưng nhiều loại virus có lõi RNA. Bộ gen virus là một chuỗi đơn hoặc một chuỗi xoắn kép.[26]

Virus có khả năng sinh sản nhanh chóng vì có tương đối ít gen. Ví dụ, virus cúm chỉ có 8 gen và rotavirus có 11 gen, trong khi đó con người có 20.000–25.000 gen. Một số bộ gen virus chứa mã di truyền quy định các protein cấu trúc tạo thành hạt virus. Gen tạo ra protein phi cấu trúc chỉ được tìm thấy trong tế bào mà virus lây nhiễm.[27][28]

Tất cả các tế bào và nhiều loại virus tạo ra enzyme, một loại protein có chức năng xúc tác, điều khiển các phản ứng hóa học. Enzyme DNA polymerase và RNA polymerase điều khiển quá trình tạo ra các bản sao mới của DNA và RNA. Các enzyme polymerase của virus tạo ra DNA và RNA với tốc độ nhanh hơn nhiều so với các enzyme của tế bào chủ,[29] nhưng enzyme RNA polymerase của virus rất dễ gặp lỗi khi sao chép, khiến virus RNA nhanh chóng đột biến và hình thành các chủng mới.[30]

Ở một số loài virus RNA, các gen không nằm trên một phân tử RNA liên tục mà được tách ra riêng rẽ. Ví dụ, virus cúm có 8 gen riêng biệt được tạo thành từ RNA. Khi hai chủng virus cúm khác nhau lây nhiễm vào cùng một tế bào, các gen này trộn lẫn, sắp xếp lại và tạo ra nhiều chủng virus mới trong một quy trình gọi là tái sắp xếp.[31]

Tổng hợp protein

Sơ đồ của một tế bào nhân chuẩn điển hình. Các bào quan được chú thích trong hình: (1) nhân con (2) nhân (3) ribosome (4) túi (5) mạng lưới nội chất hạt (ER) (6) bộ Golgi (7) bộ xương tế bào (8) mạng lưới nội chất nhẵn (10) ty thể (10) không bào (11) tế bào chất (12) lysosome - tiêu thể (13) trung tử trong trung thể (14) kích thước virus so sánh gần đúng với kích thước tế bào

Protein rất cần thiết cho sự sống. Tế bào tạo ra phân tử protein mới từ các đơn phân acid amin dựa trên thông tin mã hóa trong chuỗi DNA. Mỗi loại protein thường chỉ thực hiện một chức năng đặc hiệu, vì vậy nếu một tế bào cần thực hiện một chức năng mới thì phải tạo ra một loại protein mới hoàn toàn. Chính vì lẽ đó một khi tế bào bị xâm nhập, virus sẽ ép buộc tế bào tạo ra các protein mới mà tế bào không cần, nhưng phục vụ qua quá trình sao chép virus. Sinh tổng hợp protein trải hai bước chính: phiên mã và dịch mã.[32]

Phiên mã là quá trình sử dụng thông tin trong chuỗi DNA (được gọi là mã di truyền) để tạo ra các bản sao RNA được gọi là RNA thông tin (mRNA). chuỗi mRNA ra khỏi nhân và đi đến ribosome, thực hiện quá trình dịch mã để tạo protein. Do vậy cấu trúc và trình tự acid amin của protein được chuỗi mRNA quy định. Như vậy thông qua phiên mã và dịch mã, thông tin từ "ngôn ngữ" acid nucleic chuyển sang "ngôn ngữ" của acid amin.[32]

Một số acid nucleic của virus RNA hoạt động trực tiếp với tư cách như là mRNA mà không cần biến đổi gì thêm. Vì lý do đó, những virus này được gọi là virus RNA dương tính.[33] Ở một số virus RNA khác, virus cần tạo ra thêm bản sao RNA bổ sung của mRNA, từ đó dựa vào enzyme tế bào hoặc của chính virus để tạo ra mRNA có thể phiên mã. Chúng được gọi là virus RNA âm tính. Đôi với các virus DNA, việc phiên mã trở thành mRNA khá giống hoạt động sinh trưởng tế bào. Tuy nhiên, retrovirus có cách thức hoạt động hoàn toàn khác: virus có RNA, nhưng bên trong tế bào chủ, một bản sao DNA của RNA được tạo ra với sự trợ giúp của enzyme phiên mã ngược. DNA này sau đó hòa vào DNA của chính vật chủ, và được phiên mã vào mRNA theo quá trình sinh trưởng thông thường của tế bào.[34]