Что является инфекционным началом вируса нуклеиновая кислота

Вирус живет, пока работает его нуклеиновая кислота

- Итак, инфекционные свойства вируса связаны с его нуклеиновой кислотой.

- Да, и это было доказано в нескольких крупнейших лабораториях мира.

- А какова же роль белка?

- Он защищает нуклеиновую кислоту от внешних воздействий и помогает вирусу внедриться в клетку.

Четверть века назад, в 1952 году, известнейшими американскими биохимиками Э. Херши и М. Чейз при изучении бактериофагов впервые было показано, что нуклеиновые кислоты играют главную роль в репродукции вирусов. В отличие от всех остальных вирусов бактериофаги не проникают в клетку своего хозяина - микроба, а лишь прикрепляются к его оболочке. Наблюдая с помощью электронного микроскопа за различными стадиями взаимодействия между бактериофагами и бактериями, ученым удалось увидеть, как фаг вводит внутрь микроба свою нуклеиновую кислоту. Весь белковый чехол, которым бактериофаг прикрепился к оболочке микроба, остается снаружи. Фотографии, полученные учеными, обошли весь мир, опровергая прежние утверждения о ведущей роли белка в передаче наследственной информации.

Но ведь все, что касается бактериофага, не обязательно должно повторяться при репродукции других, устроенных по-иному вирусов, утверждали скептики, у которых в голове не укладывалось, что из одной молекулы вирусной РНК в клетке может одновременно возникнуть тысяча и более новых вирусов. И вот в 1956 году X. Френкель-Конрад в США и одновременно с ним А. Гирер и Г. Шрамм в ФРГ сделали важное открытие, за которое они позднее получили Нобелевскую премию. Разрушив белковый компонент вирусной частицы табачной мозаики крепкой карболовой кислотой (фенолом), они выделили РНК и очистили её. Полученная РНК не содержала даже следов белка. Тем не менее введение ее в листья здоровых растений вызвало развитие типичной мозаичной болезни.

Сам по себе факт выделения заразного компонента вируса (его нуклеиновой кислоты) с помощью карболки, широко используемой в практической дезинфекции для разрушения самых устойчивых микроорганизмов, казался чем-то невероятным. Более того, нуклеиновую кислоту, полученную после сжигания фенолом белковых молекул вириона, осаждали и длительно хранили в чистом спирте, который также является сильнейшим дезинфицирующим средством. Несмотря на эти вреднейшие воздействия, совершенно несовместимые с существовавшими в медицине понятиями о жизни, вирусная нуклеиновая кислота отлично сохраняла свою заразительность для клеток восприимчивых растений табака.

Разрушения самых устойчивых микроорганизмов

В последние годы из многих мелких вирусов животных и человека (полиомиелит, клещевой энцефалит, вирусы, вызывающие злокачественные перерождения тканей) также удалось выделить рибонуклеиновые кислоты, обладавшие заразными свойствами. Такие вирусные РНК стали называть инфекционными, поскольку они вызывали развитие болезни в организме восприимчивых животных или же в чувствительных культурах ткани без участия вирусных частиц или их белка. Причем после каждого такого искусственного заражения с помощью инфекционной РНК в клетках исследуемого объекта появлялись вполне полноценные вирусные частицы.

Первоначально открытие инфекционных нуклеиновых кислот было встречено с недоверием. Многие, даже очень солидные, ученые-биологи думали, что инфекционный процесс вызывают не сами нуклеиновые кислоты, а сохранившиеся в растворе частицы живого вируса или примеси белка. Однако такие сомнения были быстро опровергнуты. X. Френкель-Конрад использовал самые чувствительные методы химического анализа, способные обнаружить даже отдельные белковые молекулы. Все пробы на белок были отрицательными: препараты содержали только нуклеиновую кислоту.

Теперь следовало доказать, что именно она несет в себе заразительность для здоровых растений. Для этого А. Гирер и Г. Шрамм провели специальные контрольные исследования, которые показали, что добавление фермента рибонуклеазы к препарату вирусной РНК полностью разрушало его инфекционные свойства. Это подтвердило, что вся заразительность заключена в обследуемой РНК, так как рибонуклеаза совершенно безвредна для вирусной частицы.

Исследователи установили также, что активность вирусных нуклеиновых кислот не изменялась и после добавления иммунной сыворотки. Если бы после обработки фенолом в препарате вирусной РНК сохранились даже отдельные неубитые вирусные частицы, иммунная сыворотка подавила бы их биологическую активность.

Чтобы окончательно убедиться в своей правоте, исследователи провели дополнительные испытания. Они установили, что препараты очищенной вирусной РНК крайне нестойки и быстро разрушаются даже при непродолжительном хранении в термостате или в леднике.

Напротив, частицы исходного вируса табачной мозаики сохраняли высокую устойчивость даже после продолжительного хранения в тех же условиях. Поэтому, считали ученые, вирусные частицы было бы легко обнаружить через несколько дней после хранения на леднике, когда нежные нуклеиновые кислоты полностью разрушатся. Однако все попытки оказались безуспешными: с гибелью РНК исчезала инфекционная активность очищенного препарата. Так было окончательно доказано, что именно выделенная из вируса РНК, а не остаточный вирус, вызывала заражение листьев растений.

Очищенные вирусные нуклеиновые кислоты способны заражать даже ткани, которые в естественных условиях полностью невосприимчивы, то есть устойчивы, нечувствительны к цельному вирусу. Например, вирус полиомиелита прекрасно размножается в тканевых культурах, приготовленных из клеток человека. Ведь как раз у человека этот вирус вызывает поражение спинного мозга, параличи и смерть. В то же время этот вирус не способен заразить тканевые культуры, приготовленные из клеток курицы, так же как он не может заразить и курицу.

Выделенную из вируса полиомиелита инфекционную РНК легко удалось ввести в куриные клетки, после чего в них произошло формирование сотен полноценных зрелых частиц вируса. Но в невосприимчивой ткани вирусная инфекция на этом и прекращалась. Новые вирионы, которые могли бы оказаться высокозаразными для чувствительных тканей, были часто не способны даже выйти из нечувствительных к ним клеток.

Однако с помощью электронного микроскопа ученым удалось увидеть вирусные частицы внутри клеток и выделить вирус из клеток, разрушив их ультразвуком. Такой вирус прекрасно размножался, если его переносили в другую, восприимчивую ткань.

Если учесть полную искусственность опытов с очищенной вирусной нуклеиновой кислотой, с помощью которой ученые старались заразить растения, животных или тканевые культуры, становится понятным, почему активность инфекционной вирусной РНК несравненно ниже активности исходных частиц. Для заражения культуры ткани нужно взять РНК, выделенную из 106-108 вирусных частиц или всего 4-10 вирионов. Разница огромная, и величины несопоставимые.

В естественных условиях "голая" РНК никогда не проникает в клетки извне, через клеточную оболочку. Нуклеиновые кислоты всегда попадают сюда только в составе цельной вирусной частицы, которая освобождает вирусную РНК (или ДНК) лишь внутри зараженной клетки. Хотя вирусные нуклеиновые кислоты и играют ведущую роль в размножении вирусов, однако они не обладают способностью самостоятельно переходить от клетки к клетке.

Некоторые вирусологи ошибочно рассматривают процесс размножения вируса как самостоятельную работу клетки, которая "продуцирует вирусные частицы". В действительности от начала и до конца этот процесс - результат жизнедеятельности вируса. Он осуществляет основную функцию паразита - репродукцию, то есть воспроизводство, новых потомков. Абсолютно чуждые клетке молекулы вирусных нуклеиновых кислот и белка воссоздаются в виде сотен новых копий в ее ядре и в цитоплазме под командой вируса, но за счет строительных материалов и синтетических систем клетки.

86. 1. Определение, химический состав вирусов, функции компонентов.
Функция нуклеиновой кислоты вируса: …
Функция белков вирусных частиц: …
Размножение вирусов, синтез их нуклеиновых кислот.
Где размножается вирус?
О видах вирусов
86. 2. (Молекулярные механизмы действия вирусов.)
Реакция иммунной системы на обнаружение вируса.
Как вирусная частица попадает в клетки.
Что происходит с вирусной частицей после её попадания в клетку.
86. 3. Онкогенные вирусы. См. п.87.
86. 4. ВИЧ. См. п.77 и 80.
86. 5. Прионы.

86. 1. Определение, химический состав вирусов, функции компонентов. –

Опеределение вируса.
Вирусами называют КОМПЛЕКСЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ С БЕЛКАМИ,
которые могут находиться во внешней среде вне клеток и
могут при попадании в организм проникать в клетки и размножаться внутри клеток.
Некоторые вирусы вдобавок к НК и белкам содержат липиды и углеводы.
Таким образом, вирусы не являются клетками, у вирусов нет органелл.

Отдельный комплекс нуклеиновых кислот с белками называется вирусной частицей или вирионом.

Функция нуклеиновой кислоты вируса:
нуклеиновые кислоты используются для синтеза белков вирусных частиц (кодируют первичную структуру белка).

Функция белков вирусных частиц:
1 – защищают НК от повреждений (НК сами по себе очень неустойчивы), образуя оболочку вокруг НК,
2 – участвуют в размножении вирусов в качестве ферментов и т.д. см. далее.
Углеводы вирусных частиц часто находятся на поверхности вирусных частиц и могут помогать вирусным частицам проникать в клетки.

Отдельная вирусная частица и вирусные частицы данного вида вирусов содержат только один вид НК – или ДНК, или РНК.
Вирусы, в вирионе которых находится ДНК, называются ДНК-овые вирусами,
а вирусы, в вирионе которых находится РНК, называются, РНК-овыми вирусами.

ДНК вируса может быть не только двухцепочечной, но и ОДНОЦЕПОЧЕЧНОЙ.
РНК вируса может быть как одноцепочечной (как в клетках), так и ДВУХЦЕПОЧЕЧНОЙ.

Размножение вирусов, синтез их нуклеиновых кислот.

Синтез нуклеиновых кислот вирусов происходит разными способами. –
1) Наряду с репликацией ДНК (см. п. 78),
2) у вирусов есть репликация РНК
3) и обратная транскрипция (см. п.80).

Какой бы ни была нуклеиновая кислота в самом вирионе,
при размножении вируса происходит синтез вирусных матричных РНК для синтеза вирусных белков (для трансляции).

Где размножается вирус?

Синтез вирусных нуклеиновых кислот и синтез вирусных белков может происходить только внутри клеток,
так как для синтезов нужны среда, рибосомы (осуществляются синтез белка), нуклеотиды и аминокислоты и т.д.
Поэтому размножаться вне клеток вирусы не могут. –
Пока вирус не проник в клетку, он не может размножаться, не может как-то влиять на обмен веществ в организме.
Поэтому наличие вируса (вирионов) в крови
не означает, что человек будет болеть болезнью, которая вызывается этим вирусом.
Он может заболеть, только если вирусные частицы проникнут в клетки,
а если они не проникнут в клетки, то человек не заболеет, хоть и будет носителем вируса.

О видах вирусов

Вирусы, содержащие разные нуклеиновые кислоты (то есть с разными последовательностями нуклеотидов) и разные белки, относят к разным видам вирусов.
Вирусные частицы с одинаковыми (или очень похожими) последовательностями нуклеотидов в НК, относятся к вирусу одного и того же вида.
Кроме того, последовательность нуклеотидов нуклеиной кислоты вируса данного вида
может меняться, то есть вирус может мутировать.
В итоге получается другой ШТАММ данного вида вируса, но сам вирус относится к тому же виду вирусов, что и до мутации.

Вирусы, которые поражают бактерии, называются БАКТЕРИОФАГАМИ.
Бактериофаги могут использоваться для внесения в клетку бактерии чужих для неё генов для синтеза клеткой белков, кодируемых этими генами,
То есть бактериофаги могут играть роль векторов – это используется генной инженерией.
В эукариотические клетки вирусы попадают не так, как в бактериальные (далее).

86. 2. (Молекулярные механизмы действия вирусов.)

Реакция иммунной системы на обнаружение вируса.

При попадании вирусной частицы в организм её должны заметить и уничтожить клетки иммунной системы
(с помощью АНТИТЕЛ – специальных белков, задача которых – распознавание антигенов)
для того чтобы вирус не успел проникнуть в клетку, размножиться в ней, убить её и заражать новые клетки.

Как вирусная частица попадает в клетки.

Проникновение вирусной частицы в клетку начинается с того, что
вирус связывается с определённым белком на поверхности клетки,
который таким образом выполняет функцию РЕЦЕПТОРА клетки для этого вируса.
Роль рецептора вируса обычно играют белки, предназначенные для других целей –
например, ВИЧ использует рецепторы хемокинов.

Если рецепторы вируса отличаются от обычных так, что вирус не может с их помощью проникнуть в клетку, то вирус не приведёт к заболеванию.
Причиной отличия рецептора может быть мутация гена, который кодирует этот рецептор.

Что происходит с вирусной частицей после её попадания в клетку.

После попадания вирусной частицы внутрь клетки
вирусная нуклеиновая кислота высвобождается, после чего
могут синтезироваться новые молекулы вирусной нуклеиновой кислоты (см. п.77)
и новые молекулы вирусных белков (п.82).

После этого из молекул вирусных нуклеиновых кислот и молекул вирусных белков
могут образовываться новые вирусные частицы –
так происходит РАЗМНОЖЕНИЕ ВИРУСОВ.

Новые вирусные частицы могут покидать клетку, в которой образовались,
и поступать в новые клетки, заражая всё новые и новые клетки.
Если заражённые вирусом клетки подвергнутся АПОПТОЗУ (см. п. 79),
то распространение вирусных частиц может затормозиться.
Поэтому замедленный апоптоз способствует распространению вирусной инфекции.

Накопление вирусных частиц в клетке может приводить к РАЗРУШЕНИЮ КЛЕТКИ;
кроме того, оно нарушает нормальную жизнедеятельность клетки и организма –
всё это приводит к появлению симптомов вирусной инфекции.

Нуклеиновые кислоты некоторых вирусов (см. ВИЧ далее) могут использоваться
в качестве матриц для образования двухцепочечных ДНК (вирусных ДНК),
которые способны встраиваться в ДНК человека –
это встраивание называется интегрированием в геном,
оно относится к ПЕРЕСТРОЙКАМ генома – см. п.79.

86. 3. Онкогенные вирусы. См. п.87.

Некоторые вирусы способствуют появлению онкологических заболеваний.
Такие вирусы называются онкогенными вирусами.
Примеры онкогенных вирусов:
вирус папилломы человека способен приводит к раку матки,
вирусы гепатитов В и С приводят к раку печени.
Онкогенные вирусы относят к группе биологических мутагенов – см. п.79.

Почему некоторые вирусы могут приводить к онкологическим заболеваниям (см. п.87 и п.92, 98):
потому что онкогенные вирусы приводят к таким МУТАЦИЯМ,
которые способствуют появлению онкологических заболеваний.

Например, считается, что онкогенными являются те вирусы,
которые приводят к встраиванию вирусных ДНК в ДНК (геном) человека (интегрируется).
Потому что это встраивание может изменить тот участок ДНК,
в который встраивается вирусная ДНК (то есть привести к мутации).

В норме, до мутации, протоонкоген кодирует белки, которые стимулируют деление клеток и относятся к онкобелкам.
В норме активность онкобелков регулируется,
поэтому они стимулируют деление клетки только тогда, когда нужно –
и поэтому деление клетки (и образованных при её делении клеток) не приводит к образование опухоли.
Но после мутации протоонкогена он может измениться так, что
кодируемые им онкобелки не смогут регулироваться
и станут стимулировать деление клетки постоянно, без остановки,
что может привести к появлению опухоли,
если мутантные клетки не подвергнутся апоптозу
или не уничтожатся клетками иммунной системы.

86. 4. ВИЧ. См. п.77 и 80.

ВИЧ – это вирус иммунодефицита человека.
Размножение ВИЧ в организме человека может привести к развитию СПИДа –
Синдрома Приобретённого Иммунодефицита Человека.
ВИЧ повреждает клетки иммунной системы (Т-хелперы, макрофаги),
что приводит к дефициту иммунных клеток и снижению иммунитета (иммунодефициту).

1. После попадания ВИЧ в организм человека
ВИЧ, как и все вирусы, сначала связывается с рецепторами на поверхности клеток:
ВИЧ связывается с рецепторами хемокинов
(хемокиновыми рецепторами;
хемокины – это гормоны, относятся к цитокинам)
и СД4 рецепторами на поверхности клеток иммунной системы.

Связыванию ВИЧ с рецепторами помогают гликопротеины, расположенные на поверхности вирусной частицы ВИЧ.

Есть люди, в организме которых есть ВИЧ, но у которых не развивается СПИД –
то есть они являются носителями вируса, они могут заразить ВИЧ,
но больными они не являются.
Предполагают, что это связано с тем, что ВИЧ не может размножаться в организме этих людей,
поскольку не проникает в их клетки из-за особенностей строения рецепторов ВИЧ у этих людей:
возможно, из-за мутаций генов, кодирующих эти рецепторы.

2. В качестве нуклеиновой кислоты в ВИЧ содержится одноцепочечная РНК.
В клетках РНК вируса становится матрицей для синтеза комплементарной ей цепи ДНК
(комплементарной ДНК, кДНК),
который катализируется ферментом обратная транскриптаза
(потому что синтез ДНК на матрице РНК называется обратной транскрипцией),
который содержался в вирусной частице ВИЧ.

Затем на матрице первой цепи ДНК синтезируется вторая цепь ДНК,
в результате чего образуется двухцепочечная ДНК.
Эта вирусная ДНК способна встраиваться в ДНК человека
с помощью фермента ИНТЕГРАЗЫ, который тоже содержится в вирусной частице ВИЧ.

3. В некоторый момент вирусная ДНК, находящаяся в составе ДНК человека,
может использоваться для синтеза вирусных РНК (то есть для транскрипции – п.80).

4. Вирусные РНК могут использоваться для синтеза вирусных белков (для трансляции) с помощью рибосом самой клетки.

5. Один из ферментов ВИЧ осуществляет расщепление полипептидной цепи, синтезированной на вирусной РНК;
этот фермент называется ПРОТЕАЗОЙ.
В итоге образуются вирусные белки, в том числе уже названные протеаза, интеграза и обратная транскриптаза.

6. Объединение вирусных белков с вирусной РНК приводит
к появлению новых вирусных частиц ВИЧ,
которые могут разрушать клетки, поступать в кровь и проникать в новые клетки.

Диагностика ВИЧ
осуществляется методом ПЦР и с помощью иммуноферментного анализа.
Метод ПЦР быстрее и надёжнее.

СПИД пока считается неизлечимым заболеванием.
Но замедлить развитие СПИДа и продлить жизнь человека, инфицированного ВИЧ, можно за счёт замедления размножения ВИЧ в организме заражённого.

Размножение ВИЧ замедляется за счёт применения лекарств,
снижающих активность ферментов ВИЧ, участвующих в размножении ВИЧ (см. выше),
то есть за счёт применения ИНГИБИТОРОВ ферментов ВИЧ.

Чем раньше начинают лечение инфицированного ВИЧ – тем дольше он проживёт. Поэтому важно вовремя делать анализ на ВИЧ при наличии оснований предполагать, что человек мог заразиться ВИЧ.
При наличии ВИЧ у беременной есть шанс родить здорового ребёнка,
если вовремя сделать анализ на ВИЧ и провести лечение.

Прионами называют белки с особой структурой, которая приводит к так называемым прионовым болезням:
куру, болезни Крейцфельдта-Якобы, почесухе овец, коровьему бешенству.

У прионов есть способность
превращать молекулы нормальных белков в прионы
за счёт того, что под влиянием структуры уже имеющихся молекул прионов
структура молекул ряда других белов может измениться так,
что эти молекулы тоже становятся прионами –
нерастворимыми в воде молекулами,
под влиянием которых могут стать прионами другие молекулы белков –
то есть происходит как бы цепная реакция;
из-за этого число прионов в организме становится всё больше.

Из-за этого свойства прионы считаются инфекционными белками,
а прионовые болезни считаются заразными
(заражение происходит при попадании прионов в организм – обычно в качестве пищи).

В случае с прионами увеличение числа болезнетворных молекул
происходит не путём деления клеток
(в отличие от бактериальных и других инфекций, где бактерии размножаются делением)
и не путём синтеза нуклеиновых кислот (см. выше о размножении вирусов),
а под влиянием уже имеющихся молекул прионов.

Прионы могут оказаться в организме не только в результате заражения
(не только при съедении пищи, содержащей прионы),
но и в результате мутаций генов некоторых белков.
Из-за своей структуры прионы не уничтожаются и не теряют свои вредные свойства при сколь угодно долгой варке, поэтому варка не является способом сделать пищу безопасной и свободной от прионов. Единственный способ исключить возможность заражения прионами при эпидемиях коровьего бешенства – это не употреблять в пищу мясо, тушёнку, консервы, желатин и т.д.А единственный способ уничтожить прионы - только сжечь. Прионы устойчивы и к действию других факторов, которые разрушают структуру обычных белков, то есть прионы устойчивы к денатурации под действием излучений, ультразвука и т.д.

Вирус живет, пока работает его нуклеиновая кислота

- Итак, инфекционные свойства вируса связаны с его нуклеиновой кислотой.

- Да, и это было доказано в нескольких крупнейших лабораториях мира.

- А какова же роль белка?

- Он защищает нуклеиновую кислоту от внешних воздействий и помогает вирусу внедриться в клетку.

Разрушения самых устойчивых микроорганизмов

Клетки всех живых организмов содержат два вида нуклеиновой кислоты — ДНК и РНК. В отличие от клеток вирусы содержат лишь один вид нуклеиновой кислоты — либо РНК, либо ДНК. И та и другая может быть хранителем наследственной информации, выполняя таким образом функции генома.

Вирусный геном может быть представлен как односпиральными, так и двуспиральными молекулами РНК и ДНК. ДНК может быть как линейной, так и кольцевой молекулой

Двуспиральная кольцевая со сверхвитками или без них

Двуспиральная кольцевая с односпиральным участком

Фрагментированная односпиральная кольцевая

Линейная односпиральная, диплоидный геном

Вирусные ДНК

Мол. масса вирусных ДНК варьирует в широких пределах от 1-106МД до 250-106МД. Самые большие вирусные геномы содержат несколько сотен генов, а самые маленькие содержат информацию, достаточную для синтеза лишь нескольких белков.

В вирусных геномах, представленных двуспиральными ДНК, информация может быть закодирована на обеих нитях ДНК. Кроме того, известно, Что в вирусных геномах встречается перекрытие генов (использование части информации об одном белке для кодирования другого белка). Это свидетельствует о максимальной экономии генетического материала у вирусов, что является неотъемлемым свойством их как генетических паразитов. В связи с этим оценка объема генетической информации может быть проведена по мол. массе молекул.

Способность к приобретению кольцевой формы, которая потенциально заложена в концевых прямых и инвертированных повторах (Инвертированные повторы — участки нуклеиновых кислот с обратным построением нуклеотидных последовательностей, могущие образовывать шпилечные структуры. Имеют важное значение в регуляции многих процессов. Пример: либо линейный ATGC, GCAT, либо шпилька), имеет большое значение для вирусов. Кольцевая форма обеспечивает устойчивость ДНК к экзонуклеазам (Экзонуклеазы — ферменты, последовательно отщепляющие нуклеотиды с концов полинуклеотидной цепи). Стадия образования кольцевой формы обязательна для процесса интеграции ДНК с клеточным геномом. Наконец, кольцевые формы представляют собой удобный и эффективный способ регуляции транскрипции и репликации ДНК.

Вирусные РНК

Из нескольких сотен известных в настоящее время вирусов человека и животных РНК-геном содержит около 80% вирусов. Способность вирусов хранить наследственную информацию — уникальная особенность их, У некоторых РНК-геномных вирусов нуклеиновая кислота в отсутствие белка может вызывать инфекционный процесс.

Структура вирусных РНК чрезвычайно разнообразна. У вирусов обнаружены односпиральные и двуспиральные, линейные, фрагментированные и кольцевые РНК. РНК-геном обычно является гаплоидным, но геном ретровирусов — диплоидный, т, е. состоит из двух идентичных молекул РНК.

Вторая группа РНК-содержащих вирусов содержит геном в виде односпиральной РНК, которая сама не обладает функциями иРНК. В этом случае функцию иРНК выполняет РНК, комплементарная геномной. Синтез этой РНК (транскрипция) осуществляется в зараженной клетке на матрице геномной РНК с помощью вирусспецифического фермента —транскриптазы. В составе минус-нитевых вирусов обязательно присутствие собственного фермента, осуществляющего транскрипцию геномной РНК и синтез иРНК, так как аналога такого фермента в клетках нет. Геном этих вирусов условно обозначают как минус-РНК, а вирусы этой группы — как минус-нитевые вирусы, или вирусы с негативным геномом. К этим вирусам относятся ортомиксовирусы, парамиксовирусы, буньявирусы, рабдовирусы. РНК этих вирусов не способна вызывать инфекционный процесс.

Существуют вирусы, содержащие как плюс-нитевые, так и минус-нитевые РНК гены (амбисенс-вирусы). К ним относятся аренавирусы.

В основном односпиральные РНК являются линейными молекулами, однако РНК-фрагменты буньявирусов обнаружены в виде кольцевой формы. Кольцевая форма возникает за счет образования водородных связей между концами молекул.

Двуспиральные РНК. Этот необычный для клетки тип нуклеиновой кислоты, впервые обнаруженный у реовирусов, широко распространен среди вирусов животных, растений и бактерий. Вирусы, содержащие подобный геном, называют диплорнавирусами. Особенностью их является фрагментированное состояние генома. Так, геном реовирусов состоит из 10 фрагментов, ротавирусов — из 11 фрагментов.

Вирусные белки

Белки представляют собой чрезвычайно разнородный класс биологических макромолекул. Обязательными компонентами белков являются аминокислоты.

Мол. масса аминокислот лежит в пределах 90—250 Д. В состав полипептида может входить от 15 до 2000 аминокислот, наиболее часто встречаются полипептиды с массой от 20 до 700 кД, состоящие из 100—400 аминокислот. В молекуле полипептида аминокислоты ковалентно соединены в линейный полимер пептидными связями, образующимися между NН₂- и СООН - группами соседних аминокислот.

Две аминокислоты, соединенные пептидной связью, называются дипептидом, три — трипептидом и т. д несколько (5— 10)—олигопептидом, более длинные полимеры — пептидами, еще более длинные — полипептидами. Белки могут состоять из одного или нескольких (обычно не более 6) полипептидов. Белки, состоящие только из аминокислотных остатков, называются простыми белками — протеинами. Белки, состоящие из аминокислот и неаминокислотной части, называются сложными белками — протеидами.

Если неаминокислотная часть представлена ионами металла, белок называется металлопротеидом, углеводными остатками — гликопротеидом, липидными молекулами — липопротеидом, остатками фосфорной кислоты фосфопротеидом, нуклеиновой кислотой — нуклеопротеидом и т, д. Практически все белки состоят из 20 аминокислот. В состав одного конкретного белка может входить от 3 до 20 аминокислот. Порядок чередования их в полипептидной цепи и длина последней определяют первичную структуру белка. Этот первый простейший уровень организации молекул, определяющий структуру всех белков, полностью и однозначно кодируется участком нуклеиновой кислоты, содержащим информацию, необходимую для синтеза данного белка. Следующий уровень организации молекул белка — вторичная структура. Если первичная структура белка поддерживается одним видом связи — пептидной связью, то вторичная структура— тремя видами связи: дисульфидной, водородной и гидрофобной. Дисульфидная связь возникает между двумя остатками цистеина.

Дисульфидная связь может соединять различные части одной полипептидной цепи, образуя на них петли различной длины и конфигурации. Водородные связи возникают в молекуле белка между атомными группировками образующими пептидные связи. Наличие этих связей приводит к образованию в составе полипептида b-складчатых или a-спиральных структур.

Гидрофобные связи возникают между боковыми радикалами; гидрофобных аминокислот, вызывая изгибы полипептидной цепи.

Следующий уровень организации — сверхвторичная структура белка — определяется водородными, гидрофобными и ионными связями, но взаимодействуют между собой участки полипептидной цепи, уже обладающие вторичной структурой. При этом образуются суперспирали (спираль из спиралей), суперскладчатые и глобулярные структуры, именуемые доменами.

Следующий уровень организации — третичная структура. Она поддерживается теми же видами связей, что и вторичная и сверхвторичная, но взаимодействуют между собой участки полипептидной цепи, уже обладающие этими двумя типами структур. Для многих белков третичная структура является высшим уровнем организации. У всех белков она окончательно формирует конфигурацию молекулы полипептида или белка. У ряда белков, входящих в состав сложных ферментов с регулируемым действием и самособирающихся структур, например вирусных капсидов имеется еще и четвертичная структура, обусловленная взаимодействием молекул, обладающих третичной структурой.

Вирусные (вирусспецифические) - белки, кодируемые геномом вируса, — синтезируются в зараженной клетке. Исходя из функции локализации, структуры и регуляции синтеза, вирусные белки делят на структурные и неструктурные; ферменты, предшественники, гистоноподобные капсидные белки; мембранные, трансмембранные и т. д.

Структурные белки. Структурными называют все белки, входящие в состав зрелых внеклеточных вирионов. Структурные белки в вирионе выполняют ряд функций:

1) защита нуклеиновой кислоты от внешних повреждающих воздействий;

2) взаимодействие с мембраной чувствительных клеток в ходе первого этапа их заражения;

3) взаимодействие с вирусной нуклеиновой кислотой в ходе и после ее упаковки в капсид;

4) взаимодействие между собой в ходе самосборки капсида;

5) организация проникновения вируса в чувствительную клетку.

Эти пять функций присущи структурным белкам всех без исключения вирусов. Все функции могут реализоваться одним белком. Например, у вируса табачной мозаики есть лишь один структурный белок, состоящий из единственной полипептидной цепи с молекулярной массой 17—18 кД. У других вирусов эти функций разделены тем или иным способом между разными белками.

6) способность к разрушению в ходе освобождения нуклеиновой кислоты. Эта функция присуща белкам всех вирусов, кроме некоторых сателлитных вирусов, не способных к самостоятельной репродукции в отсутствие вируса-помощника;

7) организация выхода из зараженной клетки в ходе формирования вириона. Эту функцию выполняют структурные белки вирусов, вирионы которых выходят из зараженной клетки путем почкования;

9) РНК-зависимая РНК-полимеразная активность. Эту функцию выполняют структурные белки всех вирусов, в вирионах которых содержится РНК, не играющая роль мРНК;

10) РНК-зависимая ДНК-полимеразная активность. Эту функцию выполняют специальные белки ретровирусов, именуемые ревертазами, или обратными транскриптазами. Кроме этих ферментов в сложно организованных вирионах, например, покс-, герпес- и иридовирусов содержатся киназы, нуклеазы, протеазы, фосфорилазы, трансферазы и др.;

11) защита и стабилизация вирусной нуклеиновой кислоты после ее выхода из капсида в зараженной клетке. Эта функция реализуется ковалентно и нековалентно связанными с нуклеиновой кислотой белками, пикорна-, папова-, адено-, орби-, пок-. свирусов.

Таков неполный перечень функций структурных вирусных белков.

В зависимости от расположения того или иного белка в вирионе выделяют группы белков:

а) капсидные белки. В вирионах сложно организованных вирусов эти белки могут выполнить только 2—3 функции — защита нуклеиновой кислоты, способность к самосборке и разрушению в ходе освобождения нуклеиновой кислоты. В вирионах простых вирусов их функции обычно более многообразны;

б) белки вирусной суперкапсидной оболочки. Имеются у вирусов, выходящих из клеток путем почкования . Их роль сводится в основном к организации почкования вирионов, способности к самосборке, взаимодействию с мембраной чувствительных клеток, организации проникновения в чувствительную клетку, т. е. к F-активности, и защите нуклеиновой кислоты. Эти белки формируют пепломеры — белковые выросты на суперкапсидной оболочке — и являются, как правило, гликопротеидами;

в) матриксные белки. Это белки промежуточного слоя вирионов, расположенного сразу под суперкапсидной оболочкой некоторых вирусов. Их основные функции: организация почкования, стабилизация структуры вириона за счет гидрофобных взаимодействий, посредничество в осуществлении связи суперкапсидных белков с капсидными;

г) белки вирусных сердцевин. Имеются у покс-, иридо-, орби-, рео-, герпесвирусов. Представлены в основном ферментами. Вирусы, имеющие многослойные капсиды, могут иметь и защитную роль;

д) белки, ассоциированные с нуклеиновой кислотой. Белки самого внутреннего слоя вирионов. Представлены у сложных вирусов гистоноподобными белками, ферментами синтеза и модификации нуклеиновых кислот (РНК-зависимые РНК- и ДНК-полимеразы, ДНК-зависимые ДНК- и РНК-полимеразы, метила-зы, трансферазы и т. д.) и, наконец, кэпирующими белками, которые имеются у вирусов с инфекционной РНК,, связаны с РНК ковалентно, необходимы для осуществления ее функции в качестве иРНК.

Неструктурные белки. Неструктурные вирусные белки — это все белки, кодируемые вирусным геномом, но не входящие в вирион. Они изучены гораздо хуже, чем структурные, что связано с несравненно большими трудностями, которые возникают при их идентификации и выделении по сравнению со структурными белками. Неструктурные белки в зависимости от их функций делят на пять групп:

1) регуляторы экспрессии вирусного генома;

2) предшественники вирусных белков;

3) нефункциональные пептиды;

4) ингибиторы клеточного биосинтеза и индукторы разрушения клеток;

5) вирусные ферменты.

Белки, входящие в первую группу, непосредственно воздействуют на вирусную нуклеиновую кислоту, препятствуя синтезу других вирусных белков или, наоборот, запуская их синтез. Кроме того, у ряда вирусов белки, входящие в эту группу, модифицируют белоксинтезирующий аппарат клетки так, что он начинает избирательно синтезировать вирусные, а не клеточные белки,

Белки, входящие во вторую группу, являются предшественниками других вирусных белков, которые образуются из них в результате сложных биохимических процессов. Сумма этих процессов называется процессингом, или постсинтетической модификацией белков. Пример с нарезаем полимерной цепочки.

По завершении тримминга гликопротеиды транспортируются в плазмалемму посредством микропузырьков, отшнуровывающихся от мембран аппарата Гольджи. В процессе транспорта может происходить нарезание, фосфорилирование и ацилирование молекул гликопротеида. Таким образом, здесь процессинг идет по пути нарезания, гликозилирования и тримминга одновременно, причем он тесно сопряжен с транспортом молекулы с рибосомы на плазматическую мембрану.

К четвертой группе относятся белки, которые разрушают клеточные ДНК и мРНК, модифицируют клеточные ферменты, придавая им вирусспецифическую активность. Сюда же относятся белки непочкующихся вирусов, дестабилизирующие клеточные мембраны, вызывающие их лизис и выход сформированных вирионов во внеклеточное пространство.

К последней группе неструктурных белков относятся ферменты, кодируемые вирусным геномом, но не входящие в состав вирионов.

Вирусные липиды

Обнаружены у сложно организованных вирусов и в основном находятся в составе липопротеидной оболочки (суперкапсида), формируя ее липидой бислой, в которой вставлены суперкапсидные белки.

Все сложно организованные РНК-содержащие вирусы имеют в составе значительное количество липидов (от 15 до 35% от сухой массы). Из ДНК-содержащих вирусов липиды содержат вирусы оспы, герпеса и гепатита В. Примерно 50—60% липидов в составе вирусов представлено фосфолипидами, 20—30% составляет холестерин.

Липидный компонент стабилизирует структуру вирусной частицы. В составе суперкапсидных оболочек вирусов липиды обеспечивают взаимодействие пепломеров, изолируют внутренние слои вирионов от гидрофильных веществ, содержащихся во внешней среде, участвуют в ходе процесса депротеинизации вирионов при заражении чувствительных клеток, стабилизируют структуру вирионов. Экстракция липидов органическими растворителями, обработка вирусной частицы детергентами или липазами приводят к деградации вирусной частицы и потере инфекционной активности.

Вирусы, содержащие липопротеидную мембрану, формируются путем почкования на клеточных мембранах (плазмолемме, мембранах эндоплазматической сети, комплекса Гольджи, ядерной мембране). Поэтому липопротеидная оболочка этих вирусов представляет собой мембрану клетки-хозяина, модифицированную за счет наличия на ее наружной поверхности вирусных суперкапсидных белков. Белки, входящие в состав липопротеидной оболочки почкующихся вирусов, за счет структуры своей внутримембранной (гидрофобной) зоны имеют различное родство к различным липидам. Поэтому в зонах агрегации таких белков липидный состав мембраны отличается от состава в ннтактной клеточной мембране. Зоны агрегации мембранных вирусных белков формируют в составе мембраны области, через которые происходит почкование вирионов. Поэтому качественный состав липидов вирусных оболочек сходен с таковым у тех мембран, через которые происходит почкование, но отличен от него по количественному соотношению различных классов липидов.

В связи с клеточным происхождением липидов общий состав липидной фракции и содержание ее отдельных компонентов у одного и того же вируса могут существенно различаться в зависимости от клетки-хозяина, где происходила репродукция вируса.

Наоборот, если разные почкующиеся вирусы репродуцировались в одних и тех же клетках, их липиды оказываются более или менее сходными.

Вирусные углеводы

Углеводный компонент вирусов находится в составе гликопротеидов и гликолипидов.

Количество сахаров в составе гликопротеидов может быть достаточно большим, достигая 10—13% от массы вириона. Химическая специфичность их определяется клеточными ферментами, обеспечивающими перенос и присоединение соответствующих сахарных остатков, и структурой гликозилируемого белка. Обычными сахарными остатками, обнаруживаемыми в вирусных белках, являются фруктоза, сахароза, манноза, галактоза, ней-раминовая кислота, глюкозамин. Углеводный компонент гликолипидов по своей структуре полностью определен клеткой. В то же время углеводный компонент гликопротеидов определяется, с одной стороны, клеткой-хозяином, а именно специфичностью ее гликозилтрансфераз, с другой стороны, вирусом, а именно структурой его гликозилируемых белков.

Углеводный компонент гликопротеидов играет существенную роль в структуре и функции белка. Он является каркасом для локальных участков гликопротеида, обеспечивая сохранение конформации белковой молекулы, и обусловливает защиту молекулы от протеаз.

Структура вирусов

Капсиды состоят из повторяющихся белковых субъединиц, каждая из которых образована одной или несколькими белковыми молекулами. Различают три уровня сложности. Химические единицы — это отдельные полипептиды; они образуют структурные (морфологические) единицы — капсомеры, которые могут состоять из одной или нескольких белковых молекул. Те из них, которые образуют выступы на липопротеидной оболочке вириона, называются пепломерами. Химические единицы, образуя структурные единицы, часто соединены дисульфидными связями. Структурные единицы удерживаются в составе капсида нековалентными связями. Капсиды некоторых вирусов легко разрушаются 1 М раствором хлорида кальция или натрия, что свидетельствует о наличии электростатического взаимодействия между структурными единицами. Однако другие единицы в солевых растворах не разрушаются и чувствительны только к детергентам, что указывает на гидрофобную природу связей.

Вирусы имеют два типа симметрии строения капсида: кубический и спиральный (трубчатый капсид). Структурными единицами капсида являются белковые субъединицы, состоящие из одной или нескольких молекул белка (рис. 12). Структурная единица вируса табачной мозаики состоит из молекул одного белка, вируса полиомиелита — из четырех молекул белка.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Читайте также: