Неклітинні форми життя
Глава 39. Неклітинні форми життя
Віруси були відкриті в 1892 році українським вченим-ботаніком Д. І. Ивановским при вивченні мозаїчної хвороби тютюну (плямистість листя). Віруси є неклітинні форми життя. Вони займають проміжне положення між живою та неживою матерією, так як поєднують в собі ознаки живих організмів і тел неживої природи.
не мають клітинної будови, позбавлені будь-яких клітинних структур;
містять тільки один тип нуклеїнової кислоти - або ДНК, або РНК;
позбавлені власного метаболізму, так як не мають білок-синтезуючого апарату і механізмів отримання енергії;
відсутній ріст;
не здатні ні до поділу, ні до статевого розмноження.
Віруси проявляють ознаки життя тільки в клітці. Це внутрішньоклітинні паразити. Причому на відміну від інших паразитів, вони є ультрапаразітамі, так як паразитують на генетичному рівні.
походження вірусів
Питання про походження вірусів до кінця не з'ясований. Віруси є автономні генетичні структури, але вони не здатні розвиватися поза клітиною. Разом з тим, нуклеотідний складу нуклеїнових кислот і генетичний код вірусів і клітинних організмів однаковий. Тому можна припустити, що віруси виникли пізніше виникнення клітинної організації.
Найбільш ймовірно, що віруси виникли в результаті деградації клітинних організмів. Ймовірно, віруси можна розглядати як групу генів, які вийшли з-під контролю геному клітини.
Хімічний склад вірусів
Віруси є нуклеопротеїнами, тобто складаються з нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК) і білків, що утворюють оболонку навколо нуклеїнової кислоти. У деяких вірусів можна виявити ліпіди і вуглеводи.
Структурна організація вірусів
Розміри вірусів коливаються від 10 до 300 нм. Форма вірусів різноманітна: куляста, паличкоподібна, ниткоподібна, циліндрична та ін.
Віруси можуть існувати в двох формах:
в формі нуклеїнової кислоти, коли знаходяться в клітці-хазяїні;
у вільній формі, коли виходять за межі клітини-господаря. Цю форму існування називають вирионом (рис. 320).
Віріони вірусів складаються з різних компонентів:
серцевина - генетичний матеріал (молекула ДНК або РНК);
капсид 1 - білкова оболонка нуклеїнової кислоти;
суперкапсид - додаткова липопротеідна оболонка (характерний тільки для сложноорганізованних вірусів).
Віруси містять завжди один тип нуклеїнової кислоти - або ДНК, або РНК. Причому обидві нуклеїнові кислоти можуть бути як одноланцюжковий, так і двухцепочечную, як лінійними, так і кільцевими.
Мал. 320. Вірус тютюнової мозаїки:
1 - нуклеїнова кислота вірусу (РНК); 2 - капсид.
Залежно від типу нуклеїнової кислоти, що входить до складу вірусу, розрізняють:
ДНК-геномні віруси;
РНК-геномні віруси.
Капсид є оболонкою вірусу, утворену білковими субодиницями, укладеними строго певним чином.
Капсид виконує, перш за все, захисну функцію. Він захищає нуклеїнових кислот вірусу від різних впливів, перш всегоот дії численних нуклеаз 2. Крім того, капсид забезпечує осадження вірусу на поверхні клітинних мембран, так як містить рецептори, комплементарні рецепторів мембран клітин. Рецепторний механізм проникнення вірусу в клітину забезпечує специфічність вірусів: вони вражають строго певне коло господарів.
Суперкапсид характерний для сложноорганізованних вірусів (віруси ВІЛ, грипу, герпесу). Виникає під час виходу вірусу з клітини-хазяїна. Він являє собою модифікований ділянку ядерної або зовнішньої цитоплазматичної мембрани клітини-хазяїна.
Репродукція вірусів
Тільки проникаючи в клітину-господаря вірус може відтворювати собі подібних, він пригнічує процеси транскрипції і трансляції речовин, необхідних самій клітині, і "змушує" її ферментні системи здійснювати реплікацію своєї нуклеїнової кислоти і біосинтез білків вірусних оболонок. Після складання вірусних частинок клітина або гине, або продовжує існувати і виробляти нові покоління вірусних частинок.
Цикл репродукції вірусу складається з декількох стадій.
^ Осадження вірусу на поверхню мембрани клітини. Можливо в тому випадку, якщо рецептори клітинних мембран і капсида вірусу комплементарні.
Проникнення вірусу в клітину. Багато віруси проникають в клітку шляхом ендоцитозу. Утворюється впячивание зовнішньої цитоплазматичної мембрани, і вірус виявляється в цитоплазмі клітини. Ферменти лізосом руйнують капсид вірусу, і його нуклеїнова кислота звільняється. Деякі віруси проникають в клітку шляхом злиття мембран клітин і вірусів.
Проникнення фагів відбувається за рахунок часткового руйнування оболонки клітини фагів лизоцимом. ДНК вірусу проникає в клітину після скорочувальної реакції відростка фага.
Синтез компонентів вірусу здійснюється в кілька етапів:
Підготовчий. На цьому етапі відбувається придушення функціонування генетичного апарату клітини, припиняється синтез білків і нуклеїнових кислот клітини, білок-синтезує апарат клітини переводиться під контроль генома вірусу.
^ Реплікація нуклеїнової кислоти вірусу. Оскільки генетичний апарат вірусів різноманітний, механізми реплікації різні. У дволанцюжкових ДНК-геномних вірусів реплікація відбувається так само, як у всіх живих організмів.
^ Синтез білків капсида. Біосинтез білків капсида вірусу починається пізніше реплікації, причому використовується белоксинтезирующий апарат клітини-хазяїна.
^ Збірка віріонів. Збірка вірусних частинок починається після того, як кількість компонентів вірусу в клітці досягає певної межі. Відбувається самосборка, білкові субодиниці капсида певним чином розташовуються навколо нуклеїнової кислоти.
^ Вихід вірусів з клітки. Найчастіше відбувається в результаті руйнування клітини вірусним лизоцимом. Сложноорганізованние віруси виходять з клітини шляхом брунькування, при цьому вони набувають суперкапсид.
^
значення вірусів
Віруси здатні вражати більшість існуючих живих організмів, викликаючи різні захворювання. До числа вірусних захворювань людини відносяться, наприклад, віспа, сказ, дитячий параліч, кір, жовта лихоманка, інфекційний нежить і т.д. У тварин відомо поразка вірусом коров'ячої віспи і ін. У рослин віруси можуть визначати плямистість забарвлення квіток (наприклад, у тюльпана), зміни фарбування листів (жовтуха рослин).
Мал. 321. Бактериофаг.
Деякі віруси (бактеріофаги) є паразитами бактерій (рис. 321). Вони здатні проникати в бактеріальну клітину і руйнувати її. Бактеріофаг складається з головки, хвостика і хвостових відростків, за допомогою яких він осідає на оболонці бактерій. У голівці міститься ДНК. Фаг частково розчиняє клітинну стінку і мембрану бактерії і за рахунок скорочувальної реакції хвостика впорскує свою ДНК в її клітку.
Бактеріофаги мають велике практичне значення і є важливим об'єктом наукових досліджень в галузі молекулярної біології.
ВІЛ-інфекція (СНІД)
Синдром набутого імунного дефіциту - це нове інфекційне захворювання, яке визнано як перша дійсно глобальна епідемія у відомій історії людства.
Вірус імунодефіциту людини впроваджується в чутливі клітини. Основні клітини-мішені - CD4-лімфоцити (хелпери), так як на їх поверхні є рецептори, здатні зв'язуватися з поверхневим білком ВІЛ. В меншій кількості вони містяться на мембранах макрофагів, ще в меншому - на мембранах В-лімфоцитів. Крім того, ВІЛ проникає в ЦНС, вражаючи нервові клітини і клітини нейроглії, в клітини кишечника. Імунна система організму людини втрачає свої захисні властивості і виявляється не в змозі протистояти збудникам різних інфекцій. Середня тривалість життя інфікованої людини становить 7-10 років.
Будова вірусної частинки ВІЛ
Збудник СНІДу - вірус іммунодіфіціта людини (ВІЛ) - відноситься до ретровірусів. Віріон має з
ферической форму, діаметром 100-150 нм (рис. 322). Зовнішня оболонка вірусу складається з мембрани, утвореної з клітинної мембрани клітини-хазяїна.
Мал. 322. Молекулярна модель вірусу імунодефіциту людини:
1 - оболонка вірусу; 2 - глікопротеїди; 3 - відросток; 4 - віроскелет; 5 - зворотна транскриптаза; 6 - серцевина; 7 - рибонуклеопротеид.
Тому на її поверхні і всередині неї зберігається безліч клітинних білків. У мембрану вбудовані рецепторні освіти, з вигляду нагадують гриби. Під зовнішньою оболонкою розташовується серцевина вірусу, яка має форму усіченого конуса і утворена особливим білком. Проміжок між зовнішньою вірусної мембраною і серцевиною вірусу заповнений тяжами віроскелета, завдяки якому зберігається форма вірусу, а серцевина утримується в певному положенні. Усередині серцевини розташовуються дві молекули вірусної РНК, пов'язані з низькомолекулярними білками основного характеру. Кожна молі кула РНК містить 9 генів ВІЛ. Три з них є структурними, три - регуляторними та три - додатковими. Ці гени містять інформацію, необхідну для продукції білків, які управляють здатністю вірусу інфікувати клітину, реплицироваться і викликати захворювання. Крім того, серцевина містить фермент зворотний транскриптазу, що здійснює синтез вірусної ДНК з молекули вірусної РНК.
шляхи поширення
ВІЛ інфекції
Джерелом зараження служить людина - носій вірусу імунодефіциту. Це може бути хворий із різноманітними проявами хвороби, або людина, що не має ознак захворювання (безсимптомний вирусоноситель).
СНІД передається тільки від людини до людини:
статевим шляхом;
через кров і тканини, що містять вірус імунодефіциту;
від матері до плоду і немовляти.
1 Від лат. capsa - вмістилище