Морфология вирусов. Размеры вирусов

Несмотря на внутриклеточный паразитизм, среди вирусов имеются крупные виды, соизмеримые по размерам с микоплазмами и хламидиями. Например, вирус натуральной оспы достигает 400 нм и вполне сравним с риккетсиями (300-500 нм) и хламидиями (300-400 нм). По морфологии выделяют вирусы палочковидные (например, возбудитель лихорадки Эбола), пуле-видные (вирус бешенства), сферические (герпесвирусы), овальные (вирус оспы), а также бактериофаги, имеющие сложную форму (рис. 2-1). При всём разнообразии конфигураций, размеров и функциональных характеристик вирусам присущи некоторые общие признаки. В общем виде зрелая вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты, белков и липидов, либо в его состав входят только нуклеиновые кислоты и белки.

Вирусы подразделяются на простые и сложные, первые из которых состоят из белка и нуклеиновой кислоты, вторые - кроме этого, содержат липиды, углеводы и другие компоненты.

Капсид – белковая капсула защищающая геном. Капсид образуют одинаковые по строению субъединицы - капсомеры, организованные в один или два слоя по двум типам симметрии - кубическому или спиральному.
Организация по принципу спиральной симметрии придает вирусам палочковидную форму.
Организация по принципу кубической симметрии придает вирусам сферическую форму.
Нуклеокапсид – комплекс капсида и вирусного генома. В состав нуклеокапсидов также входят внутренние белки, обеспечивающие правильную упаковку генома, а также выполняющие структурную и ферментативную функции.

Суперкапсид – особая оболочка, организованная двойным слоем липидов и вирусными белками, покрывающая капсид (имеют сложные вирусы).

Белки вирусов Количество структурных белков в составе вирусной частицы варьирует в широких пределах в зависимости от сложности организации вириона. Наибо­лее просто организованный вирус табачной мозаики со­держит всего один небольшой белок с молекулярной массой 17—18- 10³, некоторые фаги содержат 2—3 белка, просто организованные вирусы животных — 3—4 белка. Сложно устроенные вирусы, такие как вирусы оспы, содержат более 30 структурных белков[17]. Структурные белки делятся на 2 группы: 1) капсидные белки, образующие капсид, т. е. футляр для нуклеиновой кислоты вируса (от лат. сарза — вме­стилище), и входящие в состав капсида геномные белки, и ферменты;2) суперкапсидные белки, входящие в состав суперкапсида, т. е. наружной вирусной оболочки. Поскольку суперкапсид называют также «пеплос», эти белки называют пепломерами. Просто организованные вирусы, представляющие собой нуклеокапсид, содержат только капсидные белки. Сложно организованные вирусы содержат капсидные и суперкапсидные белки.

32.

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.
Геном вирусов включает[6]:

33.

Реализация генетической информации

Вирус может попасть внутрь клетки разными путями, однако непременным условием начала инфекционного процесса является сочетание проникновения вируса с его раздеванием и успешным выходом геномной нуклеиновой кислоты в место дальнейших событий — ядро или цитоплазму, или, как в случае ряда вирусов растений, в хлоропласты. Как уже отмечалось, при реализации генетической информации вирусы имеют разную степень зависимости от клеточных систем репликации/транскрипции и полностью зависят от белоксинтезирующих систем клетки хозяина. Таким образом, в синтезе вирусных макромолекул задействованы как клеточные, так и сугубо вирус-специфические молекулярные механизмы, которые представляют собой отдельный аспект вирусной репродукции и будут рассмотрены в “Молекулярных аспектах репродукции вирусов”. Существует ряд общих ограничений, которые клетка хозяина накладывает на вирус: 1. Ни в ядре, ни в цитоплазме клеток прокариот и эукариот (кроме клеток растений) нет ферментов для транскрипции/репликации вирусного РНК-генома. Это означает, что вирус или должен иметь собственные ферменты в составе вириона или нести их в закодированном виде. 2. В цитоплазме нет ферментов, способных транскрибировать вирусные ДНК. Следовательно, клеточную транскриптазу (ДНК-зависимую РНК-полимеразу) могут использовать только ядерные ДНК-содержащие вирусы. Все цитоплазматические вирусы должны создавать собственные ферменты для синтеза мРНК. 3. В клетках эукариот белоксинтезирующий аппарат клетки приспособлен для трансляции моноцистронных мРНК, так как не распознает внутренних участков инициации. Поэтому вирусы вынуждены синтезировать или отдельные мРНК для каждого гена или мРНК, включающую несколько генов и кодирующую полипротеин, который затем разрезается на индивидуальные белки. 4. В клетках прокариот возможна множественная внутренняя инициация трансляции на полицистронных матрицах. 5. Стратегия реализации генетической информации вирусов включает три известные стадии — транскрипцию (процесс синтеза мРНК), трансляцию (процесс синтеза белка на мРНК) и репликацию (процесс самовоспроизведения генетического материала на основе матричного синтеза). При успешном протекании всех трех стадий реализации генетической информации вируса в клетке на фоне подавления синтеза ее собственных макромолекул наблюдается формирование пула вирусных макромолекул — белков капсида, гликопротеинов суперкапсида, геномных нуклеиновых кислот. Это является пусковым механизмом следующего этапа репликативного цикла вируса — сборки (морфогенеза) вирионов.

34.

Этапы развития инфекционного процесса. Инфекционный процесс, независимо от характера возбудителя, включает в себя несколько стереотип-ных этапов развития:

Начальный этап – преодоление естественных барьеров организма хо-зяина: механического (кожа, слизистые, движение ресничек эпителия, пери-стальтика кишечника и др.); химического (бактерицидное действие желу-дочного сока, желчных кислот, лизоцима, антител); экологического (антаго-нистической активности нормальной микрофлоры).

Проникновение микроорганизма в макроорганизм обозначается как инфективность. Факторами распространения инфекционных возбудителей во внутренней среде организма являются: ферменты (гиалуронидаза, коллагена-за, нейроминидаза); жгутики (у холерного вибриона, кишечной палочки, про-тея); ундулирующая мембрана (у спирохет и некоторых простейших).

Следующий этап в развитии инфекционного процесса связан с адгезией и колонизацией возбудителем открытых полостей организма. Факторы адгезии и колонизации обеспечивают взаимодействие инфекционного патогенного агента со специфическими рецепторами клеток тех органов и тканей, к кото-рым обнаруживается тропизм. Адгезивные молекулы представляют собой вещества белковой и полисахаридной природы, экспрессируемые на поверх-ности клеток. Вслед за адгезией неизменно возникают размножение и обра-зование большого количества однородных микробов (колоний) в случае не-достаточности местных и системных механизмов резистентности и специфи-ческих иммунологических механизмов защиты.

Интервал времени от инфицирования организма до появления первых клинических признаков болезни, получил название инкубационного перио-да.

Инкубационный период характеризуется не только размножением и селективным размножением микроорганизмов в тех или иных органах и тка-нях, но и мобилизацией защитных сил организма. Длительность инкубацион-ного периода определяется биологическими особенностями возбудителей, составляет от нескольких часов (ботулизм, кишечные инфекции), нескольких дней, нескольких недель, до нескольких лет (лепра, СПИД, прионные инфек-ции).

Адсорбция вируса - начальный этап вирусной инфекции, заключающийся в прикреплении вируса к поверхности клетки. Это первая фаза взаимодействия вируса с клеткой. Характеризуется выраженной специфичностью, определяемой соответствием рецепторов клеточной стенки (находятся в липопротеиновом или липополисахаридном слое) и поверхностных структур вириона.

35.

1. Присоединение вирионов к рецепторам клеточной мембраны. Как клеточные, так и вирусные рецепторы относятся к специфическим структурам и комплементарны друг другу. Определение специфичности этапа адгезии чрезвычайно важно, так как именно в начальной стадии вирусного инфицирования определяются клетки-хозяева и проявляется тропизм вирусов к определенным типам тканей. Природа клеточных рецепторов крайне разнообразна, и их функция тесно связана со структурой клеточной поверхности. По химическому составу все рецепторы клеток подразделяются на две группы: 1) содержащие липиды - липопротеиновые рецепторы;

2) содержащие углеводы - мукопротеиновые рецепторы. Несмотря на существующее многообразие поверхностных вирусных белков, определяющих антигенную специфичность, различные типы вирусов для присоединения к клеткам могут использовать одинаковые клеточные рецепторы, при этом известно, что на липопротеиновых рецепторах избирательно адсорбируются миксовирусы и аденовирусы, тогда как арбовирусы и энтеровирусы на мукопротеиновых.

Для выявления и идентификации клеточных рецепторов, специфичных для вирусов, используются различные методы исследования, например, биохимические, когда клеточные рецепторы прицельно могут быть разрушены определенными ферментами. Существенно, что некоторые вирусы для прикрепления к клеткам могут использовать более чем один рецептор, как было обнаружено для вирусов комплекса герпеса, или с одним и тем же рецептором одномоментно могут связываться два вируса. Так, известен факт конкуренции аденовирусов и вируса Коксаки В за рецептор суперсемейства иммуноглобулинов - CAR.

36.

Пиноцитоз 1) поглощение жидких питательных веществ эукариотической клеткой; 2) основной путь внедрения животных и растительных вирусов в клетку–хозяина. При этом происходит впячивание клеточной оболочки и обволакивание вирусной частицы.

Пиноцитоз - процесс захвата и переноса через цитоплазматическую мембрану клеток из внешней среды во внутреннюю маленьких капель жидкости, содержащих молекулы хим. веществ. По механизму и назначению П. сходен с фагоцитозом (см.), но распространен более широко. При контакте мембраны с жидкой средой, включающей хим. вещества, в участке контакта образуется множество отростков («вспенивание»). Эти отростки формируются в пиноцитозные пузырьки, в к-рых находится капелька среды, отшнуровываются от мембраны и превращаются в вакуоли - пиносомы. Пиносомы сливаются с лизосомами, ферменты последних переваривают содержащиеся в жидкости питательные вещества. Низкомолекулярные продукты распада диффузией или пермеазами переносятся в цитоплазму и доставляются к местам синтеза моно-и полимеров. Энергия закрепляется в АТФ. Вместе со средой таким путем в клетку могут проникнуть вирусы, токсины, ингибиторы.

Вирусная частица - В известном смысле вирусная частица — не живой организм, а крупная частица нуклеопротеида, которая проникает в определенную, специфическую для нее животную, растительную или бактериальную клетку и «размножается», образуя многочисленные новые вирусные частицы. Вне клетки хозяина вирусы совершенно инертны; некоторые из них были получены в виде кристаллов. В сущности вирусная частица — это небольшое количество генетического материала (ДНК или РНК), заключенного в защитную белковую оболочку, что дает ей возможность переходить из одной клетки в другую.

37.

Простые вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких кодируемых ею полипептидов. Более сложные вирусы обычно содержат также липиды и углеводы; у большинства родов вирусов эти компоненты не кодируются вирусным геномом, а имеют клеточное происхождение. В исключительных случаях в вирусную частицу оказываются включенными клеточные нуклеиновые кислоты или полипептиды.

Вирусы содержат только один вид нуклеиновой кислоты — либо ДНК, либо РНК. Вирусные нуклеиновые кислоты бывают одно- и двухцепочечными, а вирусный геном может состоять из одной или нескольких молекул нуклеиновой кислоты, и если он состоит из одной молекулы, она может быть линейной или кольцевой. Метилирование нуклеиновых кислот вирусов животных до сих пор не обнаружено, не были обнаружены и минорные азотистые основания, которые содержатся в ДНК вирусов бактерий или в транспортных РНК млекопитающих.

Синтез ДНК и РНК: Третья стадия цикла развитияназывается депротеинизация. В ходе ее происходит освобождение носителя генетической информации вируса - его нуклеиновой кислоты. Если вирус проникает в клетку целиком, то удаление оболочки осуществляется клеточными протеазами. Ферментативному расщеплению подвергается лишь белковая составляющая вирусной частицы, а его нуклеиновая кислота остается неповрежденной. В результате нуклеиновая кислота вируса освобождается, и впоследствии именно она существенным образом преобразует деятельность клетки-хозяина, подчиняя ее метаболизм своим потребностям и вынуждая ее синтезировать определенные вещества. Обращаем внимание на то, что сам вирус не обладает необходимыми для этого механизмами, поэтому для синтеза нужных молекул он использует клеточные ферменты (например, протеазы, РНК-полимеразы и др.) и структуры (например, рибосомы). Пути реализации генетической информации разными вирусами называют стратегией вирусного генома.

В ходе четвертой стадии на основе вирусной нуклеиновой кислоты происходит синтез необходимых для вируса соединений. Вначале образуется «ранняя» мРНК, которая будет служить матрицей для «ранних» вирусных белков. У вирусов ранними молекулами считаются те, что появились до репликации вирусной нуклеиновой кислоты. Именно они будут направлять последующий синтез нуклеиновой кислоты вируса. Молекулы, которые образовались после репликации нуклеиновой кислоты, называются поздними. Однако необходимо отметить, что направление синтеза вирусных молекул в клетке зависит от типа нуклеиновой кислоты вируса. У ДНК-содержащих вирусов общая схема биосинтеза не имеет принципиальных особенностей и включает в себя обычные этапы: ДНК -> РНК -> белок. Мелкие вирусы для этого проникают в ядро и в процессе транскрип-ции используют РНК-полимеразы клетки (обычные, т.е. ДНК-зависимую РНК-полимеразу). Крупные (например, вирус оспы) вирусы осуществляют свой синтез не в ядре, а в цитоплазме. Поэтому они не могут задействовать клеточные ферменты, и транскрипцию у них направляет собственная (вирионная) РНК-полимераза.

38.

Репликация вирусных РНК. В клетке нет ферментов, способных осуществить репликацию РНК. Поэтому ферменты, участвующие в репликации, всегда вирусспецифические. Репликацию осуществляет тот же фермент, что и транскрипцию; реп-ликаза является либо модифицированной транскриптазой, либо при репликации соответствующим образом модифицируется матрица. Репликация однонитчатых РНК осуществляется в два этапа: вначале синтезируются комплементарные геному нити, которые в свою очередь становятся матрицами для синтеза копий генома. У «минус-нитевых» вирусов первый этап репликации — образование комплементарных нитей сходен с процессом транскрипции. Однако между ними есть существенное отличие: если при транскрипции считываются определенные участки генома, то при репликации считывается весь геном. Например, иРНК парамик-совирусов и рабдовирусов являются короткими молекулами, комплементарными разным участкам генома, а Рис. 23. Молекула ДНК вируса 8У40 в процессе репликации. Вверху — электронная микрофотография, внизу — схема. Видна нижняя суперспирализованная часть молекулы (3), расплетенная часть на большом участке и вновь образуемые решшкационные петли (1 и 2). иРНК вируса гриппа на 20—30 нуклеотидов короче каждого фрагмента генома. В то же время матрицы для репликации являются полной комплементарной последовательностью генома и называются антигеномом. В зараженных клетках существует механизм переключения транскрипции на репликацию. У «минус-нитевых» Рис. 24. Два способа репликации «гопос-нитевой» РНК (схема). I— вытеснение ранее синтезированной нити растущей «плюс-нитью»; II— консервирование двухспиральной матрицы; 1, 2, 3—вновь синтезированные нити РНК. вирусов этот механизм обусловлен маскировкой точек терминации транскрипции на матрице генома, в результате чего происходит сквозное считывание генома. Точки терминации маскируются одним из вирусных белков. При репликации растущая «плюс-нить» вытесняет ранее синтезированную «плюс-нить» либо двухспиральная матрица консервируется (рис. 24). Более распространен первый механизм репликации.

39.

4. Синтез вирусных белков

В основе этого синтеза лежит тот же механизм, что и при синтезе белка в нормальных клетках. У РНК-содержащих пикорнавирусов функцию иРНК выполняют плюс-нити. У них односпиральная вирионная РНК транслируется с образованием одного гигантского полипептида, который затем расщепляется на отдельные функциональные белки. В синтезе полновирусного белка выражена постоянная во времени трансляция всех генов вирусной РНК. У орто-, рабдо- и парамиксовнрусов вирионная односпиральная РНК не транслируется, а транслируется комплементарная ей плюс-нить, поэтому синтез вирусных специфических белков начинается после образования вирусной иРНК (плюс-нити), которая комплементарна вирионной РНК-Минус-нити синтезируются на плюс-нити вирионной РНК-зависимой полимеразой (РНК-транскриптазой), находящейся в составе вириона в качестве структурного компонента. Синтезирующиеся вирионной полимеразой иРНК являются моноцистронными и значительно короче вирионной РНК. В процессе вирусной инфекции происходят распад клеточных полисом и образование вирусспецифических полисом.

Синтез вирусспецифического белка зависит от синтеза вирусной иРНК, но и влияет на него: если синтез белка нарушен, происходит затоваривание вновь образующейся иРНК в местах ее синтеза и тормозится дальнейший ее синтез. Вирусные белки в процессе инфекции синтезируются в избыточном количестве, чем требуется для образования инфекционного вируса. Например, в клетках, инфицированных вирусами герпеса, в вирусное потомство включается только около 35% от общей массы вирусспецифических белков, синтезированных в клетках. У большинства вирусов синтез белков осуществляется в цитоплазме; относительно ядерной локализации синтеза белков некоторых вирусов существует сомнение. Известно, что вирусные белки могут синтезироваться в одних структурах, а накапливаться-- в других. Механизмы, ответственные за миграцию вирусных белков в ядро, не выяснены. Известно лишь, что отсутствие аргинина в среде приводит к подавлению миграции структурных белков вируса герпеса от места их синтеза (цитоплазмы) к месту сборки вирионов (ядру), хотя синтез ДНК и белка вируса не нарушен.

На разных стадиях инфекционного цикла могут преимущественно образовываться то одни, то другие группы вирусспецифических белков. Скорость их регулируется либо на уровне транскрипции (с образованием иРНК), либо на уровне трансляции (считывание иРНК на рибосомах). В зараженной клетке непропорционально накапливаются иРНК с разных вирусных генов. Механизм этой непропорциональности заложен в самой вирусной частице. Этот же механизм определяет разную эффективность образования различ- ых белков. Стандартная вирусная частица содержит одну молекулу РНК и до 10 тыс. молекул белков. Помимо структур-ных белков, в зараженной клетке могут синтезироваться и не-структурные (но кодируемые вирусной РНК) белки. Наряду с синтезом белков в клетке при репродукции вируса гриппа происходит синтез и углеводных цепей, входящих в состав гликопротеидов. Присоединение углеводов осуществляется с помощью трансфераз, которые являются клеточными ферментами. Синтез липидов также осуществляется клеткой. Вирусная оболочка формируется при включении липидов из плазматической мембраны клетки-хозяина. Синтез вирусных нуклеиновых кислот и вирусспецифических белков происходит почти одновременно и не менее чем на 1 ч опережает созревание вирусных частиц.

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: