Virusets kropp består av. Vad är ett virus? Vad består den av? Icke-cellulära formers position i den levande naturens taxonomi

Virus skiljer sig från livlös materia i två egenskaper: förmågan att reproducera liknande former (multiplicera) och besittning av ärftlighet och föränderlighet.

Virus är utformade väldigt enkelt. Varje viral partikel består av RNA eller DNA inneslutet i ett proteinskal som kallas kapsid (fig. 16).

2. Vital aktivitet hos virus.

Efter att ha penetrerat cellen ändrar viruset sin metabolism och riktar all sin aktivitet till produktionen av viral nukleinsyra och virala proteiner. Inuti cellen sker självmontering av virala partiklar från syntetiserade nukleinsyramolekyler och proteiner. Innan döden lyckas ett stort antal viruspartiklar syntetiseras i cellen. I slutändan dör cellen, dess skal spricker och virusen lämnar värdcellen (Fig. 17).

Genom att bosätta sig i cellerna hos levande organismer orsakar virus många farliga sjukdomar: hos människor: influensa, smittkoppor, mässling, polio, påssjuka, rabies, AIDS och många andra; i växter - mosaiksjukdom av tobak, tomater, gurkor, bladkrullar, dvärgväxt, etc.; hos djur - mul- och klövsjuka, svin- och fågelpest, infektiös anemi hos hästar m.m.

Frågor för testet i avsnittet "Molekylär nivå av levande natur"

Varje alternativ kommer att ställas 10 frågor
Varje fråga måste besvaras i en hel mening.

1. Vilka grundämnen ingår i kolhydrater? Skriv ner den allmänna formeln för kolhydrater.
2. Vilka kolhydrater ingår i nukleinsyror (DNA och RNA)?
3. Skriv ner namnen på de viktigaste disackariderna.
4. Skriv ner namnen på de viktigaste polysackariderna.
5. Vilka polysackarider utgör cellväggarna i växt- och svampceller?
6. Vilka kolhydrater ansamlas i växt- och djurceller som reservämnen?
7. Skriv ner den allmänna formeln för en aminosyra.
8. Vilka är de primära och sekundära strukturerna hos proteiner?
9. Vilka är de tertiära och kvartära strukturerna hos proteiner?
10. Vad är denaturering?
11. Vilka molekyler klassificeras som biopolymerer?
12. Vad är enzymer?
13. Vad heter den region av enzymet som interagerar med substratmolekylen?
14. Var finns DNA-molekyler i en cell?
15. Vilka kvävehaltiga baser utgör DNA-nukleotider? RNA?
16. Hur många vätebindningar bildas mellan komplementära kvävebaser i DNA?
17. Vilka funktioner har DNA och RNA i en cell?
18. Vilka kolhydrater ingår i DNA-nukleotider? RNA?
19. Vilka organiska molekyler, förutom proteiner, har katalytisk aktivitet?
20. Vilka typer av RNA finns det i en cell?
21. Var finns RNA-molekyler i en cell?
22. Vilka molekyler består fetter av?
23. Hur mycket energi frigörs från oxidation av fett jämfört med kolhydrater?
24. Vilka molekyler är väktarna av genetisk information?
25. Vilka molekyler är de viktigaste byggstenarna i celler? Huvud- och reservenergikälla?
26. Vilka kolhydrater och vilken kvävebas ingår i ATP?
27. Hur mycket energi frigörs vid nedbrytningen av ATP till AMP och 2 H molekyler 3 RO 4 ?
28. Varför behöver kroppen vitaminer för normal ämnesomsättning?
29. Vilka nukleinsyror finns i virus?
30. Lista 5 mänskliga sjukdomar orsakade av virus.

Forskningens historia

Förekomsten av ett virus (som en ny typ av patogen) bevisades först 1892 av den ryska vetenskapsmannen D.I. Ivanovsky och andra. Efter många års forskning om sjukdomar hos tobaksväxter, i ett arbete daterat 1892, kommer D. I. Ivanovsky till slutsatsen att tobaksmosaik orsakas av "bakterier som passerar genom Chamberlant-filtret, som dock inte kan växa på konstgjorda substrat. ”

Fem år senare, medan man studerade sjukdomar hos nötkreatur, nämligen mul- och klövsjuka, isolerades en liknande filtrerbar mikroorganism. Och 1898, när han återgav D. Ivanovskys experiment av den holländska botanikern M. Beijerinck, kallade han sådana mikroorganismer "filtrerbara virus". I förkortad form började detta namn beteckna denna grupp av mikroorganismer.

Under efterföljande år spelade studien av virus en viktig roll i utvecklingen av epidemiologi, immunologi, molekylär genetik och andra grenar av biologi. Således blev Hershey-Chase-experimentet avgörande bevis på DNA:s roll i överföringen av ärftliga egenskaper. Under årens lopp har ytterligare minst sex Nobelpriser i fysiologi eller medicin och tre Nobelpriser i kemi delats ut för forskning som är direkt relaterad till studiet av virus.

Strukturera

Enkelt organiserade virus består av en nukleinsyra och flera proteiner som bildar ett skal runt den - kapsid. Ett exempel på sådana virus är tobaksmosaikviruset. Dess kapsid innehåller en typ av protein med låg molekylvikt. Komplext organiserade virus har ett extra skal - protein eller lipoprotein; ibland innehåller de yttre skalen av komplexa virus kolhydrater förutom proteiner. Exempel på komplext organiserade virus är patogenerna av influensa och herpes. Deras yttre skal är ett fragment av värdcellens kärn- eller cytoplasmatiska membran, från vilket viruset kommer ut i den extracellulära miljön.

Virusens roll i biosfären

Virus är en av de vanligaste formerna av existens av organiskt material på planeten sett till antal: vattnet i världshaven innehåller ett kolossalt antal bakteriofager (cirka 250 miljoner partiklar per milliliter vatten), deras totala antal i havet är cirka 4 10 30, och antalet virus (bakteriofager) i havets bottensediment beror praktiskt taget inte på djupet och är mycket högt överallt. Havet är hem för hundratusentals arter (stammar) av virus, av vilka de allra flesta inte har beskrivits, än mindre studerade. Virus spelar en viktig roll för att reglera populationsstorleken för vissa arter av levande organismer (till exempel minskar det vilda viruset antalet fjällrävar flera gånger under en period av flera år).

Virusens position i det levande systemet

Virusens ursprung

Virus är en kollektiv grupp som inte har en gemensam förfader. För närvarande finns det flera hypoteser som förklarar ursprunget till virus.

Ursprunget till vissa RNA-virus är associerat med viroider. Viroider är högstrukturerade cirkulära RNA-fragment som replikeras av det cellulära RNA-polymeraset. Man tror att viroider är "flyktiga introner" - obetydliga sektioner av mRNA som klippts ut under splitsning, vilket av misstag fick förmågan att replikera. Viroider kodar inte för proteiner. Man tror att förvärvet av kodande regioner (öppen läsram) av viroider ledde till uppkomsten av de första RNA-virusen. Det finns faktiskt kända exempel på virus som innehåller uttalade viroidliknande regioner (hepatit Delta-virus).

Exempel på icosaedriska virionstrukturer.
A. Ett virus som inte har ett lipidhölje (till exempel picornavirus).
B. Enveloped virus (t.ex. herpesvirus).
Siffrorna indikerar: (1) kapsid, (2) genomisk nukleinsyra, (3) kapsomer, (4) nukleokapsid, (5) virion, (6) lipidhölje, (7) membranhöljeproteiner.

Baltimore klassificering

Nobelpristagarens biolog David Baltimore föreslog sitt eget system för att klassificera virus baserat på skillnader i mekanismen för mRNA-produktion. Detta system inkluderar sju huvudgrupper:

• (I) Virus som innehåller dubbelsträngat DNA och inte har ett RNA-stadium (till exempel herpesvirus, poxvirus, papovavirus, mimivirus).
• (II) Dubbelsträngade RNA-virus (t.ex. rotavirus).
• (III) Virus som innehåller en enkelsträngad DNA-molekyl (t.ex. parvovirus).
• (IV) Virus som innehåller en enkelsträngad RNA-molekyl med positiv polaritet (till exempel picornavirus, flavivirus).
• (V) Virus som innehåller en enkelsträngad RNA-molekyl med negativ eller dubbel polaritet (till exempel ortomyxovirus, filovirus).
• (VI) Virus som innehåller en enkelsträngad RNA-molekyl och som i sin livscykel har DNA-syntesstadiet på en RNA-mall, retrovirus (till exempel HIV).
• (VII) Virus som innehåller dubbelsträngat DNA och som i sin livscykel har DNA-syntesstadiet på en RNA-mall, retroida virus (till exempel hepatit B-virus).

För närvarande används båda systemen samtidigt för att klassificera virus, som komplement till varandra.

Ytterligare uppdelning görs på basis av sådana egenskaper som genomstruktur (närvaro av segment, cirkulär eller linjär molekyl), genetisk likhet med andra virus, närvaron av ett lipidmembran, taxonomisk tillhörighet av värdorganismen, och så vidare.

Virus i populärkulturen

I litteraturen

• S.T.A.L.K.E.R. (fantasy roman)

På bio

• Resident Evil" och dess uppföljare.
• I science fiction-skräckfilmen "28 Days Later" och dess uppföljare.
• Handlingen i katastroffilmen "Epidemic" innehåller ett fiktivt virus "motaba", vars beskrivning påminner om det verkliga ebolaviruset.
• I filmen "Welcome to Zombieland".
• I filmen "The Purple Ball".
• I filmen "Carriers".
• I filmen "I am Legend".
• I filmen "Contagion".
• I filmen "Rapport".
• I filmen "Quarantine".
• I filmen "Quarantine 2: Terminal".
• I serien "Regenesis".
• I tv-serien "The Walking Dead".
• I tv-serien "Stängd skola".
• I filmen "Carriers".

I animation

Under de senaste åren har virus ofta blivit "hjältar" i tecknade serier och animerade serier, bland vilka är till exempel "Osmosis Jones" (USA), 2001), "Ozzy och Drix" (USA, 2002-2004) och " Virusattackerna” (Italien, 2011).

Anteckningar

1. På engelska . På latin är frågan om plural av detta ord kontroversiell. Ordet är lat. virus tillhör en sällsynt variant av II-böjningen, neutrum ord i -us: Nom.Acc.Voc. virus, gen. viri,Dat.Abl. viro. Lat är också benägen. vulgus och lat. pelagus; i klassisk latin är pluralis fast endast i det senare: lat. pelage, en form av antikt grekiskt ursprung, där η<εα.
2. Taxonomy of viruses på webbplatsen International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV).
3. (Engelsk) )
4. Cello J, Paul AV, Wimmer E (2002). "Kemisk syntes av poliovirus cDNA: generering av infektiöst virus i frånvaro av naturlig mall." Vetenskap 297 (5583): 1016–8. DOI:10.1126/science.1072266. PMID 12114528.
5. Bergh O, Børsheim KY, Bratbak G, Heldal M (augusti 1989). "Högt överflöd av virus som finns i vattenmiljöer." Natur 340 (6233): 467–8. DOI:10.1038/340467a0. PMID 2755508.
6. Elements - vetenskapsnyheter: Genom att förstöra bakterieceller deltar virus aktivt i cirkulationen av ämnen i havets djup

Den molekylära nivån är den initiala, djupaste organisationsnivån för levande saker. Varje organism består av molekyler av organiska ämnen som finns i en cell - dessa är biologiska molekyler som består av samma kemiska element som icke-levande. För närvarande är mer än 100 grundämnen kända, de flesta av dem finns i levande organismer De vanligaste i levande natur: kolhydrat (C), syre (O), väte (H) och kväve (N). föreningar är kol, det binds med många atomer och deras grupper - bildar kedjor som skiljer sig åt i kemisk sammansättning, längd och form.

Monomerer - grupper av atomer, relativt enkelt strukturerade, del av komplexa kemiska föreningar Polymer - en kedja som består av många länkar - monomerer Biopolymerer - polymerer som ingår i levande organismer En polymermolekyl består av tusentals sammankopplade monomerer (identiska eller olika) Egenskaper för biopolymerer beror på: monomerernas struktur antalet monomerer mångfalden av monomerer Biopolymerer är universella, eftersom byggda enligt samma plan i alla levande organismer.

Vår granskning, som betraktar celler som enheter av levande materia, kan inte vara komplett utan att beröra virus. Även om virus inte är levande är de biologiskt bildade supramolekylära komplex som är kapabla till självreplikation i sina respektive värdceller. Ett virus består av en nukleinsyramolekyl och ett omgivande skyddande skal, eller kapsid, gjord av proteinmolekyler. Virus finns i två stater.

Ris. 2-23. Elektronmikrofotografi av en växtcellvägg. Väggen består av korsande lager av cellulosafibrer nedsänkta i ett organiskt "lim". Växtcellernas väggar är mycket starka, deras struktur liknar en betongplatta armerad med stålarmering.

Ris. 2-24. Bakteriofagreplikation i värdcellen.

Vissa virus innehåller DNA, medan andra innehåller RNA.

Hundratals olika virus är kända som är specifika för vissa typer av värdceller. Värdarnas roll kan spelas av djur-, växt- eller bakterieceller (tabell 2-3). Virus specifika för bakterier kallas bakteriofager, eller helt enkelt fager (ordet "fag" betyder att äta, absorbera). Kapsiden av virus kan byggas upp av proteinmolekyler av endast en typ, vilket till exempel är fallet när det gäller tobaksmosaikviruset - ett av de enklaste virusen, som var det första som erhölls i kristallin form (Fig. 2-25). Andra virus kan innehålla tiotals eller hundratals olika typer av proteiner. Storleken på virus varierar kraftigt. Ett av de minsta virusen, bakteriofag fX174, har alltså en diameter på 18 nm, medan ett av de största virusen, vacciniaviruset, i storlek motsvarar de minsta bakterierna i sina partiklar. Virus skiljer sig också i form och grad av komplexitet i deras struktur. Bland de mest komplexa är bakteriofag T4 (fig. 2-25), för vilken E. coli fungerar som värdcell. Fag T4 har ett huvud, ett bihang ("svans") och en komplex uppsättning svansfilament; när virus-DNA injiceras i en värdcell, fungerar de tillsammans som en "stick" eller en injektionsspruta. I fig. 2-25 och i tabell. Tabell 2-3 visar data om storleken, formen och massan av partiklar av ett antal virus, såväl som typen och storleken på nukleinsyramolekylerna som ingår i deras sammansättning. Vissa virus är ovanligt patogena för människor. Dessa inkluderar, men är inte begränsade till, virus som orsakar smittkoppor, polio, influensa, förkylningar, infektiös mononukleos och herpes zoster. Man tror att cancer hos djur också orsakas av virus, som kan vara i ett latent tillstånd.

Tabell 2-3. Egenskaper hos vissa virus

Virus spelar en allt viktigare roll i biokemisk forskning, eftersom det med deras hjälp är möjligt att få extremt värdefull information om kromosomernas struktur, mekanismerna för enzymatisk syntes av nukleinsyror och regleringen av överföringen av genetisk information.

Representanter för virusriket är en speciell grupp av livsformer. De har inte bara en mycket specialiserad struktur, utan kännetecknas också av en specifik metabolism. I den här artikeln kommer vi att studera en icke-cellulär livsform - ett virus. Vad den består av, hur den reproducerar sig och vilken roll den spelar i naturen får du reda på genom att läsa den.

Upptäckten av icke-cellulära livsformer

År 1892 studerade den ryska forskaren D. Ivanovsky orsaksmedlet för tobakssjukdom - tobaksmosaik. Han slog fast att det patogena medlet inte är en bakterie, utan är en speciell form, senare kallad ett virus. I slutet av 1800-talet användes ännu inte högupplösta mikroskop inom biologin, så forskaren kunde inte ta reda på vilka molekyler viruset består av, samt se och beskriva det. Efter skapandet av elektronmikroskopet i början av 1900-talet såg världen de första representanterna för det nya riket, vilket visade sig vara orsaken till många farliga och svårbehandlade sjukdomar hos människor, såväl som andra levande organismer: djur, växter, bakterier.

Icke-cellulära formers position i den levande naturens taxonomi

Som nämnts tidigare är dessa organismer kombinerade till en femte - virus. Det huvudsakliga morfologiska kännetecknet för alla virus är frånvaron av en cellulär struktur. Hittills fortsätter diskussionerna i den vetenskapliga världen om frågan om icke-cellulära former är levande objekt i denna begrepps fulla bemärkelse. När allt kommer omkring är alla manifestationer av metabolism möjliga i dem först efter penetration i en levande cell. Fram till detta ögonblick beter sig virus som föremål av livlös natur: de har inga metaboliska reaktioner, de reproducerar sig inte. I början av 1900-talet stod forskare inför en hel grupp frågor: vad är ett virus, vad består dess skal av, vad finns inuti viruspartikeln? Svaren erhölls som ett resultat av många års forskning och experiment, som låg till grund för en ny vetenskaplig disciplin. Den uppstod i skärningspunkten mellan biologi och medicin och kallas virologi.

Strukturella egenskaper

Uttrycket "allt genialiskt är enkelt" gäller direkt för icke-cellulära livsformer. Viruset består av nukleinsyramolekyler - DNA eller RNA, belagda med ett proteinskal. Den har ingen egen energi- och proteinsyntesapparat. Utan en värdcell har virus inte ett enda tecken på en levande substans: ingen andning, ingen tillväxt, ingen irritabilitet, ingen reproduktion. För att allt detta ska dyka upp krävs bara en sak: att hitta ett offer - en levande cell, underordna sin ämnesomsättning sin nukleinsyra och i slutändan förstöra den. Som tidigare nämnts består virusskalet av proteinmolekyler som har en ordnad struktur (enkla virus).

Om skalet även innehåller lipoproteinsubenheter, som faktiskt är en del av värdcellens cytoplasmatiska membran, kallas sådana virus komplexa virus (orsaksmedlen för smittkoppor och hepatit B). Ofta innehåller virusets ytskal även glykoproteiner. De utför en signaleringsfunktion. Således består både skalet och själva viruset av molekyler av en organisk komponent - protein och nukleinsyror (DNA eller RNA).

Hur virus penetrerar levande celler

Resultatet av en patogen attack på en cell är kombinationen av DNA eller RNA från viruset med dess egna proteinpartiklar. Det nybildade viruset består alltså av nukleinsyramolekyler belagda med ordnade proteinpartiklar. Värdcellsmembranet förstörs, cellen dör och virusen som kommer från det invaderar friska celler i kroppen.

Fenomenet omvänd reduplicering

I början av studien av representanter för detta rike fanns det en åsikt att virus består av celler, men D. Ivanovskys experiment visade att patogener inte kan isoleras med hjälp av mikrobiologiska filter: patogener passerade genom sina porer och hamnade i filtratet, vilket bibehöll virulenta egenskaper.

Ytterligare forskning fastställde det faktum att viruset består av molekyler av organiskt material och visar tecken på ett levande ämne först efter dess direkta penetration in i cellen. I den börjar han föröka sig. De flesta innehåller RNA som beskrivits ovan, men vissa, såsom AIDS-viruset, orsakar DNA-syntes i värdcellskärnan. Detta fenomen kallas omvänd replikering. Sedan syntetiseras det virala mRNA:t på DNA-molekylen och sammansättningen av virala proteinsubenheter som bildar dess skal börjar på den.

Funktioner hos bakteriofager

Vad är en bakteriofag - en cell eller ett virus? Vad består denna icke-cellulära livsform av? Svaren på dessa frågor är följande: det påverkar uteslutande prokaryota organismer - bakterier. Dess struktur är ganska unik. Viruset består av molekyler av organiskt material och är uppdelat i tre delar: huvudet, skaftet (höljet) och svanstrådarna. I den främre delen - huvudet - finns en DNA-molekyl. Därefter kommer fallet, som har en ihålig stav inuti. Svansfilamenten som är fästa vid den säkerställer anslutningen av viruset med receptorloci i det bakteriella plasmamembranet. Funktionsprincipen för bakteriofagen liknar en spruta. Efter sammandragning av mantelproteinerna kommer DNA-molekylen in i den ihåliga staven och injiceras ytterligare i målcellens cytoplasma. Nu kommer den infekterade bakterien att syntetisera virusets DNA och dess proteiner, vilket oundvikligen kommer att leda till dess död.

Hur kroppen skyddar sig mot virusinfektioner

Naturen har skapat speciella skyddsanordningar som motstår virussjukdomar hos växter, djur och människor. Patogenerna själva uppfattas av deras celler som antigener. Som svar på närvaron av virus i kroppen produceras immunglobuliner - skyddande antikroppar. Immunsystemets organ - tymus, lymfkörtlar - svarar på viral invasion och bidrar till produktionen av skyddande proteiner - interferoner. Dessa ämnen hämmar utvecklingen av viruspartiklar och hämmar deras reproduktion. Båda typerna av skyddsreaktioner som diskuterats ovan hänför sig till humoral immunitet. En annan form av skydd är cellulärt. Leukocyter, makrofager, neutrofiler absorberar viruspartiklar och bryter ner dem.

Betydelsen av virus

Det är ingen hemlighet att det mestadels är negativt. Dessa ultrasmå patogena partiklar (från 15 till 450 nm), endast synliga med ett elektronmikroskop, orsakar en hel massa farliga och svårlösta sjukdomar hos alla organismer som finns på jorden utan undantag. Således påverkar de vitala organ och system, såsom nervsystemet (rabies, hjärninflammation, polio), immunförsvaret (AIDS), matsmältningssystemet (hepatit), andningsorganen (influensa, adenoinfektioner). Djur lider av ödlor och pest, och växter lider av olika nekroser, fläckar och mosaiker.

Mångfalden av representanter för kungariket har inte studerats fullt ut. Beviset är att nya typer av virus fortfarande upptäcks och tidigare okända sjukdomar diagnostiseras. Till exempel, i mitten av 1900-talet, upptäcktes Zika-viruset i Afrika. Det finns i kroppen av myggor, som, när de biter, infekterar människor och andra däggdjur. Symtom på sjukdomen tyder på att patogenen främst påverkar delar av det centrala nervsystemet och orsakar mikrocefali hos nyfödda. Människor som är bärare av detta virus bör komma ihåg att de utgör en potentiell fara för sina partner, eftersom fall av sexuell överföring av sjukdomen har rapporterats i medicinsk praxis.

Virusens positiva roll inkluderar deras användning i kampen mot skadedjursarter och i genteknik.

I detta arbete förklarade vi vad ett virus är, vad dess partikel består av och hur organismer skyddar sig mot patogena agens. Vi bestämde också vilken roll icke-cellulära livsformer spelar i naturen.