Морфология и ультраструктура вирусов

По строению различают 2 типа вирусных частиц: простые и сложные.

Внутренняя структура простых и сложных вирусов сходна.

Сердцевина вируса — вирусная нуклеиновая кислота — вирусный геном. Вирусный геном может быть представлен одной из 4 молекул РНК или ДНК: однонитчатыми и двунитчатыми РНК и ДНК. Большинство вирусов имеют один цельный или фрагментированный геном, имеющий линейную или замкнутую форму. Однонитчатые геномы могут иметь 2 полярности: 1) позитивную, когда вирионная нуклеиновая кислота одновременно служит и матрицей для синтеза новых геномов и выполняет роль и-РНК; 2) негативную, выполняющую только функцию матрицы. Геном вирусов содержит от 3 до 100 и более генов, которые делятся на структурные, кодирующие синтез белков, входящих в состав вириона, неструктурные и регуляторные, которые изменяют экспрессию генов клетки хозяина и регулируют скорость биосинтеза компонентов вирусов.

Ферменты вирусов кодируются неструктурными генами. К ним относятся: РНК-зависимая РНК-полимераза (транскриптаза), которая обнаружена у всех РНК-содержащих вирусов с негативной полярностью. Поксвирусы содержат ДНК-зависимую РНК-полимеразу. Ретровирусы имеют уникальный фермент — РНК-зависимую ДНК-полимеразу, называемую обратной транскриптазой. В геноме некоторых вирусов имеются гены, кодирующие РНК-азы, эндонуклеазы, протеинкиназы.

Снаружи нуклеиновая кислота покрыта белковым чехлом – капсидом, образуя комплекс — нуклеокапсид (в химическом смысле — нуклеопротеид). Капсид состоит из отдельных белковых субъединиц — капсомеров, которые представляют уложенную определенным образом полипептидную цепь, создающую симметричную конструкцию. Если капсомеры укладываются по спирали, такой тип укладки капсида носит название спиральной симметрии. Если капсомеры укладываются по граням многогранника (12-20-гранника), такой тип укладки капсида носит название икосаэдрической симметрии.

Капсид простых вирусов представлен a-спиральными белками, которые защищают геном от различных воздействий, выполняют рецепторную функцию у этой группы вирусов, обладают антигенными свойствами.

Сложные вирусы имеют дополнительную внешнюю оболочку — суперкапсид. В составе суперкапсида выделяют внутренний белковый слой (М-бе-лок), внешний объемный слой липидов и углеводов (компонентов мембран клетки-хозяина) и поверхностные гликопротеиды. Вирусспецифические гликопротеиды встраиваются в липидный бислой, образуя разные по форме выпячивания, выполняющие рецепторную функцию и обладающие антигенными свойствами. Структура и морфология вирионов различных вирусов представлена на рисунке.

Вирусы существуют в трех формах: 1) вирион (вирусная частица) — образуется внутри клетки, но местом нахождения является внеклеточная или внешняя среда. Это покоящаяся форма вируса; 2) внутриклеточный (вегетативный) вирус; 3) геном вируса, интегрированный с ДНК клетки-хозяина (провирус).

Взаимодействие вируса с клеткой.
Репродукция (размножение) вирусов

Вирусы — облигатные внутриклеточные паразиты, способные размножаться только в живой клетке. В отличие от прокариотических и эукариотических микроорганизмов вирусы не размножаются бинарным делением. Увеличение количественного содержания вирусов в клетке происходит путем репродукции (англ. «reproduce» — воспроизводить, делать копию), то есть посредством биосинтеза множества молекул нуклеиновых кислот и белков с последующей их самосборкой в форме вирионов. Синтез нуклеиновых кислот и белков вируса происходит в разных частях клетки (ядре и цитоплазме). Такой способ репродукции получил название дизъюнктивного (разобщенного).

Процесс внутриклеточной репродукции вирусов условно разделяют на
2 фазы. Первая фаза включает 3 стадии: 1) адсорбцию вируса на рецепторах

Рис. Примеры морфологии вирусов

определенных типов клеток; 2) проникновение вируса в клетку; 3) депротеинизацию вириона. Вторая фаза — синтетическая, включает стадии реализации стратегии вирусного генома: 1) транскрипцию, 2) трансляцию, 3) репликацию, 4) сборку, созревание вирусных частиц и 5) выход вирусных частиц из клетки.

Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т.е. с прикрепления вируса к поверхности клетки.

Адсорбция — специфическое связывание поверхностных белков вириона, комплементарных рецепторам мембраны клетки-мишени. По химической природе рецепторы, на которых фиксируются вирусы, относятся к двум группам белков: мукопротеидам и липопротеидам. Вирусы гриппа, парагриппа, аденовирусы фиксируются на мукопротеидных рецепторах. Энтеровирусы, вирусы герпеса, арбовирусы адсорбируются на липопротеидных рецепторах. В качестве рецепторов вирусы используют поверхностные молекулы клетки с известной функцией (молекула рецептора для компонента комплемента С3б — рецептор для вируса Эпштейна-Барр, молекула корецептора CD4⁺ — рецептор для ВИЧ, молекула рецептора для ацетилхолина — рецептор для вируса бешенства).

Адсорбция вирусных частиц происходит лишь при наличии в среде определенных электролитов, в частности ионов Са⁺⁺, которые нейтрализуют избыточные анионные заряды вируса и поверхности клетки и уменьшают электростатическое отталкивание. Адсорбция вирусов мало зависит от температуры. Ее начальные процессы носят неспецифический характер, являются результатом электростатического взаимодействия положительно и отрицательно заряженных структур на поверхности вируса и клетки, а затем наступает специфическое взаимодействие поверхностного белка вириона со специфическими группировками мембраны клетки. Простые вирусы человека и животных содержат рецепторные белки в составе капсида. У сложно организованных вирусов рецепторные белки входят в состав суперкапсида. Они могут иметь форму нитей (фибры у аденовирусов), либо шипов, грибоподобных структур у миксо-, ретро-, рабдо- и других вирусов. Вначале происходит единичная связь вириона с рецептором. Такое прикрепление непрочно и адсорбция носит обратимый характер. Для наступления необратимой адсорбции необходимы множественные связи между рецепторами вирусов и рецепторами клетки, т.е. стабильное мультивалентное связывание. Количество специфических рецепторов на поверхности одной клетки составляет 10⁴-10⁵. Рецепторы для некоторых вирусов, например, для арбовирусов, содержатся на клетках как позвоночных, так и беспозвоночных, для других вирусов — только на клетках одного или нескольких видов.

Проникновение вирусов человека и животных в клетку происходит двумя путями: 1) виропексисом (пиноцитозом); 2) слиянием вирусной суперкапсидной оболочки с клеточной мембраной. Бактериофаги имеют свой механизм проникновения, инъекционный или шприцевой, когда в результате сокращения белкового отростка фага нуклеиновая кислота впрыскивается в клетку.

Депротеинизация вируса — освобождение генома вируса от вирусных защитных оболочек, происходит с помощью либо вирусных, либо клеточных ферментов. Конечные продукты депротеинизации — нуклеиновые кислоты или нуклеиновые кислоты, связанные с внутренним вирусным белком.

Синтетическая фаза вирусной репродукции сопровождается биосинтезом и накоплением в клетке вирусных компонентов. Она включает следующие этапы:

1. Транскрипция — переписывание информации с ДНК или РНК вируса на и-РНК в соответствии со стратегией генома.

2. Трансляция — процесс перевода генетической информации, содержащейся в и-РНК, на специфическую последовательность аминокислот и синтез вирусспецифических белков или их предшественников.

3. Репликация — процесс синтеза молекул нуклеиновых кислот, гомологичных вирусному геному.

Реализация стратегии генома у ДНК-содержащих вирусов идет так же, как и в клетках хозяина:

ДНК ^{транскрипция} и-РНК ^{трансляция} белок.

У -РНК вирусов, т.е. вирусов с негативным геномом (вирусы гриппа, парагриппа и др.), путь реализации генома следующий:

-РНК ^{транскрипция} и-РНК ^{трансляция} белок.

У +РНК вирусов, т.е. с позитивным геномом (тогавирусы, пикорнавирусы), этап транскрипции отсутствует. Плюс-нить РНК генома выполняет функцию и-РНК, соответственно, путь реализации генома более прост:

+РНК ^{трансляция} белок.

Гепаднавирусы (вирус гепатита В) имеют в качестве генома циркулярную двуцепочечную ДНК. Их геном реплицируется через РНК интермедиат:

ДНК ^{транскрипция} РНК ^{обратная транскрипция} ДНК ^{транскрипция} и-РНК ^{трансляция} белок.

У ретровирусов (имеют геном в виде +РНК и фермент обратную транскриптазу) — уникальный путь передачи генетической информации:

РНК ^{обратная транскрипция} ДНК ^{транскрипция} и-РНК ^{трансляция} белок.

ДНК-копия интегрируется с геномом клетки-хозяина (провирус).

Процесс взаимодействия генома вируса с геномом клетки-хозяина является сложным и далеко не полностью изученным. Вместе с тем известно, что в этом процессе участвует более 200 генов клетки-хозяина. Функция более 80% из них угнетается, а примерно 20% генов — активируется.

После наработки клеткой вирусных компонентов наступает последняя стадия вирусной репродукции — сборка вирусных частиц и выход вирионов из клетки. Выход вирионов осуществляется двумя путями: 1) путем «взрыва» клетки, в результате чего она разрушается (цитолитическая инфекция). Этот путь присущ простым вирусам (пикорна-, рео-, папова- и аденовирусам); 2) выход из клеток путем почкования. Присущ вирусам, содержащим суперкапсид. При этом способе клетка сразу не погибает, может дать многократное вирусное потомство, пока не истощатся ее ресурсы (нецитолитическая инфекция).

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 373; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!