Я познаю мир. Вирусы и болезни

Схема строения вируса, покрытого липидной мембраной (оболочки частично вскрыты):1 – липидная мембрана; 2 – белок, выступающий из липидной мембраны; 3 – капсид вириона в виде многогранника; 4 – нить нуклеиновой кислоты в сердцевине вириона

Нуклеиновые кислоты вирусов

Молекулы нуклеиновых кислот состоят из отдельных звеньев – нуклеотидов, соединенных между собой в длинные нити. В зависимости от структуры нуклеотидов, из которых они состоят, нуклеиновые кислоты бывают двух типов: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Нуклеиновая кислота вируса может быть представлена либо молекулами РНК, либо молекулами ДНК. Вирусов, у которых имеются оба типа нуклеиновых кислот, не существует.

Нити нуклеиновой кислоты у разных вирусов имеют различную длину. Ее принято измерять количеством составляющих ее нуклеотидов или нуклеотидных пар, если нуклеиновая кислота двунитевая. РНК самых мелких вирусов состоит примерно из трех тысяч нуклеотидов. ДНК самых крупных вирусов состоит почти из 200 тысяч нуклеотидных пар.

На этом фрагменте сферической вирусной частицы видны: образованная белком оболочки (1) поверхность вирусной частицы и закрученная в спираль молекула вирусной нуклеиновой кислоты внутри вириона (2)

Структура вирусных ДНК: 1 – линейная ДНК в виде двойной спирали;2 – линейная однонитевая ДНК; 3 – кольцевая двунитевая ДНК; 4 – кольцевая однонитевая ДНК.

По большей части молекулы нуклеиновой кислоты значительно превосходят по размерам вирусные частицы, в которые они упакованы. Поэтому нуклеиновые кислоты внутри вириона аккуратно свернуты и тщательно уложены. Нуклеиновая кислота сама обеспечивает правильность своей укладки, но важную роль в этом процессе играют и специальные вирусные белки.

Конечно, значение нуклеиновой кислоты определяется не длиной ее нити или формой укладки. Нуклеиновая кислота представляет собой генетический материал вируса. В последовательности нуклеотидов, из которых состоит нить ДНК или РНК, зашифрована вся информация о свойствах данного вируса. У разных вирусов эта последовательность различна, и именно поэтому вирусы, внешне очень похожие или даже неотличимые один от другого, могут заражать совершенно разные виды живых организмов и оказывать совершенно разное воздействие на клетку, в которую им удается проникнуть.

Структура вирусных РНК: 1 – линейная однонитевая РНК; 2 – линейная двунитевая РНК в виде двойной спирали;3 – кольцевая однонитевая РНК.

Любой вирус решает, в сущности, единственную задачу – выжить, сохранить свое присутствие среди других живых существ, непрерывно воспроизводя себе подобных. Чтобы оставить потомство, ему прежде всего необходимо изготовить множество копий нуклеиновой кислоты. Но вирус не в состоянии сделать это самостоятельно. Чтобы наштамповать много собственных копий, даже самому простому вирусу нужны: нуклеотиды, из которых он может построить собственную нуклеиновую кислоту; аминокислоты для строительства вирусного белка; ферменты, которые быстро и умело осуществят это строительство. На все это придется затратить энергию. Словом, вирусу нужны строительные материалы, рабочие и питание для рабочих. А ничего этого у вируса нет. У него есть только план, как все это надо сделать. Этот план зашифрован в молекуле вирусной нуклеиновой кислоты. Как реализовать этот план?

Для этого вирус должен попасть внутрь живой клетки. Только при этом условии он может оставить потомство и доказать, что он – живой. Там и только там, внутри клетки, он найдет все необходимое для размножения, то есть для образования дочерних вирусных частиц.

Клетка

В изящной словесности принято описывать не только внешность героя, его мысли и планы, но и обстановку, в которой происходит действие. Не будем пренебрегать этим приемом, тем более что клеточный интерьер для вируса является не декорацией, а жизненно важным условием его существования, от деталей которого зависит успех вирусной инфекции.

Выражаясь предельно схематично, клетка состоит из цитоплазмы и ядра. Цитоплазма отделена от окружающей среды и от других клеток плазматической мембраной. Плазматическая мембрана образована двойным слоем липидов и пронизана многочисленными клеточными белками. В цитоплазме находятся органеллы ("маленькие органы"), выполняющие ту или иную работу. Форму клеткй поддерживает ее внутренний скелет.

Очень упрощенная схема строения животной клетки: клетка покрыта плазматической мембраной (1); внутри клетки располагается ядро (2); пространство между ядром и плазматической мембраной заполнено цитоплазмой (3), в которой находятся митохондрии (4) и рибосомы (5).Рибосомы сконцентрированы на мембранах эндоплазматической сети (6)

Ядро отделено от цитоплазмы пористой мембраной. Внутри ядра находятся хромосомы, в которых упакован генетический материал клетки в виде отдельных молекул двунитевой ДНК. Клеточные ферменты постоянно осуществляют копирование того или иного фрагмента ДНК, в точности воспроизводя его нуклеотидную последовательность. Такой фрагмент ДНК называется геном. Ферменты снимают копию с гена в виде однонитевой молекулы РНК. Каждая молекула РНК содержит информацию о структуре какого–то одного белка и поэтому называется информационной РНК. Молекулы информационной РНК непрерывно проникают через ядерные поры в цитоплазму. Там их поджидают рибосомы – молекулярные машины, которые делают белок. Рибосомы умеют расшифровывать нуклеотидную последовательность информационной РНК и изготавливать молекулу белка в соответствии с полученным заданием. Работа всего этого механизма сопровождается расходом химической энергии, которую производят митохондрии.

Проникнув в клетку, вирус тут же приспосабливает весь этот аппарат для собственных нужд.

Жизненный цикл вируса

Каждый вирус проникает в клетку своим, только ему свойственным путем. Проникнув, он должен прежде всего снять верхнюю одежду, чтобы обнажить, хотя бы частично, свою нуклеиновую кислоту и начать ее копирование.

Работа вируса хорошо организована. Одновременно и слаженно! происходят размножение нуклеиновой кислоты вируса и изготовление большого количества белка оболочки вируса. Если в состав вирусной частицы, помимо белка оболочки; входят другие белки (а таких вирусов большинство), придется изготовить и их. Причем изготовить не как Бог на душу положит, а в точности в то время, когда они потребуются для сборки вириона, и в тех пропорциях, в которых они находятся в составе вирусной частицы. Клетка превращается в конвейер по штамповке деталей вирусных частиц и по их сборке. Наконец, многочисленное потомство одной–единственной вирусной частицы, несколько минут или несколько часов назад проникшей в клетку, вываливается наружу и уходит из родительского, так сказать, гнезда в самостоятельную жизнь заражать другие клетки.

Все вирусы устроены по–разному, но потомство любого из них будет выглядеть в точности как исходный вирион. И сравнительно просто устроенный вирус табачной мозаики, и очень сложно устроенный вирус натуральной оспы сохраняют свою форму и структуру в череде поколений. Иными словами, вирусы, как и другие живые организмы, умеют передавать по наследству информацию о свойствах своего вириона.