Віруси, як і бактерії, можна виявити в кожній точці нашої планети. Вони зустрічаються в гарячих джерелах, на дні океанів і навіть в арктичних льодах. Хімічний склад вірусів довгий час дивував вчених, так як він істотно відрізняється від складу всіх раніше відомих організмів: тільки віруси здатні зберігати генетичну інформацію на матриці РНК, транскрибувати ДНК на матриці РНК, вбудовувати свій геном у ДНК живої клітини під дією ферментів интеграз. У цій статті ми детально розберемо структуру, геном і хімічний склад вірусів.
Загальні відомості про віруси
Перебуваючи поза живої клітини, віруси не проявляють жодних ознак, характерних для живих організмів. Перебувають у такому стані неактивні віруси називають віріона. У віріона немає клітинних органел, характерних для клітин інших живих організмів, – плазматичної мембрани, мітохондрій, рибосом, ядерця, ядра та інших. Віріон містить оболонку з білкових субодиниць – капсид, додаткову оболонку, яка є не у всіх вірусів, – суперкапсид і геном.
Генетичний матеріал вірусу реалізується тільки при попаданні в живу клітину. В залежності від типу вірусного генома, нуклеїнові кислоти реплікуються або в ДНК клітини хазяїна, або на мітохондріях в цитоплазмі.
Структура простого віріона
Простий віріон складається з генетичного матеріалу і зовнішньої оболонки – капсиду. Капсид складається з білкових субодиниць, які називаються капсомерами. Спосіб організації каспомеров визначає просторову структуру вірусу. Хімічний склад капсида представлений одним або кількома видами білків. Форма капсида може бути икосаедрической (характерна для аденовірусів), спіральної (вірус тютюнової мозайки) або комплексною (зустрічається у проксивирусов і рабдовирусов). Капсид може складатися як з одного, так і з декількох видів білків. Субодиниці капсиду багато в чому визначають морфологію та хімічний склад вірусів.
Капсид захищає генетичний матеріал вірусу від механічних ушкоджень, впливу перепадів температури, рН, впливу радіації та хімічних речовин. Капсид разом з геномом вірусом називають нуклеокапсидом.
Структура складного віріона
Складно організований віріон має у складі додаткову структуру – суперкапсидную оболонку, яка знаходиться над капсидом.
Будова і хімічний склад вірусів, що містять суперкапсидную оболонку, істотно відрізняється від складу простих вірусів. Суперкапсидная оболонка складається з клітинної мембрани клітини господаря і складається на 95 % з ліпідів і білків. У складі суперкапсида присутня невелика кількість глікопротеїнів – складних білків, в яких білкова частина пов’язана з вуглеводом ковалентными зв’язками.
Суперкапсид, як і капсид, виконує захисну функцію. Глікопротеїни у складі суперкапсида служать для ідентифікації та зв’язування зі специфічними рецепторами на поверхні клітини господаря.
Вірусні білки
Бактеріальні білки можуть бути капсидными, суперкапсидными або геномними. Капсидные і суперкапсидные білки виконують захисні функції. Геномні білки, ковалентно пов’язані з геномом і утворюють з молекулами вірусної РНК чи ДНК рибо – або дезоксирибонуклеопротеины. Ці білки беруть участь у компактизації нуклеїнової кислоти, а також у репарації, транскрипції і трансляції.
Хімічний склад вірусів складний. Особливо різноманітні за своєю структурою і складом вірусні ферменти. Залежно від виконуваної функції, їх ділять на два великих класи:
- ферменти, необхідні для реплікації вірусного генома;
- ферменти, що полегшують проникнення вірусної нуклеїнової кислоти в клітину і забезпечують подальший вихід віріонів із клітини.
До першого класу ферментів відноситься РНК – і ДНК-залежна РНК-полімераза, ДНК-полімераза, зворотна транскриптаза, интеграза, ДНК-бета-гликозилтрансфераза і багато інших.
До другого класу належить нейраминидаза, що входить до складу глікопротеїнів, гемаглютинін-естераза, эндолизин і деякі інші.
Вірусні ліпіди
Ліпіди є одним з основних компонентів хімічного складу вірусів і у великій кількості містяться в суперкапсидной оболонці. Суперкапсид формується з плазматичної мембрани клітини господаря, тому склад ліпідної композиції визначає хімічний склад цієї мембрани. Вірусні ліпіди представлені в основному фосфоліпідами (50-60 %) і холестерину (20-30 %), так як саме ці ліпіди в найбільших кількостях представлені в плазмалемме. У слідових кількостях може бути фосфоинозитол.
Ліпіди є обов’язковим компонентом складу суперкапсидной оболонки. Вони вносять вклад у формування поверхневого заряду клітини за рахунок заряджених груп у складі фосфоліпідів, а також надають суперкапсиду гнучкість, необхідну для протистояння зовнішнім механічних пошкоджень. Ліпіди також служать хорошим додатковим ізолятором для генетичного матеріалу вірусів в разі різких змін температури та кислотності середовища, забезпечують підтримання постійного хімічного складу клітки. Віруси з суперкапсидной оболонкою завдяки товстому шару ліпідів і білків більш стійкі до дії детергентів, ніж прості віріони.
Вуглеводи в складі вірусу
Вуглеводи в складі вірусу, як правило, пов’язані з ліпідами або білками капсиду (при цьому вони називаються гликолипидами або глікопротеїнами відповідно). Глікопротеїни утворюють шипуваті вирости на поверхні клітини, які володіють властивостями гемагглютининов (викликають аглютинацію еритроцитів) або руйнують нейраминовую кислоту, що входить до складу клітинних стінок, з допомогою нейрамінідази.
Генетичний матеріал
Генетичний матеріал вірусів може бути представлений як одно – або двохланцюжкової ДНК, так і одно – або двохланцюжкової РНК. Більше ні в яких живих організмів РНК не є основним носієм генетичної інформації. ДНК-віруси реплікуються в ядрі клітини, так як для цього процесу необхідна клітинна ДНК-полімераза. РНК-віруси реплікуються в цитоплазмі, на рибосомах клітини господаря.
Існують віруси, спроможні перетворювати молекулу РНК в молекулу ДНК за допомогою зворотної транскриптази. Найвідомішим представником цього класу вірусів є вірус імунодефіциту людини. Синтезована на матриці РНК молекула вірусної ДНК під дією ферменту інтегрази страивается в хромосому клітини господаря і транскрибується разом з нормальними ділянками ДНК.
Бактеріальні віруси: бактеріофаги
Бактеріофаги – особливі віруси, так як вони вражають виключно бактеріальні клітини. Структура та хімічний склад вірусів та бактеріофагів дуже схожі. Однак у других є додатковий відросток з фібрилярних білків. Генетичний матеріал бактеріофагів може бути представлений як ДНК, так і РНК.
Проникнення бактеріофага всередину бактеріальної клітини призводить до її лізису. Таким чином бактеріофаги регулюють чисельність бактеріальної популяції. Крім того, ці віруси забезпечують генетичну різноманітність бактерій. Завдяки бактеріофагів здійснюється процес трансдукції: фрагменти бактеріальної хромосоми або плазміди упаковуються в головку бактеріофага, виходять у її складі з вихідної бактеріальної клітини і подають в іншу бактеріальну клітину, де і реплікації. Так в бактеріальну клітину потрапляє новий для неї генетичний матеріал.
