20. Вирусы – надклеточная форма жизни. Принципы сосуществования с клетками. Разнообразие типов нк и форм их воспроизведения в клетке. Обратная транскрипция.

Вирусы-неклеточная форма жизни, обладающая собственным геномом и способная к воспроизведению только в клетках живых организмов. Варион (вирусная частица) состоит из одной или нескольких молекул ДНК или РНК, заключенных в белковую оболочку (капсид), иногда содержащую липидные и углеводыне компоненты. Вирусы размножаются только после инфицирования живых клеток. Различные вирусы проникают в животные и растительные клетки, а также бактерии (вирусы бактерий называют бактериофагами). Жизненный цикл вируса начинается с проникновения внутрь клетки. Для этого он связывается со специфическими рецепторами на ее поверхности и либо вводит свою нуклеиновую кислоту внутрь клетки, оставляя белки вариона на ее поверхности, либо проникает целиком в результате эндоцитоза. Далее освобождение НК от белков оболочки. В результате вирусный геном становится доступным для ферментных систем клетки, обеспечивающих экспрессию генов вируса.

Геном вирусов, заключенный внутри варионов может быть представлен НГ (ДНК или РНК), последние могу быть одно- и двуцепочными, кольцевыми и линейными. Геном РНК представлен только линейными молекулами.

Существует 2 типа взаимодействия вируса и клетки, где главное различие – степень автономии вируса от клетки хозяина. На примере бактериофага. Когда бактериофаг заражает подходящую клетку кишечной палочки, он немедленно реплицируется образует несколько сотен дочерних фаговых частиц, которые выходят наружу в момент лизиса клетки. Лизис клеточной стенки осуществляет кодируемый фагом фермент лизоцим. Это литический путь инфекции – он заканчивается гибелью клетки хозяина. Вирус не подчиняется клеточному контролю. Альтернативный лизогенный путь, при отором линейные молекулы ДНК бактериофага замыкаются в кольцо и включаются в кольцевую хромосому клетки хозяина. Кл. , содержащая ДНК б-фага в своей хромосоме – лизогенная клетка, а встроенная ДНК б-фага – профагом.

В животных клетках как и у бактерий , Днк вирусы могут размножаться литическим путем, ведущим к гибели клетки (кл. наз-ся персмиссивными), Клетки, к кот. Размножение вирусов блокируется – неперсмиссивными. Вирусная хромосома в таких случаях либо включается в геном клетки хозяина и размножается вместе с ним, либо образует плазмиду – кольцевую молекулу ДНК, репликация которой не ведет к гибели клетки. В ретровирусах ревертаза превращает их РНК в форму ДК, которая встраивается в клеточную хромосому. В результате образуется большое количество молекул вирусной РНК, идентичных исходному инфицирующему геному. Завершается процесс трансляцией этих молекул РНК с образование капсидных и мембранных белков. А также обратной транскриптазы.

21. Особенности генома прокариот на примере кишечной палочки. Функциональная структура генома. Структура генов прокариот. Опероны.

Основу генетического аппарата кишечной палочки составляет бактериальная хромосома, входящая в состав нуклеоида – ядерноподобной структуры. Нуклеоид по морфологии напоминает соцветие цветной капусты и занимает примерно 30% объема цитоплазмы. Бактериальная хромосома представляет собой кольцевую двуспиральную правозакрученную молекулу ДНК, которая свернута во вторичную спираль. Длина бактериальной хромосомы составляет примерно 4,7 млн. нуклеотидных пар (п.н.), или ~ 1,6 мм. Вторичная структура хромосомы поддерживается с помощью гистоноподобных (основных) белков и РНК. Точка прикрепления бактериальной хромосомы к мезосоме (складке плазмалеммы) является точкой начала репликации ДНК (эта точка носит название OriC). Бактериальная хромосома удваивается перед делением клетки, и сестринские копии распределяются по дочерним клеткам с помощью мезосомы. Репликация ДНК идет в две стороны от точки OriC и завершается в точке TerC. Молекулы ДНК, способные себя воспроизводить путем репликации, называются репликоны. При делении клетки сестринские копии бактериальной хромосомы распределяются по дочерним клеткам с помощью мезосомы.

Кроме бактериальной хромосомы в состав генетического аппарата прокариот входит множество мелких репликонов – плазмид – кольцевых молекул ДНК длиной в тысячи п.н. Плазмиды такого размера содержат несколько десятков генов. Обычно это «гены роскоши», обеспечивающие устойчивость к антибиотикам, тяжелым металлам, кодирующие специфические токсины, а также гены конъюгации и обмена генетическим материалом с другими особями. Известны также мелкие плазмиды длиной 2...3 тпн, кодирующие не более 2 белков. У многих бактерий открыты мегаплазмиды длиной порядка миллиона пн, то есть немногим меньше бактериальной хромосомы. Плазмиды могут быть прикреплены к мезосомам, могут находиться в автономном состоянии и в интегрированном состоянии. В последнем случае плазмида включается в состав бактериальной хромосомы в определенных точкахattB. Таким образом, одна и та же плазмида может включаться в состав хромосомы и может вырезаться из нее. Существуют плазмиды, представленные одной копией – они реплицируются синхронно с ДНК бактериальной хромосомы. Другие плазмиды могут быть представлены многими копиями, и их репликация происходит независимо от репликации бактериальной хромосомы. Репликация свободных плазмид часто протекает по принципу «катящегося кольца» – с одной кольцевой матрицы ДНК считывается «бесконечная» копия.

Репликация плазмид может быть синхронизирована с репликацией бактериальной хромосомы, но может быть и независимой.

 В прокариотических клетках отсутствуют постоянные двумембранные и одномембранные органоиды: пластиды и митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и их производные. Их функции выполняют мезосомы – складки плазматической мембраны. В цитоплазме фотоавтотрофных прокариот имеются разнообразные мембранные структуры, на которых протекают реакции фотосинтеза. Иногда их называют бактериальными хроматофорами.Специфическим веществом клеточной стенки прокариот является муреин, однако у некоторых прокариот муреин отсутствует. Поверх клеточной стенки часто имеется слизистая капсула. Пространство между мембраной и клеточной стенкой служит резервуаром протонов при фотосинтезе и аэробном дыхании.Размеры прокариотических клеток изменяются от 0,1-0,15 мкм (микоплазмы) до 30 мкм и более. У подвижных бактерий имеются жгутики.

Ген – еденица наследственной информации, занимающая определенное положение в геномеи контролирующая выполнение определенных функций. Ген состоит из 2 основных элементов: регуляторной и кодирующей части. Регуляторная чать обеспечивает первые этапы реализации генетической информации, заключенной в структурной части гена, которая содержит информацию о о структуре кодируемого данным геном полипептида. 5’-конец гена имеет регуляторные элементы на расстоянии 50-70 н.п. от точки инициации транскрипции. Этот участок гена называют промотором. Сам в РНК не транскрибируется. Противоположный 3’-конец – терминаторная область, необходимая для терминации и транскрипции. Сам в РНК тоже не транскрибируется. Сигналы остановки транчкрипции находятся на 3’-конце наз-ся терминаторами. Они содержат последовательности, которые в транскрибируемой РНК формируют структуру шпильки. Последовательность оснований способствует образованию стабильных пар G-C за счет водородных связей

Оперон — функциональная единица генома у прокариот, в состав которой входят цистроны(гены, единицы транскрипции), кодирующие совместно или последовательно работающие белки и объединенные под одним (или несколькими) промоторами. Такая функциональная организация позволяет эффективнее регулировать экспрессию (транскрипцию) этих генов.

Оперон – участок бактериальной хромосомы, включающий следующие участки ДНК:  промотор,  оператор, Z, Y, А –структурные гены,  терминатор.