Віруси.

Віруси – це паразитичні неклітинні системи, які здатні розмножуватись в живих клітинах. Вивченням їх займається вірусологія.

Відкриття вірусів.

В 1852р. Д.І. Івановський вперше отримав інфекційний екстракт з рослин тютюну, ураженого мозаїчною хворобою. Коли такий екстракт пропустили через фільтр, котрий затримує бактерій, відфільтрована рідина все ще зберігала інфекційні властивості.

В 1898р. голландець Бейерінк придумав нове слово «вірус»(від лат. «яд»), щоб цим словом позначити інфекційну природу певних профільтрованих рослинних рідин.

Віруси – ультрамікроскопічні організми, що мають лише один тип нуклеїнової кислоти (ДНК чи РНК), позбавлені системи біосинтезу білка і перетворення енергії і тому є виключно внутрішньоклітинними паразитами.

Віруси дуже поширені в природі. Описано понад 1000 видів, що паразитують в клітинах тварин, рослин, грибів і бактерій.

За розмірами віруси значно менші від бактерій, розмір їх становить 15 -350 нм. Форма їх надзвичайно різноманітна.

Будова вірусів.

Прості віруси. Вони складаються із фрагменту генетичного матеріалу: ДНК(одно - чи дволанцюгова), а ретровіруси: РНК (одно - чи дволанцюгова), яка являється серцевиною вірусу. Серцевина оточена захисною білковою оболонкою, котру називають капсидом.

Капсид складається із окремих білкових молекул капсомерів. Зокрема так влаштований відкритий Д.Й. Івановським вірус тютюнової мозаїки (ВТМ). Прості віруси звичайно мають форму палички, кульки чи нитки.

Складні віруси мають ще одну оболонку (суперкапсид), розташовану поза білковим капсидом. Це звичайна мембрана, що складається з ліпідного бішару із зануреними в нього глюкопротеїдами. Вуглеводи глікопротеїдів виступають над поверхнею вірусу у вигляді шпичок. Так вірус ВІЛ, що викликає СНІД, має на поверхні мембрану, яку він «позичає», виходячи із зараженої клітини.

Інфекційна дія вірусу пов’язана з його нуклеїновою кислотою, а оболонка забезпечує прикріплення вірусу та його проникнення в клітину. Якщо ввести до здорової клітини виділену з вірусу нуклеїнову кислоту, у цій клітині з’являться ознаки хвороби. Саме нуклеїнові кислоти кодують білки вірусної оболонки та необхідні вірусу ферменти. Синтез таких білків здійснюються системами синтезу зараженої клітини.

Шляхи проникнення вірусу в клітини живих організмів.

Потрапивши до організму-хазяїна, вірус осідає на поверхні клітини і взаємодіє з її рецепторами. Білки вірусів забезпечують проникнення нуклеїнової кислоти всередину клітини хазяїна.

В клітини тварин.

Для розмноження вірусам тварин необхідно змусити клітину поглинути вірусну частку шляхом ендоцитозу.

Тому вони імітують якісь важливі для клітини молекули. Так, віруси сказу взаємодіють з ацетилхоліновими рецепторами (ацетилхолін –медіатор у нервовій системі) і уражають нервову систему багатьох ссавців.

Оскільки віруси проникають тільки у клітини з певними рецепторами, дія їх специфічна. Звичайно вони вражають один або обмежене число видів хазяїв і пристосовані до певних тканин.

В клітини рослин.

Проникнення вірусу ускладнюється наявністю у рослинних клітинах клітинної стінки з целюлози і пектину. Тому віруси рослин потрапляють в середину клітин через ушкодження в клітинній стінці, а потім переходять з однієї клітини до іншої по цитоплазматичних містках між ними. Важливу роль у поширенні вірусів рослин відіграють комахи, наприклад попелиці.

В клітини бактерій.

Віруси бактерій – називають бактеріофаги.

Проникнення вірусу ускладнюється наявністю у клітин бактерій клітинної стінки з муреїну. Бактеріофаг кріпиться до бактерій білковими нитками і виділяють фермент, який руйнує її поверхневий апарат. Через скорочення хвостового відростка бактеріофага йог ДНК потрапляє в середину клітини.

Розвиток інфекції визначається як природою вірусу, що заразив клітину, так і станом самої клітини. Мабуть, найпоширеніша форма взаємодії клітини з вірусом – це носійство, а гострий перебіг інфекції є наслідком ослаблення організму.

За певних умов відразу після зараження або навпаки, через значний термін після нього, починається реплікація вірусної ДНК і синтез нових вірусних часток із використанням систем біосинтезу клітини - хазяїна. Якщо вірус містить ДНК, то внаслідок її реплікації клітина будуватиме копії вірусної ДНК, а внаслідок транскрипції – іРНК, по яких синтезуються вірусні білки.

Значення вірусів.

Віруси спричиняють багато захворювань людини. Найчастіше вони передаються: повітряно крапельним шляхом; з їжею; при переливанні крові; хірургічних чи стоматологічних операціях, через шприци для ін’єкцій тощо.

На щастя, після багатьох вірусних інфекцій утворюється тривалий імунітет. Аби запобігти вірусним захворюванням, використовують вакцину (убиті чи ослаблені віруси). Проте висока мінливість вірусів ускладнює використання вакцин проти них, адже при зміні білків оболонки вірусу виникає потреба у новій вакцині. Інколи з крові людини, яка перенесла якусь вірусну інфекцію готують лікувальні сироватки, які містять антитіла. Так, відомі сироватки проти гепатиту та інших захворювань.

Значних економічних збитків завдають віруси сільськогосподарських рослин, які викликають плями на листках, нарости і пухлини. Бактеріофаги дуже небезпечні для промислових культур бактерій, але можуть бути використані проти бактерійних інфекцій(дизентерії, холери, черевного тифу).

Віроїди і пріони.

Поняття про клітинний цикл. Мітоз. Мейоз.

Одним із положень клітинної теорії є те, що клітини не виникають наново, а розмножуються поділом. Унаслідок поділу еукаріотичної клітини можуть утворюватись дві дочірні, які мають однаковий з материнською клітиною набір хромосом (мітотичний поділ), або чотири (у результаті двох послідовних поділів), хромосомний набір кожної з яких удвічі зменшується (мейотичний поділ). Якщо внаслідок поділу утворюються дві дочірні, одна з яких за розмірами перевищує іншу, то таке явище має назву брунькування. Крім поділу клітин навпіл, існує множинний поділ, за якого ядро материнської клітини ділиться багато разів, а згодом навколо кожного з утворюваних ядер цитоплазматичною мембраною відокремлюються ділянки цитоплазми( наприклад, поділ малярійного плазмодію в еритроцитах).

Клітинний цикл – це період існування клітини від одного поділу до іншого. Він складається з періодів поділу та перерви між ними (інтерфази).

Тривалість клітинного циклу у різних організмів неоднакова: у бактерій за оптимальних умов вона становить 20-30 хвилин, у клітин еукаріот 10-80 годин і більше (наприклад, інфузорія туфелька може ділитись кожні 10-20 годин, амеба протей 25-35 годин).

Інтерфаза – період між поділами клітини або від поділу клітини до її загибелі. Тривалість інтерфази, як правило становить до 90% часу всього клітинного циклу.

Інтерфазу поділяють на три періоди:

• В пресинтетичний період відбувається: синтез РНК, синтез білка, підготовка до синтезу ДНК (до реплікації ДНК);

• В синтетичний період відбувається: синтез РНК, синтез білка, синтез ДНК(репрелікація ДНК), редуплікація хромосомних структур;

• В постсинтетичний період відбувається: синтез РНК, синтез білка( у тому числі білків мітотичного веретена); накопичення енергії АТФ для поділу.

Мітоз складається з 4 послідовних фаз: профази, метафази, анафази і телофази.

Профаза:

- сегментується і розпадається ядерна оболонка;

• ущільнюється хроматин, в результаті чого під світловим мікроскопом можна побачити форму хромосом та полічити їхню кількість. Кожна хромосома складається з двох ідентичних хроматид(майбутніх дочірніх хромосом), що утворились при реплікації ДНК в період інтерфази;

• зникає ядерце;

• центріолі клітинного центру розходяться до полюсів клітини і разом із мікро трубочками утворюють веретено поділу.

Метафаза:

• закінчується конденсація хроматину(хромосоми набувають компактної форми);

• хромосоми переміщуються до екватора клітини і прикріплюються центромерами (первинна перетяжка) до ниток веретена. Упорядковане розміщення хромосом по екватору клітини називають метафазна пластинка (екваторіальна).

Анафаза:

• хроматиди (дочірні хромосоми) відокремлюються, бо відбувається поділ центромер і розходяться до полюсів материнської клітини (за рахунок скорочення ниток веретена).

Телофаза:

• хромосоми, що розійшлися до полюсів материнської клітини деконденсуються (деспіралізуються);

• відбувається реконструкція ядерних оболонок та ядерець;

• поступово руйнується веретено поділу.

Цитокінез (цитотомія). Водночас із формуванням двох ядер відбувається поділ цитоплазми клітин. При цьому до кожної дочірньої клітини потрапляє приблизно рівна кількість органел.

Таким чином, мітоз – це такий спосіб клітинного поділу в результаті якого з однієї вихідної клітини утворюються дві дочірні, в кожній з яких кількість хромосом і обсяг генетичної інформації залишились незмінними, а маса ДНК зменшилась удвічі. Він відбувається при поділі соматичних клітин (ріст і розвиток організмів, регенерація), так і при нестатевому розмноження деяких одноклітинних рослин і тварин.

Мейоз.

Процес запліднення організмів супроводжується злиттям ядер статевих клітин(гамет), унаслідок чого кількість хромосом у зиготі подвоюється. Таким чином, повинен існувати механізм, який би забезпечував зменшення (редукцію) кількості хромосом у статевих клітинах порівняно з нестатевими(соматичними). Саме таким явищем є редукційний поділ- мейоз – особливий спосіб поділу клітин, у результаті якого кількість хромосом зменшується вдвічі й клітини переходять з диплоїдного стану в гаплоїдний.

Мейоз відбувається шляхом двох послідовних мітотичних поділів: редукційний мітоз та екваційний мітоз , інтерфаза між якими вкорочена , а в рослинних клітинах взагалі може бути відсутня.

Мітоз І (редукційний).

Профаза І:

• починається спіралізація хромосом і гомологічні хромосоми зближуються, утворюючи пари (кон’югація гомологічних хромосом);

• під час кон’югації може спостерігатись процес кросинговеру, під час якого гомологічні хромосоми обмінюються аналогічними ділянками. При цьому стає помітним, що кожна з хромосом складається з двох хроматид, тобто утворюються комплекси з чотирьох хроматид(тетради), зчеплених в певних ділянках;

• подальше вкорочення та потовщення хромосом;

• в кінці фази гомологічні хромосоми розходяться, тобто тетради розпадаються;