Xreferat.com » Рефераты по биологии » Біологія та екологія бактеріофагів

Біологія та екологія бактеріофагів

Міністерство освіти і науки України


Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка


Хіміко-біологічний факультет


Кафедра загальної біології


КУРСОВА РОБОТА

Біологія та екологія бактеріофагів


Виконала:

студент ІV курсу

Назимок Ю.М.


Чернігів - 2007

Зміст


Вступ

Розділ 1. Особливості біології вірусів

1.1 Морфологія вірусів

1.2 Хімічний склад вірусів

1.3 Репродукція вірусів

Розділ 2. Поняття про бактеріофаги, їх особливості

2.1 Морфологія фагів

2.2 Хімічний склад фагів

2.3 Антигенні властивості фагів

2.4 Взаємодія фагів з бактеріями

Розділ 3. Культивування, практичне значення вірусів та бактеріофагів

Висновок

Список використаної літератури


Вступ


Надзвичайно важливим серед досягнень мікробіології останньої чверті XIX ст. є відкриття неклітинних форм життя — вірусів. Тоді багато вчених вважали, що бактерії є найменшими і найпростішими організмами, і що саме вони стоять на межі живої і неживої природи.

Захворювання рослин, тварин і людини, вірусна природа яких у даний час установлена, у протягом багатьох сторіч завдавали шкоди господарству і шкода здоров'ю людини. Хоча багато з цих хвороб були описані, але спроби встановити їхню причину і виявити збудник залишались безуспішними.

У 1915 р. англійський бактеріолог Ф. Туорт, а в 1917 р. канадієць Ф. д'Ерель, незалежно один від одного, відкрили віруси бактерій, названі д'Ерелем бактеріофагами («пожирачі бактерій»). Однак слід зазначити, що ще за 19 років до цього відкриття, в 1898 p., вітчизняний мікробіолог М.Ф.Гамалія описав явище лізису бацил сибірки під впливом невідомого агента, названого вченим бактеріолізином.

Отже, протягом 25 років було відкрито віруси, що уражують усіх представників царства природи: рослини, тварини і мікроорганізми. Проте упродовж багатьох років віруси не привертали до себе особливої уваги.

Мета роботи: проаналізувати біологічні та екологічні особливості бактеріофагів.

Завдання роботи:

проаналізувати особливості біологічної організації вірусів;

охарактеризувати бактеріофагів;

розкрити значення вірусів та бактеріофагів, їх використання в культивуванні.


Розділ 1. Особливості біології вірусів


1.1 Морфологія вірусів


На різних етапах розвитку вірус існує в різних формах, а тому складається враження, що віруси є дуже лабільними. Проте дослідження показують, що кожен вид вірусів має певні, властиві тільки йому, ознаки. Найхарактерніші властивості для кожного виду мають зрілі форми вірусів, які називають віріонами .

Розміри різних вірусів коливаються від 8 до 750 нм (табл. 1).

До групи великих вірусів можна віднести віріони віспи, пситакозу, трахоми, мозаїки цукрових буряків, Х-вірус картоплі та ін. Середні розміри мають віруси грипу, сказу, герпесу тощо. Дуже малі розміри у віріонів енцефаліту, поліомієліту, ящуру та багатьох фітопатогенних вірусів. Цікаво, що найбільші за розмірами віруси наближаються до малих бактерій, наприклад мікоплазм, а найменші — до макромолекул білка.

Результати електронно-мікроскопічних досліджень показали, що за формою віруси поділяються на такі групи.


Таблиця 1 Розміри деяких вірусів (нм)

Вірус Метод визначення

Ультрафільтрація Ультрацентрифугування Електронна мікроскопія
Тютюнової мозаїки (ВТМ) 15-25 15-3000
Мозаїки цукрових буряків, кавунів, Х-вірус картоплі 730-750
Коров'ячої віспи 125-175 170-180 227-305
Герпесу 100-150 180-220 133-233
Грипу А 80-120 70-116 123±1,18
Поліомієліту 8-12 28 8-27
Ящуру 8-12 17-20 20-32

Паличкоподібні — віруси тютюнової мозаїки (ВТМ), штрихуватої мозаїки ячменю та багато інших (рис. 1).


Біологія та екологія бактеріофагів

Рис. 1. Електронна фотографія вірусу тютюнової мозаїки, контрастованого ФВК


Ниткоподібні — віруси жовтяниці цукрових буряків, мозаїки пшениці, квасолі, сої, кавунів, Х-вірус картоплі.

Сферичні — віруси грипу, курячої саркоми, японського енцефаліту, кору, паротиту, арбовіруси, віруси лейкозу курей і мишей.

Кубоідальні — віруси вісповакцини, натуральної віспи, аденовіруси, ентеровіруси, реовіруси, віруси папіломи людини і тварин тощо.

Булавовидні — віруси бактерій (бактеріофаги).

Форми вібріонів визначаються будовою білкової оболонки, в середині якої міститься нуклеїнова кислота (ДНК або РНК). Оболонку вібріонів називають капсидом, а структуру, яка містить нуклеїнову кислоту і капсид, — нуклеокапсидом.

Капсиди вірусів утворені з білкових субодиниць, що стереотипно повторюються в структурі та хімічній будові віріона. Згідно з кристалографічними закономірностями, майже всі віруси за структурою капсиду (типом симетрії) поділяються на три великі групи: спіральні, поліедричні, що являють собою ікосаедри - правильні багатогранники, і віруси з комбінованим типом симетрії.

Віруси зі спіральною симетрією. Вірус тютюнової мозаїки (ВТМ) є типовим представником таких вірусів. Взагалі ВТМ є унікальним у багатьох відношеннях. Він був першим з відкритих вірусів, першим його виділено в чистому вигляді і викристалізовано, на ньому вперше було відкрито існування субодиниць і показано, що інфекційність вірусу пов'язана тільки з нуклеїновою кислотою. Зрештою саме

ВТМ уперше розділено на білок та інфекційну РНК і знову відтворено вірус із цих компонентів. ВТМ є першим вірусом, в якому розшифровано послідовність амінокислотних залишків у пептидному ланцюгу білкової молекули. За сучасними даними, ВТМ має форму порожнього циліндра діаметром 15 нм і завдовжки 300 нм. Модель і загальний вигляд цього вірусу подано на рис. 2.


Біологія та екологія бактеріофагів

Рис. 1 Модель будови вірусу тютюнової мозаїки:

1 — нуклеїнова кислота; 2 — білкові субодиниці капсиду


Вібріон ВТМ містить одноланцюгову РНК, його капсид складається з однакових, розміщених спірально, білкових субодиниць. У кожній спіралі на три витки припадає 29 субодиниць, кожна з яких є білковою молекулою з молекулярною масою 17 530. Загалом віріон містить 2130 (±2 %) ідентичних білкових субодиниць. Спіральний тип симетрії характерний не тільки для фітопатогенних вірусів, його знайдено і у вірусів, що вражають тварин і бактерії.

Віруси з кубічною симетрією (ізометричні віруси). Застосування рентгеноструктурного аналізу у вірусологічних дослідженнях показало, що у багатьох видів вірусів вібріони мають правильний багатогранний капсид (оболонку) у вигляді ікосаедра, всередині якого міститься нуклеїнова кислота. Рентгенограми вібріонів кущистої карликовості томатів, жовтої мозаїки турнепсу, поліомієліту з великою точністю показали, що вони мають кубічну симетрію. Із кристалографії відомо, що існують три типи фігур з кубічною симетрією: тетраедр (осі симетрії 2:3, найменша кількість структурних одиниць 12), октаедр (осі симетрії 4:3:2, число структурних одиниць 24) та ікосаедр, або двадцятигранник (осі симетрії 5:3:2, кількість субодиниць 60).

Електронно-мікроскопічне вивчення будови ікосаедричних вірусів (рис. 3) виявило на їхній поверхні структурні елементи, які є комплексами білкових субодиниць. Ці структурні елементи дістали назву капсомерів, або морфологічних субодиниць. Виявляється, що ікосаедрична форма є «вигідною» природною структурою тому, що при цьому великою мірою заощаджується білковий матеріал для будови капсиду віріона, а також ще й тому, що для утворення ікосаедра потрібна мінімальна кількість енергії.


Біологія та екологія бактеріофагів

Рис. 3. Схематичне зображення структури деяких ікосаедричних вірусів із складним капсидом:

А — аденовірус (1 — тонкі вирости на вершинах ікосаедра, 2 — білковий капсид, який складається із структурних одиниць капсомерів, 3 — ДНК); Б — вірус герпесу (4— капсид, 5 —ДНК, б— оболонка з виростами); В — вірус саркоми Рауса (7 — оболонка з виростами, 8 — нуклеокапсид, 9 — другий зовнішній капсид)


Віруси з комбінованим типом симетрії. Представники цієї групи вірусів є складніше організованими. Вони мають нуклеокапсид, який характеризується кубічною симетрією, а розміщений усередині його нуклеопротеїд укладений спірально. Добре вивченим представником складніше побудованих вірусів є вірус мозаїки люцерни (ВМЛ). Морфологічні субодиниці ВМЛ, на відміну від інших вірусів, характерно укладені у вигляді пента- і гексамерів: частково за вимогами гвинтової і частково — кубічної симетрії. Комбінований тип симетрії мають віруси вісповакцини, лейкозів, сарком тощо.

До цієї групи складніше організованих вірусів належать і деякі види фагів, що мають два різних типи симетрії (головка й відросток). У великих, зокрема Т-парних, фагів головка має ікосаедричну форму, а відростки — гвинтову симетрію і є органами прикріплення до клітин бактерій.


1.2 Хімічний склад вірусів


Для успішного вивчення хімічного складу різних вірусів насамперед потрібно мати чисті препарати. Більшість методів очистки вірусів включає ультрацентрифугування, хроматографію тощо. Кінцева мета очистки — одержати препарати, що містять тільки інфекційні вірусні частинки, які можна використати для вивчення як структури, так і хімічного складу вірусів. Очищені препарати багатьох вірусів можуть кристалізуватися.

Д.Й. Івановський першим спостерігав у листках тютюну, ураженого мозаїчною хворобою, включення, які тепер називають кристалами Івановського.

Елементарний склад вірусних частинок такий (%): вуглець — 50; кисень — 20; водень — 7; азот — 16; фосфор — 0,4—0,5; сірка — 0,1-0,2; зольні елементи — 2,5.

Незважаючи на значні відмінності в будові та хімічному складі різних вірусів, усі вони мають два основні компоненти: нуклеїнову кислоту і білковий капсид (оболонку). У деяких вірусів нуклеокапсид може бути оточеним другою зовнішньою оболонкою, яка має ліпідну, ліпопротеїдну або гліколіпопротеїдну природу. Таку оболонку прийнято позначати терміном «суперкапсид». У складніше організованих вірусів окрім суперкапсида є ще одна проміжна оболонка — білкова мембрана, що оточує розміщений в центрі нуклеокапсид, який утворює структуру так званого нуклеоїда. Крім названих компонентів, до складу всіх вірусів входять катіони металів.

У найпростіших вірусів, наприклад у ВТМ, капсид складається з ідентичних субодиниць білка, які містять 158 амінокислот ВТМ. 21301100 пептидних ланцюжків субодиниць капсиду укладені по спіралі так, що виникає порожній циліндр завдовжки 300 нм і діаметром 15 нм.

У складніше організованих вірусів білкова оболонка складається з кількох білків, наприклад в аденовірусів виявлено близько 10 різних структурних білків, які беруть участь у формуванні капсида і серцевини вібріону. Крім структурних білків, у складі вірусних частинок виявлено також ферментні білки. Це, зокрема, РНК-залежна РНК полімераза (транскриптаза), РНК-залежна ДНК полімераза (ревертаза), АТФ-аза бактеріофагів зі скоротливими чохлами відростків та багато інших. Є дані, що ці ферменти кодуються вірусним геномом.

Цікаво, що вірусний білок, зокрема багатьох паличкоподібних вірусів, має здатність до самозбирання (упорядкованої агрегації), тобто, зруйнований до субодиниць за певних умов, він може знову відновлюватися до вихідного стану. Пояснити це можна тим, що впорядкований агрегат білка (капсид) має найменшу вільну енергію порівняно з мономерними пептидними ланцюгами. Тому самозбирання капсидів, як і будь-який процес, що веде до зменшення вільної енергії системи, може відбуватися спонтанно.

Якщо не брати до уваги індивідуальні функції, властиві тим чи іншим білкам у конкретних видів вірусів, то взагалі вірусні білки як компонент вібріону виконують захисну, адресну і регуляторну функції. С. Лурія і Дж. Дарнелл (1970) розрізняють серед білків, що утворюються під час вірусної інфекції, три групи: 1) білки, які можуть каталізувати реплікацію нуклеїнової кислоти вірусу; 2) білки структурні, що входять до складу нових вібріонів; 3) білки, які можуть змінювати деякі функції або структури клітин хазяїна.

Основним компонентом вірусів є також нуклеїнові кислоти (РНК або ДНК). Раніше вважали, що віруси рослин містять РНК. Однак у 1968 р. було виявлено, що вірус мозаїки цвітної капусти містить дволанцюгову молекулу ДНК. Більшість вірусів рослин містять одноланцюгову лінійну РНК. В одних видів тваринних вірусів знайдено ДНК, в інших — РНК. Бактеріофаги містять ДНК.

На відміну від клітинних організмів, у вірусів, на додаток до двох основних типів нуклеїнових кислот, є також одноланцюгові ДНК і дволанцюгові РНК.

Одноланцюгова ДНК фагів має кільцеву форму, а вірусів, які уражають еукаріотні клітини, — лінійну. Вторинна структура одно-ланцюгової ДНК вірусного походження нічим не відрізняється від макромолекулярної організації одноланцюгових РНК.

Дволанцюгова РНК, вперше відкрита у реовірусів, виявилась досить поширеною в царстві вірусів. Вторинна структура РНК являє собою досконалу подвійну спіраль, що містить два комплементарні полірибонуклеотидні ланцюги.

Слід зазначити, що дволанцюгова ДНК Т-парних фагів відрізняється від ДНК інших вірусів тим, що замість цитозину містить 5-оксиметилцитозин і глюкозу, приєднану до деяких оксиметильних груп оксиметилцитозину.

Крім білків і нуклеїнових кислот, до складу вірусних частинок можуть входити ліпіди, вуглеводи та інші речовини. Ліпіди виявлені у складно організованих вірусів. Вони містяться переважно в складі ліпопротеїдної оболонки (суперкапсида) і формують її ліпідний бімолекулярний шар, в якому містяться суперкапсидні білки.

Вважають, що ліпідний компонент стабілізує структуру вібріону. Характерним для вірусів, які містять ліпіди, є те, що без винятку всі ліпіди у них не кодуються геномом, а мають клітинне походження.

Вуглеводи у вірусів входять до складу глюкопротеїдів. Кількість їх може становити понад 10 % у перерахунку на масу вібріону.

Вуглеводний компонент глюкопротеїдів вірусу відіграє істотну роль у структурі та функції білка. Він є каркасом для локальних ділянок глюкопротеїду, забезпечуючи збереження конформації білкової молекули, і зумовлює її захист від ферментів протеаз.

Віруси — облігатні внутрішньоклітинні паразити, тобто вони можуть рости і розвиватися тільки всередині живих клітин хазяїна. Ось чому протягом багатьох років, починаючи з досліджень Д. Й. Івановського, вченим не вдавалося виростити віруси на звичайних природних і синтетичних поживних середовищах, на яких добре культивуються бактерії, гриби та інші мікроорганізми. Деякі віруси людини ще й досі не вдається культивувати в лабораторних умовах.

З метою вирощування і нагромадження вірусів тварин, рослин і мікроорганізмів широко застосовуються культури органів, клітин, ембріони курчат, лабораторні тварини, сприйнятливі рослини тощо.


1.3 Репродукція вірусів


Зважаючи на складність процесу репродукції та його кардинальну відмінність від розмноження прокаріотів, вчені розробили низку методів для вивчення проникнення вібріонів у живу клітину хазяїна. Часто використовують метод змішування певної кількості вірусів із суспензією клітин з наступним відокремленням клітин центрифугуванням і визначенням вмісту вірусів у надосадовій рідині. При використанні хімічних методів застосовують так званий мічений вірус, в якого один з компонентів (білок або нуклеїнова кислота) має радіоактивну мітку. З морфологічних методів найчастіше використовують електронну мікроскопію.

Завдяки сучасним методам дослідження вченим вдалося встановити складний характер взаємодії вірусу з клітиною хазяїна. Залежно від властивостей вірусу і сприйнятливої клітини, а також умов зовнішнього середовища, розрізняють такі основні типи взаємодії вірусу з клітиною: а) розмноження вірусу призводить до руйнування і загибелі клітини (такий тип взаємодії дістав назву продуктивної інфекції, а віруси — вірулентних); б) взаємодія, при якій клітини залишаються живими, а дозрілі вібріони не утворюються, називається абортивною інфекцією; в) геном вірусу інтегрується (об'єднується) з генетичним апаратом клітини і під час поділу клітини може тривалий час передаватися в дочірні клітини. Однак через деякий час, за певних умов, у клітині може початися розмноження вірусу, яке призводить клітину до загибелі. Такий тип взаємодії дістав назву вірогенії.


Біологія та екологія бактеріофагів

Рис. 4. Схема розмноження вірусу СНІД (за У.А. Хезелтайн, Ф. Вонг-Сталь, 1988):

1 — заражена клітина перебуває в латентному стані; 2 - у клітині починається помірне розмноження вірусу; 3 — лізис (руйнування) клітини і вихід вірусних частинок назовні. Інфекція ВІЛ починається з того, що вібріон приєднується до сприйнятливої клітини. При цьому оболонка вірусу і мембрана клітини зливаються так, що серцевина вірусної частинки, яка містить крім білків генетичний матеріал вірусу — РНК, опиняється в цитоплазмі клітини. Тут зворотна транскриптаза, яка міститься в серцевині, синтезує одноланцюгову ДНК, комплементарну вірусній РНК. Далі ця РНК розщеплюється і синтезується другий ланцюг, що є комплементарним першому. Дволанцюгова вірусна ДНК (провірус) проникає в ядро і вбудовується в хромосомну ДНК клітини. В такій латентній (прихованій) формі вірус може існувати, не виявляючи себе, тривалий час (1). У випадку активації провірусу, за допомогою клітинного механізму транскрипції утворюються РНК-копії провірусу і мРНК. За цими мРНК на рибосомах клітини синтезуються вірусні білки, з них і РНК-копій формуються нові віріони. Вони покидають клітину, відбруньковуючись від її поверхні. Якщо репродукція ВІЛ відбувається помірно, то заражена клітина може залишатися цілою і життєздатною (2). Якщо ж реплікація вірусу буде дуже інтенсивною, то відбувається руйнування (лізис) клітини, і вона гине (3)


При першому типі взаємодії розмноження вірусу відбувається шляхом послідовного перебігу таких стадій: 1) адсорбція вірусу на клітинах; 2) проникнення вірусу в клітину; 3) роздягання (депротеїнізація оболонки) вірусу в клітині; 4) транскрипція нуклеїнової кислоти; 5) трансляція інформаційних РНК; 6) реплікація генома; 7) складання вірусних компонентів і вихід дозрілих вібріонів з клітини хазяїна (рис. 4).

Адсорбція. Першу стадію проникнення вірусів у клітину — прикріплення їх до клітинної стінки, можливе через електростатичну взаємодію позитивно і негативно заряджених угруповань на поверхні вірусу і клітини, — називають адсорбцією. Це високо специфічний процес. Структури вібріону, що уможливлюють його адсорбцію на клітині, називаються вірусними рецепторами або прикріплюючими білками, оскільки вони «впізнають» специфічні угруповання на мембрані клітини і зумовлюють прикріплення до них вірусу.

Кількість специфічних рецепторів на поверхні клітини може складати до 105 на одну клітину. Наявність відповідних рецепторів — один із важливих факторів, що визначають можливість чи неможливість для даного вірусу спричиняти інфекційний процес у клітині. Саме відсутністю специфічних рецепторів пояснюють стійкість деяких клітин і організмів до зараження певними вірусами.

Після того, як вібріон адсорбувався на поверхні клітини, починається друга стадія — проникнення його в клітину. Перехід цілого вібріону крізь цитоплазматичну мембрану може відбуватися шляхом віропексису (піноцитозу) або внаслідок злиття цитоплазматичної мембрани з оболонкою вібріону. Вважається, що ці механізми доповнюють один одного. Фітопатогенні віруси можуть проникати в рослинну клітину за допомогою комах-переносників при вегетативному розмноженні, під час догляду за рослинами тощо, а деякі бактеріофаги проникають крізь клітинну стінку шляхом ін'єкції.

Більшість оболонкових і без оболонкових вірусів тварин проникають у клітину шляхом рецепторного ендоцитозу, який відбувається в певних ділянках цитоплазматичної мембрани, в спеціальних заглибленнях, на дні яких містяться специфічні рецептори. Заглиблення забезпечують швидку інвагінацію і утворення вкритих особливим білком, клатрином, внутрішньоклітинних вакуолей. Ендоцитоз уможливлює внутрішньоклітинний транспорт вірусу в складі ендоцитарної вакуолі. Остання може рухатися в будь-якому напрямі і зливатися з клітинними мембранами, і при цьому звільнювати вірусну частинку у відповідних ділянках всередині клітини.

Депротеїнізація оболонки. Наступною стадією є «роздягання», тобто звільнення нуклеїнової кислоти вірусу від захисної оболонки, яка перешкоджає експресії вірусного геному. «Роздягання» низки вірусів відбувається за допомогою ферментів у спеціалізованих органелах клітини (лізосомах, диктіосомах), перинуклеарному просторі, ядерних порах, на ядерній мембрані тощо. Цей поступовий процес є результатом серії послідовних реакцій.

Транскрипція. У наступній стадії здійснюється процес транскрипції звільненої від оболонок нуклеїнової кислоти вірусу, тобто переписування інформації, яка міститься в ДНК, на РНК за законами генетичного коду і за допомогою РНК-полімерази. Продуктами транскрипції в клітині є іРНК. У ДНК-вмісних вірусів іРНК синтезується на матриці однієї із ниток ДНК. Схема перенесення генетичної інформації у цих вірусів така ж, як і в клітини:


Біологія та екологія бактеріофагів


РНК-вмісні віруси, у яких генетична інформація зберігається не в ДНК, а в РНК, зокрема у РНК-вмісних «плюс-ниткових» вірусів, що в них функції іРНК виконує сам геном, генетична інформація передається за такою схемою: РНК → білок (пікорнавіруси, тогавіруси, коронавіруси). У вірусів, геном яких не може виконувати функцію іРНК, у клітині синтезується комплементарна геному іРНК. У цьому випадку передача генетичної інформації здійснюється у такий спосіб: РНК → іРНК → білок. Сюди належать ортоміксовіруси, пара-міксовіруси та ті віруси, у яких геном представлений одноланцюговою РНК, а також реовіруси та деякі інші, геном яких складається з дволанцюгової РНК. Деякі віруси тварин — так звані ретровіруси — мають унікальний шлях передачі генетичної інформації. У них РНК переписується на ДНК, а ДНК інтегрує з геномом клітини і в його складі переписується на РНК, яка володіє функціями іРНК. Такі віруси мають вірусоспецифічний фермент, який переписує РНК на ДНК. Цей процес одержав назву зворотної транскрипції, а фермент — зворотної транскриптази (ревертаза). Вона також може синтезувати нитку ДНК на матриці ДНК (рис. 4).

Транскрипція деяких ДНК-вмісних вірусів (аденовірусів, вірусів герпесу та інших) відбувається в ядрі клітини за допомогою клітинних ферментів РНК-полімерази II та РНК-полімерази III. У РНК-вмісних вірусів транскрипція здійснюється вірусоспецифічними транскриптазами, які закодовані у вірусному геномі. Транскрипція вірусного генома регулюється протягом інфекційного циклу як клітинними, так і вірусоспецифічними механізмами.

Трансляція. Процес переведення генетичної інформації, яка міститься в іРНК, у специфічну послідовність амінокислот у молекулі білка називається трансляцією. Саме в результаті трансляції іРНК відбувається синтез білка в клітині. Він здійснюється на рибосомі, яка складається з двох субодиниць — великої і малої. Субодиниці містять рибосомальні РНК і білки.

У клітині завжди є РНК, які транспортують в рибосоми амінокислоти, їх називають транспортними (тРНК). Кожна амінокислота переноситься відповідною тРНК. Три нуклеотиди на іРНК, що кодують одну амінокислоту, називаються триплетом або «кодоном». На кінці тРНК є три нуклеотиди, комплементарні кодону, — це «антикодон». Останній відповідає за прикріплення до певного місця іРНК (кодону). Тільки після утворення на рибосомі потрійного комплексу: ІРНК — тРНК — АК може початися процес трансляції.

Трансляція перебігає у три фази: ініціація, елонгація і термінація.

Ініціація — найважливіший етап в процесі трансляції. Він ґрунтується на пізнанні рибосомою іРНК і зв'язуванні з її особливими ділянками. Рибосома «упізнає» іРНК завдяки «шапочці» на 5'-кінці і сковзує до 3'-кодону, доки не досягне ініціаторного кодону, з якого починається трансляція. В еукаріотній клітині ініціаторним кодоном є кодон АУГ або ГУГ, що кодують амінокислоту метіонін. З цієї ініціаторної амінокислоти починається синтез поліпептидного ланцюга. Він відбувається внаслідок приєднання залишків амінокислот через утворення між ними пептидних зв'язків і називається елонгацією. При цьому ланцюг іРНК протягується через рибосому і закодована у ній генетична інформація «декодується». ІРНК функціонує на декількох рибосомах, кожна з яких синтезує той самий поліпептидний ланцюг, який кодується даною ІРНК.

Термінація (закінчення) трансляції здійснюється тоді, коли рибосома доходить до термінуючого кодону в складі ІРНК. У цей момент синтез поліпептидного ланцюга (білкової молекули) закінчується і він звільняється від полірибосоми. Після цього полірибосоми розпадаються на субодиниці. Останні можуть входити до складу нових полірибосом.

Реплікація (від лат. replicatio — подвоєння) — синтез молекул нуклеїнової кислоти, які гомологічні геному. Реплікація геному ДНК-вмісних вірусів каталізується переважно клітинними ферментами; її механізм подібний до реплікації клітинної ДНК. Кожна синтезована молекула ДНК складається з однієї батьківської і однієї заново синтезованої дочірньої нитки. Це так званий напівконсервативний механізм реплікації.

Реплікація одноланцюгових ДНК (у парвовірусів) проходить з утворенням дволанцюгових проміжних реплікативних форм. Останні реплікуються за класичним напівконсервативним механізмом. Найкраще вивченим з цієї групи вірусів є фаг фх 174.

У вірусів, які містять кільцеві дволанцюгові ДНК (паповавіруси), розрізується один із ланцюгів ДНК, що приводить до розкручування супервитків на певній ділянці молекули.

Реплікація вірусних РНК відбувається в клітині за допомогою вірусоспецифічних ферментів. Реплікацію каталізує той самий фермент, що й транскрипцію (репліказа). При реплікації одноланцюгових РНК спочатку синтезуються комплементарні геному ланцюги, які, своєю чергою, стають матрицями для синтезу копій генома. Механізм реплікації дволанцюгової РНК добре вивчено у реовірусів, віріони яких також містять вірусоспецифічну РНК-полімеразу. Після проникнення віріону в клітину РНК-полімераза частково звільняється від білків, активується і здійснює синтез ІРНК, причому зчитування відбувається тільки з одного ланцюга батьківських молекул РНК, тобто за консервативним механізмом.

Синтез дволанцюгових дочірніх молекул РНК здійснюється асинхронно — на матриці батьківської РНК синтезуються комплементарні її ланцюги, які є матрицями для синтезу другого ланцюга РНК.

Синтез компонентів вірусних частинок може відбуватися в різних структурах ядра і цитоплазми. У деяких вірусів синтез вірусних нуклеїнових кислот проходить в ядрі, а синтез вірусних білків — в цитоплазмі. Отже, на відміну від бактерій та інших клітинних організмів, вірусам властивий диз'юнктивний (роз'єднаний) спосіб розмноження, який полягає в тому, що їхні компоненти синтезуються в клітині хазяїна відокремлено, неодночасно в різних місцях.

Складання вібріонів і вихід їх з клітини. Завершальним етапом внутрішньоклітинного існування вірусів є формування з новосинтезованих компонентів (НК і білків) нових вібріонів з властивою їм структурою та вихід дозрілих вірусних частинок з клітини.

Упродовж еволюції у вірусів виникли два способи перебігу цього завершального етапу. В аденовірусів, пікорнавірусів, реовірусів та деяких інших складання та дозрівання вібріонів йде усередині клітини. У вірусів, які мають оболонку (РНК-вмісні віруси з негативним геномом, ретровіруси та інші), складання вібріону і вихід його з клітини відбувається шляхом відбрунькування в зовнішнє середовище. Вважається, що це найбільш ефективний механізм виходу вірусу.

При диз'юнктивному розмноженні утворення вібріону можливе лише в тому випадку, якщо вірусні НК і білки володіють здатністю при достатній концентрації «упізнавати» один одного серед різноманітних клітинних білків і НК та спонтанно з'єднуватися. Білково-нуклеїнове «упізнавання» обмежено невеликою ділянкою нуклеїнової кислоти і визначається унікальною послідовністю нуклеотидів у некодуючій частині вірусного генома.

У простих вірусів спочатку формуються провібріони, які далі, в результаті модифікації білків, перетворюються на вібріони. Найпростіший механізм складання вібріонів спостерігається у вірусів зі спіральною симетрією. Так, у класичного представника таких вірусів — ВТМ — вібріони формуються самоскладанням, тобто спонтанною агрегацією за типом кристалізації.

У складних вірусів складання вібріонів здійснюється у кілька етапів з участю ядерних і цитоплазматичних мембран. Взаємодія нуклеїнової кислоти з внутрішніми білками приводить до формування нуклеокапсидів, які є проміжними структурами при складанні. У деяких вірусів є низка гідрофобних білків, які виконують функції посередників між сформованими нуклеокапсидами і вірусними оболонками. Механізм складання вібріонів РНК- і ДНК-вмісних вірусів досить складний і досі ще недостатньо вивчений.

Останньою стадією репродукції вірусів є вихід повністю сформованих вібріонів з клітини назовні. Це відбувається шляхом «вибуху» або брунькування. При першому способі спостерігається лізис (руйнування) і загибель клітини і вихід з неї дозрілих вібріонів. Це характерно для вірусів, які не мають ліпопротеїдної оболонки (адено-, пікорна-, рео-, парвовіруси та ін.).

Вихід із клітини шляхом брунькування властивий вірусам, які мають ліпопротеїдну мембрану, що є похідною клітинних мембран. При цьому способі клітина хазяїна може тривалий час зберігати життєздатність і продукувати вірус до повного виснаження своїх ресурсів.

Розглянутий нами процес розмноження властивий переважній більшості вірулентних вірусів, основною рисою яких є здатність автономно розмножуватися в інфікованій клітині, що, як правило, призводить до загибелі клітин хазяїна. Однак існує велика група так званих помірних вірусів, характерною рисою яких є здатність до інтеграції (об'єднання) вірусного генома з геномом клітини хазяїна. В цьому разі вірус у клітині нічим не виявляє своєї присутності і тривалий час існує «приховано» (екліпс), стаючи нібито складовою частиною генетичного матеріалу клітини.

Розділ 2. Поняття про бактеріофаги, їх особливості


2.1 Морфологія фагів


Терміни “бактеріофаги” і “бактеріофагія” стали загальновизнаними. Поряд з ними в літературі широко застосовується зручний термін “фаг”, на позначення і бактеріофагів, що вражають бактерій, і для відкритих дещо пізніше актинофагів (які вражають актиноміцети), альгофагів (що вражають деякі водорості).

Припущення, що бактеріофаги мають корпускулярну природу, було висунуто ще Ф.д'Ерелєм. Однак тільки після винайдення електронного мікроскопа вдалося побачити і вивчити ультраструктуру фагів. Нагадаємо, що довгий час уявлення про морфологію та основні особливості фагів ґрунтувалися на результатах вивчення фагів Т-групи — ТІ, Т2,..., Т7, які розмножуються на Е.соlі штаму В. Однак з кожним роком з'являлися нові дані щодо морфології і структури різноманітних фагів, що зумовило необхідність їхньої морфологічної класифікації.

Детальні електронно-мікроскопічні дослідження, в поєднанні з деякими фізико-хімічними методами вивчення фагів Т-групи, показали, що кожен фаг складається з різних морфологічних елементів.

Основні частини найкраще вивчених булавоподібних фагів становлять головка з білковою оболонкою — капсидом і відросток. Субодиниці капсиду називають капсомерами. Структурні елементи складних відростків дістали назву зовнішнього чохла, внутрішнього стрижня і базальної пластинки, відростка з зубцями і нитками.

А.С. Тихоненко (1972) поділяє фаги з огляду на ускладнення їхньої структури (що з еволюційної точки зору є найбільш доцільним) на п'ять

Похожие рефераты: