11343 (600538), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Дволанцюгова РНК, вперше відкрита у реовірусів, виявилась досить поширеною в царстві вірусів. Вторинна структура РНК являє собою досконалу подвійну спіраль, що містить два комплементарні полірибонуклеотидні ланцюги.
Слід зазначити, що дволанцюгова ДНК Т-парних фагів відрізняється від ДНК інших вірусів тим, що замість цитозину містить 5-оксиметилцитозин і глюкозу, приєднану до деяких оксиметильних груп оксиметилцитозину.
Крім білків і нуклеїнових кислот, до складу вірусних частинок можуть входити ліпіди, вуглеводи та інші речовини. Ліпіди виявлені у складно організованих вірусів. Вони містяться переважно в складі ліпопротеїдної оболонки (суперкапсида) і формують її ліпідний бімолекулярний шар, в якому містяться суперкапсидні білки.
Вважають, що ліпідний компонент стабілізує структуру вібріону. Характерним для вірусів, які містять ліпіди, є те, що без винятку всі ліпіди у них не кодуються геномом, а мають клітинне походження.
Вуглеводи у вірусів входять до складу глюкопротеїдів. Кількість їх може становити понад 10 % у перерахунку на масу вібріону.
Вуглеводний компонент глюкопротеїдів вірусу відіграє істотну роль у структурі та функції білка. Він є каркасом для локальних ділянок глюкопротеїду, забезпечуючи збереження конформації білкової молекули, і зумовлює її захист від ферментів протеаз.
Віруси — облігатні внутрішньоклітинні паразити, тобто вони можуть рости і розвиватися тільки всередині живих клітин хазяїна. Ось чому протягом багатьох років, починаючи з досліджень Д. Й. Івановського, вченим не вдавалося виростити віруси на звичайних природних і синтетичних поживних середовищах, на яких добре культивуються бактерії, гриби та інші мікроорганізми. Деякі віруси людини ще й досі не вдається культивувати в лабораторних умовах.
З метою вирощування і нагромадження вірусів тварин, рослин і мікроорганізмів широко застосовуються культури органів, клітин, ембріони курчат, лабораторні тварини, сприйнятливі рослини тощо.
1.3 Репродукція вірусів
Зважаючи на складність процесу репродукції та його кардинальну відмінність від розмноження прокаріотів, вчені розробили низку методів для вивчення проникнення вібріонів у живу клітину хазяїна. Часто використовують метод змішування певної кількості вірусів із суспензією клітин з наступним відокремленням клітин центрифугуванням і визначенням вмісту вірусів у надосадовій рідині. При використанні хімічних методів застосовують так званий мічений вірус, в якого один з компонентів (білок або нуклеїнова кислота) має радіоактивну мітку. З морфологічних методів найчастіше використовують електронну мікроскопію.
Завдяки сучасним методам дослідження вченим вдалося встановити складний характер взаємодії вірусу з клітиною хазяїна. Залежно від властивостей вірусу і сприйнятливої клітини, а також умов зовнішнього середовища, розрізняють такі основні типи взаємодії вірусу з клітиною: а) розмноження вірусу призводить до руйнування і загибелі клітини (такий тип взаємодії дістав назву продуктивної інфекції, а віруси — вірулентних); б) взаємодія, при якій клітини залишаються живими, а дозрілі вібріони не утворюються, називається абортивною інфекцією; в) геном вірусу інтегрується (об'єднується) з генетичним апаратом клітини і під час поділу клітини може тривалий час передаватися в дочірні клітини. Однак через деякий час, за певних умов, у клітині може початися розмноження вірусу, яке призводить клітину до загибелі. Такий тип взаємодії дістав назву вірогенії.
Рис. 4. Схема розмноження вірусу СНІД (за У.А. Хезелтайн, Ф. Вонг-Сталь, 1988):
1 — заражена клітина перебуває в латентному стані; 2 - у клітині починається помірне розмноження вірусу; 3 — лізис (руйнування) клітини і вихід вірусних частинок назовні. Інфекція ВІЛ починається з того, що вібріон приєднується до сприйнятливої клітини. При цьому оболонка вірусу і мембрана клітини зливаються так, що серцевина вірусної частинки, яка містить крім білків генетичний матеріал вірусу — РНК, опиняється в цитоплазмі клітини. Тут зворотна транскриптаза, яка міститься в серцевині, синтезує одноланцюгову ДНК, комплементарну вірусній РНК. Далі ця РНК розщеплюється і синтезується другий ланцюг, що є комплементарним першому. Дволанцюгова вірусна ДНК (провірус) проникає в ядро і вбудовується в хромосомну ДНК клітини. В такій латентній (прихованій) формі вірус може існувати, не виявляючи себе, тривалий час (1). У випадку активації провірусу, за допомогою клітинного механізму транскрипції утворюються РНК-копії провірусу і мРНК. За цими мРНК на рибосомах клітини синтезуються вірусні білки, з них і РНК-копій формуються нові віріони. Вони покидають клітину, відбруньковуючись від її поверхні. Якщо репродукція ВІЛ відбувається помірно, то заражена клітина може залишатися цілою і життєздатною (2). Якщо ж реплікація вірусу буде дуже інтенсивною, то відбувається руйнування (лізис) клітини, і вона гине (3)
При першому типі взаємодії розмноження вірусу відбувається шляхом послідовного перебігу таких стадій: 1) адсорбція вірусу на клітинах; 2) проникнення вірусу в клітину; 3) роздягання (депротеїнізація оболонки) вірусу в клітині; 4) транскрипція нуклеїнової кислоти; 5) трансляція інформаційних РНК; 6) реплікація генома; 7) складання вірусних компонентів і вихід дозрілих вібріонів з клітини хазяїна (рис. 4).
Адсорбція. Першу стадію проникнення вірусів у клітину — прикріплення їх до клітинної стінки, можливе через електростатичну взаємодію позитивно і негативно заряджених угруповань на поверхні вірусу і клітини, — називають адсорбцією. Це високо специфічний процес. Структури вібріону, що уможливлюють його адсорбцію на клітині, називаються вірусними рецепторами або прикріплюючими білками, оскільки вони «впізнають» специфічні угруповання на мембрані клітини і зумовлюють прикріплення до них вірусу.
Кількість специфічних рецепторів на поверхні клітини може складати до 105 на одну клітину. Наявність відповідних рецепторів — один із важливих факторів, що визначають можливість чи неможливість для даного вірусу спричиняти інфекційний процес у клітині. Саме відсутністю специфічних рецепторів пояснюють стійкість деяких клітин і організмів до зараження певними вірусами.
Після того, як вібріон адсорбувався на поверхні клітини, починається друга стадія — проникнення його в клітину. Перехід цілого вібріону крізь цитоплазматичну мембрану може відбуватися шляхом віропексису (піноцитозу) або внаслідок злиття цитоплазматичної мембрани з оболонкою вібріону. Вважається, що ці механізми доповнюють один одного. Фітопатогенні віруси можуть проникати в рослинну клітину за допомогою комах-переносників при вегетативному розмноженні, під час догляду за рослинами тощо, а деякі бактеріофаги проникають крізь клітинну стінку шляхом ін'єкції.
Більшість оболонкових і без оболонкових вірусів тварин проникають у клітину шляхом рецепторного ендоцитозу, який відбувається в певних ділянках цитоплазматичної мембрани, в спеціальних заглибленнях, на дні яких містяться специфічні рецептори. Заглиблення забезпечують швидку інвагінацію і утворення вкритих особливим білком, клатрином, внутрішньоклітинних вакуолей. Ендоцитоз уможливлює внутрішньоклітинний транспорт вірусу в складі ендоцитарної вакуолі. Остання може рухатися в будь-якому напрямі і зливатися з клітинними мембранами, і при цьому звільнювати вірусну частинку у відповідних ділянках всередині клітини.
Депротеїнізація оболонки. Наступною стадією є «роздягання», тобто звільнення нуклеїнової кислоти вірусу від захисної оболонки, яка перешкоджає експресії вірусного геному. «Роздягання» низки вірусів відбувається за допомогою ферментів у спеціалізованих органелах клітини (лізосомах, диктіосомах), перинуклеарному просторі, ядерних порах, на ядерній мембрані тощо. Цей поступовий процес є результатом серії послідовних реакцій.
Транскрипція. У наступній стадії здійснюється процес транскрипції звільненої від оболонок нуклеїнової кислоти вірусу, тобто переписування інформації, яка міститься в ДНК, на РНК за законами генетичного коду і за допомогою РНК-полімерази. Продуктами транскрипції в клітині є іРНК. У ДНК-вмісних вірусів іРНК синтезується на матриці однієї із ниток ДНК. Схема перенесення генетичної інформації у цих вірусів така ж, як і в клітини:
РНК-вмісні віруси, у яких генетична інформація зберігається не в ДНК, а в РНК, зокрема у РНК-вмісних «плюс-ниткових» вірусів, що в них функції іРНК виконує сам геном, генетична інформація передається за такою схемою: РНК → білок (пікорнавіруси, тогавіруси, коронавіруси). У вірусів, геном яких не може виконувати функцію іРНК, у клітині синтезується комплементарна геному іРНК. У цьому випадку передача генетичної інформації здійснюється у такий спосіб: РНК → іРНК → білок. Сюди належать ортоміксовіруси, пара-міксовіруси та ті віруси, у яких геном представлений одноланцюговою РНК, а також реовіруси та деякі інші, геном яких складається з дволанцюгової РНК. Деякі віруси тварин — так звані ретровіруси — мають унікальний шлях передачі генетичної інформації. У них РНК переписується на ДНК, а ДНК інтегрує з геномом клітини і в його складі переписується на РНК, яка володіє функціями іРНК. Такі віруси мають вірусоспецифічний фермент, який переписує РНК на ДНК. Цей процес одержав назву зворотної транскрипції, а фермент — зворотної транскриптази (ревертаза). Вона також може синтезувати нитку ДНК на матриці ДНК (рис. 4).
Транскрипція деяких ДНК-вмісних вірусів (аденовірусів, вірусів герпесу та інших) відбувається в ядрі клітини за допомогою клітинних ферментів РНК-полімерази II та РНК-полімерази III. У РНК-вмісних вірусів транскрипція здійснюється вірусоспецифічними транскриптазами, які закодовані у вірусному геномі. Транскрипція вірусного генома регулюється протягом інфекційного циклу як клітинними, так і вірусоспецифічними механізмами.
Трансляція. Процес переведення генетичної інформації, яка міститься в іРНК, у специфічну послідовність амінокислот у молекулі білка називається трансляцією. Саме в результаті трансляції іРНК відбувається синтез білка в клітині. Він здійснюється на рибосомі, яка складається з двох субодиниць — великої і малої. Субодиниці містять рибосомальні РНК і білки.
У клітині завжди є РНК, які транспортують в рибосоми амінокислоти, їх називають транспортними (тРНК). Кожна амінокислота переноситься відповідною тРНК. Три нуклеотиди на іРНК, що кодують одну амінокислоту, називаються триплетом або «кодоном». На кінці тРНК є три нуклеотиди, комплементарні кодону, — це «антикодон». Останній відповідає за прикріплення до певного місця іРНК (кодону). Тільки після утворення на рибосомі потрійного комплексу: ІРНК — тРНК — АК може початися процес трансляції.
Трансляція перебігає у три фази: ініціація, елонгація і термінація.
Ініціація — найважливіший етап в процесі трансляції. Він ґрунтується на пізнанні рибосомою іРНК і зв'язуванні з її особливими ділянками. Рибосома «упізнає» іРНК завдяки «шапочці» на 5'-кінці і сковзує до 3'-кодону, доки не досягне ініціаторного кодону, з якого починається трансляція. В еукаріотній клітині ініціаторним кодоном є кодон АУГ або ГУГ, що кодують амінокислоту метіонін. З цієї ініціаторної амінокислоти починається синтез поліпептидного ланцюга. Він відбувається внаслідок приєднання залишків амінокислот через утворення між ними пептидних зв'язків і називається елонгацією. При цьому ланцюг іРНК протягується через рибосому і закодована у ній генетична інформація «декодується». ІРНК функціонує на декількох рибосомах, кожна з яких синтезує той самий поліпептидний ланцюг, який кодується даною ІРНК.
Термінація (закінчення) трансляції здійснюється тоді, коли рибосома доходить до термінуючого кодону в складі ІРНК. У цей момент синтез поліпептидного ланцюга (білкової молекули) закінчується і він звільняється від полірибосоми. Після цього полірибосоми розпадаються на субодиниці. Останні можуть входити до складу нових полірибосом.
Реплікація (від лат. replicatio — подвоєння) — синтез молекул нуклеїнової кислоти, які гомологічні геному. Реплікація геному ДНК-вмісних вірусів каталізується переважно клітинними ферментами; її механізм подібний до реплікації клітинної ДНК. Кожна синтезована молекула ДНК складається з однієї батьківської і однієї заново синтезованої дочірньої нитки. Це так званий напівконсервативний механізм реплікації.
Реплікація одноланцюгових ДНК (у парвовірусів) проходить з утворенням дволанцюгових проміжних реплікативних форм. Останні реплікуються за класичним напівконсервативним механізмом. Найкраще вивченим з цієї групи вірусів є фаг фх 174.
У вірусів, які містять кільцеві дволанцюгові ДНК (паповавіруси), розрізується один із ланцюгів ДНК, що приводить до розкручування супервитків на певній ділянці молекули.
Реплікація вірусних РНК відбувається в клітині за допомогою вірусоспецифічних ферментів. Реплікацію каталізує той самий фермент, що й транскрипцію (репліказа). При реплікації одноланцюгових РНК спочатку синтезуються комплементарні геному ланцюги, які, своєю чергою, стають матрицями для синтезу копій генома. Механізм реплікації дволанцюгової РНК добре вивчено у реовірусів, віріони яких також містять вірусоспецифічну РНК-полімеразу. Після проникнення віріону в клітину РНК-полімераза частково звільняється від білків, активується і здійснює синтез ІРНК, причому зчитування відбувається тільки з одного ланцюга батьківських молекул РНК, тобто за консервативним механізмом.
Синтез дволанцюгових дочірніх молекул РНК здійснюється асинхронно — на матриці батьківської РНК синтезуються комплементарні її ланцюги, які є матрицями для синтезу другого ланцюга РНК.
Синтез компонентів вірусних частинок може відбуватися в різних структурах ядра і цитоплазми. У деяких вірусів синтез вірусних нуклеїнових кислот проходить в ядрі, а синтез вірусних білків — в цитоплазмі. Отже, на відміну від бактерій та інших клітинних організмів, вірусам властивий диз'юнктивний (роз'єднаний) спосіб розмноження, який полягає в тому, що їхні компоненти синтезуються в клітині хазяїна відокремлено, неодночасно в різних місцях.
Складання вібріонів і вихід їх з клітини. Завершальним етапом внутрішньоклітинного існування вірусів є формування з новосинтезованих компонентів (НК і білків) нових вібріонів з властивою їм структурою та вихід дозрілих вірусних частинок з клітини.
Упродовж еволюції у вірусів виникли два способи перебігу цього завершального етапу. В аденовірусів, пікорнавірусів, реовірусів та деяких інших складання та дозрівання вібріонів йде усередині клітини. У вірусів, які мають оболонку (РНК-вмісні віруси з негативним геномом, ретровіруси та інші), складання вібріону і вихід його з клітини відбувається шляхом відбрунькування в зовнішнє середовище. Вважається, що це найбільш ефективний механізм виходу вірусу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
