Η διαδικασία σχηματισμού ιοσωμάτων αποτελείται από στάδια. Η αλληλεπίδραση του ιού με το κύτταρο
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ
Ερωτήσεις ελέγχου:
1. Αναπαραγωγή DNA-γονιδιωματικών ιών: κύρια στάδια, χαρακτηριστικά αναπαραγωγής………………………………………………………………………………………… ..3
2. Σημάδια αναπαραγωγής του ιού σε ζωντανά συστήματα: πειραματόζωα, έμβρυα κοτόπουλου, κυτταροκαλλιέργειες…………………………………………………………………… ………16
3. Εργασία ..................................................... ................................................ . ..20
Αναφορές………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
1. Αναπαραγωγή DNA-γονιδιωματικών ιών: κύρια στάδια, χαρακτηριστικά αναπαραγωγής
Αναπαραγωγή ιών
Η διαδικασία αναπαραγωγής του ιού μπορεί να χωριστεί υπό όρους σε δύο φάσεις. Η πρώτη φάση καλύπτει τα γεγονότα που οδηγούν στην προσρόφηση και είσοδο του ιού στο κύτταρο, την απελευθέρωση του εσωτερικού συστατικού του και την τροποποίησή του με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να προκαλέσει μόλυνση. Κατά συνέπεια, η πρώτη φάση περιλαμβάνει τρία στάδια: 1) προσρόφηση ιού στα κύτταρα. 2) διείσδυση του ιού στα κύτταρα. 3) γδύσιμο του ιού στο κύτταρο. Αυτά τα στάδια στοχεύουν στη διασφάλιση ότι ο ιός παρέχεται στις κατάλληλες κυτταρικές δομές και ότι το εσωτερικό του συστατικό απελευθερώνεται από τα προστατευτικά κελύφη. Μόλις επιτευχθεί αυτός ο στόχος, ξεκινά η δεύτερη φάση αναπαραγωγής, κατά την οποία εμφανίζεται η έκφραση του ιικού γονιδιώματος. Αυτή η φάση περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα: 1) μεταγραφή, 2) μετάφραση αγγελιοφόρου RNA, 3) αντιγραφή γονιδιώματος, 4) συναρμολόγηση ιικών συστατικών. Το τελικό στάδιο της αναπαραγωγής είναι η απελευθέρωση του ιού από το κύτταρο.
Πρώτη φάση αναπαραγωγής.
Ι. Προσρόφηση ιοσωμάτων στην κυτταρική επιφάνεια.
Η αλληλεπίδραση ενός ιού με ένα κύτταρο ξεκινά με τη διαδικασία της προσρόφησης, δηλαδή την προσκόλληση ιικών σωματιδίων στην κυτταρική επιφάνεια. Η διαδικασία της προσρόφησης είναι δυνατή με την παρουσία κατάλληλων υποδοχέων στην επιφάνεια του κυττάρου και ουσιών που τους «αναγνωρίζουν» στην επιφάνεια του ιού. Οι πολύ αρχικές διαδικασίες προσρόφησης είναι μη ειδικές και μπορεί να βασίζονται στην ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση θετικά και αρνητικά φορτισμένων ομάδων στην επιφάνεια του ιού και του κυττάρου. Ωστόσο, η αναγνώριση των κυτταρικών υποδοχέων από τις ιικές πρωτεΐνες που οδηγεί στη σύνδεση του ιικού σωματιδίου στο κύτταρο είναι μια εξαιρετικά ειδική διαδικασία. Οι πρωτεΐνες στην επιφάνεια του ιού που αναγνωρίζουν συγκεκριμένες ομάδες στην πλασματική μεμβράνη του κυττάρου και προκαλούν την προσκόλληση ενός ιικού σωματιδίου σε αυτές ονομάζονται πρωτεΐνες προσκόλλησης.
Οι ιοί χρησιμοποιούν υποδοχείς που έχουν σχεδιαστεί για να περνούν στο κύτταρο τις απαραίτητες για τη ζωτική του δραστηριότητα: θρεπτικά συστατικά, ορμόνες, αυξητικούς παράγοντες κ.λπ. Οι υποδοχείς μπορεί να έχουν διαφορετική χημική φύση και να αντιπροσωπεύουν πρωτεΐνες, το υδατανθρακικό συστατικό των πρωτεϊνών και τα λιπίδια, τα λιπίδια. Οι υποδοχείς για τους ιούς της γρίπης και τους παραμυξοϊούς είναι το σιαλικό οξύ στη σύνθεση γλυκοπρωτεϊνών και γλυκολιπιδίων (γαγγλιοσίδες), για ραβδοϊούς και ρεοϊούς - επίσης ένα συστατικό υδατάνθρακα στη σύνθεση πρωτεϊνών και λιπιδίων, για πικορναϊούς και αδενοϊούς - πρωτεΐνες, για ορισμένους ιούς - lipids. Ειδικοί υποδοχείς παίζουν ρόλο όχι μόνο στην προσκόλληση ενός ιικού σωματιδίου στην κυτταρική επιφάνεια. Καθορίζουν την περαιτέρω μοίρα του ιικού σωματιδίου, την ενδοκυτταρική μεταφορά και παράδοση του σε ορισμένες περιοχές του κυτταροπλάσματος και του πυρήνα, όπου ο ιός είναι σε θέση να ξεκινήσει τη μολυσματική διαδικασία. Ο ιός μπορεί να προσκολληθεί σε μη ειδικούς υποδοχείς και ακόμη και να εισέλθει στο κύτταρο, αλλά μόνο η προσκόλληση σε έναν συγκεκριμένο υποδοχέα θα οδηγήσει σε μόλυνση.
Η προσκόλληση ενός ιικού σωματιδίου στην κυτταρική επιφάνεια λαμβάνει χώρα πρώτα μέσω του σχηματισμού ενός μόνο δεσμού μεταξύ του ιικού σωματιδίου και του υποδοχέα. Ωστόσο, μια τέτοια προσκόλληση είναι εύθραυστη και το ιικό σωματίδιο μπορεί εύκολα να ξεκολλήσει από την επιφάνεια του κυττάρου - αναστρέψιμη προσρόφηση. Προκειμένου να συμβεί μη αναστρέψιμη προσρόφηση, πρέπει να εμφανιστούν πολλαπλοί δεσμοί μεταξύ του ιικού σωματιδίου και πολλών μορίων υποδοχέα, δηλαδή, πρέπει να συμβεί σταθερή πολυσθενής σύνδεση. Ο αριθμός των μορίων κυτταρικού υποδοχέα στις θέσεις προσρόφησης μπορεί να φτάσει έως και τις 3000. Η σταθερή δέσμευση ενός ιικού σωματιδίου στην κυτταρική επιφάνεια ως αποτέλεσμα πολυσθενούς σύνδεσης συμβαίνει λόγω της δυνατότητας ελεύθερης κίνησης των μορίων υποδοχέα στη λιπιδική διπλοστοιβάδα της πλασματικής μεμβράνης , η οποία καθορίζεται από την κινητικότητα, «ρευστότητα» του στρώματος πρωτεΐνης-λιπιδίου. Η αύξηση της ρευστότητας των λιπιδίων είναι ένα από τα πρώτα γεγονότα στην αλληλεπίδραση ενός ιού με ένα κύτταρο, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό πεδίων υποδοχέα στη θέση επαφής μεταξύ του ιού και της κυτταρικής επιφάνειας και σταθερή σύνδεση του ιικού σωματιδίου στο προκύπτουσες ομάδες.
Ο αριθμός των ειδικών υποδοχέων στην κυτταρική επιφάνεια κυμαίνεται μεταξύ 104 και 105 ανά κύτταρο. Οι υποδοχείς για έναν αριθμό ιών μπορούν να υπάρχουν μόνο σε ένα περιορισμένο σύνολο κυττάρων-ξενιστών και αυτό μπορεί να καθορίσει την ευαισθησία ενός οργανισμού σε έναν δεδομένο ιό. Για παράδειγμα, οι πικορναϊοί απορροφώνται μόνο σε κύτταρα πρωτευόντων. Υποδοχείς για άλλους ιούς, αντίθετα, υπάρχουν ευρέως στην επιφάνεια κυττάρων διαφόρων τύπων, όπως υποδοχείς για ορθομυξοϊούς και παραμυξοϊούς, που είναι ενώσεις που περιέχουν σιαλύλιο. Επομένως, αυτοί οι ιοί έχουν ένα σχετικά ευρύ φάσμα κυττάρων στα οποία μπορεί να συμβεί προσρόφηση ιικών σωματιδίων. Υποδοχείς για έναν αριθμό τογαϊών κατέχονται από κύτταρα ενός εξαιρετικά μεγάλου φάσματος ξενιστών: αυτοί οι ιοί μπορούν να προσροφήσουν και να μολύνουν κύτταρα τόσο των σπονδυλωτών όσο και των ασπόνδυλων.
II. Είσοδος ιού στο κύτταρο.
Ιστορικά, υπήρξε μια ιδέα δύο εναλλακτικών μηχανισμών για τη διείσδυση ζωικών ιών στο κύτταρο - με ιορόπεξις (ενδοκυττάρωση) και με σύντηξη των ιικών και κυτταρικών μεμβρανών. Ωστόσο, αυτοί οι δύο μηχανισμοί δεν αποκλείουν, αλλά αλληλοσυμπληρώνονται.
Ο όρος "viropexis" σημαίνει ότι το ιικό σωματίδιο εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα ως αποτέλεσμα της διείσδυσης ενός τμήματος της πλασματικής μεμβράνης και του σχηματισμού ενός κενοτοπίου που περιέχει το ιικό σωματίδιο.
ενδοκυττάρωση υποδοχέα. Το Viropexis είναι μια ειδική περίπτωση ενδοκυττάρωσης υποδοχέα ή προσρόφησης. Αυτή η διαδικασία είναι ο συνήθης μηχανισμός με τον οποίο διατροφικές και ρυθμιστικές πρωτεΐνες, ορμόνες, λιποπρωτεΐνες και άλλες ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο από το εξωκυττάριο υγρό. Η ενδοκύττωση των υποδοχέων εμφανίζεται σε εξειδικευμένες περιοχές της πλασματικής μεμβράνης, όπου υπάρχουν ειδικές κοιλότητες καλυμμένες από την πλευρά του κυτταροπλάσματος με μια ειδική πρωτεΐνη μεγάλου μοριακού βάρους - την κλαθρίνη. Συγκεκριμένοι υποδοχείς βρίσκονται στο κάτω μέρος του βόθρου. Οι κοιλότητες παρέχουν ταχεία διήθηση και σχηματισμό ενδοκυτταρικών κενοτοπίων επικαλυμμένων με κλαθρίνη. Ο χρόνος ημίσειας ζωής της διείσδυσης μιας ουσίας στο κύτταρο με αυτόν τον μηχανισμό δεν υπερβαίνει τα 10 λεπτά από τη στιγμή της προσρόφησης. Ο αριθμός των κενοτοπίων που σχηματίζονται σε ένα λεπτό αγγίζει περισσότερα από 2000. Έτσι, η ενδοκύττωση των υποδοχέων είναι ένας καλά συντονισμένος μηχανισμός που εξασφαλίζει την ταχεία διείσδυση ξένων ουσιών στο κύτταρο.
Τα επικαλυμμένα κενοτόπια συντήκονται με άλλα, μεγαλύτερα κυτταροπλασματικά κενοτόπια για να σχηματίσουν υποδοχείς που περιέχουν υποδοχείς αλλά όχι κλαθρίνη, η οποία με τη σειρά της συντήκεται με λυσοσώματα. Με αυτόν τον τρόπο, οι πρωτεΐνες που έχουν εισέλθει στο κύτταρο μεταφέρονται συνήθως στα λυσοσώματα, όπου διασπώνται σε αμινοξέα. Μπορούν να παρακάμψουν τα λυσοσώματα και να συσσωρευτούν σε άλλα μέρη του κυττάρου σε μη αποικοδομημένη μορφή. Μια εναλλακτική λύση στην ενδοκυττάρωση των υποδοχέων είναι η υγρή ενδοκυττάρωση, όταν η κολπίτιδα δεν συμβαίνει σε εξειδικευμένες περιοχές της μεμβράνης. Οι περισσότεροι ζωικοί ιοί με περίβλημα και χωρίς περίβλημα εισέρχονται στο κύτταρο μέσω του μηχανισμού της ενδοκυττάρωσης των υποδοχέων. Η ενδοκυττάρωση παρέχει ενδοκυτταρική μεταφορά του ιικού σωματιδίου μέσα στο ενδοκυτταρικό κενοτόπιο, αφού το κενοτόπιο μπορεί να κινηθεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και να συγχωνευθεί με τις κυτταρικές μεμβράνες (συμπεριλαμβανομένης της πυρηνικής μεμβράνης), απελευθερώνοντας το σωματίδιο του ιού στις κατάλληλες ενδοκυτταρικές θέσεις. Με αυτόν τον τρόπο, για παράδειγμα, οι πυρηνικοί ιοί εισέρχονται στον πυρήνα και οι ρεοϊοί εισέρχονται στα λυσοσώματα. Ωστόσο, τα ιικά σωματίδια που έχουν εισέλθει στο κύτταρο αποτελούν μέρος του κενοτόπου και διαχωρίζονται από το κυτταρόπλασμα με τα τοιχώματά του. Πρέπει να περάσουν από διάφορα στάδια για να προκαλέσουν μια μολυσματική διαδικασία.
Σύντηξη ιικών και κυτταρικών μεμβρανών. Για να περάσει το εσωτερικό συστατικό του ιού από την κυτταρική μεμβράνη, ο ιός χρησιμοποιεί τον μηχανισμό της σύντηξης της μεμβράνης. Στους ιούς με περίβλημα, η σύντηξη οφείλεται στη σημειακή αλληλεπίδραση της πρωτεΐνης σύντηξης του ιού με τα λιπίδια της κυτταρικής μεμβράνης, ως αποτέλεσμα της οποίας το περίβλημα της ιικής λιποπρωτεΐνης ενσωματώνεται με την κυτταρική μεμβράνη και το εσωτερικό συστατικό του ιού βρίσκεται στην άλλη πλευρά του. Σε ιούς χωρίς περίβλημα, μία από τις επιφανειακές πρωτεΐνες αλληλεπιδρά επίσης με τα λιπίδια της κυτταρικής μεμβράνης, προκαλώντας το εσωτερικό συστατικό να περάσει μέσα από τη μεμβράνη. Οι περισσότεροι ζωικοί ιοί εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα από το υποδοχέα.
Εάν κατά τη διάρκεια της ενδοκυττάρωσης το ιικό σωματίδιο είναι παθητικός επιβάτης, τότε κατά τη σύντηξη γίνεται ενεργός συμμετέχων στη διαδικασία. Η πρωτεΐνη σύντηξης είναι μια από τις επιφανειακές πρωτεΐνες της. Μέχρι σήμερα, αυτή η πρωτεΐνη έχει ταυτοποιηθεί μόνο σε παραμυξοϊούς και ορθομυξοϊούς. Στους παραμυξοϊούς, αυτή η πρωτεΐνη (πρωτεΐνη Ρ) είναι μία από τις δύο γλυκοπρωτεΐνες που βρίσκονται στην επιφάνεια του ιικού σωματιδίου. Η λειτουργία της πρωτεΐνης σύντηξης στον ιό της γρίπης εκτελείται από μια μικρή αιμοσυγκολλητική υπομονάδα.
Οι παραμυξοϊοί προκαλούν σύντηξη μεμβράνης σε ουδέτερο pH και το εσωτερικό συστατικό αυτών των ιών μπορεί να εισέλθει στο κύτταρο απευθείας μέσω της πλασματικής μεμβράνης. Ωστόσο, οι περισσότεροι ιοί με περίβλημα και χωρίς περίβλημα προκαλούν σύντηξη μεμβράνης μόνο σε χαμηλό pH από 5,0 έως 5,75. Εάν προστεθούν στα κύτταρα ασθενείς βάσεις (χλωριούχο αμμώνιο, χλωροκίνη, κ.λπ.), οι οποίες αυξάνουν το pH στο 6,0 στα ενδοκυτταρικά κενοτόπια, δεν λαμβάνει χώρα σύντηξη μεμβράνης, ιικά σωματίδια παραμένουν στα κενοτόπια και η μολυσματική διαδικασία δεν εμφανίζεται. Η αυστηρή εξάρτηση της σύντηξης μεμβράνης από τις τιμές του pH οφείλεται σε διαμορφωτικές αλλαγές στις πρωτεΐνες σύντηξης του ιού.
Το λυσόσωμα έχει συνεχώς χαμηλή τιμή pH (4,9). Στο ενδοκυτταρικό κενοτόπιο (υποδοχέα), η οξίνιση δημιουργείται από μια εξαρτώμενη από το ΑΤΡ «αντλία πρωτονίων» που βρίσκεται ακόμα στην επιφάνεια του κυττάρου κατά τη διάρκεια του σχηματισμού ενός επικαλυμμένου κενοτοπίου. Η οξίνιση του ενδοκυτταρικού κενοτόπου έχει μεγάλη σημασία για τους φυσιολογικούς συνδέτες που διεισδύουν στο κύτταρο, καθώς ένα χαμηλό pH προάγει τη διάσπαση του συνδέτη από τον υποδοχέα και την ανακύκλωση των υποδοχέων.
Ο ίδιος μηχανισμός που αποτελεί τη βάση της σύντηξης ιικών και κυτταρικών μεμβρανών προκαλεί αιμόλυση που προκαλείται από τον ιό και σύντηξη των πλασματικών μεμβρανών των γειτονικών κυττάρων για να σχηματιστούν πολυπύρηνα κύτταρα, σύμπλαστα και συγκυτία. Οι ιοί προκαλούν δύο τύπους κυτταρικής σύντηξης: 1) «σύντηξη από το εξωτερικό» και 2) «σύντηξη από μέσα». Η «σύντηξη έξω» εμφανίζεται σε υψηλή πολλαπλότητα μόλυνσης και ανιχνεύεται μέσα στις πρώτες ώρες μετά τη μόλυνση. Αυτός ο τύπος σύντηξης, που περιγράφεται για τους παραμυξοϊούς, προκαλείται από τις πρωτεΐνες του ιού που μολύνει και δεν απαιτεί ενδοκυτταρική σύνθεση ιικών συστατικών. Αντίθετα, η «σύντηξη από μέσα» συμβαίνει σε χαμηλή πολλαπλότητα μόλυνσης, εντοπίζεται σε σχετικά όψιμα στάδια της μολυσματικής διαδικασίας και οφείλεται σε νεοσυντιθέμενες ιικές πρωτεΐνες. Η "σύντηξη από μέσα" περιγράφεται για πολλούς ιούς: ιούς έρπητα, ογκοϊούς, παθογόνα αργών λοιμώξεων κ.λπ. Αυτός ο τύπος σύντηξης προκαλείται από τις ίδιες ιικές γλυκοπρωτεΐνες που εξασφαλίζουν τη διείσδυση του ιού στο κύτταρο.
III. Γδύσιμο - αποπρωτεϊνοποίηση ιού
Τα σωματίδια ιού που έχουν εισέλθει στο κύτταρο πρέπει να γδύνονται για να προκαλέσουν μολυσματική διαδικασία. Το νόημα του γδύσιμο είναι να αφαιρεθούν τα προστατευτικά κελύφη του ιού που εμποδίζουν την έκφραση του ιικού γονιδιώματος. Ως αποτέλεσμα του γδύσιμο, απελευθερώνεται το εσωτερικό συστατικό του ιού, το οποίο μπορεί να προκαλέσει μολυσματική διαδικασία. Το γδύσιμο συνοδεύεται από μια σειρά χαρακτηριστικών χαρακτηριστικών: ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης του ιικού σωματιδίου, η μολυσματική δραστηριότητα εξαφανίζεται, σε ορισμένες περιπτώσεις εμφανίζεται ευαισθησία στις νουκλεάσες, δημιουργείται αντίσταση στην εξουδετερωτική δράση των αντισωμάτων, η φωτοευαισθησία χάνεται όταν χρησιμοποιείται ένας αριθμός φάρμακα.
Τα τελικά προϊόντα του ξεγυμνώματος είναι πυρήνες, νουκλεοκαψίδια ή νουκλεϊκά οξέα. Για έναν αριθμό ιών, έχει αποδειχθεί ότι το προϊόν της απογύμνωσης δεν είναι γυμνά νουκλεϊκά οξέα, αλλά νουκλεϊκά οξέα που σχετίζονται με μια εσωτερική ιική πρωτεΐνη. Για παράδειγμα, το τελικό προϊόν της αποδέσμευσης των πικορναϊών είναι το RNA ομοιοπολικά συνδεδεμένο με την πρωτεΐνη VPg, το τελικό προϊόν της αποδέσμευσης των αδενοϊών είναι το DNA ομοιοπολικά συνδεδεμένο σε μία από τις εσωτερικές ιικές πρωτεΐνες.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ικανότητα των ιών να προκαλέσουν μολυσματική διαδικασία καθορίζεται από τη δυνατότητα αποδέσμευσής τους στο κύτταρο αυτού του συστήματος. Έτσι, αυτό το στάδιο είναι ένα από τα στάδια που περιορίζουν τη μόλυνση.
Η απομάκρυνση ενός αριθμού ιών συμβαίνει σε εξειδικευμένες περιοχές μέσα στο κύτταρο (λυσοσώματα, δομές της συσκευής Golgi, περιπυρηνικός χώρος, πυρηνικοί πόροι στην πυρηνική μεμβράνη). Όταν η ιική και η κυτταρική μεμβράνη συγχωνεύονται, η διείσδυση στο κύτταρο συνδυάζεται με το γδύσιμο.
Το ξεγύμνωμα και η ενδοκυτταρική μεταφορά είναι αλληλένδετες διαδικασίες: εάν διαταραχθεί η σωστή ενδοκυτταρική μεταφορά στις θέσεις αποδέσμευσης, το σωματίδιο του ιού εισέρχεται στο λυσόσωμα και καταστρέφεται από τα λυσοσωμικά ένζυμα.
Δεύτερη φάση αναπαραγωγής .
Ι. Μεταγραφή.
Η μεταγραφή πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός ειδικού ενζύμου - RNA πολυμεράσης, το οποίο δεσμεύει τα νουκλεοτίδια σχηματίζοντας γέφυρες φωσφοδιεστέρα 3-5'. Τέτοια σύνδεση λαμβάνει χώρα μόνο παρουσία προτύπου DNA.
Τα προϊόντα της μεταγραφής στα κύτταρα είναι τα mRNA. Το ίδιο το κυτταρικό DNA, που είναι ο φορέας της γενετικής πληροφορίας, δεν μπορεί να προγραμματίσει άμεσα την πρωτεϊνοσύνθεση. Η μεταφορά της γενετικής πληροφορίας από το DNA στα ριβοσώματα πραγματοποιείται με αγγελιοφόρο RNA. Αυτή είναι η βάση του κεντρικού δόγματος της μοριακής βιολογίας, το οποίο εκφράζεται με τον ακόλουθο τύπο:
DNA - μεταγραφή - RNA - μετάφραση - πρωτεΐνη,
όπου τα βέλη δείχνουν την κατεύθυνση μεταφοράς της γενετικής πληροφορίας.
Εφαρμογή γενετικής πληροφορίας σε ιούς. Η στρατηγική του ιικού γονιδιώματος σε σχέση με τη σύνθεση του mRNA είναι διαφορετική για διαφορετικούς ιούς. Σε ιούς που περιέχουν DNA, το mRNA συντίθεται στο εκμαγείο ενός από τους κλώνους του DNA. Ο τύπος για τη μεταφορά γενετικών πληροφοριών είναι ο ίδιος όπως στο κελί:
DNA - μεταγραφή - RNA - μετάφραση - πρωτεΐνη.
Οι ιοί που περιέχουν DNA που αναπαράγονται στον πυρήνα χρησιμοποιούν μια κυτταρική πολυμεράση για μεταγραφή. Αυτοί οι ιοί περιλαμβάνουν παποβαϊούς, αδενοϊούς, ιούς έρπητα. Οι ιοί που περιέχουν DNA που αναπαράγονται στο κυτταρόπλασμα δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν το κυτταρικό ένζυμο που βρίσκεται στον πυρήνα. Η μεταγραφή του γονιδιώματός τους πραγματοποιείται από ένα ειδικό για τον ιό ένζυμο - DNA πολυμεράση, το οποίο εισέρχεται στο κύτταρο ως μέρος του ιού. Αυτοί οι ιοί περιλαμβάνουν ιούς ευλογιάς και ιριδοϊούς.
Ένζυμα που μεταγράφουν το γονιδίωμα του ιού. Μεταγραφή ενός αριθμού ιών που περιέχουν DNA - παποβαϊούς, αδενοϊούς, ιούς έρπητα, παρβοϊούς, ηπαδαϊούς. Πραγματοποιείται στον πυρήνα του κυττάρου και σε αυτή τη διαδικασία χρησιμοποιούνται ευρέως οι μηχανισμοί κυτταρικής μεταγραφής - ένζυμα μεταγραφής και περαιτέρω τροποποίηση των μεταγραφών. Η μεταγραφή αυτών των ιών πραγματοποιείται από την κυτταρική RNA πολυμεράση II, ένα ένζυμο που μεταγράφει το κυτταρικό γονιδίωμα. Ωστόσο, μια ειδική ομάδα μεταγραφών αδενοϊού συντίθεται χρησιμοποιώντας ένα άλλο κυτταρικό ένζυμο, την RNA πολυμεράση III. Σε δύο άλλες οικογένειες ζωικών ιών που περιέχουν DNA, τους ιούς ευλογιάς και τους ιριδοϊούς, η μεταγραφή λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν κυτταρικές πολυμεράσες στο κυτταρόπλασμα, η μεταγραφή αυτών των ιών απαιτεί ένα ειδικό ιικό ένζυμο, την ιική πολυμεράση RNA. Αυτό το ένζυμο είναι μια δομική ιική πρωτεΐνη.
ρύθμιση μεταγραφής. Η μεταγραφή του ιικού γονιδιώματος ρυθμίζεται αυστηρά σε όλο τον μολυσματικό κύκλο. Η ρύθμιση πραγματοποιείται τόσο με κυτταρικούς όσο και με ειδικούς για ιούς μηχανισμούς. Ορισμένοι ιοί, κυρίως που περιέχουν DNA, έχουν τρεις περιόδους μεταγραφής - πολύ πρώιμο, πρώιμο και όψιμο. Σε αυτούς τους ιούς περιλαμβάνονται η ευλογιά, ο έρπης, οι ιοί παποβά, οι αδενοϊοί. Ως αποτέλεσμα της εξαιρετικά πρώιμης και πρώιμης μεταγραφής, τα εξαιρετικά πρώιμα και πρώιμα γονίδια διαβάζονται επιλεκτικά με το σχηματισμό εξαιρετικά πρώιμων ή πρώιμων mRNAs. Κατά τη διάρκεια της όψιμης μεταγραφής, διαβάζεται ένα άλλο μέρος του ιικού γονιδιώματος - όψιμα γονίδια, με το σχηματισμό όψιμων mRNAs. Ο αριθμός των όψιμων γονιδίων συνήθως υπερβαίνει τον αριθμό των πρώιμων γονιδίων. Πολλά υπερπρώιμα γονίδια είναι γονίδια για μη δομικές πρωτεΐνες - ένζυμα και ρυθμιστές της μεταγραφής και της αντιγραφής του ιικού γονιδιώματος. Αντίθετα, τα όψιμα γονίδια είναι συνήθως γονίδια για δομικές πρωτεΐνες. Συνήθως, κατά την όψιμη μεταγραφή, διαβάζεται ολόκληρο το γονιδίωμα, αλλά με επικράτηση της μεταγραφής των όψιμων γονιδίων.
Ο παράγοντας ρύθμισης της μεταγραφής στους πυρηνικούς ιούς είναι η μεταφορά των μεταγραφών από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα, στη θέση λειτουργίας του mRNA - πολυσώματα.
Το προϊόν της εξαιρετικά πρώιμης μεταγραφής των ιών του έρπητα είναι οι Α-πρωτεΐνες. Η λειτουργία ενός ή περισσοτέρων από αυτά είναι απαραίτητη για τη μεταγραφή της επόμενης ομάδας γονιδίων που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες P. Με τη σειρά τους, οι Ρ-πρωτεΐνες περιλαμβάνουν τη μεταγραφή της τελευταίας ομάδας όψιμων γονιδίων που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες Υ. Αυτός ο τύπος ρύθμισης ονομάζεται "cascade".
II. Αναμετάδοση.
Αυτή είναι η διαδικασία μετάφρασης της γενετικής πληροφορίας που περιέχεται στο mRNA σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία αμινοξέων σε συντιθέμενες ειδικές για τον ιό πρωτεΐνες. Η πρωτεϊνοσύνθεση σε ένα κύτταρο συμβαίνει ως αποτέλεσμα της μετάφρασης mRNA στα ριβοσώματα. Στα ριβοσώματα, η ροή των πληροφοριών (σε mRNA) συγχωνεύεται με τη ροή των αμινοξέων που φέρνουν το RNA μεταφοράς (tRNA). Υπάρχει μεγάλη ποικιλία tRNA στο κύτταρο. Κάθε αμινοξύ πρέπει να έχει το δικό του tRNA.
Το μόριο tRNA είναι ένα μονόκλωνο RNA με σύνθετη δομή φύλλου σφενδάμου.
Η σύνδεση ενός συγκεκριμένου tRNA και αμινοξέος πραγματοποιείται από το ένζυμο αμινοακυλοσυνθετάση. Το ένα άκρο του tRNA συνδέεται με το αμινοξύ και το άλλο άκρο στα νουκλεοτίδια του mRNA στο οποίο είναι συμπληρωματικά. Τρία νουκλεοτίδια σε ένα mRNA κωδικοποιούν ένα αμινοξύ και ονομάζονται «τριπλή» ή «κωδόνιο», ενώ τρία νουκλεοτίδια που είναι συμπληρωματικά προς ένα κωδικόνιο σε ένα tRNA ονομάζονται «αντικωδόνιο».
Η διαδικασία μεταγραφής αποτελείται από τρεις φάσεις: έναρξη επιμήκυνσης και τερματισμός.
Η έναρξη της μετάφρασης είναι το πιο κρίσιμο στάδιο στη διαδικασία μετάφρασης, που βασίζεται στην αναγνώριση του mRNA από το ριβόσωμα και στη δέσμευση στις συγκεκριμένες θέσεις του. Το ριβόσωμα αναγνωρίζει το mRNA λόγω του "καπακιού" στο 5'-άκρο και ολισθαίνει στο 3'-άκρο μέχρι να φτάσει στο κωδικόνιο έναρξης από το οποίο ξεκινά η μετάφραση. Στο ευκαρυωτικό κύτταρο, τα κωδικόνια έναρξης είναι τα κωδικόνια AUG (αδενίνη, ουρακίλη, γουανίνη), που κωδικοποιούν τη μεθειονίνη. Η σύνθεση όλων των πολυπεπτιδικών αλυσίδων ξεκινά με τη μεθειονίνη. Η ειδική αναγνώριση του ιού και του RNA από το ριβόσωμα πραγματοποιείται λόγω ειδικών για τον ιό παράγοντες έναρξης.
Η μικρή ριβοσωματική υπομονάδα συνδέεται πρώτα με το mRNA. Άλλα συστατικά απαραίτητα για την έναρξη της μετάφρασης συνδέονται με το σύμπλεγμα mRNA με τη μικρή ριβοσωμική υπομονάδα. Πρόκειται για πολλά μόρια πρωτεΐνης, τα οποία ονομάζονται «παράγοντες έναρξης». Υπάρχουν τουλάχιστον τρία από αυτά σε ένα προκαρυωτικό κύτταρο και περισσότερα από εννέα σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο. Παράγοντες έναρξης καθορίζουν την αναγνώριση συγκεκριμένων mRNA από το ριβόσωμα. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα σύμπλεγμα που είναι απαραίτητο για την έναρξη της μετάφρασης, το οποίο ονομάζεται «σύμπλεγμα μύησης». Το σύμπλεγμα εκκινητή περιλαμβάνει: mRNA; Μικρή ριβοσωμική υπομονάδα. αμινοακυλο-tRNA που φέρει το αμινοξύ εκκινητή. παράγοντες έναρξης· πολλά μόρια GTP (τριφωσφορική γουανοσίνη).
Στο ριβόσωμα, η ροή των πληροφοριών συγχωνεύεται με τη ροή των αμινοξέων. Η είσοδος του αμινοακυλ-tRNA στο κέντρο Α της μεγάλης ριβοσωμικής υπομονάδας είναι συνέπεια της αναγνώρισης και το αντικωδικόνιό του αλληλεπιδρά με το κωδικόνιο του mRNA που βρίσκεται στη μικρή ριβοσωμική υπομονάδα. Όταν το mRNA προωθείται κατά ένα κωδικόνιο, το tRNA μεταφέρεται στο πεπτιδυλικό κέντρο (κέντρο Ρ) και το αμινοξύ του συνδέεται με το αμινοξύ εκκινητή για να σχηματίσει τον πρώτο πεπτιδικό δεσμό. Το tRNA απαλλαγμένο από το αμινοξύ φεύγει από το ριβόσωμα και μπορεί και πάλι να λειτουργήσει στη μεταφορά συγκεκριμένων αμινοξέων. Στη θέση του, ένα νέο tRNA μεταφέρεται από το κέντρο Α στο κέντρο P και σχηματίζεται ένας νέος πεπτιδικός δεσμός. Ένα κενό κωδικόνιο mRNA εμφανίζεται στο κέντρο Α, στο οποίο συνδέεται αμέσως το αντίστοιχο tRNA και νέα αμινοξέα προστίθενται στην αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Η επιμήκυνση μετάφρασης είναι μια διαδικασία επιμήκυνσης, δημιουργίας μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας, που βασίζεται στην προσθήκη νέων αμινοξέων χρησιμοποιώντας έναν πεπτιδικό δεσμό. Υπάρχει συνεχής διάταση του κλώνου mRNA μέσω του ριβοσώματος και «αποκωδικοποίηση» της γενετικής πληροφορίας που είναι ενσωματωμένη σε αυτό. Συχνά το mRNA λειτουργεί ταυτόχρονα σε πολλά ριβοσώματα, καθένα από τα οποία συνθέτει τον ίδιο πολυπεπτιδικό κλώνο που κωδικοποιείται από αυτό το mRNA.
Ο τερματισμός της μετάφρασης συμβαίνει τη στιγμή που το ριβόσωμα φτάνει στο κωδικόνιο τερματισμού στο mRNA (UAA, UGA, UAG). Η μετάφραση σταματά και η πολυπεπτιδική αλυσίδα απελευθερώνεται από το πολυριβόσωμα. Μετά το τέλος της μετάφρασης, τα πολυριβοσώματα αποσυντίθενται σε υπομονάδες που μπορούν να ενσωματωθούν σε νέα πολυριβοσώματα.
Κάθε RNA λειτουργεί σε πολλά ριβοσώματα. Μια ομάδα ριβοσωμάτων που εργάζονται σε ένα μόνο μόριο mRNA ονομάζεται πολυριβόσωμα ή πολυσωμάτιο. Τα πολυσώματα μπορεί να αποτελούνται από 4-6 έως 20 ή περισσότερα ριβοσώματα.
Τα ειδικά για ιούς πολυσώματα μπορεί να είναι είτε ελεύθερα είτε συνδεδεμένα με μεμβράνη. Οι εσωτερικές πρωτεΐνες συνήθως συντίθενται σε ελεύθερα πολυσώματα, οι γλυκοπρωτεΐνες συντίθενται πάντα σε πολυσώματα που συνδέονται με τη μεμβράνη.
Δεδομένου ότι το γονιδίωμα ενός ζωικού ιού αντιπροσωπεύεται από ένα μόριο που κωδικοποιεί περισσότερες από μία πρωτεΐνες, οι ιοί αντιμετωπίζουν την ανάγκη να συνθέσουν είτε ένα μακρύ mRNA που κωδικοποιεί ένα γιγαντιαίο πρόδρομο πολυπεπτίδιο, το οποίο στη συνέχεια πρέπει να κοπεί σε συγκεκριμένα σημεία σε λειτουργικά ενεργές πρωτεΐνες, ή βραχέα μονοκιστρονικά mRNA, καθένα από τα οποία κωδικοποιεί μία πρωτεΐνη. Έτσι, υπάρχουν δύο τρόποι σχηματισμού ιικών πρωτεϊνών:
το πρώτο - mRNA μεταφράζεται σε ένα γιγαντιαίο πρόδρομο πολυπεπτίδιο, το οποίο, μετά τη σύνθεση, κόβεται διαδοχικά σε ώριμες λειτουργικά ενεργές πρωτεΐνες.
το δεύτερο - το mRNA μεταφράζεται με το σχηματισμό ώριμων πρωτεϊνών ή πρωτεϊνών που τροποποιούνται ελαφρώς μόνο μετά τη σύνθεση.
Ο πρώτος τρόπος μετάφρασης είναι χαρακτηριστικός των ιών συν-κλώνου που περιέχουν RNA - picornaviruses και togaviruses. Το mRNA τους μεταφράζεται σε μια γιγάντια πολυπεπτιδική αλυσίδα, τη λεγόμενη πολυπρωτεΐνη, η οποία γλιστράει με τη μορφή συνεχούς ταινίας από τον ριβοσωμικό «μεταφορέα» και κόβεται σε μεμονωμένες πρωτεΐνες του επιθυμητού μεγέθους. Η κοπή ιικών πρωτεϊνών είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων που πραγματοποιείται τόσο από ειδικές για τον ιό όσο και από κυτταρικές πρωτεάσες.
Ο δεύτερος τρόπος σχηματισμού πρωτεϊνών είναι χαρακτηριστικός των ιών που περιέχουν DNA και των περισσότερων ιών που περιέχουν RNA. Με αυτή τη μέθοδο συντίθενται βραχέα μονοκιστρονικά mRNA ως αποτέλεσμα επιλεκτικής μεταγραφής μιας περιοχής του γονιδιώματος (γονιδίου). Ωστόσο, αυτοί οι ιοί κάνουν εκτεταμένη χρήση του μηχανισμού της μετα-μεταφραστικής κοπής πρωτεΐνης.
Σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο, πολλές πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένων των ιικών, υφίστανται μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις· οι ώριμες λειτουργικά ενεργές πρωτεΐνες συχνά δεν είναι πανομοιότυπες με τις πρόσφατα συντιθέμενες πρόδρομές τους. Οι μετα-μεταφραστικές ομοιοπολικές τροποποιήσεις όπως η γλυκοζυλίωση, η ακυλίωση, η μεθυλίωση, η σουλφονίωση (σχηματισμός δισουλφιδικών δεσμών), η πρωτεολυτική κοπή και τέλος η φωσφορυλίωση είναι ευρέως διαδεδομένες. Ως αποτέλεσμα, αντί για 20 γενετικά κωδικοποιημένα αμινοξέα, απομονώθηκαν περίπου 140 παράγωγα αμινοξέων από διάφορα κύτταρα διαφορετικών οργάνων ευκαρυωτών.
Γλυκοζυλίωση. Η σύνθεση σύνθετων ιών που περιέχουν RNA και DNA περιέχει πρωτεΐνες που περιέχουν ομοιοπολικά συνδεδεμένες πλευρικές αλυσίδες υδατανθράκων - γλυκοπρωτεϊνών. Οι γλυκοπρωτεΐνες βρίσκονται στη σύνθεση των μεμβρανών του ιού και βρίσκονται στην επιφάνεια των ιικών σωματιδίων.
Η γλυκοζυλίωση των πολυπεπτιδίων είναι μια πολύπλοκη διαδικασία πολλαπλών σταδίων, τα πρώτα στάδια της οποίας ξεκινούν ήδη στη διαδικασία της σύνθεσης πολυπεπτιδίων και το πρώτο υπόλειμμα υδατάνθρακα συνδέεται με την πολυπεπτιδική αλυσίδα που δεν έχει ακόμη κατέβει από το ριβόσωμα. Τα επόμενα στάδια γλυκοζυλίωσης συμβαίνουν με διαδοχική προσκόλληση υπολειμμάτων υδατανθράκων στην υδατανθρακική αλυσίδα κατά τη μεταφορά του πολυπεπτιδίου στην πλασματική μεμβράνη. Τα υπολείμματα υδατανθράκων συνδέονται ένα κάθε φορά και μόνο όταν ξεκινήσει η σύνθεση της ολιγοσακχαριδικής αλυσίδας, το «μπλοκ» μεταφέρεται. Ο τελικός σχηματισμός της υδατανθρακικής αλυσίδας μπορεί να ολοκληρωθεί στην πλασματική μεμβράνη πριν από τη συναρμολόγηση του ιικού σωματιδίου.
Η γλυκοζυλίωση επηρεάζει τη μεταφορά· επιπλέον, η μεταφορά είναι άρρηκτα συνδεδεμένη για τις γλυκοπρωτεΐνες με τη σταδιακή γλυκοζυλίωση. Η πειστική απόδειξη αυτού είναι η επίδραση των αναστολέων γλυκοζυλίωσης στην αναπαραγωγή του ιού. καταστέλλουν πλήρως τη μεταφορά των πολυπεπτιδίων χωρίς να διαταράσσουν ή να αναστέλλουν τη σύνθεσή τους.
Όταν η γλυκοζυλίωση καταστέλλεται από κατάλληλους αναστολείς (ανάλογα σακχάρων όπως 2-δεοξυγλυκόζη, αντιβιοτική τουνικαμυκίνη), η συγκρότηση ιοσωμάτων μιξο-, ραβδο-, α-ιών αποκλείεται ή σχηματίζονται μη μολυσματικά ιοσωμάτια των ιών του έρπη και των ογκοϊών.
Σουλφονίωση. Ορισμένες πρωτεΐνες σύνθετων ιών RNA και DNA σουλφονώνονται μετά τη μετάφραση. Τις περισσότερες φορές, οι γλυκοπρωτεΐνες υφίστανται σουλφόνωση, ενώ η θειική ομάδα συνδέεται με τα υπολείμματα υδατανθράκων της γλυκοπρωτεΐνης.
Ακυλίωση. Ένας αριθμός γλυκοπρωτεϊνών ιών που περιέχουν σύνθετα RNA (HA2 του ιού της γρίπης, πρωτεΐνη G του ιού της φυσαλιδώδους στοματίτιδας, πρωτεΐνη HN του ιού της νόσου Newcastle, κ.λπ.) περιέχουν ομοιοπολικά συνδεδεμένα 1-2 μόρια λιπαρών οξέων.
Τομή. Πολλές ιικές πρωτεΐνες, και κυρίως γλυκοπρωτεΐνες, αποκτούν λειτουργική δράση μόνο αφού κοπούν σε συγκεκριμένα σημεία από πρωτεολυτικά ένζυμα. Ο τεμαχισμός γίνεται είτε με το σχηματισμό δύο λειτουργικών πρωτεϊνικών υπομονάδων (για παράδειγμα, τις μεγάλες και μικρές υπομονάδες αιμοσυγκολλητίνης του ιού της γρίπης, δύο γλυκοπρωτεϊνών (Ε2 και Ε3) του ιού του δάσους Semliki), είτε με το σχηματισμό μιας λειτουργικά ενεργής πρωτεΐνης και ένα ανενεργό ένζυμο, για παράδειγμα, οι πρωτεΐνες F και ΗΝ των παραμυξοϊών. Ο τεμαχισμός πραγματοποιείται συνήθως από κυτταρικά ένζυμα. Σε πολλούς σύνθετους ζωικούς ιούς με γλυκοπρωτεΐνες, η κοπή είναι απαραίτητη για το σχηματισμό ενεργών πρωτεϊνών προσκόλλησης και πρωτεϊνών σύντηξης και, επομένως, για να αποκτήσει ο ιός την ικανότητα να μολύνει ένα κύτταρο. Μόνο μετά την κοπή αυτών των πρωτεϊνών το ιικό σωματίδιο αποκτά μολυσματική δράση. Έτσι, μπορούμε να μιλήσουμε για την πρωτεολυτική ενεργοποίηση ενός αριθμού ιών, που πραγματοποιείται με τη βοήθεια κυτταρικών ενζύμων.
Φωσφορυλίωση. Οι φωσφοπρωτεΐνες περιέχονται σχεδόν σε όλους τους ζωικούς ιούς - RNA - και που περιέχουν DNA, απλούς και σύνθετους. Οι περισσότεροι ιοί περιέχουν πρωτεϊνικές κινάσες, αλλά η φωσφορυλίωση μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο από ιικά όσο και από κυτταρικά ένζυμα. Συνήθως, οι πρωτεΐνες που σχετίζονται με το γονιδίωμα του ιού και έχουν ρυθμιστικό ρόλο στην έκφρασή του φωσφορυλιώνονται. Ο μηχανισμός της ενεργού δράσης της ιντερφερόνης σχετίζεται με τη διαδικασία της φωσφορυλίωσης.
III. Αντιγραφή.
Η αντιγραφή είναι η σύνθεση μορίων νουκλεϊκού οξέος ομόλογων με το γονιδίωμα. Ο αναδιπλασιασμός του DNA συμβαίνει στο κύτταρο, με αποτέλεσμα το σχηματισμό θυγατρικού δίκλωνου DNA. Ο αναδιπλασιασμός συμβαίνει στις μη στριμμένες περιοχές του DNA και προχωρά ταυτόχρονα και στους δύο κλώνους από το 5'-άκρο στο 3'-άκρο.
Δεδομένου ότι οι δύο κλώνοι του DNA είναι αντίθετης πολικότητας και η θέση αντιγραφής («δίκρανο») κινείται προς την ίδια κατεύθυνση, ένας κλώνος κατασκευάζεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από ξεχωριστά θραύσματα, τα οποία ονομάζονται θραύσματα Okazaki (από τον επιστήμονα που πρότεινε πρώτος ένα τέτοιο μοντέλο). Μετά τη σύνθεση, τα θραύσματα Okazaki «ράβονται» από μια λιγάση σε ένα μόνο νήμα.
Η αντιγραφή του DNA πραγματοποιείται με πολυμεράσες DNA. Για να ξεκινήσει η αντιγραφή, είναι απαραίτητη η προκαταρκτική σύνθεση ενός μικρού τμήματος RNA σε ένα πρότυπο DNA, το οποίο ονομάζεται εκκινητής. Η σύνθεση ενός κλώνου DNA ξεκινά με τον σπόρο, μετά τον οποίο το RNA απομακρύνεται γρήγορα από την περιοχή ανάπτυξης.
Αντιγραφή ιικού DNA. Η αντιγραφή του γονιδιώματος των ιών που περιέχουν DNA καταλύεται κυρίως από κυτταρικά θραύσματα και ο μηχανισμός του είναι παρόμοιος με αυτόν της αντιγραφής του κυτταρικού DNA.
Κάθε νεοσυντιθέμενο μόριο DNA αποτελείται από έναν γονέα και έναν νεοσυντιθέμενο κλώνο. Ένας τέτοιος μηχανισμός αντιγραφής ονομάζεται ημι-συντηρητικός.
Σε ιούς που περιέχουν κυκλικό δίκλωνο DNA (papovaviruses), κόβεται ένας από τους κλώνους του DNA, γεγονός που οδηγεί σε ξετύλιγμα και αφαίρεση υπερπηνίων σε ένα συγκεκριμένο μέρος του μορίου.
Μπορεί κανείς να δει το κάτω υπερτυλιγμένο τμήμα του μορίου, το μη συστραμμένο τμήμα σε μια μεγάλη περιοχή και τους νεοσχηματισμένους βρόχους αντιγραφής.
Κατά την αντιγραφή του μονόκλωνου DNA (οικογένεια παρβοϊών), εμφανίζεται ο σχηματισμός δίκλωνων μορφών, οι οποίες είναι ενδιάμεσες αντιγραφικές μορφές.
συμπλέγματα αντιγραφής. Δεδομένου ότι οι προκύπτοντες κλώνοι DNA και RNA παραμένουν συνδεδεμένοι με τη μήτρα για κάποιο χρονικό διάστημα, σχηματίζονται αντιγραφικά σύμπλοκα στο μολυσμένο κύτταρο, στα οποία πραγματοποιείται ολόκληρη η διαδικασία αντιγραφής (και σε ορισμένες περιπτώσεις επίσης η μεταγραφή) του γονιδιώματος. Το αντιγραφικό σύμπλεγμα περιέχει το γονιδίωμα, το ρεπλικάση και τις αλυσίδες νουκλεϊκών οξέων που έχουν πρόσφατα συντεθεί που σχετίζονται με τη μήτρα. Τα νεοσυντιθέμενα γονιδιωματικά μόρια συνδέονται αμέσως με τις πρωτεΐνες του ιού, επομένως τα αντιγόνα βρίσκονται σε σύμπλοκα αντιγραφής. Κατά τη διαδικασία της αντιγραφής, προκύπτει μια μερικώς δίκλωνη δομή με μονόκλωνες «ουρές», ο λεγόμενος αντιγραφικός πρόδρομος.
Τα αντιγραφικά σύμπλοκα συνδέονται με κυτταρικές δομές, είτε προϋπάρχουσες είτε επαγόμενες από ιούς. Για παράδειγμα, αναδιπλασιαζόμενα σύμπλοκα picornaviruses συνδέονται με μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου, οι ιοί ευλογιάς συνδέονται με την κυτταροπλασματική μήτρα, τα αναπαραγόμενα σύμπλοκα αδενοϊών και οι ιοί του έρπη στους πυρήνες συνδέονται με νεοσχηματισμένες ινώδεις δομές και συνδέονται με πυρηνικές μεμβράνες. Σε μολυσμένα κύτταρα, μπορεί να συμβεί αυξημένος πολλαπλασιασμός των κυτταρικών δομών με τις οποίες συνδέονται τα σύμπλοκα αντιγραφής ή ο σχηματισμός τους από προϋπάρχον υλικό. Για παράδειγμα, ο πολλαπλασιασμός της λείας μεμβράνης συμβαίνει σε κύτταρα μολυσμένα με πικορναϊούς. Οι μικροσωληνίσκοι συσσωρεύονται σε κύτταρα μολυσμένα με ρεοϊούς. σε κύτταρα μολυσμένα με ιούς ευλογιάς, εμφανίζεται ο σχηματισμός κυτταροπλασματικής μήτρας.
Στα σύμπλοκα αντιγραφής, ταυτόχρονα με τη σύνθεση γονιδιωματικών μορίων, λαμβάνει χώρα μεταγραφή και συναρμολόγηση νουκλεοκαψιδίων και πυρήνων, και σε ορισμένες λοιμώξεις, ιϊκά σωματίδια επίσης.
ρύθμιση αντιγραφής. Το νεοσχηματισμένο μόριο γονιδιωματικού RNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διάφορους τρόπους. Μπορεί να συσχετιστεί με πρωτεΐνες καψιδίου και να γίνει μέρος του βιριόντος, να χρησιμεύσει ως πρότυπο για τη σύνθεση νέων γονιδιωματικών μορίων ή για το σχηματισμό mRNA και τέλος, σε ιούς συν-κλώνου, μπορεί να λειτουργήσει ως mRNA και να συνδεθεί με ριβοσώματα. Υπάρχουν μηχανισμοί στο κύτταρο που ρυθμίζουν τη χρήση των γονιδιωματικών μορίων. Η ρύθμιση ακολουθεί την αρχή της αυτορρύθμισης και πραγματοποιείται μέσω της αλληλεπίδρασης ιικού RNA και πρωτεϊνών λόγω της δυνατότητας αναγνώρισης πρωτεΐνης-νουκλεϊκού οξέος και πρωτεΐνης-πρωτεΐνης. Για παράδειγμα, ο ρόλος της τερματικής πρωτεΐνης των picornaviruses είναι να αναστέλλει τη μετάφραση του mRNA και να επιλέγει μόρια για το σχηματισμό ιοσωμάτων. Η πρωτεΐνη που δεσμεύεται στο 5' άκρο του γονιδιωματικού RNA, με τη σειρά της, αναγνωρίζεται από τις πρωτεΐνες καψιδίου και χρησιμεύει ως σήμα για τη συναρμολόγηση του ιικού σωματιδίου με τη συμμετοχή αυτού του μορίου RNA. Με την ίδια αρχή, τα μόρια γονιδιωματικού RNA επιλέγονται από ιούς με έλικα «μείον». Το μόριο RNA είναι μέρος του βιριόντος ή χρησιμεύει ως πρότυπο για αντιγραφή. Για να το αλλάξετε σε μεταγραφή, πρέπει να υπάρξει απαγόρευση της αλληλεπίδρασης πρωτεΐνης-νουκλεϊκού οξέος. Η αντιγραφή του DNA του αδενοϊού περιλαμβάνει ένα μόριο πρωτεΐνης που δεσμεύεται στο άκρο του ιικού DNA και απαιτείται για την έναρξη της αντιγραφής. Έτσι, η σύνθεση ιικών πρωτεϊνών είναι απαραίτητη για την έναρξη της αντιγραφής: παρουσία αναστολέων της πρωτεϊνοσύνθεσης, δεν υπάρχει αλλαγή από τη μεταγραφή στην αντιγραφή.
IV. συναρμολόγηση ιικών σωματιδίων.
Η σύνθεση των συστατικών των ιικών σωματιδίων στο κύτταρο αποσυνδέεται και μπορεί να προχωρήσει σε διαφορετικές δομές του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος. Οι ιοί που αναπαράγονται στον πυρήνα ονομάζονται πυρηνικοί ιοί. Πρόκειται κυρίως για ιούς που περιέχουν DNA: αδενοϊοί, παποϊοί, παρβοϊοί, ιοί έρπητα.
Οι ιοί που αναπαράγονται στο κυτταρόπλασμα ονομάζονται κυτταροπλασματικοί. Αυτά περιλαμβάνουν τον ιό της variola που περιέχει DNA και τους περισσότερους ιούς που περιέχουν RNA, με εξαίρεση τους ορθομυξοϊούς και τους ρετροϊούς. Ωστόσο, αυτή η διαίρεση είναι πολύ σχετική, γιατί στην αναπαραγωγή και των δύο ιών υπάρχουν στάδια που συμβαίνουν, αντίστοιχα, στο κυτταρόπλασμα και στον πυρήνα.
Μέσα στον πυρήνα και το κυτταρόπλασμα, η σύνθεση ειδικών για τον ιό μορίων μπορεί επίσης να αποσυνδεθεί. Έτσι, για παράδειγμα, η σύνθεση ορισμένων πρωτεϊνών πραγματοποιείται σε ελεύθερα πολυσώματα και άλλων - σε πολυσώματα που σχετίζονται με μεμβράνες. Τα ιικά νουκλεϊκά οξέα συντίθενται σε συνδυασμό με κυτταρικές δομές μακριά από πολυσώματα που συνθέτουν ιικές πρωτεΐνες. Με μια τέτοια διαχωριστική μέθοδο αναπαραγωγής, ο σχηματισμός ενός ιικού σωματιδίου είναι δυνατός μόνο εάν τα ιικά νουκλεϊκά οξέα και οι πρωτεΐνες είναι σε θέση, σε επαρκή συγκέντρωση, να αναγνωρίσουν το ένα το άλλο στην ποικιλία των κυτταρικών πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων και να συνδυαστούν αυθόρμητα μεταξύ τους. , δηλ. έχουν δυνατότητα αυτοσυναρμολόγησης.
Η αυτοσυναρμολόγηση βασίζεται σε ειδική αναγνώριση πρωτεΐνης-νουκλεϊνικής και πρωτεΐνης-πρωτεΐνης, η οποία μπορεί να προκύψει ως αποτέλεσμα υδρόφοβων δεσμών, αλάτων και υδρογόνου, καθώς και στερικής συμμόρφωσης. Η αναγνώριση πρωτεΐνης-νουκλεϊκού οξέος περιορίζεται σε μια μικρή περιοχή του μορίου νουκλεϊκού οξέος και προσδιορίζεται από μοναδικές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων στο μη κωδικοποιητικό τμήμα του ιικού γονιδιώματος. Με αυτή την αναγνώριση της περιοχής του γονιδιώματος από πρωτεΐνες ιικού καψιδίου, ξεκινά η διαδικασία συναρμολόγησης του ιικού σωματιδίου. Η προσκόλληση των υπόλοιπων μορίων πρωτεΐνης πραγματοποιείται λόγω ειδικών αλληλεπιδράσεων πρωτεΐνης-πρωτεΐνης ή μη ειδικών αλληλεπιδράσεων πρωτεΐνης-νουκλεϊκού οξέος.
Λόγω της ποικιλομορφίας της δομής των ζωικών ιών, οι τρόποι σχηματισμού ιοσωμάτων είναι επίσης διαφορετικοί, ωστόσο, μπορούν να διατυπωθούν οι ακόλουθες γενικές αρχές συναρμολόγησης:
Σε απλά διατεταγμένους ιούς, σχηματίζονται προβιρόνια, τα οποία στη συνέχεια, ως αποτέλεσμα τροποποιήσεων πρωτεΐνης, μετατρέπονται σε ιοσωμάτια. Σε πολύπλοκους ιούς, η συναρμολόγηση πραγματοποιείται σε πολλά στάδια. Αρχικά, σχηματίζονται νουκλεοκαψίδια ή πυρήνες, με τους οποίους αλληλεπιδρούν οι πρωτεΐνες των εξωτερικών περιβλημάτων.
Η συναρμολόγηση σύνθετων ιών (με εξαίρεση τη συναρμολόγηση ιών ευλογιάς και ρεοϊών) πραγματοποιείται σε κυτταρικές μεμβράνες. Η συναρμολόγηση πυρηνικών ιών συμβαίνει με τη συμμετοχή πυρηνικών μεμβρανών, η συναρμολόγηση κυτταροπλασματικών ιών - με τη συμμετοχή των μεμβρανών του ενδοπλασματικού δικτύου ή της μεμβράνης πλάσματος, όπου όλα τα συστατικά του ιικού σωματιδίου φτάνουν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.
Ένας αριθμός πολύπλοκων ιών έχουν ειδικές υδρόφοβες πρωτεΐνες που δρουν ως ενδιάμεσοι μεταξύ των σχηματισμένων νουκλεοκαψιδίων και των ιικών περιβλημάτων. Τέτοιες πρωτεΐνες είναι πρωτεΐνες μήτρας σε έναν αριθμό ιών με «μείον» κλώνο (ορθομυξοϊοί, παραμυξοϊοί, ραβδοϊοί).
Η συγκρότηση νουκλεοκαψιδίων, πυρήνων, προβιριονίων και βιριόντων δεν συμβαίνει στο ενδοκυτταρικό υγρό, αλλά σε προϋπάρχουσες στο κύτταρο ή επαγόμενες από τον ιό («εργοστάσια»).
Οι περίπλοκοι ιοί χρησιμοποιούν έναν αριθμό στοιχείων του κυττάρου ξενιστή για να χτίσουν τα σωματίδια τους, για παράδειγμα, λιπίδια, ορισμένα ένζυμα, σε γονιδιωματικό DNA 5V40 - ιστόνες, σε ιούς γονιδιωματικού RNA με περίβλημα - ακτίνη, ακόμη και ριβοσώματα βρέθηκαν σε αρενοϊούς. Τα κυτταρικά μόρια έχουν ορισμένες λειτουργίες στο ιικό σωματίδιο, αλλά η συμπερίληψή τους στο ιοσωμάτιο μπορεί επίσης να είναι αποτέλεσμα τυχαίας μόλυνσης, όπως η συμπερίληψη ενός αριθμού ενζύμων κυτταρικής μεμβράνης ή κυτταρικών νουκλεϊκών οξέων.
Συναρμολόγηση ιών που περιέχουν DNA. Υπάρχουν κάποιες διαφορές στη συναρμολόγηση των ιών που περιέχουν DNA από τη συναρμολόγηση των ιών που περιέχουν RNA. Όπως και με τους ιούς που περιέχουν RNA, η συναρμολόγηση των ιών που περιέχουν DNA είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων με το σχηματισμό ενδιάμεσων μορφών που διαφέρουν από τα ώριμα ιοσωμάτια στη σύνθεση των πολυπεπτιδίων. Το πρώτο βήμα στη συναρμολόγηση είναι η σύνδεση του DNA με τις εσωτερικές πρωτεΐνες και ο σχηματισμός πυρήνων ή νουκλεοκαψιδίων. Σε αυτή την περίπτωση, το DNA συνδέεται με προσχηματισμένα «κενά» καψίδια.
Ως αποτέλεσμα της δέσμευσης του DNA με τα καψίδια, εμφανίζεται μια νέα κατηγορία ενδιάμεσων μορφών, οι οποίες ονομάζονται ελλιπείς μορφές. Εκτός από τις ημιτελείς μορφές με διαφορετική περιεκτικότητα σε DNA, υπάρχει μια άλλη ενδιάμεση μορφή στη μορφογένεση - τα ανώριμα ιοσωμάτια, τα οποία διαφέρουν από τα ώριμα στο ότι περιέχουν μη κομμένα πολυπεπτιδικά πρόδρομα. Έτσι, η μορφογένεση των ιών σχετίζεται στενά με την τροποποίηση (επεξεργασία) των πρωτεϊνών.
Η συναρμολόγηση των πυρηνικών ιών ξεκινά στον πυρήνα, συνήθως με σύνδεση με την πυρηνική μεμβράνη. Σχηματίζονται στον πυρήνα, οι ενδιάμεσες μορφές του ιού του έρπητα βλασταίνουν στον περιπυρηνικό χώρο μέσω της εσωτερικής πυρηνικής μεμβράνης και ο ιός αποκτά με αυτόν τον τρόπο ένα περίβλημα που είναι παράγωγο της πυρηνικής μεμβράνης. Περαιτέρω ολοκλήρωση και ωρίμανση ιοσωμάτων συμβαίνει στις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου και στη συσκευή Golgi, από όπου ο ιός μεταφέρεται στην κυτταρική επιφάνεια ως μέρος των κυτταροπλασματικών κυστιδίων.
Σε μη εκκολαπτόμενους ιούς που περιέχουν λιπίδια - ιούς ευλογιάς, η συναρμολόγηση ιοσωμάτων γίνεται στα ήδη περιγραφέντα κυτταροπλασματικά ιικά «εργοστάσια». Το λιπιδικό περίβλημα των ιών στα «εργοστάσια» σχηματίζεται από κυτταρικά λιπίδια με αυτόνομη αυτοσυναρμολόγηση, επομένως η λιπιδική σύνθεση των μεμβρανών διαφέρει σημαντικά από τη σύνθεση των λιπιδίων στις κυτταρικές μεμβράνες.
V. Απελευθέρωση ιικών σωματιδίων από το κύτταρο.
Υπάρχουν δύο τρόποι για να φύγει ο ιικός απόγονος από το κύτταρο:
1) με "έκρηξη"?
2) με εκβλάστηση.
Η έξοδος από το κύτταρο με έκρηξη συνδέεται με την καταστροφή του κυττάρου, την παραβίαση της ακεραιότητάς του, με αποτέλεσμα τα ώριμα ιικά σωματίδια μέσα στο κύτταρο να καταλήγουν στο περιβάλλον. Αυτός ο τρόπος εξόδου από το κύτταρο είναι εγγενής σε ιούς που δεν περιέχουν λιποπρωτεϊνική μεμβράνη (picorna-, reo-, parvo-, papova-, αδενοϊοί). Ωστόσο, ορισμένοι από αυτούς τους ιούς μπορούν να μεταφερθούν στην επιφάνεια του κυττάρου πριν από το θάνατο του κυττάρου. Η έξοδος από τα κύτταρα με εκβλάστηση είναι εγγενής σε ιούς που περιέχουν μια μεμβράνη λιποπρωτεΐνης, η οποία είναι παράγωγο των κυτταρικών μεμβρανών. Με αυτή τη μέθοδο, το κύτταρο μπορεί να παραμείνει βιώσιμο για μεγάλο χρονικό διάστημα και να παράγει ιούς απογόνους μέχρι να εξαντληθούν πλήρως οι πόροι του.
Οι ιοί χαρακτηρίζονται από μια διαχωριστική (από disjuncus - disunited) μέθοδο αναπαραγωγής-πολλαπλασιασμού. Οι απόγονοι του ιού προκύπτουν από τη συναρμολόγηση νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνικών υπομονάδων, οι οποίες συντίθενται χωριστά από το κύτταρο ξενιστή.
Η διείσδυση του ιού στο κύτταρο και η αναπαραγωγή του είδους του λαμβάνει χώρα σε διάφορες φάσεις:
1. διείσδυση στο κύτταρο ξενιστή,
2. σύνθεση ενζύμων που είναι απαραίτητα για την αντιγραφή ιικών νουκλεϊκών οξέων,
3. σύνθεση ιικών μερών,
4. συναρμολόγηση και σύνθεση ώριμων βιριόντων,
5. απελευθέρωση ώριμων βιριόντων από το κύτταρο.
στάδια αναπαραγωγής του ιού.
1 - προσρόφηση του ιού στο κύτταρο. 2 - διείσδυση του ιού στο κύτταρο με ιορόπεξις.
3 - ιός μέσα στο κενοτόπιο του κυττάρου. 4 - «γδύσιμο του ιού του ιού. 5 - αντιγραφή του ιικού νουκλεϊκού οξέος. 6 - σύνθεση ιικών πρωτεϊνών σε κυτταρικά ριβοσώματα. 7 - σχηματισμός του βιριόντος. 8 - έξοδος του ιού από το κύτταρο με εκβλάστηση.
Φάση Ι - προσρόφηση του ιού στην επιφάνεια του κυττάρου.
Προχωρά σε δύο στάδια: το πρώτο είναι μη συγκεκριμένο, όταν ο ιός συγκρατείται στην επιφάνεια του κυττάρου με τη βοήθεια ηλεκτροστατικών δυνάμεων, δηλ. λόγω της εμφάνισης αντίθετων φορτίων μεταξύ επιμέρους τμημάτων της κυτταρικής μεμβράνης και του ιού. Αυτή η φάση της αλληλεπίδρασης του ιού με το κύτταρο είναι αναστρέψιμη, επηρεάζεται από παράγοντες όπως το pH και η σύνθεση του άλατος του μέσου.
Το δεύτερο στάδιο είναι συγκεκριμένοόταν αλληλεπιδρούν συγκεκριμένοι υποδοχείς ιών και κυτταρικοί υποδοχείς που είναι συμπληρωματικοί μεταξύ τους. Από χημική φύση, οι κυτταρικοί υποδοχείς μπορεί να είναι βλεννοπρωτεΐνες (ή βλεννοπολυσακχαρίτες) και λιποπρωτεΐνες. Διαφορετικοί ιοί στερεώνονται σε διαφορετικούς υποδοχείς: ιοί γρίπης, παραγρίπη, αδενοϊοί - στις βλεννοπρωτεΐνες και εγκεφαλίτιδα που μεταδίδεται από κρότωνες, ιοί πολιομυελίτιδας - σε λιποπρωτεΐνες.
Φάση II - είσοδος του ιού στο κύτταρο.Οι ηλεκτρονικές παρατηρήσεις της διαδικασίας διείσδυσης των ιών σε κύτταρα ευαίσθητα σε αυτούς έδειξαν ότι πραγματοποιείται μέσω ενός μηχανισμού που μοιάζει με πινοκύττωση ή, όπως συνηθέστερα αποκαλείται, viropexis. Στη θέση προσρόφησης του ιού, το κυτταρικό τοίχωμα έλκεται στο κύτταρο, σχηματίζεται ένα κενοτόπιο, στο οποίο βρίσκεται το ιοσωμάτιο. Παράλληλα, τα κυτταρικά ένζυμα (λιπάσες και πρωτεάσες) προκαλούν την αποπρωτεϊνοποίηση του ιοσωματίου - τη διάλυση του πρωτεϊνικού κελύφους και την απελευθέρωση του νουκλεϊκού οξέος.
Φάση III - λανθάνουσα περίοδος (περίοδος έκλειψης - εξαφάνισης).Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί η παρουσία ενός μολυσματικού ιού στο κύτταρο είτε με χημικές, είτε με ηλεκτρονικές μικροσκοπικές ή ορολογικές μεθόδους. Λίγα είναι γνωστά για τη φύση αυτού του φαινομένου και τους μηχανισμούς του. Υποτίθεται ότι στη λανθάνουσα φάση, το νουκλεϊκό οξύ του ιού διεισδύει στα χρωμοσώματα του κυττάρου και συνάπτει σύνθετες γενετικές σχέσεις μαζί τους.
Φάση IV - σύνθεση συστατικών βιριόντων. Σε αυτή τη φάση, ο ιός και το κύτταρο είναι ένα ενιαίο σύνολο, το ιικό νουκλεϊκό οξύ εκτελεί μια γενετική λειτουργία, προκαλεί το σχηματισμό πρώιμων πρωτεϊνών και αλλάζει τη λειτουργία των ριβοσωμάτων. Οι πρώιμες πρωτεΐνες χωρίζονται σε:
ΕΝΑ) πρωτεΐνες αναστολέα(καταστολείς) που αναστέλλουν τον μεταβολισμό των κυττάρων
σι) ενζυμικές πρωτεΐνες(πολυμεράση), παρέχοντας τη σύνθεση ιικών νουκλεϊκών οξέων.
Η σύνθεση νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών προχωρά όχι ταυτόχρονα και σε διαφορετικά δομικά μέρη του κυττάρου. Σε ιούς που περιέχουν DNA ή RNA, αυτές οι διεργασίες έχουν κάποιες διαφορές και χαρακτηριστικά.
Φάση V - σχηματισμός ώριμων βιριόντων. Η διαδικασία «συναρμολόγησης» του ιού πραγματοποιείται ως αποτέλεσμα της σύνδεσης των συστατικών του σωματιδίου του ιού. Σε σύνθετους ιούς, οι κυτταρικές δομές συμμετέχουν σε αυτή τη διαδικασία και συμβαίνει η συμπερίληψη συστατικών λιπιδίων, υδατανθράκων και πρωτεΐνης του κυττάρου ξενιστή στο ιικό σωματίδιο.
Η διαδικασία σχηματισμού ιοσωμάτων ξεκινά μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα αφού έχει ξεκινήσει η σύνθεση των συστατικών τους. Η διάρκεια αυτής της περιόδου είναι αρκετά μεταβλητή και προκαθορίζεται από τη φύση του ιού - για τους ιούς που περιέχουν RNA είναι συνήθως μικρότερη από ό,τι για τους ιούς DNA. Για παράδειγμα, η παραγωγή πλήρους σωματιδίων ιού δαμαλίτιδας ξεκινά περίπου 5-6 ώρες μετά τη μόλυνση των κυττάρων και συνεχίζεται για τις επόμενες 7-8 ώρες, δηλ. αφού έχει ήδη ολοκληρωθεί η σύνθεση του ιικού DNA.
Σχηματίζονται πολύ ισχυροί δεσμοί μεταξύ του νουκλεϊκού οξέος και των αντίστοιχων πρωτεϊνικών υπομονάδων, όπως αποδεικνύεται από τη δυσκολία διαχωρισμού της πρωτεΐνης από το νουκλεϊκό οξύ του ιού. Η μεγαλύτερη αντοχή του ιικού σωματιδίου δίνεται από τους υδατάνθρακες που το αποτελούν και ιδιαίτερα τα λιπίδια.
Ο σχηματισμός ιοσωμάτων, καθώς και η σύνθεση συστατικών του ιού, συμβαίνει σε διαφορετικά σημεία του κυττάρου, με τη συμμετοχή διαφόρων κυτταρικών δομών. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας σχηματισμού, σχηματίζεται ένα ώριμο σωματίδιο θυγατρικού ιού, το οποίο έχει όλες τις ιδιότητες του γονικού ιού. Αλλά μερικές φορές υπάρχει ο σχηματισμός των λεγόμενων ατελείς ιούς, που αποτελούνται είτε μόνο από νουκλεϊκό οξύ, είτε από πρωτεΐνη, είτε από ιικά σωματίδια, ο σχηματισμός των οποίων έχει σταματήσει σε κάποιο ενδιάμεσο στάδιο.
Φάση VI - απελευθέρωση ώριμων βιριόντων από το κύτταρο. Υπάρχουν δύο κύριοι μηχανισμοί για την απελευθέρωση ώριμων βιριόντων από το κύτταρο:
1) Έξοδος ιοσωμάτων με εκβλάστηση. Σε αυτή την περίπτωση, το εξωτερικό περίβλημα του ιού προέρχεται από την κυτταρική μεμβράνη και περιέχει τόσο υλικό κυττάρου ξενιστή όσο και ιικό υλικό.
2) έξοδος ώριμων βιριόντων από το κύτταρο μέσω κενών στη μεμβράνη. Αυτοί οι ιοί δεν έχουν εξωτερικό κέλυφος. Με έναν τέτοιο μηχανισμό απελευθέρωσης ιών, το κύτταρο, κατά κανόνα, πεθαίνει και ένας μεγάλος αριθμός σωματιδίων ιού εμφανίζεται στο μέσο.
Ο θάνατος ενός μολυσμένου κυττάρου μπορεί να προκληθεί από τρεις μηχανισμούς:
1. το έργο του ιού, «εξαντλώντας» το κύτταρο.
2. προστατευτική αντίδραση του κυττάρου, που πυροδοτεί το γενετικό πρόγραμμα του θανάτου του (απόπτωση).
3. το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος, καταστρέφοντας το μολυσμένο κύτταρο.
Εκτός από τον παραγωγικό τύπο αλληλεπίδρασης μεταξύ του ιού και του κυττάρου, είναι δυνατή ενσωματωτική συνύπαρξη ή ιογένεια. Το Virogeny χαρακτηρίζεται από την ενσωμάτωση (ενσωμάτωση) του νουκλεϊκού οξέος του ιού στο γονιδίωμα του κυττάρου, καθώς και από την αντιγραφή και λειτουργία του ιικού γονιδιώματος ως αναπόσπαστο μέρος του γονιδιώματος του κυττάρου. Η ενσωμάτωση με το κυτταρικό γονιδίωμα απαιτεί την εμφάνιση μιας κυκλικής μορφής δίκλωνου DNA του ιού. Το ιικό DNA που είναι ενσωματωμένο στο χρωμόσωμα ενός κυττάρου ονομάζεται προϊός. Ο προϊός αντιγράφεται εντός του χρωμοσώματος και περνά στο γονιδίωμα των θυγατρικών κυττάρων, δηλ. κληρονομείται η κατάσταση της ιογένειας. Υπό την επίδραση κάποιων φυσικών ή χημικών παραγόντων, ο προϊός μπορεί να περάσει σε μια αυτόνομη κατάσταση με την ανάπτυξη ενός παραγωγικού τύπου αλληλεπίδρασης με το κύτταρο. Πρόσθετες γενετικές πληροφορίες του προϊού κατά τη διάρκεια της ιογένεσης προσδίδουν νέες ιδιότητες στο κύτταρο, οι οποίες μπορεί να είναι η αιτία ανάπτυξης όγκων, αυτοάνοσων και χρόνιων ασθενειών. Η ικανότητα των ιών να ενσωματώνονται στο γονιδίωμα του κυττάρου είναι η βάση για την επιμονή (από το λατινικό persisto - παραμονή, παραμονή) των ιών στο σώμα και την ανάπτυξη επίμονων ιογενών λοιμώξεων. Για παράδειγμα, ο ιός της ηπατίτιδας Β μπορεί να προκαλέσει επίμονες βλάβες με την ανάπτυξη χρόνιας ηπατίτιδας και συχνά ηπατικών όγκων.
Τύποι αλληλεπίδρασης του ιού με το κύτταρο. Φάσεις αναπαραγωγής του ιού.
Υπάρχουν τρεις τύποι αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός ιού και ενός κυττάρου.:
παραγωγικού τύπου- τελειώνει με το σχηματισμό νέας γενιάς ιοσωμάτων και τον θάνατο (λύση) των μολυσμένων κυττάρων (κυτταρολυτική μορφή). Ορισμένοι ιοί εξέρχονται από τα κύτταρα χωρίς να τα καταστρέφουν (μη κυτταρολυτική μορφή).
αποτυχημένος τύπος- δεν τελειώνει με το σχηματισμό νέων βιριόντων, καθώς η μολυσματική διαδικασία στο κύτταρο διακόπτεται σε ένα από τα στάδια.
Ολοκληρωτικός τύπος, ή ιογενής- χαρακτηρίζεται από την ενσωμάτωση (ενσωμάτωση) ιικού DNA με τη μορφή προϊού στο κυτταρικό χρωμόσωμα και τη συνύπαρξή τους (συν-αντιγραφή).
Αναπαραγωγή ιών:
1.προσρόφηση του ιού στο κύτταρο-προσκόλληση ιών στην επιφάνεια του κυττάρου. Ο ιός προσροφάται σε ορισμένα μέρη της κυτταρικής μεμβράνης - τους λεγόμενους υποδοχείς. ;
2. διείσδυση του ιού στο κύτταρο-δύο τρόποι: ιορόπυξη και σύντηξη του περιβλήματος του ιού με την κυτταρική μεμβράνη. Με το viropexis, μετά την προσρόφηση των ιών, εμφανίζεται η διήθηση (εισβολή) ενός τμήματος της κυτταρικής μεμβράνης και ο σχηματισμός ενός ενδοκυτταρικού κενοτόπου, το οποίο περιέχει ένα ιικό σωματίδιο. Το κενοτόπιο με τον ιό μπορεί να μεταφερθεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση σε διαφορετικά μέρη του κυτταροπλάσματος ή του κυτταρικού πυρήνα. Η διαδικασία σύντηξης πραγματοποιείται από μία από τις επιφανειακές ιικές πρωτεΐνες του περιβλήματος του καψιδίου ή του υπερκαψιδίου. ;
3. «Γδύσιμο» του ιού- αφαίρεση προστατευτικών μεμβρανών του ιού και απελευθέρωση του εσωτερικού συστατικού του ιού που μπορεί να προκαλέσει μολυσματική διαδικασία. Τα τελικά προϊόντα του «γδύσιμο» είναι ο πυρήνας, το νουκλεοκαψίδιο ή το νουκλεϊκό οξύ του ιού. ;
3. βιοσύνθεση ιικών συστατικών στο κύτταρο- Το ιικό νουκλεϊκό οξύ που έχει διεισδύσει στο κύτταρο φέρει γενετικές πληροφορίες που ανταγωνίζονται επιτυχώς τις γενετικές πληροφορίες του κυττάρου. Διαταράσσει το έργο των κυτταρικών συστημάτων, καταστέλλει τον μεταβολισμό του ίδιου του κυττάρου και το αναγκάζει να συνθέσει νέες ιικές πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία απογόνων του ιού.
Η εφαρμογή της γενετικής πληροφορίας του ιού πραγματοποιείται σύμφωνα με τις διαδικασίες μεταγραφής, μετάφρασης και αντιγραφής ;
4. ο σχηματισμός ιών-Υπάρχουν οι ακόλουθες γενικές αρχές για τη συναρμολόγηση ιών με διαφορετικές δομές:
1. Ο σχηματισμός ιών είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων με το σχηματισμό ενδιάμεσων μορφών.
2. Η συναρμολόγηση των απλά διατεταγμένων ιών συνίσταται στην αλληλεπίδραση μορίων ιικού νουκλεϊκού οξέος με πρωτεΐνες καψιδίου και στο σχηματισμό νουκλεοκαψιδίων (για παράδειγμα, ιοί πολιομυελίτιδας). Σε σύνθετους ιούς, σχηματίζονται αρχικά νουκλεοκαψίδια, με τα οποία αλληλεπιδρούν οι πρωτεΐνες του περιβλήματος του υπερκαψιδίου (για παράδειγμα, οι ιοί της γρίπης).
3. Ο σχηματισμός ιών δεν συμβαίνει στο ενδοκυτταρικό υγρό, αλλά στις πυρηνικές ή κυτταροπλασματικές μεμβράνες του κυττάρου.
4. Οι πολύπλοκα οργανωμένοι ιοί στη διαδικασία σχηματισμού περιλαμβάνουν συστατικά του κυττάρου ξενιστή (λιπίδια, υδατάνθρακες) ;
5. έξοδος ιών από κύτταρο -Ο πρώτος τύπος - εκρηκτικό - χαρακτηρίζεται από την ταυτόχρονη απελευθέρωση μεγάλου αριθμού ιών. Σε αυτή την περίπτωση, το κύτταρο πεθαίνει γρήγορα. Αυτός ο τρόπος εξόδου είναι χαρακτηριστικός των ιών που δεν έχουν περίβλημα υπερκαψιδίου. Ο δεύτερος τύπος είναι ο εκκολαπτόμενος. Είναι εγγενές σε ιούς που έχουν κέλυφος υπερκαψιδίου. Στο τελικό στάδιο της συναρμολόγησης, τα νουκλεοκαψίδια των πολύπλοκων ιών στερεώνονται στην κυτταρική πλασματική μεμβράνη τροποποιημένη από ιικές πρωτεΐνες και σταδιακά την προεξέχουν. Ως αποτέλεσμα της προεξοχής, σχηματίζεται ένας «νεφρός» που περιέχει ένα νουκλεοκαψίδιο. Το «νεφρό» στη συνέχεια διαχωρίζεται από το κύτταρο. Έτσι, το εξωτερικό κέλυφος αυτών των ιών σχηματίζεται κατά τη διαδικασία της εξόδου τους από το κύτταρο. .
Η βακτηριακή δραστηριότητα χαρακτηρίζεται από ανάπτυξη- ο σχηματισμός δομικών και λειτουργικών συστατικών του κυττάρου και η αύξηση του ίδιου του βακτηριακού κυττάρου, καθώς και την αναπαραγωγή- αυτοαναπαραγωγή, που οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των βακτηριακών κυττάρων στον πληθυσμό.
πολλαπλασιάζονται τα βακτήριαμε δυαδική σχάση στο μισό, λιγότερο συχνά με εκβλάστηση. Οι ακτινομύκητες, όπως και οι μύκητες, μπορούν να αναπαραχθούν με σπόρια. Οι ακτινομύκητες, ως διακλαδισμένα βακτήρια, αναπαράγονται με κατακερματισμό των νηματωδών κυττάρων. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια διαιρούνται με την εσωτερική ανάπτυξη των συντιθέμενων χωρισμάτων διαίρεσης στο κύτταρο και τα αρνητικά κατά Gram διαιρούνται με συστολή, ως αποτέλεσμα του σχηματισμού μορφών σε σχήμα αλτήρα, από τις οποίες σχηματίζονται δύο πανομοιότυπα κύτταρα.
Προηγήθηκε η κυτταρική διαίρεσηαντιγραφή του βακτηριακού χρωμοσώματος σύμφωνα με έναν ημι-συντηρητικό τύπο (η δίκλωνη αλυσίδα DNA ανοίγει και κάθε κλώνος συμπληρώνεται από έναν συμπληρωματικό κλώνο), οδηγώντας στον διπλασιασμό των μορίων DNA του βακτηριακού πυρήνα - του νουκλεοειδούς.
Η αντιγραφή του DNA γίνεται σε τρία στάδια: έναρξη, επιμήκυνση ή ανάπτυξη αλυσίδας και τερματισμός.
Αναπαραγωγή βακτηρίων σε υγρό θρεπτικό μέσο.Τα βακτήρια που σπέρνονται σε έναν ορισμένο, αμετάβλητο όγκο του θρεπτικού μέσου, πολλαπλασιάζονται, καταναλώνουν θρεπτικά συστατικά, γεγονός που οδηγεί στη συνέχεια στην εξάντληση του θρεπτικού μέσου και τη διακοπή της βακτηριακής ανάπτυξης. Η καλλιέργεια βακτηρίων σε ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται περιοδική καλλιέργεια και η καλλιέργεια ονομάζεται περιοδική. Εάν οι συνθήκες καλλιέργειας διατηρούνται με συνεχή παροχή φρέσκου θρεπτικού μέσου και εκροή του ίδιου όγκου υγρού καλλιέργειας, τότε αυτή η καλλιέργεια ονομάζεται συνεχής και η καλλιέργεια ονομάζεται συνεχής.
Όταν αναπτύσσονται βακτήρια σε υγρό θρεπτικό μέσο, παρατηρείται ανάπτυξη καλλιέργειας κοντά στον πυθμένα, διάχυτη ή επιφανειακή (με τη μορφή φιλμ). Η ανάπτυξη μιας περιοδικής καλλιέργειας βακτηρίων που αναπτύσσονται σε ένα υγρό θρεπτικό μέσο χωρίζεται σε διάφορες φάσεις ή περιόδους:
1. φάση καθυστέρησης?
2. φάση της λογαριθμικής ανάπτυξης?
3. στατική φάση ανάπτυξης ή μέγιστη συγκέντρωση
βακτήρια;
4. φάση βακτηριακού θανάτου.
Φάση καθυστέρησης- η περίοδος μεταξύ της σποράς των βακτηρίων και της έναρξης της αναπαραγωγής. Η διάρκεια της φάσης καθυστέρησης είναι κατά μέσο όρο 4-5 ώρες.Ταυτόχρονα, τα βακτήρια αυξάνονται σε μέγεθος και προετοιμάζονται για διαίρεση. η ποσότητα των νουκλεϊκών οξέων, των πρωτεϊνών και άλλων συστατικών αυξάνεται.
Λογαριθμική (εκθετική) φάση ανάπτυξηςείναι μια περίοδος εντατικής διαίρεσης βακτηρίων. Η διάρκειά του είναι περίπου 5-6 ώρες.Υπό βέλτιστες συνθήκες ανάπτυξης, τα βακτήρια μπορούν να διαιρούνται κάθε 20-40 λεπτά. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, τα βακτήρια είναι πιο ευάλωτα, γεγονός που εξηγείται από την υψηλή ευαισθησία των μεταβολικών συστατικών ενός ταχέως αναπτυσσόμενου κυττάρου σε αναστολείς της πρωτεϊνικής σύνθεσης, νουκλεϊκά οξέα κ.λπ.
Στη συνέχεια έρχεται η στατική φάση ανάπτυξης., στο οποίο ο αριθμός των βιώσιμων κυττάρων παραμένει αμετάβλητος, αποτελώντας το μέγιστο επίπεδο (συγκέντρωση Μ). Η διάρκειά του εκφράζεται σε ώρες και ποικίλλει ανάλογα με το είδος των βακτηρίων, τα χαρακτηριστικά και την καλλιέργειά τους.
Η φάση του θανάτου ολοκληρώνει τη διαδικασία της βακτηριακής ανάπτυξης, που χαρακτηρίζεται από θάνατο βακτηρίων σε συνθήκες εξάντλησης των πηγών του θρεπτικού μέσου και συσσώρευσης μεταβολικών προϊόντων βακτηρίων σε αυτό. Η διάρκειά του κυμαίνεται από 10 ώρες έως αρκετές εβδομάδες. Η ένταση της ανάπτυξης και αναπαραγωγής των βακτηρίων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως η βέλτιστη σύνθεση του θρεπτικού μέσου, το δυναμικό οξειδοαναγωγής, το pH, η θερμοκρασία κ.λπ.
Αναπαραγωγή βακτηρίων σε πυκνό θρεπτικό μέσο.Τα βακτήρια που αναπτύσσονται σε πυκνά θρεπτικά μέσα σχηματίζουν απομονωμένες στρογγυλεμένες αποικίες με ομοιόμορφες ή ανομοιόμορφες άκρες (μορφές S και R), διαφορετικής συνοχής και χρώματος, ανάλογα με τη βακτηριακή χρωστική ουσία.
Οι υδατοδιαλυτές χρωστικές διαχέονται στο θρεπτικό μέσο και το χρωματίζουν. Μια άλλη ομάδα χρωστικών είναι αδιάλυτη στο νερό αλλά διαλυτή σε οργανικούς διαλύτες. Και, τέλος, υπάρχουν χρωστικές ουσίες που δεν είναι αδιάλυτες ούτε στο νερό ούτε σε οργανικές ενώσεις.
Οι πιο κοινές χρωστικές μεταξύ των μικροοργανισμών είναι οι καροτίνες, οι ξανθοφύλλες και οι μελανίνες. Οι μελανίνες είναι αδιάλυτες μαύρες, καφέ ή κόκκινες χρωστικές που συντίθενται από φαινολικές ενώσεις. Οι μελανίνες, μαζί με την καταλάση, την υπεροξειδική σισμουτάση και τις υπεροξειδάσες, προστατεύουν τους μικροοργανισμούς από τις επιδράσεις των τοξικών ριζών του υπεροξειδίου του οξυγόνου. Πολλές χρωστικές έχουν αντιμικροβιακά αποτελέσματα, παρόμοια με αντιβιοτικά.
Δεν γίνεται με δυαδική σχάση. Πίσω στη δεκαετία του '50 του περασμένου αιώνα, διαπιστώθηκε ότι η αναπαραγωγή πραγματοποιείται με τη μέθοδο αναπαραγωγής (μετάφραση από τα αγγλικά αναπαραγωγή - δημιουργία αντιγράφου, αναπαραγωγή), δηλαδή με αναπαραγωγή νουκλεϊκών οξέων, καθώς και σύνθεση πρωτεϊνών, ακολουθούμενη από η συλλογή των βιριόντων. Αυτές οι διεργασίες συμβαίνουν σε διαφορετικά μέρη του κυττάρου του λεγόμενου ξενιστή (για παράδειγμα, στον πυρήνα ή στο κυτταρόπλασμα). Αυτή η ασύνδετη μέθοδος αναπαραγωγής του ιού ονομάζεται διαχωριστική. Σε αυτό θα εστιάσουμε με περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο μας.
διαδικασία αναπαραγωγής
Αυτή η διαδικασία έχει τα δικά της χαρακτηριστικά αναπαραγωγής του ιού και διακρίνεται από μια διαδοχική αλλαγή ορισμένων σταδίων. Ας τα εξετάσουμε ξεχωριστά.
Φάσεις
Η αναπαραγωγή του ιού σε ένα κύτταρο λαμβάνει χώρα σε διάφορες φάσεις, οι οποίες περιγράφονται παρακάτω:
- Η πρώτη φάση είναι η προσρόφηση του ιού, η οποία συζητήθηκε παραπάνω, στην επιφάνεια του κυττάρου, το οποίο είναι ευαίσθητο σε αυτόν τον ιό.
- Το δεύτερο είναι η διείσδυση του ιού στα κύτταρα-ξενιστές με τη μέθοδο viropexis.
- Το τρίτο είναι ένα είδος «ξεγυμνώματος» βιριόντων, η απελευθέρωση νουκλεϊκού οξέος από το καψίδιο και το υπερκαψίδιο. Σε έναν αριθμό ιών, το νουκλεϊκό οξύ εισέρχεται στα κύτταρα με τη σύντηξη του περιβλήματος του ιού και του κυττάρου ξενιστή. Σε αυτή την περίπτωση, η τρίτη και η δεύτερη φάση συνδυάζονται σε μια ενιαία.
Προσρόφηση
Αυτό το στάδιο της αναπαραγωγής του ιού αναφέρεται στη διείσδυση ενός ιικού σωματιδίου στα κύτταρα. Η προσρόφηση ξεκινά στην κυτταρική επιφάνεια μέσω της αλληλεπίδρασης κυτταρικών καθώς και ιικών υποδοχέων. Μετάφραση από τα λατινικά, η λέξη "υποδοχείς" σημαίνει "λήψη". Είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι σχηματισμοί που αντιλαμβάνονται ερεθισμούς. Οι υποδοχείς είναι μόρια ή μοριακά σύμπλοκα που βρίσκονται στην επιφάνεια των κυττάρων και είναι επίσης ικανά να αναγνωρίζουν συγκεκριμένες χημικές ομάδες, μόρια ή άλλα κύτταρα και να τα δεσμεύουν. Στα πιο πολύπλοκα ιοσωμάτια, τέτοιοι υποδοχείς βρίσκονται στο εξωτερικό κέλυφος με τη μορφή μιας ακίδας έκφυσης ή λάχνης· στα απλά βιριόνια, συνήθως βρίσκονται στην επιφάνεια του καψιδίου.
Ο μηχανισμός προσρόφησης στην επιφάνεια ενός δεκτικού κυττάρου βασίζεται στην αλληλεπίδραση των υποδοχέων με τους λεγόμενους συμπληρωματικούς υποδοχείς του κυττάρου «ξενιστή». Οι υποδοχείς ιού και τα κύτταρα είναι ορισμένες συγκεκριμένες δομές που βρίσκονται στην επιφάνεια.
Οι αδενοϊοί και οι μυξοϊοί προσροφούνται απευθείας στους υποδοχείς βλεννοπρωτεϊνών, ενώ οι αρβοϊοί και οι πικορναϊοί προσροφούνται σε υποδοχείς λιποπρωτεϊνών.
Στο ιοσωμάτιο του μυξοϊού, η νευραμινιδάση καταστρέφει τον υποδοχέα βλεννογφωτεΐνης και διασπά τα Ν-ακετυλνεουραμινικά οξέα από τον ολιγοσακχαρίτη, ο οποίος περιέχει γαλακτόζη και γαλακτοζαμίνη. Οι αλληλεπιδράσεις τους σε αυτό το στάδιο είναι αναστρέψιμες, γιατί επηρεάζονται σημαντικά από τη θερμοκρασία, την αντίδραση του μέσου και τα συστατικά του άλατος. Η απορρόφηση του βιριόντος εμποδίζεται από την ηπαρίνη και τους θειωμένους πολυσακχαρίτες, οι οποίοι φέρουν αρνητικό φορτίο, αλλά η ανασταλτική τους δράση απομακρύνεται από ορισμένα πολυκαρυόνια (εκμολίνη, DEAE-δεξτράνη, θειική πρωταμίνη), τα οποία εξουδετερώνουν το αρνητικό φορτίο από τους θειικούς πολυσακχαρίτες.
Είσοδος του βιριόντος στο κύτταρο ξενιστή
Η οδός εισαγωγής ενός ιού σε ένα κύτταρο ευαίσθητο σε αυτόν δεν θα είναι πάντα η ίδια. Πολλά ιοσωμάτια μπορούν να εισέλθουν στα κύτταρα με πινοκύττωση, που στα ελληνικά σημαίνει «πίνω», «πίνω». Με αυτή τη μέθοδο, το πινοκυτταρικό κενοτόπιο φαίνεται να έλκει το ιοσωμάτιο απευθείας στο κύτταρο. Τα υπόλοιπα ιοσωμάτια μπορούν να εισέλθουν στο κύτταρο απευθείας μέσω της μεμβράνης του.
Η επαφή του ενζύμου νευραμινιδάση με κυτταρικές βλεννοπρωτεΐνες προάγει την είσοδο ιοσωμάτων στο κύτταρο μεταξύ των μυξοϊών. Τα αποτελέσματα πρόσφατων μελετών αποδεικνύουν ότι το DNA και το RNA των ιοσωμάτων δεν διαχωρίζονται από το εξωτερικό κέλυφος, δηλαδή τα ιοσωμάτια διεισδύουν εξ ολοκλήρου σε ευαίσθητα κύτταρα με πινοκύττωση ή ιοροεξία. Μέχρι σήμερα, αυτό έχει επιβεβαιωθεί σε σχέση με τον ιό της ευλογιάς, τη δαμαλίτιδα, καθώς και άλλους ιούς που επιλέγουν τους ζωικούς οργανισμούς ως βιότοπό τους. Μιλώντας για φάγους, μολύνουν τα κύτταρα με νουκλεϊκό οξύ. Ο μηχανισμός μόλυνσης βασίζεται στο γεγονός ότι εκείνα τα ιοσωμάτια που περιέχονται σε κυτταρικά κενοτόπια υδρολύονται από ένζυμα (λιπάσες, πρωτεάσες), κατά την οποία το DNA απελευθερώνεται από τη μεμβράνη του φάγου και εισέρχεται στο κύτταρο.
Για το πείραμα, ένα κύτταρο μολύνθηκε με ένα νουκλεϊκό οξύ που απομονώθηκε από ορισμένους ιούς και προκλήθηκε ένας πλήρης κύκλος αναπαραγωγής ιοσωμάτων. Ωστόσο, υπό φυσικές συνθήκες, η μόλυνση με ένα τέτοιο οξύ δεν εμφανίζεται.
Αποσύνθεση
Το επόμενο στάδιο αναπαραγωγής του ιού είναι η αποσύνθεση, η οποία είναι η απελευθέρωση ΝΚ από το καψίδιο και το εξωτερικό κέλυφος. Αφού εισέλθει το ιοσωμάτιο στα κύτταρα, το καψίδιο υφίσταται κάποιες αλλαγές, αποκτώντας ευαισθησία στην κυτταρική πρωτεάση, στη συνέχεια καταστρέφεται, απελευθερώνοντας ταυτόχρονα ΝΚ. Σε ορισμένους βακτηριοφάγους, το ελεύθερο ΝΑ εισέρχεται στα κύτταρα. Ο φυτοπαθογόνος ιός εισέρχεται μέσω της βλάβης στο κυτταρικό τοίχωμα και στη συνέχεια προσροφάται στον εσωτερικό κυτταρικό υποδοχέα με την ταυτόχρονη απελευθέρωση ΝΑ.
Αντιγραφή RNA και σύνθεση πρωτεϊνών ιών
Το επόμενο στάδιο της αναπαραγωγής του ιού είναι η σύνθεση μιας ειδικής για τον ιό πρωτεΐνης, η οποία λαμβάνει χώρα με τη συμμετοχή του λεγόμενου αγγελιοφόρου RNA (σε ορισμένους ιούς αποτελούν μέρος ιοσωμάτων και σε ορισμένους συντίθενται μόνο σε μολυσμένα κύτταρα απευθείας στο το πρότυπο DNA ή RNA ιοσωμάτων). Εμφανίζεται αντιγραφή ιού ΝΚ.
Η διαδικασία αναπαραγωγής των ιών RNA ξεκινά μετά την είσοδο των νουκλεοπρωτεϊνών στο κύτταρο, όπου σχηματίζονται ιικά πολυσώματα με τη συμπλοκοποίηση του RNA με τα ριβοσώματα. Μετά από αυτό, συντίθενται επίσης πρώιμες πρωτεΐνες, οι οποίες περιλαμβάνουν καταστολείς από τον κυτταρικό μεταβολισμό, καθώς και πολυμεράσες RNA που μεταφράζονται με το μητρικό μόριο RNA. Στο κυτταρόπλασμα των μικρότερων ιών ή στον πυρήνα, σχηματίζεται ιικό δίκλωνο RNA με σύμπλεξη της γονικής συν αλυσίδας ("+" - αλυσίδα RNA) με τη νεοσυντιθέμενη, καθώς και συμπληρωματική με αυτήν μείον αλυσίδα ("- ” - αλυσίδα RNA) . Η σύνδεση αυτών των κλώνων νουκλεϊκού οξέος προκαλεί το σχηματισμό μόνο μιας μονόκλωνης δομής RNA, η οποία ονομάζεται αντιγραφική μορφή. Οι συνθέσεις του ιικού RNA πραγματοποιούνται με σύμπλοκα αντιγραφής, στα οποία συμμετέχουν η αντιγραφική μορφή του RNA, το ένζυμο πολυμεράσης RNA και πολυσώματα.
Υπάρχουν 2 τύποι πολυμερασών RNA. Αυτά περιλαμβάνουν: RNA πολυμεράση Ι, η οποία καταλύει τον σχηματισμό της αναδιπλασιαζόμενης μορφής απευθείας στο εκμαγείο συν-κλώνου, καθώς και RNA πολυμεράση II, η οποία συμμετέχει στη σύνθεση μονόκλωνου ιικού RNA στο εκμαγείο τύπου αναδιπλασιασμού. Η σύνθεση των νουκλεϊκών οξέων σε μικρούς ιούς συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα. Όσον αφορά τον ιό της γρίπης, η εσωτερική πρωτεΐνη και το RNA συντίθενται στον πυρήνα. Στη συνέχεια, το RNA απελευθερώνεται από τον πυρήνα και διεισδύει στο κυτταρόπλασμα, στο οποίο, μαζί με τα ριβοσώματα, αρχίζει να συνθέτει την ιική πρωτεΐνη.
Αφού τα ιοσωμάτια εισέλθουν στα κύτταρα, καταστέλλουν τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων, καθώς και κυτταρικών πρωτεϊνών. Κατά την αναπαραγωγή σε μια μήτρα, το mRNA συντίθεται επίσης στον πυρήνα, ο οποίος μεταφέρει πληροφορίες για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Ο μηχανισμός της πρωτεϊνικής σύνθεσης του ιού πραγματοποιείται στο επίπεδο του κυτταρικού ριβοσώματος και η πηγή κατασκευής θα είναι το ταμείο αμινοξέων. Η ενεργοποίηση των αμινοξέων πραγματοποιείται από ένζυμα, με τη βοήθεια του mRNA μεταφέρονται απευθείας στα ριβοσώματα (πολυσώματα), στα οποία βρίσκονται ήδη στο μόριο της συντιθέμενης πρωτεΐνης.
Έτσι, σε μολυσμένα κύτταρα, η σύνθεση νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών βιριόντων πραγματοποιείται ως μέρος ενός αντιγραφικού-μεταγραφικού συμπλέγματος, το οποίο ρυθμίζεται από ένα συγκεκριμένο σύστημα μηχανισμών.
Μορφογένεση ιού
Ο σχηματισμός ιοσωμάτων μπορεί να συμβεί μόνο στην περίπτωση μιας αυστηρά διατεταγμένης σύνδεσης δομικών ιικών πολυπεπτιδίων, καθώς και της ΝΑ τους. Και αυτό διασφαλίζεται από τη λεγόμενη αυτοσυναρμολόγηση μορίων πρωτεΐνης κοντά στο NC.
Σχηματισμός ιού
Ο σχηματισμός του βιριόντος συμβαίνει με τη συμμετοχή ορισμένων δομικών συστατικών που αποτελούν το κύτταρο. Οι ιοί του έρπητα, της πολιομυελίτιδας και της δαμαλίτιδας παράγονται στο κυτταρόπλασμα, ενώ οι αδενοϊοί παράγονται στον πυρήνα. Η σύνθεση του ιικού RNA, καθώς και ο σχηματισμός του νουκλεοκαψιδίου, συμβαίνει απευθείας στον πυρήνα και η αιμοσυγκολλητίνη σχηματίζεται στο κυτταρόπλασμα. Μετά από αυτό, το νουκλεοκαψίδιο μετακινείται από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα, στο οποίο λαμβάνει χώρα ο σχηματισμός του περιβλήματος του ιού. Το νουκλεοκαψίδιο καλύπτεται εξωτερικά με ιικές πρωτεΐνες και οι αιμοσυγκολλητίνες και η νευραμινιδάση περιλαμβάνονται στο ιοσωμάτιο. Αυτός είναι ο τρόπος σχηματισμού των απογόνων, για παράδειγμα, του ιού της γρίπης.
Απελευθέρωση του ιού από το κύτταρο ξενιστή
Τα σωματίδια του ιού απελευθερώνονται από το κύτταρο «ξενιστή» ταυτόχρονα (κατά την καταστροφή των κυττάρων) ή σταδιακά (χωρίς καμία κυτταρική καταστροφή).
Με αυτή τη μορφή συμβαίνει η αναπαραγωγή ιών. Τα ιώματα απελευθερώνονται από τα κύτταρα, συνήθως με δύο τρόπους.
Πρώτη μέθοδος
Η πρώτη μέθοδος συνεπάγεται το εξής: μετά την απόλυτη ωρίμανση των ιοσωμάτων απευθείας μέσα στο κύτταρο, στρογγυλεύονται, σχηματίζονται κενοτόπια εκεί και στη συνέχεια καταστρέφεται και η κυτταρική μεμβράνη. Με την ολοκλήρωση αυτών των διεργασιών, τα ιοσωμάτια απελευθερώνονται ταυτόχρονα και πλήρως από τα κύτταρα (picornaviruses). Αυτή η μέθοδος ονομάζεται λυτική.
Δεύτερη μέθοδος
Η δεύτερη μέθοδος περιλαμβάνει την απελευθέρωση ιοσωμάτων καθώς ωριμάζουν για 2-6 ώρες στην κυτταροπλασματική μεμβράνη (μυξοϊοί και αρβοϊοί). Η έκκριση μυξοϊών από το κύτταρο διευκολύνεται από τη νευραμινιδάση, η οποία καταστρέφει την κυτταρική μεμβράνη. Κατά τη διάρκεια αυτής της μεθόδου, το 75-90% των βιριόντων απελευθερώνεται αυθόρμητα στο μέσο καλλιέργειας και τα κύτταρα σταδιακά πεθαίνουν.
ΑναπαραγωγήΟι ιοί πραγματοποιούνται σε διάφορα στάδια, αντικαθιστώντας διαδοχικά ο ένας τον άλλον: προσρόφηση του ιού στο κύτταρο. διείσδυση του ιού στο κύτταρο. "Γδύσιμο" του ιού? βιοσύνθεση ιικών συστατικών στο κύτταρο. ο σχηματισμός ιών. απελευθέρωση ιών από το κύτταρο.
Προσρόφηση . Η αλληλεπίδραση ενός ιού με ένα κύτταρο ξεκινά με τη διαδικασία προσρόφησης, δηλαδή την προσκόλληση ιών στην επιφάνεια του κυττάρου. Αυτή είναι μια πολύ συγκεκριμένη διαδικασία. Ο ιός προσροφάται σε ορισμένα μέρη της κυτταρικής μεμβράνης - τους λεγόμενους υποδοχείς. Οι κυτταρικοί υποδοχείς μπορεί να έχουν διαφορετική χημική φύση, αντιπροσωπεύοντας πρωτεΐνες, υδατανθρακικά συστατικά πρωτεϊνών και λιπίδια, λιπίδια. Ο αριθμός των ειδικών υποδοχέων στην επιφάνεια ενός κυττάρου κυμαίνεται από 104 έως 105. Κατά συνέπεια, δεκάδες, ακόμη και εκατοντάδες ιικά σωματίδια μπορούν να προσροφηθούν στο κύτταρο. Διείσδυση στο κύτταρο. Υπάρχουν δύο τρόποι για να εισέλθουν οι ζωικοί ιοί σε ένα κύτταρο: η ιορεξία και η σύντηξη του περιβλήματος του ιού με την κυτταρική μεμβράνη. Με το viropexis, μετά την προσρόφηση των ιών, εμφανίζεται η διήθηση (εισβολή) ενός τμήματος της κυτταρικής μεμβράνης και ο σχηματισμός ενός ενδοκυτταρικού κενοτόπου, το οποίο περιέχει ένα ιικό σωματίδιο. Το κενοτόπιο με τον ιό μπορεί να μεταφερθεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση σε διαφορετικά μέρη του κυτταροπλάσματος ή του κυτταρικού πυρήνα. Η διαδικασία σύντηξης πραγματοποιείται από μία από τις επιφανειακές ιικές πρωτεΐνες του περιβλήματος του καψιδίου ή του υπερκαψιδίου. Προφανώς και οι δύο μηχανισμοί διείσδυσης του ιού στο κύτταρο δεν αποκλείουν, αλλά αλληλοσυμπληρώνονται «Γδύσιμο». Η διαδικασία «γδύσιμο» συνίσταται στην αφαίρεση των προστατευτικών μεμβρανών του ιού και στην απελευθέρωση του εσωτερικού συστατικού του ιού που μπορεί να προκαλέσει μια μολυσματική διαδικασία. Το «γδύσιμο» των ιών γίνεται σταδιακά, σε διάφορα στάδια, σε ορισμένες περιοχές του κυτταροπλάσματος ή του πυρήνα του κυττάρου, για τις οποίες το κύτταρο χρησιμοποιεί ένα σύνολο ειδικών ενζύμων. Στην περίπτωση της διείσδυσης του ιού με σύντηξη του περιβλήματος του ιού με την κυτταρική μεμβράνη, η διαδικασία διείσδυσης του ιού στο κύτταρο συνδυάζεται με το πρώτο στάδιο της «αποκάλυψης» του. Τα τελικά προϊόντα του «γδύματος» είναι ο πυρήνας, το νουκλεοκαψίδιο ή το νουκλεϊκό οξύ του ιού Βιοσύνθεση συστατικών του ιού. Το ιικό νουκλεϊκό οξύ που έχει διεισδύσει στο κύτταρο φέρει γενετικές πληροφορίες που ανταγωνίζονται επιτυχώς τις γενετικές πληροφορίες του κυττάρου. Διαταράσσει το έργο των κυτταρικών συστημάτων, καταστέλλει τον μεταβολισμό του ίδιου του κυττάρου και το αναγκάζει να συνθέσει νέες ιικές πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία απογόνων ιών. Η εφαρμογή της γενετικής πληροφορίας του ιού πραγματοποιείται σύμφωνα με τις διαδικασίες μεταγραφή, μετάφραση και αντιγραφή. Σχηματισμός (συναρμολόγηση) ιών. Τα συντιθέμενα ιικά νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες έχουν την ικανότητα να «αναγνωρίζουν» το ένα το άλλο και, εάν η συγκέντρωσή τους είναι επαρκής, να συνδυάζονται αυθόρμητα ως αποτέλεσμα υδρόφοβων δεσμών, άλατος και υδρογόνου. Υπάρχουν οι ακόλουθες γενικές αρχές για τη συναρμολόγηση ιών με διαφορετικές δομές:
1. Ο σχηματισμός ιών είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων με το σχηματισμό ενδιάμεσων μορφών.
2. Η συναρμολόγηση των απλά διατεταγμένων ιών συνίσταται στην αλληλεπίδραση μορίων ιικού νουκλεϊκού οξέος με πρωτεΐνες καψιδίου και στο σχηματισμό νουκλεοκαψιδίων (για παράδειγμα, ιοί πολιομυελίτιδας). Σε σύνθετους ιούς, σχηματίζονται αρχικά νουκλεοκαψίδια, με τα οποία αλληλεπιδρούν οι πρωτεΐνες του περιβλήματος του υπερκαψιδίου (για παράδειγμα, οι ιοί της γρίπης).
3. Ο σχηματισμός ιών δεν συμβαίνει στο ενδοκυτταρικό υγρό, αλλά στις πυρηνικές ή κυτταροπλασματικές μεμβράνες του κυττάρου.
4. Οι πολύπλοκα οργανωμένοι ιοί στη διαδικασία σχηματισμού περιλαμβάνουν συστατικά του κυττάρου ξενιστή (λιπίδια, υδατάνθρακες).
Η απελευθέρωση ιών από το κύτταρο.Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι εξόδου των ιικών απογόνων από το κύτταρο. Ο πρώτος τύπος - εκρηκτικό - χαρακτηρίζεται από την ταυτόχρονη απελευθέρωση μεγάλου αριθμού ιών. Σε αυτή την περίπτωση, το κύτταρο πεθαίνει γρήγορα. Αυτός ο τρόπος εξόδου είναι χαρακτηριστικός των ιών που δεν έχουν περίβλημα υπερκαψιδίου. Ο δεύτερος τύπος είναι ο εκκολαπτόμενος. Είναι εγγενές σε ιούς που έχουν κέλυφος υπερκαψιδίου. Στο τελικό στάδιο της συναρμολόγησης, τα νουκλεοκαψίδια των πολύπλοκων ιών στερεώνονται στην κυτταρική πλασματική μεμβράνη τροποποιημένη από ιικές πρωτεΐνες και σταδιακά την προεξέχουν. Ως αποτέλεσμα της προεξοχής, σχηματίζεται ένας «νεφρός» που περιέχει ένα νουκλεοκαψίδιο. Το «νεφρό» στη συνέχεια διαχωρίζεται από το κύτταρο. Έτσι, το εξωτερικό περίβλημα αυτών των ιών σχηματίζεται κατά την έξοδό τους από το κύτταρο. Με αυτόν τον μηχανισμό, ένα κύτταρο μπορεί να παράγει έναν ιό για μεγάλο χρονικό διάστημα, διατηρώντας σε κάποιο βαθμό τις βασικές του λειτουργίες.