Что такое инфекционные нуклеиновые кислоты

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.

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.

Нуклеиновые кислоты – природные высокомолекулярные соединения (полинуклеотиды), которые являются важнейшими компонентами биохимических процессов, протекающих в организме человека, играют роль в хранении и передачи наследственной информации.

Строение нуклеиновых кислот.

Строение нуклеиновых кислот может объяснить гидролиз. При полном гидролизе образуется смесь пиримидиновых и пуриновых оснований, моносахарид и фосфорная кислота.

В качестве моносахарида выступает одно из этих соединений:

При частичном гидролизе продуктом реакции является смесь нуклеотидов, молекулы которых построены из остатков фосфорной кислоты, моносахарида и азотистого основания. Остаток фосфорной кислоты связан с 3-м или 5-ым атомом углерода, а остаток основания – с 1ым атомом углерода моносахарида. Общая формула нуклеотидов:

Где Х = ОН для рибонуклеотидов, построенных на основе рибозы или Х = Н – для дезаксирибонуклеотидов, построенных на основе дезоксирибозы. В зависимости от типа азотистого основания различают пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды.

Нуклеотид – основная структурная единица нуклеиновых кислот – мономер.

Если в состав входят рибонуклеотиды, то такую кислоту называют рибонуклеиновой (РНК), а если из дезоксирибонуклеотидов, то – дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК).

В РНК входят: аденин, гуанин, цитозин и урацил.

В ДНК входят основания, содержащие аденин, гуанин, цитозин и тимин.

Свойства ДНК и РНК зависят от последовательности оснований в полинуклеотидной цепи и пространственным строением цепи. Именно последовательность несет в себе уникальный генетический код, а остатки моносахаридов и фосфорной кислоты играют структурную роль.

При частичном гидролизе отщепляется остаток фосфорной кислоты и образуются нуклеозиды, которые состоят из остатков пуринового или пиримидинового основания, связанного с остатком миносахарида:

В молекуле РНК и ДНК нуклеотиды связаны в единую полимерную цепь:

Пространственная структура полинуклеотидных цепей была определена рентгеноструктурным анализом. В 1953 года Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель трехмерной структуры ДНК, принципы которой заключались в следующем:

1. Молекула ДНК представляет собой двойную спираль с состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в противоположные стороны.

2. Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфора и дезоксирибозы – снаружи.

3. На полный виток спираль приходится 10 нуклеотидов.

4. Две спирали связаны друг с другом водородными связями. Важное свойство ДНК – избирательность в образовании связей – комплементарность. Причем размеры оснований подобраны так, что тимин связывается только с аденином, а цитозин – с гуанином.

Две спирали в ДНК комплементарны друг другу. Последовательность оснований в одной цепи определяет последовательность в соседней.

В каждой паре оснований, связанных друг с другом водородными связями, одно основания является пуриновым, в другом – пиримидиновым.

Двухспиральная молекула ДНК с комплементарными полинуклеотидными цепями обеспечивает возможность самоудвоения (репликация).

Перед удвоением водородные связи разрываются, и 2 цепи расходятся и раскручиваются. И после этого каждая цепь становится матрицей для образованием новой комплементарной цепи. Синтез новых цепей происходит при участии ДНК-полимеразы.

Биологическая роль нуклеиновых кислот.

ДНК – главная молекула в живом организме. Она хранит генетическую информацию, которая передается из поколения в поколение. В ДНК закодирован состав всех белков организма.

В качестве посредника между ДНК и местом синтеза белка выступает РНК, где происходит 2 процесса:

Клетки содержат 3 типа РНК, которые выполняют различные функции:

1. Информационная или матричная РНК (мРНК) считывает и переносит генетическую информацию от ДРК к рибосомам, где происходит синтез определенной структуры белка. Молекула мРНК под действием РНК-полимеразы синтезируется на отдельном участке одной из 2х цепей ДНК, причем последовательность в РНК строго комплементарная последовательности в ДНК:

2. Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам, где они соединяются пептидными связями в определенной последовательности.

3. Рибосомальная РНК (рРНК) участвует в синтезе белков в рибосомах.