Определение вируса
Вирус – это цепь нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), которая живет в хозяине клетка, использует части клеточного оборудования для воспроизведения и выпускает реплицированные нуклеиновая кислота цепи, чтобы заразить больше клеток. Вирус часто размещается в белковой оболочке или белковой оболочке, защитном покрытии, которое позволяет вирусу выживать между хозяевами.
Структура вируса
Вирус может принимать различные структуры. Самый маленький вирус всего 17 нанометров, чуть длиннее, чем белок среднего размера. Самый большой вирус почти в тысячу раз больше по размеру, в 1500 нанометров. Это действительно мало. Длина человеческого волоса составляет около 20000 нанометров. Это означает, что большинство вирусных частиц находятся за пределами возможностей обычного светового микроскопа. Ниже приведено изображение сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) вируса Эбола.
Точная структура вируса зависит от того, какой вид служит его хозяином. Вирус, который размножается в клетках млекопитающих, будет иметь белковое покрытие, которое позволяет ему прикрепляться и проникать в клетки млекопитающих. Форма, структура и функции этих белков изменяются в зависимости от вида вируса. Типичный вирус можно увидеть ниже.
Некоторые молекулы вируса вообще не имеют белковой оболочки или никогда не были идентифицированы. В некоторых растение виды вируса, вирус передается от клетки к клетке внутри растения. Когда семена создаются внутри растения, вирус распространяется на семена. Таким образом, вирус может жить в клетках на протяжении всего своего существования и никогда не нуждаться в белковой оболочке, чтобы защитить его в окружающей среде. Другие молекулы вируса имеют еще большие и более сложные белковые оболочки и специализируются на различных хозяевах.
Вирус жив?
Это сложный вопрос. Клетка считается живой, потому что она содержит все необходимые компоненты для репликации своей ДНК, роста и деления на новые клетки. Это процесс, который берет вся жизнь, где он одноклеточный организм или многоклеточный организм. Некоторые люди не считают вирус живым, потому что вирус не содержит всех механизмов, необходимых для его репликации. Они сказали бы, что вирус без клетки-хозяина не может реплицироваться сам по себе и поэтому не является живым.
Тем не менее, согласно определению жизни, изложенному ранее, кажется, что когда вирус находится внутри клетки-хозяина, у него есть все механизмы, необходимые для выживания. Белковая оболочка, существующая вне клетки, является эквивалентом бактериальной споры, маленькой капсулы. бактерии сформироваться вокруг себя, чтобы выжить в суровых условиях. Ученые, которые поддерживают вирус как живой организм, отмечают сходство вируса в белковой оболочке и бактериальной споры. Ни один организм не активен в своей защитной оболочке, они становятся активными только тогда, когда достигают благоприятных условий.
Фактически, единственная причина, по которой вирус влияет на нас вообще, заключается в том, что он становится активным в наших клетках. Кроме того, вирус имеет тенденцию развиваться вместе со своим хозяином. Самые опасные вирусы только недавно прыгнули на новый вид. биохимия они эволюционировали, чтобы жить в пределах других видов, несовместимых с новыми видами, и происходят повреждения и гибель клеток. Это вызывает ряд реакций, в зависимости от того, какие клетки были заражены. Например, вирус ВИЧ поражает исключительно иммунные клетки. Это приводит к полной потере иммунной функции у пациентов. Вирус, вызывающий простуду, поражает дыхательные клетки и повреждает их, выполняя свою работу.
Тем не менее, не все вирусные инфекции будут вредны для хозяина. Вирус, который убивает хост, будет менее успешным со временем, по сравнению с вирусом, который не вредит хосту. Здоровый хозяин увеличивает количество молекул вируса, выделяемых в окружающую среду, что является конечной целью вируса. Фактически, некоторые вирусные частицы могут фактически принести пользу хозяину. Хорошим примером является форма вируса герпеса, обнаруженная у мышей. Этот вирус, заражая мышь, обеспечивает ей хорошую защиту от бактерий, несущих чуму. Хотя механизм неясен, вирус каким-то образом препятствует проникновению бактерий в систему мыши.
Если смотреть в этом свете, легко увидеть, как вирус очень похож на бактерии. Бактерия создает и поддерживает инструменты, необходимые для воспроизводства ДНК, где вирус их крадет. Это единственная реальная разница между вирусом и бактерией. Из-за этого многие ученые считают вирус живым организмом. Ученые, которые изучают вирусы, вирусологи отмечают, что вирусные частицы (живые или нет) эволюционировали с жизнью, вероятно, до тех пор, пока присутствовали первые клетки. Из-за этого существует вирус, который специализируется почти на всех видах на планете.
Классификация вирусов
Ученые классифицируют вирусы на основе того, как они воспроизводят свой геном. Некоторые вирусные геномы состоят из РНК, другие – из ДНК. Некоторые вирусы используют одну цепь, другие используют двойную цепь. Сложности, связанные с репликацией и упаковкой этих разных молекул, делят вирусы на семь разных категорий.
Геномы вируса класса I состоят из двухцепочечной ДНК, такой же, как геном человека. Это позволяет этим вирусным молекулам использовать естественные механизмы клетки для производства белков из вирусной ДНК. Однако, чтобы ДНК-полимераза (молекула, которая копирует ДНК) была активной, клетка должна делиться. Некоторые молекулы вируса класса I включают участки ДНК, которые заставляют клетку активно делиться. Эти молекулы вируса могут привести к раку. Вирус папилломы человека – это вирус I, передаваемый половым путем, который может вызывать рак шейки матки.
Вирус класса II содержит только одну цепь ДНК. Прежде чем он может быть прочитан ферментами ДНК-полимеразы хозяина, он должен быть преобразован в двухцепочечную ДНК. Это происходит путем захвата гистонов клетки-хозяина (ДНК-белков) и ДНК-полимеразы. Вместо того, чтобы ждать, пока клетка разделится или заставит ее, ДНК вируса класса II содержит кодирующий белок Rep. Этот фермент репликации реплицирует оригинальный одноцепочечный геном вируса. Другие белки создаются из ДНК и используются для создания белковых оболочек с помощью клеточного механизма. Затем одноцепочечная ДНК упаковывается в эти белковые оболочки и создаются новые пакеты вирусов.
Геномы вируса класса III создаются из двухцепочечной РНК. Хотя это необычно, эти пакеты вирусов поставляются с собственным белком, РНК-полимераза, Этот белок может создавать мессенджер РНК (мРНК ) из двухцепочечной вирусной РНК. Поэтому вирусная РНК остается в капсуле вируса, и только мРНК попадает в цитоплазма хозяина. Здесь мРНК превращается в белки, некоторые из которых включают больше РНК-полимеразы. Эта РНК-полимераза создает новую двухцепочечную РНК, которая инкапсулируется белками и высвобождается из клетки.
Вирусы класса IV представляют собой одноцепочечную РНК, практически идентичную мРНК, продуцируемой клеткой-хозяином. С этими вирусами вся белковая оболочка охвачена неинфицированной клеткой-хозяином. Небольшой РНК-геном вырывается из белковой оболочки и проникает в цитоплазму. Эта мРНК-подобная цепь кодирует большой полипротеин, который будет создан рибосомами хозяев. Полипротеин естественно распадается на разные части. Некоторые создают белковые оболочки, другие читают и реплицируют исходную цепь вирусной РНК. Вирус продолжает размножаться и создавать новые, полностью упакованные вирусные частицы. Когда клетка полностью заполнена, она разрывается и выпускает вирусные частицы в кровь или окружающая среда. Из одной клетки может высвободиться до 10000 вирусных частиц.
Вирусные геномы класса V также являются одноцепочечной РНК. Однако они бегут в направлении, противоположном нормальному мРНК. Таким образом, механизм камеры не может читать их напрямую. Эти молекулы вируса содержат молекулу РНК-полимеразы, которая может читать в обратном порядке. Эти молекулы вируса имеют большие капсулы, окруженные клеточной мембраной и белками. Когда вирус приближается к клетке, его мембранные белки связываются с клеткой, и он попадает в цитоплазму. Здесь он распадается, высвобождая обратную вирусную РНК и связанные с ней белки. Эти небольшие комплексы производят регулярную мРНК, которая создает новые вирусные комплексы. Эти незаконченные комплексы перемещаются на поверхность клетки, где они выравнивают клеточную мембрану с белками, которые они создают. Когда они заканчивают, они оборачиваются в эту мембрану и отрываются от клетки.
Геномы вируса класса VI такие же, как у класса V, но для репликации они используют другой метод. Вирусные частицы класса VI известны как ретровирусы. Вместо того, чтобы создавать мРНК из вирусной РНК, эти вирусные молекулы работают с другим белком. Известный как обратная транскриптаза, этот фермент способен создавать ДНК из вирусной РНК. При этом вирусная РНК превращается в двухцепочечную ДНК. Эта ДНК затем производит новый вирус. ДНК может соединяться с ДНК хозяина и при этом становиться эндогенизированной. Это означает, что ДНК будет оставаться в клетке до тех пор, пока клетка живет. Если клетка обнаружена в зародышевой линии, такой как сперма или яйцеклетка, вирус навсегда станет частью генома хозяина. Подсчитано, что 5-8% человеческого генома остается над ДНК ретровируса.
Последний класс, класс VII, включает в себя параретровирусы. Подобно классу VI, эти вирусные геномы используют обратную транскриптазу. Тем не менее, эти вирусные геномы упакованы в виде ДНК, а не РНК. Эти вирусы внедряются непосредственно в геном хозяина, который начинает транспонировать вирусную ДНК в РНК. Большая часть этой РНК будет мРНК, используемой для создания полипротеина. Часть полипротеина является обратной транскриптазой. Эта обратная транскриптаза работает с фрагментами РНК, известной как прегеном. Он читает эти молекулы РНК и производит оригинальную вирусную ДНК. Это тогда упаковано в вирусные белковые оболочки. Вирусы класса VII часто встречаются в растениях и могут перемещаться между клетками с помощью плазмодесм, или они могут переноситься травоядными насекомыми, питающимися растениями. Тля несет много болезней растений, так как их хоботок пробивает растительная клетка стены и они пьют цитоплазму.
Примеры вируса
Вирус полиомиелита
Вирус полиомиелита, который нанес вред президенту Франклину Рузвельту, является вирусом класса III. Этот двухцепочечный вирус РНК кодирует 12 белков. Как и другие геномы вируса класса III, он размножается путем высвобождения мРНК в цитозоль клеток-хозяев, которые кодируют новые молекулы вируса. Интересно, что вирус полиомиелита не был смертельным, пока люди не начали обрабатывать свою воду. До хлорированной воды полиомиелит сохранился в большинстве водных источников. Таким образом, большинство детей подвергались полиомиелиту сразу же.
У детей обычно нет симптомов полиомиелита, и иммунная система реагирует на вирус. Однако после того, как была установлена хлорированная вода, у большинства детей не было полиомиелита. Однако болезнь не была искоренена. Многие люди в зрелом возрасте подвергались воздействию полиомиелита, который все еще сохранялся. Эти люди сильно пострадали от болезни, так как иммунная система не реагировала на нее достаточно быстро. Как и FDR, они, как правило, постоянно страдали от воздействия вируса на здоровье костей. К счастью, одна из первых созданных вакцин против полиомиелита легко изготавливается путем уничтожения живого вируса полиомиелита с помощью тепла. Мертвые белковые оболочки позволяют организму выработать иммунитет к вирусу без заражения клеток.
Вирус бешенства
Вирус бешенства – это вирус класса V с белковой оболочкой в форме пули. Этот вирус состоит из линейной одноцепочечной РНК. Геном вируса бешенства кодирует пять белков из 12 000 нуклеотидов. Интересно, что симптомы бешенства у многих животных включают усиление агрессии. Эта черта, вызванная тем, где вирус атакует, и ущербом, который он наносит, заставляет животных кусать других животных чаще, чем обычно. Собранные частицы вируса бешенства накапливаются в слюне. Таким образом, когда зараженное животное кусает другого, вирус передается новому животному.
Вирус бешенства почти всегда смертелен для людей, если не лечить немедленно. Ежегодно проводится около 15 миллионов прививок после заражения бешенством. Вакцина по существу нагружает организм мертвым вирусом, что обеспечивает большой иммунный ответ против вируса. Это может остановить вирус, прежде чем он будет установлен в системе. Если это произойдет, мало шансов на выздоровление. Собак обычно вакцинируют перед воздействием, что обеспечивает их владельцам общую защиту от вероятности укуса животного, зараженного вирусом.
викторина
1. Какой из следующих классов генома вируса может быть воспроизведен непосредственно клеточным механизмом?A. Класс IB. Класс IIIC. Класс VI
Ответ на вопрос № 1
верно. Вирусные геномы класса I состоят из ДНК и при этом двухцепочечные. Это означает, что вирусный геном готов к копированию в мРНК без промежуточных шагов, обнаруженных в других классах вируса.
2. Человеческий риновирус А вызывает простуду. Геном риновируса представляет собой одноцепочечную РНК, сходную с мРНК, продуцируемой клеткой-хозяином. К какому классу относится риновирус?A. Класс VIIB. Класс IIC. Класс IV
Ответ на вопрос № 2
С верно. Класс IV включает все геномы мРНК-подобных вирусов. Эти вирусы могут транслироваться непосредственно рибосомами хозяина в белки, пропуская шаги, предпринимаемые другими вирусами.
3. Твой друг утверждает, что вирусы – это то же самое, что и аллергия, так как оба вызывают его нос. Что из следующего убедит вашего друга в обратном?A. Только вирусы вызывают иммунную реакциюB. Вирус не только вызывает реакцию, он размножается в ваших клеткахC. Зачем спорить? Твой друг прав.
Ответ на вопрос № 3
В верно. Оба вещества вызывают иммунную реакцию. Иммунная система отвечает за признание себя против других. Разница в том, что аллергены, такие как Цветочная пыльца и пыль, не размножайтесь внутри своих клеток после того, как захватите их.
Ссылки
- Нельсон Д.Л. и Кокс М.М. (2008). Основы биохимии. Нью-Йорк: W.H. Фримен и Компания.
- Roossinck, M.J. (2016). Вирус. Принстон: издательство Принстонского университета.
- Widmaier, E.P., Raff, H. & Strang, K.T. (2008). Человек Вандера физиология : Механизмы функции тела (11-е изд.). Бостон: Высшее образование МакГроу-Хилл.