Неживые паразиты - ЦИТОЛОГИЯ.РЕГУЛЯЦИЯ НА КЛЕТОЧНОМ УРОВНЕ

§ 10. “Неживые” паразиты.

Постановка проблемы урока

Вначале их считали ядовитыми веществами, затем - одной из форм жизни, потом - биохимическими соединениями. Чем больше люди узнавали об этих удивительных созданиях, тем больше неожиданного им открывалось. Например, оказалось, что они способны заставить чужую клетку синтезировать свои белки и нуклеиновые кислоты.

• О ком или о чём здесь говорится? (Сравните свой вариант вопроса к уроку с авторским на с. 349.)

Необходимые базовые знания

• Каковы основные признаки живых организмов? (§ 4)

• Что такое паразитизм? (7 класс)

• Как передаётся наследственная информация? (§ 7)

Решение проблемы

Между веществами и существами

Вирусы — возбудители огромного количества заболеваний: от обычного насморка и простуды до бородавок, ветряной оспы, кори, гриппа, гепатита, полиомиелита, клещевого энцефалита, вирусного иммунодефицита человека (ВИЧ) и ещё очень многих болезней.

Вирусы существуют в двух формах: активной и неактивной. Вне клеток других организмов они представлены в неактивной форме вирионов, или вирусных частиц, размером от 20 до 400 нм в диаметре (рис. 10.1). Они не обладают собственным обменом веществ и другими жизненными функциями и поэтому не считаются живыми организмами. По сути, это нуклеопротеидные частицы, сложенные из нескольких макромолекул путём самосборки, подобно кристаллу химического соединения.

Попадая в живую клетку, вирионы переходят в активную форму репродуцирующихся вирусов — внутриклеточных генных паразитов. Они используют клеточные структуры, вещества и энергию для воспроизведения своих копий. Другими словами, внутри клетки вирус “оживает”: организует собственный обмен веществ и размножение во внешней для него среде — клетке хозяина. В одних случаях деятельность вируса воспринимается хозяином как острое или хроническое заболевание, в других — его присутствие долгое время остаётся незамеченным.

10.1. По сравнению с клетками эукариот и даже прокариот вирусы очень малы. Только электронный микроскоп делает их доступными глазу.

“Мина” в белковой коробочке

Вирион состоит из нуклеиновой кислоты, содержащей генетическую информацию, и белковой оболочки — капсида. У сложных вирусов есть ещё и внешняя оболочка,

построенная из мембраны клетки-хозяина и собственных белков (рис. 10.2).

10. 2. Строение вирион, а простого -А и сложного вируса – Б.

По составу нуклеотидов различают РНК-содержащие и ДНК-содержащие вирусы. Их нуклеиновые кислоты не совсем обычны: вне зависимости от состава они могут быть представлены одной или двумя цепочками, образующими линейную или кольцевую структуру.

Вирус может поселиться только в клетках определённого хозяина (например, животных одного или нескольких видов), причём далеко не в каждой его клетке. Пригодные клетки они опознают автоматически, при контакте с белками-рецепторами на их поверхности: те должны быть родственны белкам капсида вируса. Поэтому, например, вирусы, вызывающие гепатиты, поражают только клетки печени и никакие другие.

Поражая клетку, вирус раздвигает участок её мембраны с помощью специальных ферментов капсида, после чего ДНК или РНК вируса проникает внутрь, а его оболочка остаётся снаружи. Другие вирусы приспособились попадать в клетку в ходе эндоцитоза (рис. 10.3).

10.3. Стратегии проникновения вируса в клетку: А - через мембрану; Б - посредством эндоцитоза.

Клетка сопротивляется заражению и активирует иммунные механизмы противовирусной защиты: она синтезирует белок интерферон, препятствующий размножению вирусов. В самом крайнем случае работа систем внутреннего клеточного контроля может привести даже к “самоубийству” заражённой клетки. Но и у вирусов есть много “ухищрений”, позволяющих им контролировать иммунный ответ.

Превращение клетки в “фабрику” вирусов

ДЛЯ размножения вирусу необходимо создать копии своей нуклеиновой кислоты и синтезировать упаковочные белки (рис. 10.4). Синтезированный белок и размноженная в многочисленных копиях вирусная нуклеиновая кислота объединяются и формируют новые вирусные частицы. Те покидают клетку и заражают другие: цикл повторяется.

10.4. Попадая в хозяйскую клетку, вирус разворачивает в ней “вирусную фабрику”. Он перехватывает управление клеткой и заставляет её вместо собственных молекул синтезировать вирусные нуклеиновые кислоты и белки в соответствии с инструкциями, записанными в его наследственном коде.

Некоторые вирусы, покидая клетку, разрушают её. В подобных случаях мы наблюдаем, например, высыпания при ветряной оспе. Другие вирусные частицы отпочковываются от плазматической мембраны, не вызывая её разрыва, - тогда клетка продолжает жить и продуцировать вирус.

У некоторых вирусов заражение и размножение разделены во времени. Их ДНК встраивается в ДНК клетки-хозяина и “прячется”, долгое время, не подавая никаких команд. ДНК вируса реплицируется в составе клеточной ДНК во время деления клетки. Но однажды, возможно спустя много лет, вирус может “пробудиться” под воздействием внешних факторов и запустить механизм своего размножения.

Вирусные инфекции и борьба с ними

От вирусов — генетических паразитов, которые не могут жить вне организма хозяина, — очень трудно избавиться и защититься. Для этого необходимо подобрать лекарство, которое проникало бы сквозь мембрану клетки и уничтожало вирусные белки и нуклеиновые кислоты. Но такое лекарство непременно нарушит синтез белков и нуклеиновых кислот клетки-хозяина.

Классический и наиболее эффективный способ борьбы с вирусными инфекциями — вакцинация. Именно она уничтожила оспу как заболевание человечества, и теперь человечество пытается сделать то же самое с полиомиелитом и корью. Но этот метод борьбы хорош лишь для вирусов, специфических для человека, а ведь многие вирусы обитают и вне человека. Например, вирус гриппа может сохраняться в природе среди птиц, а вирус бешенства — среди грызунов. В этих случаях борьба с вирусом должна быть направлена на заболевших животных и на исключение контактов с ними человека и домашних животных.

Основная стратегия в создании противовирусных лекарств строится на поиске веществ, избирательно подавляющих активность вирусных ферментов. Для этой цели используются агенты, стимулирующие или укрепляющие иммунную систему. К ним относятся интерфероны, убивающие вирусы и активирующие Т-лимфоциты. Другой тип агентов — вещества, стимулирующие выработку Т-лимфоцитов и продукцию антител.

Значение вирусов для биологии

Высокая скорость размножения и многочисленность вирусов сделала их удобными объектами для молекулярных биологов с целью изучения функций нуклеиновых кислот, расшифровки генетического кода, принципов работы генов. Развитие вирусологии тесно связано с изучением механизмов развития онкологических заболеваний и способов их лечения.

Обобщение новых знаний

Вирусы - это нуклеопротеидные частицы, способные атаковать любые формы жизни. Они состоят из нуклеиновых кислот, несущих наследственную информацию вируса, и белковой оболочки. Вирусы способны размножаться только в живой клетке, используя для этого её генетические механизмы. Изучение вирусов имеет большие перспективы.

Вирус, капсид. Вирусология

Применение знаний

1. Какими признаками живых организмов вирусы обладают, а какими - нет?

2. Почему в клетках, как правило, нет ферментов, необходимых для сборки молекул РНК на РНК-матрице?

3. Почему вакцинация - наиболее эффективный и безопасный способ борьбы с вирусными инфекциями?