ДНК-віруси і фаги

1). - Утворюються шляхом самозбірки асиметричних білкових субодиниць (капсомеров), які об'єднуються в трубчасту структуру зі спіральною симетрією (наприклад у Pf 1).

- Субодиниці в більшості випадків гомогенні, так, що поверхня вириона складається з безлічі копій одного й того ж білка, хоча під зовнішнім капсидом можуть знаходитися і інші білки.

- ДНК у таких віруси або витягнута, або може бути туго скручена в комплексі зі спеціальними зв'язуючими білками.

Ікосаедричних капсиди

- Властиві більшості сферичних ДНК-вмісних вірусів

- Ікосаедр - це багатогранник з двадцятьма трикутними гранями, що має кубічну симетрію і приблизно сферичну форму.

- Вершини трикутників з'єднуючись утворюють дванадцять вершин ікосаедра;

- У місцях з'єднання розміщуються зазвичай пентамерние білкові структури - Пентон; там же можуть знаходиться ділянки, на яких формуються білкові нитки, нерідко асоційовані з вершинами (наприклад у ф Х174 прозрачка 1).

- Грані ікосаедра заповнені іншими білковими субодиницями, згрупованими зазвичай в гексамерні структури - гексоніт (апример, у аденовірусу прозрачка 1).

- Кількість субодиниць, необходіімое для заповнення граней, визначається розмірами вириона в цілому, і різні ікосаедричних віруси містять тому різне число гексоніт - зазвичай при незмінному числі Пентон.

- ДНК звичайно щільно згорнута всередині капсиду;

- Іноді вона пов'язана з білками або поліпептидами, здатними стабілізувати її структуру.

Складні капсиди без оболонки

- Типові для бактеріофагів:

- Вони складаються з частин з різними типами симетрії.

- У бактеріофага Т2, наприклад, ДНК знаходиться в ікосаедричної голівці, а для «пізнавання» бактерії і введення в неї ДНК служать трубчасті і фібрилярні структури (у впізнавання бере участь також лізоцим, розташований на дистальному кінці хвостового відростка).

Складні капсиди з оболонкою

- Є тільки у вірусів еукаріотичних клітин.

- У них ДНК-білкові комплекси оточені одним чи декількома білковими шарами і наружней мембраною, майже всі білкові компоненти якої є вірусними за своїм походженням, а ліпідні структури - клітинними.

Інфікування - процес, за допомогою якого вірус впроваджується в клітку-господаря і «налаштовує» її метаболічний апарат на відтворення віріонів.

- Заражені вірусом клітини або залишаються живими (тоді говорять, що вірус невірулентен),

- Чи зазнають лізису, що приводить до вивільнення вірусних частинок.

- Незмінним підсумком зараження клітин ДНК-вмісними бактеріофагами є лізис.

- ДНК-віруси тварин викликають лізис рідко, а проте клітини можуть загинути із-за виниклих при зараженні хромосомних ушкоджень, внаслідок імунологічної реакцііорганізма або просто в результаті порушення вірусом нормальних клітинних функцій.

Розмноження вірусу - чітко окреслений цикл, приводить в кінцевому рахунку, після синтезу нових молекул вірусних білків і великого числа копій вірусної ДНК, до формування зрілих вірусних частинок. У вірусів бактерій весь цикл може завершуватися менш ніж за годину, тоді як в багатьох вірусів тварин він займає не один день.

Адсорбція вірусу на клітці-хазяїні - перший етап інфікування. Вона відбувається на специфічних рецепторних ділянках (білкових або ліпідних) клітинної поверхні, які пізнаються особливими виступаючими частинами віріона і до яких він міцно прикріплюється. У вірусів без оболонки такими частинами можуть бути білкові відростки (наприклад, у аденовірусу і бактеріофага Т2), а у вірусів з оболонкою це, як правило білки, занурені у вірусну мембрану. У процесі адсорбції здійснюються, зокрема, такі білок-білкові взаємодії, результатом яких є ініціація стадії проникнення ДНК у клітину.

Проникнення вірусної ДНК у клітину-господаря в різних вірусів відбувається по-різному. ДНК багатьох бактеріофагів, наприклад, бактеріофага Т2: білковий стрижень сплющується, подібно телескопічної конструкції, і ДНК «впорскується» в бактерію. З вірусів тварин ДНК зазвичай переходить в клітку в результаті як би злиття наружнего шару вириона з клітинною мембраною. На відміну від ДНК більшості бактеріофагів ДНК вірусів тварин завжди входять у клітку разом з прилеглими до неї білками; подальше звільнення ДНК від цих білків здійснюється за допомогою ферментів.

Транскрипція і реплікація генетичного матеріалу вірусу здійснюється звичайно за участю ферментів клітини-господаря. Спочатку вірусна ДНК копіюється РНК-полімеразами клітини-господаря, в результаті чого утворюється мРНК, яка потім транслюється. На деяких молекулах вірусної ДНК синтезуються також її ДНК-копії - з допомогою або клітинної, або кодируемой вірусом ДНК-полімерази. Ці ДНК-копії використовуються надалі при складанні вірусних частинок. У деяких випадках, наприклад, у бактеріофага Т4 перші ж новосінтезірованнние молекули вірусної мРНК транслюються з утворенням спеціальних білків, модифікуючих полімерази клітини-хазяїна таким чином, що ті не транскрипцію клітинних генів, не втрачаючи парі цьому здатності транскрибувати вірусні. В якій частині клітини протікають процеси транскрипції та реплікації вірусної ДНК еукаріотичних вірусів: у ядрі або цитоплазмі? В одних транскрипція і реплікація відбувається в ядрі клітини-хазяїна (наприклад, у вірусу герпесу), а в інших - у цитоплазмі, наприклад, у поксівірусов.

Трансляція вірусної мРНК на рибосомах клітини-господаря призводить до утворення вірусних білків. Деякі з цих білків використовуються надалі для побудови капсидов, інші зв'язуються з вірусною ДНК, стабілізуючи її (в багатьох вірусів тварин), треті хоча й не ввійдуть ніколи до складу зрілих віріонів, беруть участь у процесі їх складання в якості ферментів (наприклад, у бактеріофага Т2)

Збірка вірусу з його компонентів у клітині-хазяїні може відбуватися спонтанно (самосборка), але може залежати і від участі допоміжних білків. Вірусна ДНК зазвичай покривається шаром білка - капсидом. Капсид, у свою чергу, може полягати в мембранну структуру, отримувану вирионом зазвичай від клітини-хазяїна: залишаючи клітину шляхом отпочковиванія від неї, вірусна частка виявляється оточеній плазматичною мембраною.

ДНК-содержат опухолеродние віруси поділяються на наступні 5 класів.

1. Поліомавірус - мавпячий вірус SV40, вірус поліоми мишей і віруси людини ВК і JC.

2. Папіломавіруси - 16 вірусів папіломи людини і безліч папілломовірусом тварин.

3. Аденовіруси - 37 вірусів людини, безліч аденовірусів тварин (наприклад, 24 вірусу мавп і 9 вірусів великої рогатої худоби).

4. Герповіруси - віруси простого герпесу людини, цитомегаловірус людини, вірус Епштейна-Барр та онкогенні віруси приматів, коней, курей, кроликів, жаб.

5. Віруси, подібні вірусу гепатиту В, - вірус гепатиту В людини, гепатиту північноамериканського бабака, гепатиту земляних білок і гепатиту качок.

РНК-вірус

РНК-віруси

1 - параміксовіруси; 2 - віруси грипу, 3 - коронавіруси; 4 - аренавірусів, 5 - ретровіруси; 6 - реовіруси; 7 - пікорнавіруси; 8 - капіцівіруси; 9 - рабдовірусом; 10 - тогавирусам флавівіруси; 11 - буньявіруси

РНК-віруси (РНК-»РНК). не мають ДНК; генетична інформація закодована в РНК. РНК може бути одне і двуцепочечной, а клітка-хазяїн - про, або еукаріотичної. Тільки віруси з одноланцюжковою РНК заражають бактерії, а еукаріотичні віруси можуть бути як одно - так і дволанцюжкові.

Геноми майже всіх відомих РНК-вмісних вірусів - це лінійні молекули, їх зручно розділити на 3 групи.

Перша група - це однониткових геноми позитивної полярності, тобто з нуклеотидної послідовністю, відповідної зарплати мРНК.

- Такі геноми позначають як (+) РНК.

- Вірусні (+) РНК-геноми кодують декілька білків, серед яких РНК-залежна РНК-полімераза (репликазу), здатна синтезувати молекули РНК без участі ДНК.

- За допомогою цього ферменту синтезуються спочатку (-) нитки РНК фага,

- Потім при наявності особливого білка, званого «хазяйським чинником», репликазу здійснює синтез (+) нитки РНК.

- На завершальній стадії з накопичилися вірусних білків та (+) РНК формуються віріони.

- Спрощена схема цього процесу така:

(+) РНК (-) РНК

- Однониткових (+) РНК-геном характерний для

а) фага Q _β,

б) вірусів тютюнової мозаїки,

Вірус тютюнової мозаїки - приклад + одноланцюжковою вірусу растенійвірус не має оболонки, спіральний, містить 2130 ідентичних молекул білка капрсіда і один ланцюг РНК. РНК розташовується в спіральному жолобки, обрапзованном білковими субодиницями, і утримується численними слабкими зв'язками.

Інфекційний процес, що протікає за схемою (прозрачка 2 унизу), полягає в проникненні вірусу в рослинну клітину з подальшою швидкою втратою ним капсида. Потім в результаті трансляції безпосередньо + одноланцюжковою вірусної РНК рибосомами клітини-господаря утворюються декілька білків, частина яких необхідна для реплікації вірусного генома.

Реплікація здійснюється РНК-репликазу, продукує копії РНК для нових віріонів. Синтез білка капсида відбувається тільки після того, як інфікувала клітину РНК піддається деякої модифікації, що робить можливим приєднання рибосом клітини до тієї ділянки РНК, яким кодується цей білок. Складання вириона починається з освіти дисків з білка капсида. Два таких білкових диска, розташовуючись концентрично, утворю схожу на бісквіт структуру, яка після зв'язування з нею РНК набуває форму спіралі. Наступне приєднання молекул білка продовжується до тих пір, поки РНК не буде покрита повністю. У своїй остаточній формі віріон являє собою циліндр завдовжки 300 нм.

3) поліомієліту,

4) кліщового енцефаліту.

Друга група - це однониткових геноми з негативною полярністю, тобто (-) РНК-геноми.

Оскільки (-) РНК не може виконувати функції мРНК, для утворення «своїх» мРНК вірус впроваджує в клітку не тільки геном, але і фермент, що вміє знімати з цього геному комплементарні копії за схемою:

(-) РНК (+) РНК

- Цей вірусний фермент (РНК-залежна РНК-полімераза, синтезована в попередньому циклі розмноження) упакований в вирионе в зручній для доставки в клітку формі.

- Інфекційний процес починається з того, що вірусний фермент копіює вірусний геном, утворюючи (+) РНК, яка виступає в якості матриці для синтезу вірусних білків, у тому числі РНК-залежної РНК-полімерази, яка входить до складу утворених віріонів

- До вірусів з негативним РНК-геномом відносяться

а) віруси грипу,

б) кору,

в) сказу,

г) жовтої карликовості картоплі та ін

- Схема вірусу грипу

Вірус грипу - це приклад вірусу з «-»-одноланцюжковою РНК. У нього є оболонка і спіральна серцевина. Серцевина складається з восьми сегментів «-» РНК, які в комплексі з білками утворюють спіралевидні структури. Кожен сегмент кодує один з білків вірусу. У найбільшій кількості вірус містить білок матриксу, що розташовується на внутрішній стороні оболонки і що надає їй стабільність. Всі білки оболонки кодуються вірусної РНК, тоді як ліпіди є за своїм походженням клітинними (див. ДНК-віруси, збірка). Основні білки оболонки - гемаглютинін та нейрамінідази.

Інфекційний процес протікає за схемою (прозрачка 2 внизу) починається з прикріплення вірусу до клітини-господаря через гемаглютинін. Потім відбувається злиття оболонки з клітинною мембраною, нуклеопротеїнових серцевина (нуклеокапсид) входить в клітку, і кодована вірусом РНК-залежна РНК-полімераза синтезує + ланцюга мРНК на вірусних «-» ланцюгах, після чого на рибосомах клітини-господаря продукуються вірусні білки. Деякі з цих білків відіграють важливу роль у реплікації вірусного генома.

Реплікація відбувається в ядрі, де з допомогою тієї ж, але ймовірно, модифікованої РНК-полімерази утворюються «-» ланцюги РНК. Після того як в ядро проступають нуклеокапсидних білки, відбувається збірка нуклеокапсида. Потім нуклеокапсид проходить цитоплазму, приєднуючи по шляху білки оболонки, і покидає клітку, отпочковиваясь від її плазматичної мембрани. Вважається, що в процесі отпочковиванія приймає участь нейрамінідаза.

Третю групу складають двунітевих геноми, (±) РНК-геноми.

- Відомі двунітевих геноми завжди сегментовані (тобто складаються з кількох різних молекул).

- Сюди відносяться реовіруси. Їх розмноження проходить за варіантом, близьким до попереднього. Разом з вірусної РНК в клітину потрапляє і вірусна РНК-залежна РНК-полімераза, яка забезпечує синтез молекул (+) РНК. У свою чергу (+) РНК забезпечує виробництво вірусних білків на рибосомах хазяйської клітини і служить матрицею для синтезу нових (-) РНК-ланцюжків вірусної РНК-полімеразою

Ланцюжки (+) і (-) РНК, комплексіруясь один з одним, утворюють двунітевих (±) РНК-геном, який упаковується в білкову оболонку.

- Реовіруси птахів (від англ. Respiratory респіраторний, enteric кишковий, orphan сирітський) - це ікосаедричних віруси без оболонки, білковий капсид яких складається з двох шарів - зовнішнього і внутрішнього. Усередині капсида знаходяться 10 або 11 сегментів дволанцюжкової РНК.

Реовіруси вражають респіраторні і кишкові шляхи теплокровних тварин (людини, мавп, великої та дрібної рогатої худоби, летючих мишей,

Інфекційний процес починається з проникнення в клітину РНК і потім протікає відповідно до схеми (прозрачка 2 - внизу). Після часткового руйнування наружнего капсида ферментами лізосом РНК в виникла в такий спосіб субвірусной частці транскрибується, її копії залишають частку і з'єднуються з рибосомами. Потім у клітці-хазяїні продукуються білки, необхідні для формування нових вірусних цастіц.

Реплікація РНК вірусів відбувається за консервативним механізму. Одна з ланцюгів кожного сегмента РНК служить матрицею для синтезу великої кількості нових + ланцюгів. На цих + ланцюгах утворюються потім як на матриці - ланцюги, + і - ланцюга при цьому не розходяться, а залишаються разом у вигляді дволанцюжкові молекул. складання нових вірусних часток з новостворених + і - сегментові капсидних білків пов'язана якимось чином з міотичні веретеном клітини-господаря.

РНК-віруси (РНК-> ДНК-»РНК).

- Сюди відносяться віруси, в ​​яких цикл реплікації генома можна розбити на дві головні реакції: синтез РНК на матриці ДНК і синтез ДНК на матриці РНК.

- При цьому до складу вірусної частки в якості генома може входити або РНК (ретровіруси (Retroviridae - від REversed TRanscription)), або ДНК (ретроідние віруси).

- Вірусна частка містить дві молекули геномної одноланцюжковою (+) РНК.

- У вірусному геномі закодовано незвичайний фермент (зворотна транскриптаза, або ревертаза), який має властивості як РНК-залежною, так і ДНК-залежної ДНК-полімерази.

Тільки в 1970 р. американські вчені Г. Темін і Міцутані і незалежно від них Д. Балтімор дозволили цю загадку. Вони довели можливість передачі генетичної інформації від РНК до ДНК. Це відкриття перевернуло центральну догму молекулярної біології про те, що генетична інформація може переноситися тільки в напрямку ДНК-РНК-білок. П'ять років знадобилося Г. Теміну для виявлення ферменту, який здійснює перенесення інформації від РНК до ДНК, - РНК-залежної ДНК-полімерази. Цей фермент отримав назву зворотної транскриптази. Г. Теміну вдалося не тільки отримати фрагменти ДНК, комплементарні заданої ланцюга РНК, але й довести що ДНК-копії можуть вбудовуватися в ДНК клітин і передаватися потомству.

- Цей фермент потрапляє в заражає клітку разом з вірусної РНК і забезпечує синтез її ДНК-копії спочатку в одноланцюжковою формі [(-) ДНК], а потім у двуцепочечной [(±) ДНК]:

- Вірусний геном у формі нормального дуплексу ДНК (так звана провірусної ДНК) вбудовується в хромосому клітини господаря.

- У результаті двуцепочечной ДНК вірусу є по суті додатковий набір генів клітини, який реплікується разом з ДНК хазяїна при розподілі.

- Для утворення нових ретровірусних частинок провірусні гени (гени вірусу в хромосомах господаря) транскрибуються в ядрі клітини транскрипції апаратом господаря в (+) РНК-транскрипти.

- Одні з них стають геномом нового «потомства» ретровірусів, а інші піддаються процесингу в мРНК і використовуються для трансляції білків, необхідних для складання вірусних частинок

У цю групу входять

а) вірус імунодефіциту людини (ВІЛ)

- Інформація про СНІД є в Старому Завіті

- У нашому Ганом є генетичні мітки колишніх пандемій СНІДу