55Вірусні нуклеїнові кислоти. Вірусні днк. Вірусні рнк плюс- та мінус-типу

Клітини всіх живих організмів містять два типи нуклеїнових кисні ДНК і РНК. Вони побудовані з чотирьох типів нуклеотидів, які, з»єднуючись між собою, утворюють довгі полінуклеотидні ланцюги (нитки). До складу нуклеотидів входять залишки азотистої основи (аденін, гуанін, цитозин, тимін у ДНК і урацил у РНК) і фосфорпої кислоти. Первинну структуру нуклеїнових кислот досить міцно стабілізують ковалентні зв'язки, а саме: глікозидний зв'язок між азотистою основою й вуглеводним компонентом, ефірний зв'язок між дезоксирибозою або рибозою і фосфорною кислотою та фосфодиефірний зв'язок між нуклеотидами. Клітинна ДНК -— це двонитчаста молекула, в якій полінуклео- ні ланцюги з'єднані водневими зв'язками, що утворюються між азотистими основами згідно з законом комплементарності (аденін - тимін, гуанін - цитозин). Двонитчаста ДНК — це клітинний геном, який виконує функції збереження і реплікації спадкової інформації. Лише одна нитка ДНК кодувальна, тобто несе генетичну інформацію про білки. Обидві нитки ДНК слугують матрицею для реплікації і синтезу точних копій клітинного геному. Клітинна РНК є однонитчастою молекулою, яка представлена різними класами: 1 -інформаційні РНК (іРНК) утворюються в результаті транскрипції геному і передають генетичну інформацію на білок- синтезуваль ний апарат клітини; 2 - рибосомальні РНК (рРНК) є структурним елементом рибосом; 3 - транспртні РНК (тРНК) доставляють амінокислоти до рибосом. На відміну від від клітинних форм життя, в складі віріонів вірусів є лише один тип нуклеїнової кислоти — ДНК чи РНК .Віруси поділяються на ДНК-вмісні (або ДНК-геномні) та РНК-вмісні (або РНК-геномнї). Вірусна РНК, так само як і ДНК, є носієм генетичної інформації, причому більшість вірусів тварин і людини РНК-геномні. вірусний геном гаплоїдний, за винятком ретровірусів, які мають диплоїдний геном, представлений 2 ідентичними молекулами одноланцюгової РНК. Молекулярна маса вірусних нуклеїнових кислот коливається в широких межах: у ДНК-вмісних вірусів від 1,5 х 106 Д (парвовіруси) до 250 х 106 Д (покс- та іридовіруси); у РНК-вмісних вірусів — від 2,5 х 106 Д (пікорнавіруси) до 20 х 106 Д (реовіруси). Вірусні нуклеїнові кислоти характеризуються надзвичайною різноманітністю форм . Вірусні ДНК увають одно- і дволанцюгові, лінійні та кільцеві. У вірусних дволанцюгова ДНУ характеризується тим, що генетична інформація закодована на обох ланцюгах. Структура ДНК в основному унікальна: більшість нуклеотидних послідовностей трапляється лише один раз. Але на кінцях молекул бувають повтори, коли в кінцевому фрагменті ДНК дублюється її початкова ділянка. Повтори можуть бути прямими та інвертованими— з нуклеотидними послідовностями у зворотному порядку, які здатні утворювати шпилькові структури. У цих повторах закладена потенційна здатність до утворення кільцевої форми, яка має велике значення для вірусів. По-перше, кільцева форма забезпечує стійкість нуклеїнової кислоти до нуклеаз — ферментів, які послідовно відщеплюють нуклеотиди з кінців полінуклеотидного ланцюга. По- друге, стадія утворення кільцевої форми є обов'язковою для процесу інтеграції вірусної ДНК із клітинним геномом. І, нарешті, кільцева форма — це зручний та ефективний спосіб регулювання транскрипції й реплікації ДНК. Кільцеву дволанцюгову ДНК мають папілома-, по- ліома- і гепаднавіруси. В інших вірусів двонитчасті ДНК набувають кільцевої конфігурації тимчасово, ймовірніше — під час реплікації. ДНК багатьох вірусів має деякі специфічні особливості. Так, ДНК папілома- й поліомавірусів надспіралізована і за своєю конфігурацією подібна до хромосоми клітини. У гепаднавірусів плюс- нитка ДНК дефектна — на 15-60 % коротша за мінус-нитку. У поксвірусів обидва ланцюги ДНК ковалентно замкнені на кінцях. Одноланцюгова ДНК характерна для парво- та цирковірусів. У вкладі віріонів цирковірусів, як правило, міститься ДНК однієї полярності (мінус-нитка). Геном автономних парвовірусів також пред-ставлений в основному мінус-нитчастою ДНК, хоч у частини віріонів (1-50 %) виявляють плюс-нитки. ДНК обох полярностей міс- тять, нарвовіруси комах і аденоасоційовані віруси, які є дефектними і здатні розмножуватися лише в присутності вірусу-помічника. При дезінтеграції віріонів плюс- і мінус-нитки ДНК можуть взаємодіяти між собою, утворюючи дволанцюгову ДНК. Вірусні РНК, так само, як і клітинні, дуже різноманітні. Вони бувають одно- і двонитчастими, лінійними, фрагментованими і кільцевими. Для однонитчастої РНК характерна полярність. Віруси, що містять-одноланцюгову РНК, поділяються на дві групи: плюс- нитчасті (віруси з позитивним геномом) і мінус-нитчасті (або віруси з негативним геномом). У плюс-нитчастих вірусів віріонна РНК виконує функцію іРНК, тобто здатна безпосередньо переносити генетичну інформацію на рибосоми. Позитивний геном мають пікорна-, тога-, флаві-, артері-, корона-, каліци-, нода- й астровіруси. Плюснитчастими є також ретровіруси, але вони реалізують свою генетичну інформацію через комплементарну ДНК-копію. У мінус- нитчастих вірусів віріонна РНК не має властивостей іРНК. У таких вірусів на матриці мінус-нитки РНК синтезується комплементарна їй іРНК за участю вірусного ферменту транскриптази, який обов'язково входить до складу віріонів. Негативний геном мають парамік- ортоміксо-, рабдо-, філо-, борна- арена- і буньявіруси, причому в арена- і буньявірусів частина генів із позитивною полярністю. Одпонитчаста РНК в ортоміксовірусів є фрагментованою ( 7-8 фрагментів). Арена- і буньявіруси також містять однонитчасту фрагментовану РНК (відповідно 2 і 3 фрагменти). У буньявірусів кожен фрагмент має кільцеву форму, а в аренавірусів фрагментована РНК може бути як лінійною, так і кільцевою. Для дволанцюгової РНК характерна фрагментованість. Цей тип нуклеїнової кислоти властивий реовірусам (10-12 фрагментів) і бірнавірусам (2 фрагменти). Нуклеїнові кислоти зумовлюють інфекційні властивості вірусів. Немало вірусних нуклеїнових кислот інфекційні самі по собі, тобто вони здатні спричинити інфекційний процес за відсутності вірусоспецифічних білків (ферментів). Інфекційні властивості виявляють нуклеїнові кислоти більшості ДНК-вмісних вірусів (за винятком покс-, іридо-, асфар- і гепаднавірусів) і плюс-нитчастих РНК-вмісних вірусів (окрім ретровірусів). Генетична інформація інфекційної ДНК переписується на іРНК за участю клітинної транскриптази, а плюс-нитчаста РНК здатна безпосередньо переносити генетичну інформацію на рибосоми. Інфекційні властивості не виявляють мінус-нитчасті та дволанцюгові РНК. Для експресії неінфекційних вірусних нуклеїнових кислот потрібні вірусоспецифічні ферменти, які знаходяться в складі віріонів. На відміну від цільних віріонів, що здатні уражати конкретні види організмів і репродукуватися лише в певних типах їхніх клітин, інфекційними вірусними нуклеїновими кислотами можна заразити в експерименті лінії клітин і навіть види тварин, нечутливі до даного вірусу в природних умовах. Проте інфекційність вірусних нуклеїнових кислот значно нижча, ніж цільних віріонів.

54.Білки вірусів можуть бути розділені на структурні, вхідні до складу віріона і неструктурні, що виявляються в зараженій клітці під час вірусної інфекції, але не входять до складу віріону. Неструктурні білки забезпечують внутрішньоклітинну репродукцію вірусів на різних етапах.

Структурні білки формують структуру віріону. Їхня кількість може бути від 2 - 3 у простих вірусів до 100 і більше в складноорганизованих вірусів віспи. Капсид може містити також ряд ферментів, а також регуляторних білків, зв'язаних у віріоні з вірусним геномом, а в зараженій клітині беруть участь у реплікації нуклеїнових кислот.

Основною функцією власне капсидних білків є захист генома вірусу від зовнішніх впливів. Багато вірусних структурних білків містять “масковану” N-кінцеву аміногрупу, представлену ацетильованим серином, тобто в даному випадку має місце “маскування” вільної NH₂ групи шляхом її ацетилування. “Маскування” N-кінцевої амінокислоти і заміна З-кінцевої амінокислоти на треонін очевидно є еволюційним пристосуванням, що утрудняє руйнування вірусного білка під дією протеаз клітини-хазяїна.

Суперкапсидні білки розміщуються в ліпопротеїдной оболонці складних вірусів, що мають оболонку. За своєю структурою ці білки подібні білкам плазматичної мембрани клітини, і часто кодуються вірусним геномом. Зазвичай білки пеплосу представлені глікопротеїдами, вуглеводні ланцюжки яких прикріплені до визначених амінокислот поліпептиду. Вуглеводи захищають білковий кістяк вірусної оболонки від протеаз клітини-хазяїна і формують антигенні властивості вірусних білків.

У вірусів, що мають оболонку, глікопротеїди звичайно утворюють на поверхні вірусної частки шпичаки, що беруть участь в адсорбції вірусу на клітинній мембрані і проникненні його в клітину. Глікопротеїди є основними антигенами, до яких утворюються вірус-нейтралізуючі антитіла. Ці білки використовують для одержання противірусних вакцин.

Неструктурні білки вивчені значно менше, ніж структурні, через складність їхнього очищення та ідентифікації. До неструктурних білків відносяться ферменти, що забезпечують транскрипцію і реплікацію вірусного геному, білки-регулятори.

Багато структурних білків віріона мають ферментативну активність, що забезпечує адсорбцію і проникнення вірусу в клітину, транскрипцію і трансляцію вірусного геному і вивільнення зрілого вірусу з клітини. Кількість таких ферментів у різних вірусів неоднакова. Найпростіші віруси (поліомиэліта, гепатиту А) узагалі не містять у складі віріона ферментів, а у вірусів групи віспи (натуральної віспи людини, віспи корів) виявлено більш півтора десятків різних ферментів. Деякі віруси людини і тварин (зокрема, що належати до сімейства Retroviridae) володіють зворотної транскриптазой - РНК-залежною ДНК-полимеразою, здатною синтезувати ДНК на матриці РНК.

У віріонах «-«РНК-геномных вірусів обов'язкова присутність власної РНК-полімерази, що здійснює транскрипцію віріонної РНК і синтез вірусоспецифічних і-РНК. Такий фермент знайдений у представників сімейств Orthomyxoviridae, Rhabdoviridae та ін.

Особливий інтерес представляють ферменти вірусів, що руйнують клітинні стінки бактерій. Бактеріальні клітки з їх твердою полісахаридною оболонкою в неушкодженому стані не дають можливості проникати усередину клітини вірусній нуклеїновій кислоті. Природно, що бактеріофаги повинні мати відповідні засоби впливу на клітинну оболонку. У багатьох фагів, лизуючих Escherichia coli, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, деякі види Salmonella, таким засобом є лізоцим, що локалізується в хвостовому відростку бактеріофага. Найбільш добре вивчений лизоция Т-парних фагів (Т-2, Т-4, Т-6). Лізоцими належать до типу эндоацетилмурамідаз, тобто ферментів, гідролизуючих визначені глікозидні зв'язки в пептидогликанах бактеріальних клітин із звільненням цукрів, що редукуються, і ацетилгексозамінів. У результаті взаємодії ферменту з полісахаридним комплексом бактеріальної оболонки в оболонці утвориться локальний отвір, що в нормальних умовах швидко затягується. При високій множинності зараження, коли на клітинній поверхні адсорбуються від декількох десятків до сотень фагів, ушкодження бувають настільки значними, що клітина гине, а весь клітинний вміст виходить назовні. Цей феномен одержав назву «лізису ззовні».Молекулярна вага лізоциму, виділеного з фага Т2, як виявилося дорівнює 20000 і властивості його істотно відрізняються від властивостей лізоциму курячого яйця.