Оглавление

 

Введение

 

     Вирусы — это организмы, не способные существовать и размножаться самостоятельно. Они относятся к царству Vira.

     В определении вируса подчеркивается особая природа их паразитизма, который  можно назвать паразитизмом на генетическом уровне. Тот факт, что вирусы способны выживать и размножаться только внутри других клеток, объясняется не отсутствием собственной клеточной организации, а их потребностью в поступлении готовых источников питания. Если бактерии обладают способностью расти и размножаться на искусственных питательных средах, то вирусы, напротив, как настоящие клеточные паразиты, полностью зависят от обмена веществ в клетке-хозяине. Сейчас уже доказано, что отношение вирус—хозяин не ограничивается лишь питанием, а носит более сложный характер¹.

     Когда стали возможны современные методы исследования, с помощью электронного микроскопа удалось выявить детали структуры вирусов.

     От  бактерий вирусы отличаются простотой  строения. Они состоят из нуклеиновой  кислоты и белковой оболочки, которая  называется «капсид».

     Изучение вирусов началось в 1892 году, когда Д.И. Ивановский открыл вирус табачной мозаики. Вскоре, в 1898 году, была доказана вирусная природа ящура, а в 1917 году - были открыты бактериофаги. Вирусы сначала считали микроорганизмами, а бактериофаги - и вовсе разновидностью ферментов. В 60-х годах благодаря развивающейся молекулярной биологии, было введено понятие вириона - единицы вируса, и стало понятно, что вирусы не являются организмами. В 1962 году на 1-м Международном симпозиуме было сформулировано основное отличие вирусов от других живых организмов: генетический материал вирусов - или ДНК, или РНК, а организмы имеют оба типа нуклеиновых кислот. Другое главное отличие - отсутствие у вирусов собственных систем синтеза белка².   

       Представители царства Вира не только не являются организмами, к ним неприменимы основные таксонометрические единицы биологии: особь, популяция, вид. Сначала казалось, что единица вируса - вирион - белковый кокон, с заключенной внутри вирусной ДНК или РНК. Но выяснилось, что один вирион содержит не все гены вируса, а лишь их фрагменты. Синтез новых вирусов начинается в зараженной клетке, когда в нее проникнут вирионы со всеми фрагментами генотипа - их может быть от 2 до 28. Потому нельзя сказать, что вирион - "вирусная особь". Но даже множество вирионов не образуют вирусную популяцию. Рядом с ними всегда будут так называемые дефектные вирусы и вирусы-саттелиты, - вирусы паразитирующие на другом вирусе. Дефектные вирусы размножаются в клетке только при наличии полноценного вируса-помощника (используя его гены, если дефект самого вируса - дефект гена полимеразы, или используя его белки - если у него дефект гена внутренних или оболочечных белков). При смешанных инфекциях генотип одного вируса находится в оболочке другого. Другой тип паразитирующих вирусов - саттелиты. Они используют полноценный неродственный вирус, и при репликации новый саттелит всегда имеет дефект в генотипе, не позволяющий ему самостоятельно размножаться³.   

       Есть разновидности вирусов, которые  всегда находятся в клетке - плазмиды, они часто выполняют полезные функции в клетках бактерий (например, синтезируют токсины, убивающие насекомых, или ферменты, разрушающие антибиотики), их репликация обеспечивается клеткой, а их гены не кодируют синтез белков. Прионы - возбудители спогиформных энцефалопатий (болезнь куру, болезнь Крейтцфельда-Якоби) - это результат выхода из-под контроля генов, кодирующих белки, в результате чего поражаются нервные клетки.   

       Целью данной работы является изучение биохимической структуры вирусов.

     Для достижения поставленной цели в работе рассмотрим следующие задачи:

1. изучим  общее строение вирусов;

2. на  основе общего строения вирусов  рассмотрим более детально нуклеиновый  состав вирусов; строение белков, липидов и углеводов.

 

1. Особенности строения вирусов

 

     Вирусы  – это мельчайшие микробы (их размеры колеблются от 12 до 500 нанометров), не имеющие клеточного строения, белок-синтезирующей системы, содержащие только один тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК).

     Важнейшими  отличительными особенностями вирусов являются следующие⁴:

     1. Они содержат в своем составе  только один из типов нуклеиновых  кислот: либо рибонуклеиновую кислоту  (РНК), либо дезоксирибонуклеиновую (ДНК), - а все клеточные организмы,  в том числе и самые примитивные  бактерии, содержат и ДНК, и РНК одновременно.

     2. Не обладают собственным обменом  веществ, имеют очень ограниченное  число ферментов. Для размножения  используют обмен веществ клетки-хозяина,  ее ферменты и энергию.

     3. Могут существовать только как  внутриклеточные паразиты и не  размножаются вне клеток тех организмов, в которых паразитируют.

     Вирусы  состоят из следующих основных компонентов:

     1. Сердцевина - генетический материал (ДНК либо РНК), который несет  информацию о нескольких типах  белков, необходимых для образования  нового вируса.

     2. Белковая оболочка, которую называют  капсидом (от латинского капса  - ящик). Она часто построена из  идентичных повторяющихся субъединиц - капсомеров. Капсомеры образуют  структуры с высокой степенью  симметрии.

     3. Дополнительная липопротеидная  оболочка. Она образована из плазматической мембраны клетки-хозяина и встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес).

     Капсид  и дополнительная оболочка несут  защитные функции, как бы оберегая нуклеиновую  кислоту. Кроме того, они способствуют проникновению вируса в клетку. Полностью сформированный вирус называется вирионом.

     Вирусы  способны размножаться только в клетках  других организмов. Вне клеток организмов они не проявляют никаких признаков  жизни. Многие из них во внешней среде  имеют форму кристаллов. Размеры вирусов колеблются в пределах от 20 до 300 нм в диаметре⁵.

     Хорошо  изучен вирус табачной мозаики, имеющий  палочковидную форму и представляющий собой полый цилиндр. Стенка цилиндра образована молекулами белка, а в  его полости расположена спираль РНК (рис. 1). Белковая оболочка защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятных условий внешней среды, а также препятствует проникновению ферментов клеток к РНК и ее расщеплению.

     

 

     Рис. 1. Схема строения вируса (а) и бактериофага (б); 1— нуклеиновая кислота; 2 — белковая оболочка; 3 — полый стержень; 4 — базальная пластинка; 5 — отростки (нити). 

     Молекулы  вирусной РНК могут самовоспроизводиться. Это означает, что вирусная РНК  является источником генетической информации и одновременно иРНК. Поэтому в пораженной клетке в соответствии с программой нуклеиновой кислоты вируса на рибосомах клетки хозяина синтезируются специфические вирусные белки и осуществляется процесс самосборки этих белков с нуклеиновой кислотой в новые вирусные частицы. Клетка при этом истощается и погибает. При поражении некоторыми вирусами клетки не разрушаются, а начинают усиленно делиться, часто образуя у животных, в том числе и человека, злокачественные опухоли.

     Поскольку основу всего живого составляют генетические структуры, то и вирусы классифицируют сейчас по характеристике их наследственного  вещества - нуклеиновых кислот. Все  вирусы подразделяют на две большие  группы: ДНК-содержащие вирусы (дезоксивирусы) и РНК-содержащие вирусы (рибовирусы). Затем каждую из этих групп подразделяют на вирусы с двухнитчатой и однонитчатой нуклеиновыми кислотами. Следующий критерий - тип симметрии вирионов (зависит от способа укладки капсомеров), наличие или отсутствие внешних оболочек и т.п.

     Ниже  в таблице 1 представлена современная классификация вирусов и в качестве примера приведены наиболее известные вирусы.

     Таблица 1.

     Приведенная таблица имеет некоторое сходство с таблицей Менделеева. В ней тоже есть незаполненные места. Так, например, до сих пор неизвестны дезоксивирусы  со свойствами 2.2 (однонитчатая ДНК, спиральный тип симметрии) или рибовирусы со свойствами 1.2 (РНК двухнитчатая, смешанный тип симметрии). Может быть, что таких вирусов и нет в природе, а может, их еще не открыли. Совсем недавно рибовирусы со свойствами 1.1.1 не были известны, но затем оказалось, что к ним относятся реовирусы и сходные с ними вирусы раневых опухолей растений. То же самое относится и к дезоксивирусам со свойствами 2.1.1.

     Ближайшие годы покажут, реализовала ли природа  все возможные схемы строения вирусов, или некоторые из них  оказались нежизненными и потому нереализованными.

     Рис. 2. Схематичное изображение расположения капсомеров в капсиде вирусов. Спиральный тип симметрии имеет вирус гриппа - а. Кубический тип симметрии у вирусов: герпеса - б, аденовируса - в, полиомиелита - г. 

     Из  таблицы классификации вирусов  видно, что разнообразие в царстве  вирусов значительно более выражено, нежели в растительном и животном мире, если за основу взять характеристику генетических структур. В самом деле, все животные и растения - от амебы до человека и от бактерии до цветкового растения - имеют генетический материал в виде двухнитчатой ДНК. У вирусов же генетическим материалом могут быть однонитчатые и двухнитчатые формы обеих нуклеиновых кислот.

 

2. Нуклеиновые кислоты вирусов

 
 

     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.

     Вирусные  нуклеиновые кислоты характеризуются  поразительным разнообразием форм. Вирусный геном может быть представлен как однонитчатым, так и двунитчатыми молекулами РНК и ДНК. ДНК может быть как линейной, так и кольцевой молекулой, РНК – как непрерывной, так и фрагментированной и кольцевой молекулой (рис.3).

     

Рис.3. типы молекул вирусных ДНК и РНК. 

ДНК: 1 – парвовирусов; 2 – фага XI74; 3 – аденовирусов, вирусов герпеса; 4 – фага Т5; 5 – вирусов оспы; 6 – паповавирусов; 7 – вируса гепатита В.

РНК: 1 – пикорнавирусов, тогавирусов, парамиксовирусов, рабдовирусов; 2 –  ортомиксовирусов, аренавирусов; 3 – буньявирусов; 4 – реовирусов; 5 –  ретровирусов.