ГДЗ: Параграф § 45 / Биология 10 класс

Вирионы, или вирусные частицы, состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), которая является наследственным материалом, и белковой оболочки, называемой капсидом. У некоторых вирусов (например, вируса гриппа или ВИЧ) имеется дополнительная белково-липидная мембрана, образованная из мембраны клетки-хозяина. Различия между вирусами заключаются в типе нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), форме капсида (многогранник, спираль, палочка и т.д.) и наличии или отсутствии внешней мембраны.

Свойства, сближающие вирусы с живыми организмами:

• Наличие генетического материала (ДНК или РНК), обеспечивающего наследственность и изменчивость.
• Способность к размножению (репликации) внутри живой клетки.

Свойства, отличающие вирусы от клеточных организмов:

• Неклеточная форма организации.
• Неспособность к самостоятельному обмену веществ (метаболизму).
• Неспособность к размножению вне клетки-хозяина (облигатные внутриклеточные паразиты).
• Вне клетки-хозяина находятся в виде инертных, способных к кристаллизации частиц (вирионов).

Проникновение и размножение бактериофагов и ВИЧ

Бактериофаги: Прикрепляются к клеточной стенке бактерии с помощью хвостовых нитей, затем вводят свою ДНК в бактериальную клетку через хвостовой отросток. Внутри бактерии ДНК фага встраивается в геном или начинает реплицироваться, инициируя синтез новых фаговых белков и сборку новых вирионов. Бактериальная клетка погибает (лизируется), выпуская новые фаги.

ВИЧ (ретровирус): Прикрепляется к белковым рецепторам (CD4) клетки-мишени (Т-лимфоциты, макрофаги) и проникает в нее. Внутри клетки вирусная РНК с помощью фермента обратной транскриптазы превращается в двухцепочечную ДНК. Эта ДНК встраивается в геном клетки-хозяина. Затем происходит синтез вирусных РНК и белков, сборка вирионов и их выход из клетки почкованием, при этом мембрана клетки становится оболочкой вируса. Клетка-хозяин постепенно погибает или продолжает функционировать, производя вирусные частицы.

Различия:

• Бактериофаг вводит только ДНК; ВИЧ проникает полностью с РНК и обратной транскриптазой.
• Бактериофаг использует матрицу ДНК для репликации и синтеза белка; ВИЧ сначала использует РНК для синтеза ДНК (обратная транскрипция).
• Бактериофаг вызывает быстрый лизис клетки; ВИЧ часто вызывает постепенную гибель клетки или ее длительное существование как производителя вируса.

Обратная транскриптаза (ревертаза) – это фермент, который содержится в вирионах ретровирусов, таких как ВИЧ. Его основная роль – катализировать процесс обратной транскрипции: синтез одноцепочечной ДНК на матрице вирусной РНК ( \( \text{РНК} \implies \text{ДНК} \) ). Этот процесс является ключевым для ретровирусов, так как позволяет их генетическому материалу (ДНК-копии) встроиться в геном клетки-хозяина.

Сущность обратной транскрипции заключается в синтезе молекулы ДНК, используя в качестве матрицы молекулу вирусной РНК. Эту реакцию катализирует фермент обратная транскриптаза (ревертаза).

Для ретровирусов (например, ВИЧ) этот процесс критически важен, потому что их генетический материал — это РНК. Чтобы вирус смог размножаться и использовать белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина, ему необходимо встроить свою наследственную информацию в ее геном. Это возможно только в виде двухцепочечной ДНК-копии, которая синтезируется после обратной транскрипции.

Жизненный цикл ВИЧ включает следующие ключевые этапы:

• Прикрепление и проникновение: Вирион ВИЧ прикрепляется к белковым рецепторам клетки-мишени и проникает внутрь.
• Обратная транскрипция (стадии а и б на рис. 180): На матрице вирусной РНК с помощью обратной транскриптазы синтезируется одноцепочечная вирусная ДНК, затем происходит репликация, образуется двухцепочечная ДНК.
• Встраивание в ядро (стадия в): Двухцепочечная вирусная ДНК встраивается в ДНК ядра клетки-хозяина (провирус).
• Транскрипция (стадия г): На матрице провирусной ДНК синтезируются вирусные РНК.
• Трансляция (стадия д): На рибосомах клетки-хозяина синтезируются вирусные белки.
• Сборка вирионов (стадия е): Вирусные РНК и белки собираются в новые вирусные частицы.
• Выход из клетки (стадия ж): Новые вирионы выходят из клетки путем почкования, используя часть клеточной мембраны как свою внешнюю оболочку.

Вирусная ДНК (провирус), которая встроилась в ДНК ядра клетки-хозяина (например, в случае ВИЧ), может длительное время сохраняться в неактивном состоянии. В таком случае не происходит активной транскрипции вирусных генов, и вирионы не синтезируются. Клетка продолжает жить и делиться, передавая встроенную вирусную ДНК дочерним клеткам. Такая латентная (скрытая) инфекция может перейти в активную фазу под влиянием определенных внешних или внутренних факторов, активирующих транскрипцию вирусных генов.

Сходства:

• Все вирусы (вирус табачной мозаики (ВТМ), гриппа, полиомиелита, герпеса, ВИЧ, бактериофаг) имеют генетический материал (ДНК или РНК) и капсид (белковую оболочку).
• Все являются неклеточными частицами.

Различия:

• Форма: ВТМ – спиральный/палочковидный; полиомиелит, герпес – икосаэдр/многогранный; грипп, ВИЧ – округлые/сферические; бактериофаг – со сложной структурой (головка и хвост).
• Наличие оболочки: Грипп и ВИЧ имеют дополнительную белково-липидную мембрану; ВТМ, полиомиелит, бактериофаг ее не имеют.
• Тип нуклеиновой кислоты: ВТМ, грипп, ВИЧ – РНК-содержащие; герпес, бактериофаг – ДНК-содержащие.
• Сложность строения: Бактериофаги имеют сложную структуру с хвостовым чехлом и нитями; ВИЧ содержит обратную транскриптазу.

Основные вещества, составляющие вирусные частицы (вирионы):

• Нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК) – носители наследственной информации.
• Белки – составляют капсид и, возможно, ферменты (например, обратную транскриптазу у ретровирусов).
• У некоторых вирусов присутствует также липидно-белковая мембрана.

Примеры вызываемых болезней:

• Растения: Мозаичная болезнь табака.
• Животные и человек: Грипп, корь, оспа, полиомиелит, герпес, бешенство, СПИД (ВИЧ), гепатиты (печеночные поражения), диарея (кишечные расстройства).

Классификация вирусов по типу нуклеиновой кислоты

Вирусы можно разделить на две основные группы в зависимости от типа их генетического материала:

• ДНК-содержащие вирусы: Генетический материал представлен молекулой ДНК. Примеры: вирусы герпеса, бактериофаги.
• РНК-содержащие вирусы: Генетический материал представлен молекулой РНК. Примеры: вирус табачной мозаики (ВТМ), вирус гриппа, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вирус полиомиелита.

Открытие и строение вирусов

Открытие: Вирусы были открыты в 1892 году русским ученым Дмитрием Иосифовичем Ивановским в ходе изучения мозаичной болезни табака.

Сравнение строения:

• Вирус табачной мозаики (ВТМ): Имеет палочковидную форму, состоит из РНК и спирально уложенного капсида из субъединиц белка. Не имеет внешней оболочки.
• Вирус гриппа: Имеет округлую форму, содержит РНК, капсид и дополнительную белково-липидную оболочку.
• Вирус герпеса: Имеет многогранную (икосаэдральную) форму, содержит ДНК и имеет дополнительную оболочку.
• Бактериофаг: Имеет сложную структуру, состоящую из белковой головки с ДНК и хвостового отростка с базальной пластинкой и хвостовыми нитями. Не имеет внешней оболочки.
• ВИЧ: Имеет округлую форму, содержит две молекулы РНК, капсид, фермент обратную транскриптазу и внешнюю белково-липидную мембрану.

Значение обратной транскрипции

Обратная транскрипция – это процесс синтеза одноцепочечной ДНК на матрице РНК, который катализируется ферментом обратной транскриптазой (ревертазой). Этот процесс имеет решающее значение для ретровирусов (например, ВИЧ), так как он позволяет им «переписывать» свой РНК-геном в ДНК-форму. После этого ДНК-копия может быть встроена в геном клетки-хозяина (провирус), обеспечивая длительное сохранение вирусной наследственной информации и ее передачу дочерним клеткам при делении.