творча робота
Спосіб розмноження вірусів
Вірус (від лат. virus-отрута) - мікроскопічна частка, здатна інфікувати клітини живих організмів.
Вірусологія (від virus і logos – слово, вчення), наука про віруси. Загальна вірусологія вивчає природу вірусів, їхню будову, розмноження, біохімію, генетику.
Спосіб розмноження вірусів також відрізняється від поділу, брунькування, спороутворення або статевого процесу, які мають місце в одноклітинних організмів, клітин багатоклітинних організмів і в останніх в цілому. Репродукція, або реплікація, зазвичай позначають розмноження вірусів. Формування віріонів відбувається або шляхом складання (упаковка вірусної нуклеїнової кислоти в білкові капсиди та утворення нуклеокапсиду), або за участю клітини, або обома способами (оболонкові віруси). Звичайно, протиставлення мітотичного поділу клітини і реплікації не абсолютно, так як способи реплікації генетичного матеріалу у ДНК-вірусів принципово не відрізняються, а якщо врахувати, що і синтез генетичного матеріалу у РНК-вірусів також здійснюються по матричному типу, то відносним є протиставлення мітозу та реплікації всіх вірусів. І, тим не менш, відмінності у способах розмноження клітин та вірусів настільки суттєві, що має ділити весь живий світ на віруси та невіруси.
Вірусні захворювання живих організмів
Найбільші віруси (віруси віспи) наближаються за розмірами до невеликих бактерій, найдрібніші (збудники енцефаліту, поліомієліту, ящуру) – до великих білкових молекул. Іншими словами, серед вірусів є свої велетні та карлики. (див...
Віруси та їх особливості
Перші згадки про найгрізнішу вірусної інфекціїминулого - віспі знайдені в давньоєгипетських папірусах. Епідемія віспи в Єгипті за 12 століть до нашої ери описана давніми арабськими вченими. На шкірі мумії фараона Рамзеса V (1085 р. до н.е.
У XVI-XV1I ст. натурфілософське і багато в чому схоластичне пізнання природи перетворилося на сучасне природознавство, на систематичне наукове пізнання на базі експериментів і математичного викладу...
Природничо-гуманітарна культура
Природознавство XVIII розвивалося з урахуванням класичної механіки Галілея-Ньютона, що визначила механістичний погляд на природу. Серед основних найбільш значущих досягнень природознавства XVIII ст.
Значення плодів та ягід як продуктів харчування
Нинішній рік для садівників Алтайського краю був дуже важким. Плодові культури – яблуня, груша, слива, вишня – не витримали суворих різдвяних морозів. Багато сортів вимерзли взагалі, або в кращому разі від дерева залишився пень.
Кодування та реалізація біологічної інформації в клітині, генетичний код та його властивості
Комунікації у птахів
У птахів комунікація досліджена краще, ніж у будь-яких інших тварин. Птахи спілкуються з особинами свого виду, а також інших видів, у тому числі з ссавцями та навіть з людиною. Для цього вони використовують звукові (не лише голосові)...
Комунікації у птахів
Справа в тому, що поряд з піснею, акустичний репертуар усіх видів співчих птахів, у тому числі й усіх, про які ми з вами говорили, включає так звані "позиви" або "позивки", це зовсім інший клас звуків. Відрізняються вони від пісні, мабуть...
Віруси є збудниками багатьох небезпечних захворювань людини, тварин та рослин. В той же час віруси - збудники захворювань у небажаних для людини організмів («вороги наших ворогів»).
Медичне та ветеринарне значення вірусів
Віруси культивують на біологічних моделях: в організмі лабораторних тварин, в курячих ембріонах і культурах клітин (тканин), що розвиваються. Лабораторних тварин (дорослих та новонароджених білих мишей, хом'яків, кроликів, мавп та ін.)
Механізми руху хромосом при розподілі клітини
На основі з'ясованого механізму поділу клітини можна запропонувати більш щадний спосіб порушення мітозу, за допомогою руйнування сполуки хромосоми та мікротрубочки. Оскільки мікротрубочки і кінетохори з'єднуються за допомогою фібрил.
Мутація – мінливість, пов'язана із зміною самих генів. Вона може мати уривчастий, стрибкоподібний характер і призводить до стійкої зміни спадкових властивостей вірусів.
Мутація вірусів, характеристика мутагенів
Цвілеві гриби
Розмноження відбувається шляхом поділу, що йде у поперечному напрямку. При розподілі бактерія розпадається на дві рівні чи нерівні за величиною частини. Дві клітини, що утворилися, розглядаються як материнська і дочірня...
Користь меду
Здобування меду - старовинний слов'янський промисел. Він називався бортництвом, а люди, які ним займалися - бортниками. Бортники берегли старі товсті дерева, в яких були дупла, і самі довбали отвори - борти.
Згадайте!
Чим віруси відрізняються від решти всіх живих істот?
Чому існування вірусів не суперечить основним положенням клітинної теорії?
Складаються з органічних речовин, що клітини (білки, нуклеїнові кислоти)
Розмножуються за допомогою клітин
Які ви знаєте вірусні захворювання?
Грип, ВІЛ, сказ, краснуха, віспа, герпес, гепатит, кір, папілома, поліомієліт.
Питання для повторення та завдання
1. Як влаштовані віруси?
Віруси мають дуже просту будову. Кожен вірус складається з нуклеїнової кислоти (або ДНК або РНК) і білка. Нуклеїнова кислота є генетичним матеріалом вірусу. Вона оточена захисною білковою оболонкою – капсидом. Усередині капсиду можуть також бути власні вірусні ферменти. Деякі віруси, наприклад вірус грипу та ВІЛ, мають додаткову оболонку, яка утворюється із клітинної мембрани клітини-господаря. Капсид вірусу, що складається з багатьох білкових молекул, має високий ступінь симетрії, маючи, як правило, спіральну або багатогранну форму. Ця особливість будови дозволяє окремим білкам вірусу об'єднуватися в повну вірусну частинку шляхом самоскладання.
2. Який принцип взаємодії вірусу та клітини?
3. Опишіть процес проникнення вірусу у клітину.
«Голі» віруси проникають у клітину шляхом ендоцитозу – занурення ділянки клітинної мембрани у місці їх адсорбції. Інакше цей процес відомий як віропексіс [вірус + грец. pexis, прикріплення]. «Одіті» віруси проникають у клітину шляхом злиття суперкапсиду з клітинною мембраною за участю специфічних F-білків (білків злиття). Кислі значення рН сприяють злиттю вірусної оболонки та клітинної мембрани. При проникненні «голих» вірусів у клітину утворюються вакуолі (ендосоми). Після проникнення «одягнених» вірусів у цитоплазму відбувається часткова депротеїнізація віріонів та модифікація їх нуклеопротеїду (роздягання). Модифіковані частинки втрачають інфекційні властивості, у ряді випадків змінюються чутливість до РНКази, нейтралізуючу дію антитіл (AT) та інші ознаки, специфічні для окремих груп вірусів.
4. У чому проявляється дія вірусів на клітину?
Подумайте! Згадайте!
1. Поясніть, чому вірус може проявити властивості живого організму, тільки ввійшовши в живу клітину.
Вірус-неклітинна форма життя, у нього немає жодних органоїдів, що виконують у клітинах певні функції, немає обміну речовин, віруси не харчуються, не розмножуються самостійно, не синтезують жодних речовин. Вони мають лише спадковість у формі якоїсь однієї нуклеїнової кислоти-ДНК або РНК, а також капсид з білків. Тому тільки в клітині господаря, коли вірус вбудовує свою ДНК (якщо це ретро-вірус, то спочатку відбувається зворотна транскрипція і будується РНК-ДНК) в ДНК клітини, можуть утворюватися нові віруси. При реплікації та подальшому синтезі клітиною нуклеїнових кислот та білків заодно відтворюється і вся інформація вірусу, занесена ним, та збираються нові вірусні частки.
2. Чому вірусні захворювання мають характер епідемій? Охарактеризуйте заходи боротьби з вірусними інфекціями.
Поширюються швидко, повітряно-краплинним шляхом.
3. Висловіть свою думку про час появи на Землі вірусів в історичному минулому з огляду на те, що віруси можуть розмножуватися тільки в живих клітинах.
4. Поясніть, чому в середині XX ст. віруси стали одним із головних об'єктів експериментальних генетичних досліджень.
Віруси швидко розмножуються, ними легко заразитися, викликають епідемії та пандемії, можуть бути мутагенами для людини, тварин і рослин.
5. Які складнощі виникають під час спроб створити вакцину проти ВІЛ-інфекції?
Так як ВІЛ знищує імунну систему людини, а вакцина виготовляється з ослаблених або вбитих мікроорганізмів, продуктів їх життєдіяльності, або їх антигенів, отриманих генно-інженерним або хімічним шляхом. Імунна система не витримає цієї дії.
6. Поясніть, чому перенос вірусами генетичного матеріалу від одного організму до іншого називають горизонтальним перенесенням. Як тоді на вашу думку називають передачу генів від батьків дітям?
Горизонтальний перенесення генів (ГПГ) - процес, у якому організм передає генетичний матеріал іншому організму, який його нащадком. Вертикальне перенесення генів – це перенесення генетичної інформації від клітини чи організму до їх потомству з допомогою звичайних генетичних механізмів.
7. У різні роки як мінімум сім Нобелівських премій з фізіології та медицини та три Нобелівські премії з хімії було вручено за дослідження, безпосередньо пов'язані з вивченням вірусів. Використовуючи додаткову літературу та ресурси Інтернету, підготуйте повідомлення або презентацію про сучасні досягнення в галузі дослідження вірусів.
Боротьба людства з епідемією СНІДу продовжується. І хоча рано підбивати підсумки, певні, безперечно, оптимістичні тенденції, все-таки простежуються. Так, біологам з Америки вдалося виростити імунні клітини, в яких вірус імунодефіциту людини розмножуватися не може. Цього вдалося досягти за допомогою новітньої методики, що дозволяє впливати на роботу спадкового апарату клітини. Професор Колорадського університету Рамеш Аккіна та його колеги спроектували особливі молекули, які блокують роботу одного із ключових генів вірусу імунодефіциту. Потім вчені виготовили штучний ген, здатний здійснювати синтез таких молекул, і за допомогою вірусу-носія ввели його в ядра стовбурових клітин, які згодом і дають початок імунним клітинам вже захищеним від ВІЛ-інфекції. Однак наскільки ця методика виявиться ефективною у боротьбі зі СНІДом, покажуть лише клінічні випробування.
Ще 20 років тому захворювання вважалося невиліковним. У 90-ті роки застосовувалися лише препарати короткоживучого інтерферону-альфа. Ефективність такого лікування була дуже низька. Протягом останнього десятиліття «золотим стандартом» у терапії хронічного гепатиту С була комбінована противірусна терапія пегільованим інтерфероном-альфа та рибавірином, ефективність якої щодо елімінації вірусу, тобто лікування гепатиту С досягає в цілому 60-70%. При цьому серед хворих, інфікованих 2 і 3 генотипами вірусу, вона становить близько 90%. У той самий час, частота лікування хворих, інфікованих генотипом вірусу З, досі становила лише 40-50%.
1. Особливості життєдіяльності (розміри)
2. Схема будови вірусу
3. Схема проникнення в клітину, розмноження
4. Вірші та загадки про віруси
4.Загадки та вірші
У мене сумний вигляд, –
Голова з ранку болить,
Я чхаю, я охрип.
Що таке?
Це – ... грип
Підлий вірус цей грип
Глова зараз болить
Піднялась температура
І потрібні пір мікстура
Захворіла дитина на кір?
Це зовсім не горе
Лікар допоможе, поспішить
Нашу дитинку вилікує
На щеплення я йду
Гордо до лікаря прийду
Шприц давайте і укол
Все готово? Я пішов
Ваша майбутня професія
1. Доведіть, що базові знання про процеси, що відбуваються на молекулярному та клітинному рівнях організації живого, необхідні не лише біологам, а й фахівцям в інших галузях природничих наук.
Біофізики, біохіміки не зможуть обійтися без таких знань. Фізичний та хімічний процеси протікають за однаковими законами.
2. Які професії у суспільстві вимагають знання будови та особливостей життєдіяльності прокаріотичних організмів? Підготуйте невелике (не більше 7-10 пропозицій) повідомлення про ту професію, яка вас найбільше вразила. Поясніть свій вибір.
Системний біотехнолог. Фахівець із заміщення застарілих рішень у різних галузях новими продуктами галузі біотехнологій. Наприклад, він допомагатиме транспортним компаніям перейти на біопаливо замість дизельного, а будівельним – на нові біоматеріали замість цементу та бетону. Використовувати біотехнологію для очищення рідких середовищ.
3. «Ці фахівці потрібні у ветеринарних та медичних наукових інститутах, академічних інститутах, на підприємствах, пов'язаних із біотехнологіями. Вони не залишаться без роботи у лабораторіях поліклінік та лікарень, на агрономічних селекційних станціях, у ветеринарних лабораторіях та лікарнях. Іноді вони можуть поставити найбільш достовірний і точний діагноз. Їхні дослідження незамінні для ранньої діагностики онкологічних захворювань». Припустіть, про людей якої спеціальності йдеться у цих пропозиціях. Доведіть свою точку зору.
Напевно, генетики. Займаючись генетичним матеріалом можуть працювати у будь-яких галузях пов'язаних із живими організмами, чи то селекція чи будь-яка галузь медичних знань.
Багато вірусів є збудниками захворювань, таких як СНІД, корова краснуха, епідемічний паротит (свинка), вітряна та натуральна віспа.
Віруси мають мікроскопічні розміри, багато хто з них здатний проходити через будь-які фільтри. На відміну від бактерій, віруси не можна вирощувати на живильних середовищах, оскільки поза організмом вони не виявляють властивостей живого. Поза живим організмом (господарем) віруси є кристалами речовин, що не мають жодних властивостей живих систем.
Будова вірусів
Зрілі вірусні частинки називаються віріонами. Фактично вони є геном, покритий зверху білковою оболонкою. Ця оболонка – капсид. Вона побудована з білкових молекул, що захищають генетичний матеріал вірусу від дії нуклеаз – ферментів, що руйнують нуклеїнові кислоти.
У деяких вірусів поверх капсиду розташовується суперкапсидна оболонка, також збудована з білка. Генетичний матеріал представлений нуклеїновою кислотою. В одних вірусів це ДНК (так звані ДНК-віруси), в інших - РНК (РНК-віруси).
Розмноження вірусів
Ретровірус, що забезпечують зворотну транскрипцію: на матриці РНК будується молекула ДНК. З вільних нуклеотидів добудовується комплементарний ланцюг, який і вбудовується в геном клітини-господаря. З отриманої ДНК інформація переписується на молекулу іРНК, на матриці якої потім синтезуються білки ретровіруса.
Але віруси не можуть бути надто небезпечними для свого господаря. Інакше це може призвести до повного зникнення донорського організму, а отже, буде знищений і збудник хвороб. Але й надто слабкими віруси не можуть. Якщо в організмі господаря надто швидко розвиватиметься імунітет, то вони зникнуть як вид. Часто буває, що дані мікроорганізми мають одного господаря, всередині якого вони живуть, не завдаючи останньому неприємностей, а патогенний вплив при цьому мають інші живі істоти.
Розмножуються вони шляхом репродукції. Це означає, що спочатку відтворюються їх нуклеїнові кислоти та білки. А потім із створених компонентів комплектуються віруси.
Види віріонів та шляхи зараження
Перш ніж розбиратися, як відбувається розмноження вірусів у клітині, треба зрозуміти, як ці частинки туди потрапляють. Наприклад, є інфекції, які поширюються виключно людиною. До них відносять, кір, герпес та частково грип. Вони передаються контактним чи повітряно-краплинним шляхом.
Ентеровіруси, реовіруси, аденовіруси можуть потрапляти до організму харчовим шляхом. Заразитися, наприклад, папіломавірус можна при прямому контакті з людиною (як побутовому, так і статевому). Але є й інші шляхи інфікування. Наприклад, деякими видами рабдовірусів можна заразитися в результаті укусу комах.
Трапляється і парентеральний шлях зараження. Наприклад, вірус гепатиту В може потрапити до організму людини при хірургічних маніпуляціях, стоматологічних процедурах, переливанні крові, педикюрі чи манікюрі.
Не варто забувати і про вертикальний шлях передачі інфекцій. В цьому випадку при захворюванні матері під час вагітності уражається плід.
Опис вірусів
Достатньо довгий часпро збудників більшості захворювань судили лише з хвороботворного на організм. Побачити ці патогенні організми вченим вийшло лише тоді, коли було винайдено електронний мікроскоп. Тоді ж удалося з'ясувати, як здійснюється розмноження вірусів.
Ці мікроорганізми помітно різняться за розміром. Деякі їх за величиною схожі на невеликі бактерії. Найдрібніші наближаються за розміром до білкових молекул. Для їх виміру використовують умовну величину - нанометр, який дорівнює одній мільйонній частині міліметра. Вони можуть бути від 20 до кількох сотень нанометрів. На вигляд вони бувають схожі на палички, кульки, кубики, нитки, багатогранники.
Склад мікроорганізмів
Щоб зрозуміти, як розмноження вірусів відбувається у клітинах, треба розібратися з їх складом. Прості складаються з нуклеїнової кислоти та білків. Причому перший компонент є носієм генетичних даних. Вони складаються лише з одного виду нуклеїнової кислоти – це може бути ДНК чи РНК. На цій відмінності і заснована їхня класифікація.
Якщо всередині клітини віруси є компонентами живої системи, то поза ними є інертними нуклепротеїнами, які називаються віріонами. Обов'язковим компонентом є білки. Але у різних видіввірусів вони різняться. Завдяки цьому їх вдається розпізнати за допомогою специфічних імунологічних реакцій.
Вченими були виявлені не лише прості віруси, Але й складніші за структурою організми. До їх складу можуть входити ліпіди, вуглеводи. Кожна група вірусів відрізняється унікальним складом жирів, білків, вуглеводів, нуклеїнових кислот. У деяких із них є навіть ферменти.
Початок процесу розмноження
Зрозуміти, як відбувається цей процес, можна, якщо детально розглянути, як мікроорганізм проникає в клітину, і що в ній відбувається після цього. Віріони можна уявити як частинку, що складається з ДНК (або РНК), укладену в білковий чохол. Розмноження вірусів починається лише після того, як мікроорганізм прикріплюється до клітинної стінки, до її плазматичної мембрани. При цьому треба розуміти, що кожен віріон може прикріплюватись лише до певних видів клітин, у яких є спеціальні рецептори. На одній клітині можуть розташуватись сотні вірусних частинок.
Після цього розпочинається процес віропексису. Клітина сама втягує всередину віріони, що прикріпилися. Лише після цього починається «роздягання» вірусів. За допомогою комплексу ферментів, що входить в клітину, розчиняється білкова оболонка вірусу і вивільняється нуклеїнова кислота. Саме вона каналами клітини проходить у її ядро або залишається в цитоплазмі. Кислота відповідає як за розмноження вірусів, а й у їх спадкові особливості. Власний обмін у клітинах пригнічується, всі сили спрямовуються те що, щоб створювати нові компоненти вірусів.
Процес композиції
Вбудовується у ДНК клітини. Усередині починають активно створюватися багаторазові копії вірусної ДНК (РНК), робиться це за допомогою полімераз. Деякі з новостворених частинок поєднуються з рибосомами, там же відбувається процес синтезу нових білків вірусу.
Як тільки достатньо компонентів вірусу буде накопичено, почнеться процес композиції. Він проходить біля Суть його у тому, що з компонентів збираються нові віріони. Так і відбувається розмноження вірусів.
У складі новостворених віріонів можна виявити частинки клітин, в яких вони знаходилися. Часто процес формування закінчується тим, що вони обволікаються клітинним мембранним шаром.
Завершення розмноження
Щойно закінчується процес композиції, віруси залишають свого першого господаря. Сформоване потомство йде і починає заражати нові клітини. Розмноження вірусів відбувається у клітинах. Але вони у результаті повністю руйнуються чи частково ушкоджуються.
Заразив нові клітини, віруси починають активно розмножуватися в них. Цикл репродукції повторюється. Те, як відбуватиметься процес виходу створених віріонів, залежить від групи вірусів, яких вони ставляться. Наприклад, ентеровіруси характеризуються тим, що вони швидко вивільняються у навколишнє середовище. А ось агенти герпесу, реовіруси, ортоміксовіруси виходять у міру дозрівання. Перед тим, як загинути, вони можуть пройти кілька циклів такого розмноження. У цьому ресурси клітин виснажуються.
Діагностика захворювань
Розмноження у деяких випадках супроводжується тим, що частинки патогенних мікроорганізмів можуть накопичуватися всередині клітин, утворюючи кристалоподібні скупчення. Фахівці називають їх тільцями включень.
Наприклад, при грипі, віспі або сказі такі скупчення знаходяться в При весняно-літньому енцефаліті їх виявляють в ядрі, а при інших інфекціях вони можуть бути і там і там. Цю ознаку використовують для діагностики хвороб. Важливо в цьому випадку і те, де відбувається процес розмноження вірусів.
Наприклад, при виявленні овальних або круглих утворень у клітинах епітелію говорять про віспу. Цитоплазмотичні скупчення у клітинах головного мозку свідчать про сказ.
Спосіб розмноження вірусів дуже специфічний. Спочатку віріони входять всередину відповідних клітин. Після цього починається процес вивільнення нуклеїнових кислот та створення «заготівель» деталей для майбутніх патогенних мікроорганізмів. Процес розмноження завершується тим, що комплектуються нові віріони, які виходять у довкілля. Достатньо порушити один із етапів циклу, щоб розмноження вірусів було зупинено або вони почали давати неповноцінне потомство.
Відповіді:
Для розмноження вірусам потрібна клітина. Проникнувши в клітину, вірус вбудовує свою нуклеїнову кислоту, що несе спадкову інформацію про нього, в хромосому клітини господаря і таким чином змушує її працювати за своєю програмою - синтезувати компоненти вірусних частинок (розмноження). Накопичення вірусних частинок призводить до виходу їх із клітини.
Зазвичай вірус зв'язується з поверхнею клітини-господаря та проникає всередину. У цьому кожен вірус шукає саме «свого» господаря, т. е. клітини строго певного виду. Так, вірус - збудник гепатиту, званого інакше жовтяницею, проникає і розмножується тільки в клітинах печінки, а вірус епідемічного паротиту, в просторіччя свинки, - тільки в клітинах привушних слинних залоз людини. Проникнувши всередину клітини-господаря, вірусна ДНК або РНК взаємодіє з господарським генетичним апаратом таким чином, що клітина, сама того не бажаючи, починає синтезувати специфічні білки, закодовані у нуклеїновій вірусній кислоті. Остання теж реплікується, і в цитоплазмі клітини починається збирання нових вірусних частинок. Уражена вірусами клітина може буквально «луснути», і з неї вийде велика кількість вірусних частинок, але іноді віруси виділяються з клітини поступово, по одному, і клітина, що заражена, живе довго.