Caracteristici ale structurii structurii și funcției virușilor. Virușii au o structură celulară

Structura virusurilor

1) Virușii nu au o structură celulară. Fiecare particulă virală constă dintr-un purtător de informație genetică situat central și o înveliș.Materialul genetic este o moleculă scurtă de acid nucleic, care formează miezul virusului. Acidul nucleic din diferite virusuri poate fi reprezentat prin ADN sau ARN, iar aceste molecule pot avea o structură neobișnuită: se găsesc ADN monocatenar și ARN bicatenar.

2) Cochilia se numește capside.

Capsida îndeplinește mai multe funcții.

Protecția materialului genetic (ADN sau ARN) al virusului împotriva daunelor mecanice și chimice.

Determinarea potențialului de a infecta o celulă.

În stadiile inițiale ale infecției celulare: atașarea la membrana celulară, ruperea membranei și introducerea materialului genetic al virusului în celulă.

particule de virus al mozaicului tutunului, virusul care provoacă negi și adenovirus

Este format din subunități - capsomere, fiecare dintre ele constând din una sau două molecule de proteine. Numărul de capsomere pentru fiecare virus este constant (există 60 dintre ei în capside virusului poliomielitei și 2130 în virusul mozaicului tutunului). Uneori, un acid nucleic împreună cu o capsidă se numește nucleocapsidă. Dacă particula virală, în afară de capside, nu mai are înveliș, se numește virus simplu, dacă mai există unul - extern, virusul se numește complex.

3) Teaca exterioară se mai numește supercapside, genetic nu aparține virusului, ci provine din membrana plasmatică a celulei gazdă și se formează atunci când particula virală asamblată părăsește celula infectată. organizate printr-un strat dublu de lipide și proteine ​​virale specifice, cel mai adesea formând excrescențe de vârf care pătrund în stratul dublu lipidic. Astfel de viruși sunt numiți „îmbrăcați”. Ei îndeplinesc funcții de protecție în virion, funcția de atașare la o celulă susceptibilă și de a pătrunde în citoplasma acesteia, determină multe caracteristici ale virusului (proprietăți antigenice, sensibilitate la factorii dăunători etc.) .- virusurile gripale si herpestice

4) Pentru fiecare virus, capsomerele capsidelor sunt aranjate într-o ordine strict definită, datorită căreia ia naștere un anumit tip de simetrie. Cu simetrie elicoidală, capsida capătă o formă tubulară (virusul mozaic al tutunului) sau sferică (virusuri animale care conțin ARN). Cu simetrie cubică, capsida are forma unui icosaedru (cu douăzeci de laturi), virusurile izometrice au o astfel de simetrie. În cazul simetriei combinate, capsida are formă cubică, iar acidul nucleic aflat în interior este stivuit spiralat. Geometria corectă a capsidei permite chiar și particulelor virale să formeze structuri cristaline împreună.

În natură, virușii există sub două forme: extracelular și intracelular.

Forma extracelulară a virusului numit Virion - este o particulă infecțioasă inertă care constă dintr-un acid nucleic și o înveliș proteic - capside . Acidul nucleic din compoziția virionului - aparatul genetic sau genomul - poate fi de un singur tip - fie ADN, fie ARN. Genomul poate fi reprezentat printr-un lanț (genom monocomponent sau integral) sau există mai multe dintre ele (genom fragmentat). Majoritatea virusurilor vegetale conțin ARN.

capside compus din subunități proteice Capsomere. Capsidele au diferite forme:

1). Izometric: sferică (fig.17 ȘI) sau poliedrică („poliedru” înseamnă poliedru) cu un tip cubic de simetrie (Fig. 17). B).

2). Anizometric cu un tip de simetrie în spirală - în formă de tijă, filiform (Fig. 17 G). Există viruși cu un tip combinat de simetrie, de exemplu, sub formă de mormoloc sau Bacil(fig.17 D).

Dimensiunile diferitelor viruși variază cel mai adesea de la 20 la 300 nm, dar există viruși filamentoși de lungime mai mare - până la 2000 nm.

Datorită prezenței unei învelișuri proteice în virusurile vegetale, care conține un acid nucleic, virușii au activitate antigenică sau imunogenitate, adică sunt capabili să provoace formarea de anticorpi atunci când sunt introduși în corpul animalelor.

Manifestări virale.

Virușii se reproduc numai în celulele vii. Mulți viruși sunt capabili să infecteze orice gazdă. Deci virusurile respiratorii se înmulțesc numai în celulele mucoaselor tractului respirator. Alții, cum ar fi virusul mozaicului tutunului (TMV), au o gamă largă de gazde. Unii virusuri vegetale se pot replica în corpurile insectelor vectori.

A )sferic B)poliedric

G ) în formă de tijă D) bacil

Fig.17. Tipuri de morfologie a capsidelor virale

Activitatea intracelulară a virusurilor , constă probabil dintr-un număr dintre următorii pași:

1. Virusul intră în celulă în întregime - complet întregul NC în învelișul capsidei - prin deteriorarea membranei.

2. Aruncarea capsidei . Când este infectat cu TMV, primele simptome apar cu câteva ore mai târziu decât atunci când sunt infectate cu ARN liber al acestui virus. Acesta este un fapt în favoarea afirmației că virusul care a intrat în celulă „se dezbracă” - aruncă capsida.

3. Reproducerea virusurilor . ARN-ul viral este mai des introdus în nucleul unei celule vegetale, unde este sintetizată o catenă complementară de ARN-(¾) și ARN dublu catenar - formă replicativă (RF). Apoi, probabil, în nucleoli are loc replicarea multiplă a ARN-ului viral.

4. Biosinteza proteinei structurale a virusului . După replicarea crescută a ARN-ului viral în celulă, cantitatea de proteină capside crește. Sinteza acestor proteine ​​are loc pe ribozomii celulei gazdă.

5. Agregarea ARN viral și capside . Apariția particulelor virale mature.

6. Eliberarea virusurilor din celulă la plante se produce prin plasmodesmate, la animale prin deteriorarea membranei.

În istoria veche de secole a planetei noastre, invadatorii invizibili au intervenit constant în dezvoltarea florei și faunei -virusuri(lat. virus - otravă).
Datorită dimensiunii lor microscopice, virușii nu au o structură multicelulară internă atât de complexă ca în organismele vii, deoarece sunt de câteva ori mai mici decât orice celulă vie și chiar mult mai mici decât orice bacterie. Toate organismele vii cunoscute sunt afectate de viruși, nu numai oamenii, animalele, reptilele și peștii, ci și tot felul de plante.
Abia la începutul secolului al XX-lea, după inventarea microscopului electronic, oamenii de știință au putut să vadă cu ochii lor minusculii agenți patogeni despre care până în acel moment fuseseră deja exprimate multe teorii. Anumiți viruși umani diferă ca formă și dimensiune. În funcție de tipul bolii, simptomele diverse boli se manifestă în moduri diferite: pielea devine inflamată, organe interne sau articulații.

Infectie virala

În 1852, Dmitri Iosifovich Ivanovsky (un botanist rus) a reușit să obțină un extract infecțios din plante de tutun care fuseseră infectate cu boala mozaic. Această structură se numește virusul mozaicului tutunului.

Structura virusului

În centrul particulei virale se află genomul (informații ereditare, care sunt reprezentate de structura ADN sau ARN - poziția 1). În jurul genomului se află o capsidă (poziția 2), care este reprezentată de o înveliș proteic. Pe suprafața învelișului proteic al capsidei se află învelișul lipoproteic (poziția 3). În interiorul cochiliei sunt capsomere (poziția 4). Fiecare capsomer este format din unul sau două filamente proteice. Numărul de capsomere pentru fiecare virus este strict constant. Fiecare virus conține un anumit număr de capsomere, deci numărul acestora tipuri diferite virus
este semnificativ diferită. Unii virusuri nu au o înveliș proteic (capsidă) în structura lor. Astfel de viruși se numesc simpli. În schimb, virușii care în structura lor au încă o înveliș exterioară (lipoproteină suplimentară) sunt numiți complexi. Virușii au două forme de viață. Forma de viață extracelulară a unui virus se numește varion(stare de odihnă, așteptare). Forma de viață intracelulară a virusului, care se reproduce activ, se numește vegetativă.

Proprietățile virușilor

Virușii nu au o structură celulară, sunt clasificați ca fiind cele mai mici organisme vii, se reproduc în interiorul celulelor, au o structură simplă, majoritatea provoacă diverse boli, fiecare tip de virus recunoaște și infectează doar anumite tipuri de celule, conțin un singur tip. de acid nucleic (ADN sau ARN).

Clasificarea virusurilor

Cum celulele corpului absorb substanțele

Spre deosebire de alte organisme vii, un virus are nevoie de celule vii pentru a se reproduce. De la sine, nu știe să se reproducă. De exemplu, celulele corpului uman constau dintr-un nucleu (conține ADN - o hartă genetică, un plan de acțiune pentru ca celula să își mențină activitatea vitală). Nucleul celular este înconjurat de citoplasmă, în care se află mitocondriile (produc energie pentru reacții chimice, lizozomi (descompun materialele care vin din exterior), polizomi și ribozomi (produc proteine ​​și enzime pentru a desfășura reacții chimice care au loc în celula).citoplasma celulei, sau mai bine zis spatiul acesteia, este impregnata cu o retea de tubuli prin care sunt absorbite substantele necesare, precum si cele inutile sunt indepartate.Celula este de asemenea inconjurata de o membrana care o protejeaza si acționează ca un filtru bidirecțional. Membrana celulară vibrează în mod constant. Dacă există un corpuscul proteic pe suprafața membranei, acesta se îndoaie și îl închide într-o veziculă digestivă, care o atrage în celulă. În continuare, centrul creierului celulei (nucleul) recunoaște substanța care a venit din exterior și dă o serie de comenzi centrilor care se află în citoplasmă. Descompun substanța care intră în compuși mai simpli. Unii dintre compușii utili sunt utilizați pentru a menține viața și execuția pt. funcțiile programate și conexiunile inutile sunt scoase din celulă. Acesta este modul în care se realizează procesul de absorbție, digestie, asimilare a substanțelor în celulă și eliminarea exterioară inutile.

Reproducerea virusurilor

După cum s-a menționat mai sus, un virus are nevoie de celule vii pentru a-și reproduce propriul tip, deoarece de la sine nu se poate reproduce. Procesul de penetrare a virusului în celulă constă în mai multe etape.

Prima etapă de pătrundere a virusului în celulă este depunerea acestuia (adsorbția prin interacțiune electrică) pe suprafața celulei țintă. Celula țintă trebuie, la rândul său, să posede receptorii de suprafață corespunzători. Fără prezența receptorilor de suprafață corespunzători, virusul nu se poate atașa de celulă. Prin urmare, un astfel de virus care s-a alăturat celulei ca urmare a interacțiunii electrice poate fi îndepărtat prin agitare. A doua etapă de pătrundere a virusului în celulă se numește ireversibilă. În prezența receptorilor corespunzători, virusul se atașează de celulă și vârfurile sau firele de proteine ​​încep să interacționeze cu receptorii celulei. O proteină sau glicoproteină, care este de obicei specifică fiecărui virus, acționează ca un receptor celular.

În timpul celei de-a treia etape, virusul este absorbit (se mișcă) în membrana celulară cu ajutorul veziculelor membranei intracelulare.

În a patra etapă, enzimele celulare scindează proteinele virale și, astfel, sunt eliberate din „întemnițarea” genomului virusului, care conține informații ereditare, care este reprezentată de o structură ADN sau ARN. Helixul de ARN se desfășoară rapid și se repezi în nucleul celulei. În nucleul celulei, genomul virusului modifică informația genetică a celulei și le implementează pe a lor. Ca urmare a unor astfel de modificări, activitatea celulei este complet dezorganizată și în locul proteinelor și enzimelor de care are nevoie, celula începe să sintetizeze proteine ​​​​și enzime virale (modificate).

Timpul scurs din momentul în care virusul intră în celulă până la eliberarea de noi varioni se numește perioadă latentă sau latentă. Poate varia de la câteva ore (variola, gripă) până la câteva zile (rujeolă, adenovirus).

2.4.1. Deschidere

În 1852, botanistul rus D.I. Ivanovsky a fost primul care a obținut un extract infecțios din plante de tutun afectate de boala mozaic. Când un astfel de extract a fost trecut printr-un filtru de reținere, lichidul filtrat a păstrat încă proprietăți infecțioase. În 1898, olandezul Beijerinck a inventat noul cuvânt „virus” (din latinescul „otrăvire”) pentru a desemna natura infecțioasă a anumitor fluide vegetale filtrate. Deși s-au făcut progrese considerabile în obținerea de probe înalt purificate de viruși și s-a constatat că sunt nucleoproteine ​​chimice (compuși complecși formați din și acizi nucleici), particulele în sine erau încă evazive și misterioase, deoarece erau prea mici pentru a fi detectate. trebuia văzută cu ajutorul unei lumini. De aceea, virusurile au fost printre primele structuri biologice care au fost studiate la microscopul electronic imediat după inventarea sa în anii treizeci ai secolului XX.

2.4.2. Proprietățile virușilor

Virușii au următoarele proprietăți.

Ne vom uita la aceste proprietăți mai detaliat mai jos.

Dimensiuni

Virușii sunt cele mai mici organisme vii, a căror dimensiune variază de la 20 la 300 nm; în medie sunt de cincizeci de ori mai mici. Ele nu pot fi văzute cu un microscop cu lumină și trec prin filtre care țin bacteriile afară.

Origine

Cercetătorii se întreabă adesea dacă virușii sunt în viață? Dacă orice structură care are material genetic (ADN sau ARN) și este capabilă de auto-replicare este considerată vie, atunci răspunsul ar trebui să fie afirmativ: da, virușii sunt vii. Dacă, totuși, prezența unei structuri celulare este considerată un semn al celor vii, atunci răspunsul va fi negativ: virușii nu sunt vii. La aceasta trebuie adăugat că în afara celulei gazdă, virușii sunt incapabili de auto-replicare.

Pentru o înțelegere mai completă a virușilor, este necesar să se cunoască originea acestora în procesul evolutiv. Există o presupunere, deși nu este dovedită, că virușii sunt material genetic care odată „a scăpat” din celulele procariote și eucariote și și-au păstrat capacitatea de a se reproduce atunci când au revenit în mediul celular. În afara celulei, virușii sunt într-o stare complet inertă, dar au un set de instrucțiuni (codul genetic) necesar pentru a reintra în celulă și, subordonându-l instrucțiunilor lor, fac multe copii identice cu ei înșiși (virusul) . Prin urmare, este logic să presupunem că în procesul de evoluție, virușii au apărut mai târziu decât celulele.

Structura

Structura virușilor este foarte simplă. Ele constau din următoarele structuri:

1. miez- material genetic reprezentat fie de ADN, fie de ARN; ADN-ul sau ARN-ul poate fi simplu sau dublu catenar;
2. capside- o înveliș proteic protector care înconjoară miezul;
3. nucleocapsidă- o structură complexă formată din miez și capsidă;
4. scoici- unele virusuri, precum virusurile HIV si gripale, au un strat suplimentar de lipoproteine ​​derivat din membrana plasmatica a celulei gazda;
5. capsomere- subunități repetate identice, din care se construiesc adesea capside.

Orez. 2.16. Reprezentarea schematică a unui virus într-o secțiune.

Forma generală a capsidei este caracterizată de un grad ridicat de simetrie, ceea ce determină capacitatea virusurilor de a se cristaliza. Acest lucru face posibilă studierea lor atât prin cristalografie cu raze X, cât și prin microscopie electronică. De îndată ce subunitățile virusului sunt formate în celula gazdă, ele se pot autoasambla imediat într-o particulă virală completă prin auto-asamblare. O diagramă simplificată a structurii virusului este prezentată în Fig. 2.16.



Orez. 2.17. A. Icosaedru. B. Micrografie electronică a virusului herpes simplex, obținută prin metoda contrastului negativ (nu preparatul în sine este colorat, ci fundalul său). Acordați atenție cât de clar sunt vizibile detaliile structurii virusului. Capsomere individuale sunt vizibile exact acolo unde colorantul a pătruns între ele.

Structura capsidei este caracterizată de anumite tipuri de simetrie, în special poliedrică și elicoidală. Un poliedru este un poliedru. Cea mai comună formă poliedrică în viruși este icosaedrul, care are 20 de fețe triunghiulare, 12 colțuri și 30 de muchii. Pe fig. 2.17, Și vedem un icosaedru regulat, iar în fig. 2.17, B - virusul herpetic, în particula căruia 162 de capsomere sunt organizați într-un icosaedru.



Orez. 2.18. A. Structura virusului mozaicului tutunului (TMV); este vizibilă simetria elicoidală a capsidei. Este prezentată doar o parte a virusului în formă de tijă. Cifra este construită pe baza rezultatelor analizei structurale cu raze X, a datelor biochimice și a studiilor microscopice electronice. B. Micrografie electronică a virusului mozaicului tutunului, obținută prin metoda contrastului negativ (x 800.000). Capsida (cochilia) este formată din 2130 capsomere identici de proteine. B. Plantă de tutun infectată cu TMV. Acordați atenție petelor caracteristice din acele locuri în care țesutul frunzelor moare.

O ilustrare clară a simetriei spirale poate fi văzută în Fig. 2.18, virusul mozaicului de tutun care conține ARN B (TMV). Capsida acestui virus este formată din 2130 de capsomere proteici identici. TMV a fost primul virus izolat în forma sa pură. Când sunt infectate cu acest virus, pe frunzele unei plante bolnave apar pete galbene - așa-numitul mozaic de frunze (Fig. 2.18, B). Virușii se răspândesc foarte repede, fie mecanic atunci când plantele sau părțile plantelor bolnave intră în contact cu plantele sănătoase, fie prin aer prin fumul de țigară produs din frunzele infectate.



Orez. 2.19. A. Structura bacteriofagului T2. B. Micrografie electronică a unui bacteriofag obţinut prin contrast negativ.

Virușii care atacă bacteriile formează un grup numit bacteriofagi sau doar fagi. Unii bacteriofagi au un cap și o coadă icosaedrice distincte cu simetrie elicoidală (Fig. 2.19). Pe fig. 2.20 și 2.21 sunt reprezentări schematice ale unor viruși, ilustrând dimensiunea relativă și structura generală a acestora.



Orez. 2.20. Mai multe reprezentări schematice simplificate ale virușilor, reflectând diferența de simetrie și dimensiunea acestora. Fagul T2 este prezentat cu filamente de coadă pe care fagul le eliberează înainte de a infecta celula; la fag? nu există fire ale procesului caudal.



Orez. 2.21. Structura virusului imunodeficienței umane (HIV), care este un retrovirus. Capsida în formă de con este formată din capsomere aranjate în spirală. Capsida a fost tăiată în față pentru a arăta două copii ale genomilor ARN. Sub acțiunea unei enzime numită transcriptază inversă, informațiile codificate în aceste catene de ARN monocatenare sunt transcrise în catenele de ADN dublu catenar corespunzătoare. Capsida este înconjurată de un înveliș proteic ancorat în stratul dublu lipidic, un înveliș derivat din membrana plasmatică a celulei gazdă. Acest plic conține glicoproteine ​​virale încorporate în el, care, prin legarea specifică de receptorii celulelor T, asigură pătrunderea virusului în celula gazdă.

Virușii sunt formați din diferite componente:

• a) materialul genetic de bază (ADN sau ARN). Aparatul genetic al virusului transportă informații despre mai multe tipuri de proteine ​​care sunt necesare pentru formarea unui nou virus: gena care codifică reversul transcriptaza și altele.
• b) o înveliș proteic, care se numește capsidă. Învelișul este adesea construit din subunități identice care se repetă - capsomere. Capsomerele formează structuri cu un grad ridicat de simetrie.
• c) înveliș suplimentar de lipoproteine. Se formează din membrana plasmatică a celulei gazdă. Apare doar la virusuri relativ mari (gripa, herpes).

O particulă infecțioasă complet formată se numește virion.

Structura schematică a virusului: 1 - miez (ARN monocatenar); 2 - înveliș proteic (capsidă); 3 - membrana lipoproteica suplimentara; 4 - capsomere (părți structurale ale capsidei).

Virușii nu pot fi văzuți cu un microscop optic deoarece sunt mai mici decât lungimea de undă a luminii. Ele pot fi văzute doar cu un microscop electronic. Virușii nu au o structură celulară. Fiecare particulă virală are o structură foarte simplă - constă dintr-un purtător de informații genetice situat în centru și o înveliș. Materialul genetic este o moleculă scurtă de acid nucleic, care se formează miez virus. Acidul nucleic din diferite virusuri poate fi reprezentat prin ADN sau ARN, iar aceste molecule pot avea o structură neobișnuită: se găsesc ADN monocatenar și ARN dublu catenar. Cochilia se numește capside. Este format din subunități capsomere, fiecare constă din una sau două molecule de proteine. Numărul de capsomere pentru fiecare virus este strict constant (de exemplu, în capsida virusului poliomielitei există 60 dintre ei - nici mai mult, nici mai puțin, iar pentru virusul mozaicului tutunului - 2130 și nu 2129 și nu 2131). Uneori se numește acid nucleic împreună cu capside nucleocapsidă. Dacă particula de virus, cu excepția capsidei, nu mai are un plic, se numește simplă virus, dacă mai există unul - extern, virusul se numește complex . Învelișul exterior se mai numește supercapside , genetic, nu aparține virusului, ci provine din membrana plasmatică a celulei gazdă și se formează atunci când particula virală asamblată părăsește celula infectată. Astfel, o particulă virală constă doar din două clase de biopolimeri: acizi nucleici și proteine, în timp ce polizaharidele și lipidele trebuie să fie, de asemenea, prezente în orice celulă.

În fiecare virus, capsomerele capsidelor sunt aranjate într-o ordine strict definită, datorită căreia ia naștere un anumit tip de simetrie. Cu spirală simetrie capsida capătă formă tubulară (virusul mozaic al tutunului) sau sferică (virusuri animale care conţin ARN). Cu simetrie cubică capsida are forma unui icosaedru (cu douăzeci de fețe), virusurile izometrice au o astfel de simetrie. În cazul simetriei combinate, capsida are formă cubică, iar acidul nucleic aflat în interior este stivuit spiralat. Geometria corectă a capsidei permite chiar și particulelor virale să formeze structuri cristaline împreună.