В чем состоит особенность природы вирусов и организации генома кратко

Обновлено: 28.06.2024

Чем вирусы отличаются от всех остальных живых существ?

Почему существование вирусов не противоречит основным положениям клеточной теории?

Какие вы знаете вирусные заболевания?

В 1892 г. русский ботаник Дмитрий Иосифович Ивановский, изучая мозаичную болезнь растений табака, обнаружил, что при пропускании сока, выделенного из больного растения, через фильтры, задерживающие бактерий, жидкость сохраняла способность вызывать заболевания у здоровых растений. Возбудитель болезни был столь мал, что его и подобные ему структуры, получившие в дальнейшем название вирусы (от лат. virus – яд), стало возможно изучать только после изобретения электронного микроскопа.

Вирусы – это неклеточная форма жизни. Считая признаком живого наличие клеточного строения, большинство учёных тем не менее относят вирусы к живым организмам, потому что их существование неразрывно связано с клеткой. Являясь внутриклеточными паразитами, вне клетки вирусы не способны к самовоспроизведению и осуществлению процессов обмена веществ.

Строение вирусов. Вирусы имеют очень простое строение (рис. 46). Каждый вирус состоит из нуклеиновой кислоты (или ДНК, или РНК) и белка. Нуклеиновая кислота является генетическим материалом вируса. Она окружена защитной белковой оболочкой – капсидом. Внутри капсида могут также находиться собственные вирусные ферменты. Некоторые вирусы, например вирус гриппа и ВИЧ, имеют дополнительную оболочку, которая образуется из клеточной мембраны клетки-хозяина. Капсид вируса, состоящий из многих белковых молекул, обладает высокой степенью симметрии, имея, как правило, спиральную или многогранную форму. Эта особенность строения позволяет отдельным белкам вируса объединяться в полную вирусную частицу путём самосборки.

Рис. 46. Вирусы: строение и разнообразие

Рис. 47. Жизненный цикл вирусов (А) и электронная фотография бактериофага (Б)

Размножение вирусов. Ни один из известных на сегодняшний день вирусов не способен к самостоятельному существованию. Обычно вирус сначала связывается с поверхностью клетки-хозяина, а затем или проникает внутрь целиком (путём эндоцитоза), или с помощью специальных приспособлений вводит в клетку свою нуклеиновую кислоту (рис. 47, 48). Попав в клетку, генетический материал вируса взаимодействует с ДНК хозяина таким образом, что клетка сама начинает синтезировать необходимые вирусу белки. Одновременно происходит копирование наследственного материала паразита, и в цитоплазме заражённой клетки начинается самосборка новых вирусных частиц. Готовые вирусные частицы покидают клетку или постепенно, не вызывая её гибели, но изменяя работоспособность, или одновременно в большом количестве, что приводит к разрушению клетки.

Рис. 48. Бактериофаги на поверхности клетки-хозяина (электронная фотография)

Вирусы как возбудители болезней. Вирусы способны поражать и эукариотические, и прокариотические клетки. Вирусы, инфицирующие бактерий, называют бактериофагами. Вирусы вызывают множество различных заболеваний у животных, растений и грибов, причём каждый из них имеет своего собственного специфического хозяина. Вирус табачной мозаики, например, поражает растения табака, вызывая образование на листьях характерных пятен – это места отмирания тканей. Вирус оспы поражает только эпителиальные клетки, а вирус полиомиелита – клетки нервной ткани. Вирусными заболеваниями человека являются также грипп, корь, краснуха, гепатит, ветряная оспа, бешенство, герпес, СПИД и многие другие.

СПИД. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий синдром приобретённого иммунодефицита (СПИД), впервые был выделен в США в 1981 г. К 2000 г. число инфицированных этим вирусом уже превысило 30 млн человек. В настоящее время болезнь очень быстро распространяется в Азии, Африке, а также в Центральной и Восточной Европе.

ВИЧ относят к группе ретровирусов, генетическим материалом которых является РНК (рис. 49). Обычно перенос генетической информации в клетке идёт в направлении от ДНК к РНК (транскрипция). У ретровирусов при попадании в клетку-хозяина происходит противоположный процесс, так называемая обратная транскрипция, при которой на основе вирусной РНК синтезируется ДНК, которая затем встраивается в ДНК хозяина.

Рис. 49. Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ): А – модель вируса; Б – схема строения; В – электронная фотография

Рис. 50. Жизненный цикл вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)

Обычно ВИЧ передаётся вместе с кровью или спермой. В 90 % случаев заражение происходит при половом контакте, при этом риск заражения увеличивается пропорционально увеличению числа половых партнёров. Многократное использование одного и того же шприца приводит к быстрому распространению вируса среди наркоманов. ВИЧ может попасть в организм человека при контакте с кровью больного, например при обработке ран. Существует вероятность заражения при переливании крови, не прошедшей тестирование на присутствие ВИЧ. От ВИЧ-инфицированной матери вирус может через плаценту попасть в кровь плода или передаться новорождённому при кормлении грудным молоком. Но воздушно-капельным путём и при рукопожатии этот вирус не распространяется.

ВИЧ – это вирус, поэтому антибиотики, которые используют при лечении бактериальных инфекций, в данном случае бессильны. Современная медицина разрабатывает лекарственные средства, которые подавляют репликацию ВИЧ, но их использование имеет много побочных эффектов и перспективы их применения пока неясны. Разработка вакцины против ВИЧ тоже имеет определённые сложности; это связано с особенностями строения данного вируса и тяжестью заболевания, которое он вызывает. На сегодняшний день важным направлением в лечении СПИДа является восстановление иммунной системы инфицированных.

Пока не существует эффективных способов лечения этого заболевания, лучшим способом защиты от СПИДа является соблюдение мер предосторожности:

– следует избегать случайных половых связей, а при половых контактах изолировать себя от спермы и крови партнёра при помощи презерватива;

– в больницах, стоматологических клиниках, поликлиниках и косметических салонах необходимо использовать одноразовые шприцы, а инструменты многоразового применения тщательно стерилизовать, соблюдая все необходимые условия;

– донорскую кровь следует проверять на наличие антител к ВИЧ.

Вирусы как переносчики генетической информации. Существует гипотеза, что вирусы – это генетический материал, некогда покинувший клетку, но сохранивший способность к самовоспроизведению при возвращении в неё. Следовательно, в процессе эволюции вирусы возникли позже появления клеточной формы, а любое вирусное заражение надо рассматривать как получение клеткой некой чужеродной генетической информации.

Многие вирусы способны не только привносить в организм хозяина свою наследственную информацию, но и, встраиваясь в ДНК хозяина, изменять работу клеточных генов. В процессе копирования вирусной ДНК иногда происходит частичное копирование и генетического материала хозяина. В этом случае новые собранные вирусные частицы, покидающие клетку, будут уносить с собой копию некой наследственной информации хозяина. Таким образом вирусы могут переносить гены между организмами разных видов, отрядов и даже классов, скрещивание которых в принципе невозможно. В настоящее время вирусы рассматривают не только как возбудителей инфекционных болезней, но и как переносчиков генов между организмами.

Вопросы для повторения и задания

1. Как устроены вирусы?

2. Каков принцип взаимодействия вируса и клетки?

3. Опишите процесс проникновения вируса в клетку.

4. В чём проявляется действие вирусов на клетку?

5. Используя знания о путях распространения вирусных и бактериальных инфекций, предложите пути предотвращения инфекционных заболеваний.

6. Предложите несколько разных классификаций вирусов. Какие критерии вы положили в основу этих классификаций? Сравните свои классификации и классификации, которые создали ваши одноклассники.

Подумайте! Выполните!

1. Объясните, почему вирус может проявить свойства живого организма, только внедрившись в живую клетку.

2. Почему вирусные заболевания имеют характер эпидемий? Охарактеризуйте меры борьбы с вирусными инфекциями.

3. Выскажите своё мнение о времени появления на Земле вирусов в историческом прошлом, учитывая, что вирусы могут размножаться только в живых клетках.

4. Объясните, почему в середине XX в. вирусы стали одним из главных объектов экспериментальных генетических исследований.

5. Какие сложности возникают при попытках создать вакцину против ВИЧ-инфекции?

6. Объясните, почему перенос вирусами генетического материала от одного организма к другому называют горизонтальным переносом. Как тогда, по вашему мнению, называют передачу генов от родителей детям?

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Вироиды. В природе обнаружены инфекционные агенты гораздо меньше вирусов – вироиды. Они состоят только из молекулы кольцевой РНК и лишены каких-либо оболочек. Самые малые вироиды имеют длину всего 220 нуклеотидов. Вироиды обнаружены в клетках многих растений. Считается, что они представляют собой вырезанные участки иРНК, которые приобрели способность к репликации. При этом они не работают, как иРНК, и не кодируют белки.

Попадая в клетки растений, вироиды вмешиваются в работу генома клетки-хозяина и вызывают серьёзные заболевания растений. Так погибли миллионы кокосовых пальм на Филиппинах во второй половине XX в. Периодически от вироидов серьёзно страдают посадки картофеля, цитрусовых, огурцов, декоративных цветов и других диких и сельскохозяйственных растений. В животных клетках и у человека вироиды пока не обнаружены.

Вирусы и рак. Многие вирусы способны, проникая в клетки организма, встраивать свой геном в геном клетки, вызывая тем самым серьёзные нарушения в работе генетического аппарата нормальных клеток. В результате может произойти превращение нормальной клетки в раковую.

У многих животных (рыб, амфибий, птиц, млекопитающих) обнаружены десятки вирусов, вызывающих раковые заболевания. У человека обнаружены целые группы онковирусов. Полагают, что около 15 % опухолей человека провоцируются вирусной инфекцией.

Повторите и вспомните!

Человек

Иммунитет. Белки или полисахариды вирусов, попадающих в организм, являются антигенами. Антигены – это любые чужеродные вещества, которые при проникновении в организм воспринимаются как генетически чужеродные и вызывают иммунную реакцию. Иммунитетом называют способность организмов защищаться от болезнетворных микроорганизмов, вирусов и иных чужеродных тел и веществ, сохраняя тем самым постоянство своего состава и свойств.

Существует несколько видов иммунитета. Если иммунитет существует или возникает у человека без каких-либо специальных воздействий, его называют естественным. Иммунитет, полученный путём использования медицинских средств, носит название искусственного.

Естественный врождённый иммунитет одинаков у всех особей вида и передаётся по наследству, т. е. генетически закреплён. Так, человек не болеет многими болезнями, которые встречаются у животных. Например, человек никогда не заболеет собачьей чумкой, так же как собака не заболеет гриппом.

Искусственный пассивный иммунитет возникает при введении человеку лечебной сыворотки, которая уже содержит готовые антитела против возбудителя. Это особенно важно в том случае, если заражение уже произошло. Пассивный иммунитет нестойкий, сохраняется в течение 4–6 недель, на протяжении которых антитела постепенно разрушаются.

Ваша будущая профессия

1. Докажите, что базовые знания о процессах, происходящих на молекулярном и клеточном уровнях организации живого, необходимы не только биологам, но и специалистам в других областях естественных наук.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Глава XIV Как в развитии создается форма

Глава XIV Как в развитии создается форма Форма, возникающая в развитии, — форма целого организма, форма органа или форма клетки — это такой же важный признак организма, как и его биохимические свойства. Ho создание формы — значительно более сложный процесс. Это очевидно

1. Форма клеток

1. Форма клеток Форма клеток зависит от их внутренней структуры и свойств клеточной оболочки и от их окружения — соседних клеток и поверхностей контакта. Так, при культивировании отдельных клеток на поверхности стекла все клетки стремятся распластаться по субстрату.

Активное инструктирование как форма социального обучения

Форма тела рыб

50. Вирус полиомиелита, ЕСНО-вирусы, вирусы Коксаки

50. Вирус полиомиелита, ЕСНО-вирусы, вирусы Коксаки Вирус полиомиелита. Относится к семейству Picornaviridae, роду энтеровирусов.Это относительно небольшие вирусы с икосаэдральной симметрией. Геном образует несегментированная молекула +РНК.Каждая вирусная частица состоит из

2. ЕСНО-вирусы. Вирусы Коксаки

2. ЕСНО-вирусы. Вирусы Коксаки Относятся к семейству Picornaviridae, роду энтеровирусов.Строение вириона такое же, как у вируса полиомиелита.ЕСНО вирусы выделены в особую группу кишечных вирусов вследствие полного отсутствия патогенного действия на лабораторных животных.

Форма тела

Форма тела Самый высокий рост — у суданцев и негров, живущих в районе озера Чад, в Центральной Африке, самый низкий (150 сантиметров) — у пигмеев, тоже живущих в Центральной Африке. Высокие негры живут по соседству с пигмеями, питаются одинаковой с ними пищей, но выше их на

Движение — простейшая форма поведения

Движение — простейшая форма поведения Тропизмы Первое наиболее четкое различие между животными и растениями ясно каждому: растения не могут передвигаться, тогда как животные этим свойством обладают. И тем не менее именно движение растений (поворот к солнцу цветов)

Особая форма познания — игры

Особая форма познания — игры «По мнению У. Торпа, игра… животных всегда связана с элементом познания… У. Торп подчеркивает, что игра может иметь несколько назначений. Она помогает развить „двигательные функции молодого животного“, но игра может „вестись ради самой

2.1 Размер и форма

2.1 Размер и форма Размеры нейронов могут быть от 1 (размер фоторецептора) до 1000 мкм (размер гигантского нейрона у морского моллюска Aplysia) (см. [Сахаров, 1992]). Форма нейронов также исключительно разнообразна. Наиболее ясно форма нейронов видна при приготовлении препарата

Лейкоз — генерализованная форма рака

Глава II. Вирусы в природе и жизни человека

ФОРМА НАУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ДОМИНАНТЫ

ФОРМА НАУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ДОМИНАНТЫ К этой форме научения относятся случаи чрезвычайно быстрого образования условнорефлекторной реакции (1—2 сочетания стимула и подкрепления), на базе гипертрофированной, господствующей потребности (доминанты).Явление доминанты было

3.2. Форма и энергия

3.2. Форма и энергия В ньютоновской физике вся причинность рассматривалась на языке энергий, с позиций принципа движения и изменения.Все движущиеся вещи имеют энергию — кинетическую энергию движущихся тел, тепловые колебания и электромагнитное излучение, — и эта

Форма головы собаки и ее области

Форма головы собаки и ее области У различных пород собак имеется определенная форма черепной коробки. Это произошло в процессе выведения большого количества пород того или иного служебного направления. При выведении новых пород собак человек учитывал ряд служебных

Геном вирусов включает:
* Структурные гены, которые кодируют белки. Занимают примерно 95 % вирусной хромосомы. Белки вирусов можно разделить на несколько групп: структурные, ферменты, регуляторы.
* Регуляторные последовательности, которые не кодируют белки: промоторы, операторы и терминаторы.
* Прочие некодирующие участки (сайты) , в том числе:
участок attP, обеспечивающий интеграцию вирусной хромосомы в хромосому клетки–хозяина;
участки cos – липкие концевые участки линейных вирусных хромосом, обеспечивающие замыкание линейной хромосомы в кольцевую форму.

Геном вирусов,
заключенный внутри вирионов, может быть представлен одноцепочечными или двухцепочечными ДНК или РНК. Гены вирусов могут быть заключены в одной хромосоме или разделены на несколько блоков (хромосом) , которые все вместе и составляют геном таких вирусов. Например, у реовирусов геном представлен двухцепочечной РНК и состоит из десяти сегментов. Геномы вирусов, содержащих одноцепочечную РНК, также могут быть либо цельными (например, у ретровирусов ), либо сегментированными (например, у ортомиксовирусов или аренавирусов ). Геном РНК-содержащих вирусов представлен только линейными молекулами РНК. Все известные ДНК- содержащие вирусы позвоночных имеют геном, заключенный в одной хромосоме, линейной или кольцевой, одно- или двухцепочечной. У некоторых вирусов, например, у вируса гепатита В, геном представлен кольцевой ковалентно замкнутой молекулой двухцепочечной ДНК, в обеих цепях которой в разных местах обнаружены одноцепочечные участки. У нескольких родов, например, адено-ассоциированных вирусов, комплементарные цепи ДНК находятся в различных вирусных частицах.

Природа вирусов. Этапы исследования вирусов.

Несмотря на вековую историю развития учения о вирусах, до сих пор нет общепринятого определения вирусов. Вирусы оказались одной из величайших загадок биологии. Д.И. Ивановский выявил два кардинальных свойства вирусов: они проходят через фильтры, задерживающие бактерии, и не растут на искусственных питательных средах. Однако, как оказалось в дальнейшем, этими свойствами обладают не только вирусы.

Например, проходить через фильтры с диаметром пор

В первом определении сделан акцент на внутриклеточной природе вирусов, их исключительной зависимости от метаболизма клетки-хозяина и на том, что на определенной стадии репродуктивного цикла специфический материал вируса представлен генетическим материалом — нуклеиновой кислотой. Во втором определении подчеркнуто два существенных качества вируса: 1) наличие у вируса собственного генетического материала, использующего биохимический аппарат клетки-хозяина 2) существование у вирусов внеклеточной инфекционной формы, представленной вирионами, которые служат для введения генома вируса в другие клетки или в другой организм.

Таким образом, в отличие даже от самых мелких микроорганизмов, таких как риккетсии, хламидии и микоплазмы, вирусы не имеют клеточной организации, хромосомных генов, рибосомальнои системы и митохондриального аппарата (или его эквивалента для производства энергии). Способность риккетсии и хламидии размножаться только внутри клеток, вероятно, связана скорее с потребностью поступления готовых питательных веществ из клетки-хозяина, нежели с использованием его биохимического аппарата для экспрессии генома паразита. Микоплазмы являются свободно живущими внеклеточными паразитами и представляют собой бактерии, лишенные жесткой клеточной стенки.

Приведенные выше определения подчеркивают существенные различия между внутриклеточными и внеклеточными формами существования вирусов. Проникая внутрь клетки-хозяина, вирионы разрушаются, освобождая вирусную нуклеиновую кислоту, которая включается в метаболический аппарат клетки, приводя в конечном счете к репликации вирусного генома. Херши и Чейз (1953 г.) впервые показали, что в бактериальную клетку при заражении проникает только нуклеиновая кислота бактериофага, которая является единственным носителем генетической информации вируса.

Решающая роль вирусного генома в процессе вирусной инфекции была доказана Гирером и Шраммом (1956 г.) на примере вируса табачной мозаики. Они первыми доказали способность вирусной РНК вызывать инфекцию. Правильность этого вывода впоследствии подтверждена установлением инфекционности РНК и ДНК многих вирусов.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Справочник по биологии.

У вирусов генетический материал почти полностью представлен структурными генами и поэтому размер их хромосом относительно невелик. Например, хромосомы некоторых РНК-содержащих вирусов имеют в своем составе лишь немногим более тысячи нуклеотидов, что дает им возможность кодировать только несколько генов. Наглядным примером этого является РНК-содержащий бактериофаг MS 2, геном которого содержит более трех тысяч нуклеотидов и состоит из трех структурных генов: гена белка А, обеспечивающего сборку вирионов из синтезированных порознь РНК и белка оболочки, гена белка оболочки и гена репликазы — фермента, обеспечивающего синтез вирусной РНК. Между этими генами в структуре молекулы вирусной РНК, а также на концах этой молекулы содержатся небольшие нетранслируемые участки, ответственные за связывание РНК с рибосомами. ДНК сложно организованных вирусов может содержать сотни тысяч пар нуклеотидов и кодировать десятки и сотни генов, а ДНК уже упоминавшейся кишечной палочки состоит из почти 4 млн. пар нуклеотидов, кодирующих более тысячи генов. Отличительной особенностью структурной и функциональной организации генома вирусов и бактерий является их экономичность: геномы вирусов почти полностью представлены структурными генами, а в геномах бактерий ДНК, входящая в состав структурных генов, составляет около 40 % всей ДНК. Все гены у вирусов и почти все гены у бактерий содержатся в хромосоме в единственном числе за исключением генов рибосомных и транспортных РНК бактерий, способных находиться в нескольких копиях на геном. Таким образом, лишь немного больше половины всей ДНК бактерий и совсем небольшая часть ДНК вирусов приходится на не транскрибируемые последовательности, назначение которых пока не выяснено.

Намного сложнее организован геном организмов, имеющих дифференцированное ядро — эукариотов. Это объясняется несколькими причинами. Во-первых, значительно большим размером генома (молекулярной массой ДНК, приходящейся на одну гаплоидную клетку) что хорошо видно из табл. 38, в которой приведены размеры молекул

ДНК различных представителей живых организмов, вирусов и субклеточных частиц. Приведенные в табл. 38 данные демонстрируют общую закономерность увеличения размера генома с усложнением организмами повышением его места на лестнице эволюции.

Вместе с тем в этом правиле имеются довольно существенные исключения, когда размер генома стоящих более низко в эволюционном отношении организмов может заметно превышать размер генома более высокоорганизованных организмов. Особенно это относится к растениям, геном которых своими размерами на порядок и более может превосходить размер генома теплокровных животных и даже человека, несомненно, более высокоорганизованных организмов. Различия в размере генома отражают потребность организма в структурных генах, число которых у разных таксонометрических групп организмов различи но. В частности, в геноме кишечной палочки, как уже указывалось, содержится несколько больше тысячи генов, в геноме дрозофилы —5— 10 тыс. генов, а в геноме человека, 50—100 тыс. генов. Число генов в геноме растений может быть еще больше, если учесть их абсолютную прототрофность и сложные отношения с окружающей средой. Однако размеры геномов так велики, что позволяют иметь в десятки и сотни раз большее число генов, чем на самом деле. В настоящее время в науке еще нет исчерпывающего объяснения несоответствия размеров геномов эволюционному положению организмов, а также большой избыточности геномов эукариотов. Появившиеся в последние годы новые экспериментальные данные позволяют дать, пусть и не полное, объяснение явлению избыточности геномов эукариотов. Это, во-первых, сложная организация структурных генов, о чем уже шла речь ранее, во-вторых—многократная повторяемость некоторых генов (табл. 39).

Приведенные в табл. 39 гены, как и некоторые другие, относятся к числу так называемых среднеповторяющихся генов. Их доля в составе генома у разных видов колеблется от 10 до 25 %. Больше половины генома эукариотов представлено так называемыми уникальными (неповторяющимися) генами. Их доля в составе генома также различна для разных организмов и колеблется в пределах 55—70 %. Таким образом, уникальные и среднеповторяющиеся гены составляют 65—95 % генома. Остальная часть приходится на интроны, спейсеры, а также ДНК, функциональная роль которой не определена (например, так называемая сателлитная ДНК, представленная небольшими полинуклеотидами и содержащаяся в миллионах и десятках миллионов копий на геном). Приведенные расчеты весьма приблизительны и, безусловно, со временем будут существенно уточнены.

Богданова, Т.Л. Справочник по биологии/ Т.Л. Богданова [и д.р.]. – К.: Наукова думка, 1985.- 585 с.

Читайте также: