Proces stvaranja viriona sastoji se od faza. Interakcija virus-stanica
SADRŽAJ
Kontrolna pitanja:
1. Reprodukcija DNA genomskih virusa: glavne faze, značajke reprodukcije………………………………………………………………………... 3
2. Znakovi reprodukcije virusa u živim sustavima: laboratorijske životinje, pileći embriji, stanične kulture………………………………………………..… ……16
3. Zadatak..................................................... .... ................................................ .......... ...20
Literatura…………………………………………………...........25
1. Reprodukcija DNA genomskih virusa: glavne faze, značajke reprodukcije
Reprodukcija virusa
Proces reprodukcije virusa može se podijeliti u dvije faze. Prva faza obuhvaća događaje koji dovode do adsorpcije i ulaska virusa u stanicu, otpuštanja njegove unutarnje komponente i njegove modifikacije na način da je sposoban izazvati infekciju. Prema tome, prva faza uključuje tri faze: 1) adsorpcija virusa na stanice; 2) prodiranje virusa u stanice; 3) skidanje virusa u stanici. Ovi stupnjevi imaju za cilj osigurati da se virus dostavi do odgovarajućih staničnih struktura i da se njegova unutarnja komponenta oslobodi zaštitnih membrana. Nakon što se postigne ovaj cilj, započinje druga faza reprodukcije tijekom koje dolazi do ekspresije virusnog genoma. Ova faza uključuje faze: 1) transkripcije, 2) translacije messenger RNA, 3) replikacije genoma, 4) sklapanja virusnih komponenti. Završna faza reprodukcije je oslobađanje virusa iz stanice.
Prva faza reprodukcije.
I. Adsorpcija viriona na površini stanice.
Interakcija virusa sa stanicom počinje procesom adsorpcije, tj. pričvršćivanja virusnih čestica na površinu stanice. Proces adsorpcije moguć je u prisutnosti odgovarajućih receptora na površini stanice i "prepoznavajućih" tvari na površini virusa. Sami početni procesi adsorpcije su nespecifične prirode i mogu se temeljiti na elektrostatskoj interakciji pozitivno i negativno nabijenih skupina na površini virusa i stanice. Međutim, prepoznavanje staničnih receptora virusnim proteinima, što dovodi do pričvršćivanja virusne čestice na stanicu, vrlo je specifičan proces. Proteini na površini virusa koji prepoznaju specifične skupine na plazma membrani stanice i uzrokuju pričvršćivanje virusne čestice na njih nazivaju se pričvrsni proteini.
Virusi koriste receptore koji su dizajnirani da prijeđu u stanicu tvari potrebne za njen život: hranjive tvari, hormone, čimbenike rasta itd. Receptori mogu imati različitu kemijsku prirodu i biti proteini, ugljikohidratna komponenta proteina i lipida, lipida. Receptori za viruse influence i paramiksoviruse su sijalična kiselina u sastavu glikoproteina i glikolipida (gangliozida), za rabdoviruse i reoviruse - također ugljikohidratna komponenta u sastavu proteina i lipida, za pikornaviruse i adenoviruse - proteini, za neke viruse - lipidi . Specifični receptori igraju ulogu ne samo u vezivanju virusne čestice na površinu stanice. Oni određuju daljnju sudbinu virusne čestice, njezin unutarstanični transport i dostavu u određena područja citoplazme i jezgre, gdje virus može započeti infektivni proces. Virus se također može vezati za nespecifične receptore, pa čak i prodrijeti u stanicu, ali samo vezanje za specifični receptor dovodi do infekcije.
Pričvršćivanje virusne čestice na površinu stanice u početku se događa stvaranjem jednostruke veze između virusne čestice i receptora. Međutim, takvo pričvršćivanje je krhko, a virusna čestica može se lako odvojiti od površine stanice - reverzibilna adsorpcija. Da bi došlo do ireverzibilne adsorpcije, moraju se pojaviti višestruke veze između virusne čestice i mnogih receptorskih molekula, tj. mora se pojaviti stabilno multivalentno pričvršćivanje. Broj staničnih receptorskih molekula na adsorpcijskim mjestima može doseći i do 3000. Stabilno vezanje virusne čestice na staničnu površinu kao rezultat viševalentnog pričvršćivanja nastaje zbog mogućnosti slobodnog kretanja receptorskih molekula u lipidnom dvosloju plazma membrane. , što je određeno pokretljivošću, "fluidnošću" proteinsko-lipidnog sloja. Povećanje fluidnosti lipida jedan je od najranijih događaja u interakciji virusa sa stanicom, što rezultira stvaranjem receptorskih polja na mjestu kontakta virusa s površinom stanice i stabilnim pričvršćivanjem virusne čestice na stanicu. rezultirajuće skupine.
Broj specifičnih receptora na površini stanice varira između 104 i 105 po stanici. Receptori za neke viruse mogu biti prisutni samo u ograničenom skupu stanica domaćina, a to može odrediti osjetljivost tijela na određeni virus. Na primjer, pikornavirusi se adsorbiraju samo na stanice primata. Receptori za druge viruse, naprotiv, široko su zastupljeni na površini stanica različitih vrsta, kao što su, na primjer, receptori za ortomiksoviruse i paramiksoviruse, koji su spojevi koji sadrže sialil. Stoga ovi virusi imaju relativno širok raspon stanica na kojima može doći do adsorpcije virusnih čestica. Stanice iznimno širokog spektra domaćina posjeduju receptore za niz togavirusa: ti virusi mogu adsorbirati i inficirati stanice i kralježnjaka i beskralješnjaka.
II. Prodor virusa u stanicu.
Povijesno gledano, postojala je ideja o dva alternativna mehanizma za prodor životinjskih virusa u stanice - viropeksijom (endocitozom) i fuzijom virusnih i staničnih membrana. Međutim, oba ova mehanizma ne isključuju, već se nadopunjuju.
Izraz "viropeksis" znači da virusna čestica ulazi u citoplazmu kao rezultat invaginacije dijela plazma membrane i stvaranja vakuole koja sadrži virusnu česticu.
Endocitoza receptora. Viropexis je poseban slučaj receptorske ili adsorpcijske endocitoze. Ovaj proces je uobičajeni mehanizam kojim prehrambeni i regulatorni proteini, hormoni, lipoproteini i druge tvari iz izvanstanične tekućine ulaze u stanicu. Receptorska endocitoza događa se u specijaliziranim područjima plazma membrane, gdje se nalaze posebne jamice koje su s citoplazmatske strane prekrivene posebnim proteinom velike molekulske mase - klatrinom. Na dnu jame nalaze se specifični receptori. Jamice omogućuju brzu invaginaciju i stvaranje unutarstaničnih vakuola obloženih klatrinom. Poluvrijeme prodiranja tvari u stanicu ovim mehanizmom ne prelazi 10 minuta od trenutka adsorpcije. Broj vakuola formiranih u jednoj minuti doseže više od 2000. Dakle, endocitoza receptora je dobro koordinirani mehanizam koji osigurava brzo prodiranje stranih tvari u stanicu.
Obložene vakuole stapaju se s drugim, većim citoplazmatskim vakuolama, stvarajući receptore koji sadrže receptore, ali ne i klatrin, koji se pak stapaju s lizosomima. Na taj se način proteini koji uđu u stanicu obično transportiraju do lizosoma, gdje se razgrađuju u aminokiseline; mogu zaobići lizosome i nakupljati se u drugim dijelovima stanice u nerazgrađenom obliku. Alternativa receptorskoj endocitozi je tekuća endocitoza, kada se invaginacija ne događa u specijaliziranim područjima membrane. Većina životinjskih virusa s ovojnicom i bez ovojnice ulazi u stanicu putem mehanizma receptorske endocitoze. Endocitoza osigurava unutarstanični transport virusne čestice unutar endocitne vakuole, budući da se vakuola može kretati u bilo kojem smjeru i spojiti sa staničnim membranama (uključujući nuklearnu membranu), oslobađajući virusnu česticu na odgovarajućim unutarstaničnim mjestima. Na taj način npr. nuklearni virusi ulaze u jezgru, a reovirusi u lizosome. Međutim, virusne čestice koje su ušle u stanicu nalaze se unutar vakuole i svojim su stijenkama odvojene od citoplazme. Moraju proći kroz nekoliko faza prije nego što mogu izazvati zarazni proces.
Fuzija virusnih i staničnih membrana. Kako bi unutarnja komponenta virusa prošla kroz staničnu membranu, virus koristi mehanizam spajanja membrane. Kod virusa s ovojnicom, spajanje je uzrokovano točkastom interakcijom virusnog fuzijskog proteina s lipidima stanične membrane, uslijed čega se virusna lipoproteinska ovojnica integrira u staničnu membranu, a unutarnja komponenta virusa pojavljuje se na njezinoj drugoj strani. strana. U virusima bez ovojnice, jedan od površinskih proteina također stupa u interakciju s lipidima stanične membrane, uzrokujući prolazak unutarnje komponente kroz membranu. Većina životinjskih virusa ulazi u citosol iz receptosoma.
Ako je tijekom endocitoze virusna čestica pasivni putnik, tada tijekom fuzije postaje aktivni sudionik u procesu. Fuzijski protein jedan je od njegovih površinskih proteina. Do danas je ovaj protein identificiran samo u paramiksovirusima i ortomiksovirusima. Kod paramiksovirusa ovaj protein (P protein) je jedan od dva glikoproteina koji se nalaze na površini virusne čestice. Funkciju fuzijskog proteina u virusu influence obavlja mala hemaglutinirajuća podjedinica.
Paramiksovirusi induciraju fuziju membrane pri neutralnom pH, a unutarnja komponenta ovih virusa može ući u stanicu izravno kroz plazma membranu. Međutim, većina virusa s ovojnicom i bez ovojnice inducira fuziju membrane samo pri niskim pH vrijednostima, između 5,0 i 5,75. Ako se stanicama dodaju slabe baze (amonijev klorid, klorokin i dr.) koje povećavaju pH u endocitnim vakuolama na 6,0, ne dolazi do spajanja membrane, virusne čestice ostaju u vakuolama i ne dolazi do infektivnog procesa. Stroga ovisnost membranske fuzije o pH vrijednostima posljedica je konformacijskih promjena u virusnim fuzijskim proteinima.
Lizosom uvijek ima nisku pH vrijednost (4,9). U endocitnoj vakuoli (receptosomu), zakiseljavanje stvara ATP-ovisna "protonska pumpa" na površini stanice tijekom stvaranja obložene vakuole. Zakiseljavanje endocitne vakuole je od velike važnosti za fiziološke ligande koji ulaze u stanicu, budući da nizak pH potiče disocijaciju liganda od receptora i recikliranje receptora.
Isti mehanizam koji je u osnovi fuzije virusnih i staničnih membrana određuje virusom induciranu hemolizu i fuziju plazma membrana susjednih stanica uz stvaranje višejezgrenih stanica, simplasta i sincicija. Virusi uzrokuju dvije vrste stapanja stanica: 1) "spajanje izvana" i 2) "spajanje iznutra". "Spajanje izvana" događa se pri visokoj množini infekcija i otkriva se unutar prvih sati nakon infekcije. Ovu vrstu fuzije, opisanu za paramiksoviruse, uzrokuju proteini infektivnog virusa i ne zahtijeva unutarstaničnu sintezu virusnih komponenti. Nasuprot tome, "fuzija iznutra" događa se pri maloj množini infekcija, otkriva se u relativno kasnim fazama infektivnog procesa, a uzrokuju je novo sintetizirani virusni proteini. “Spajanje iznutra” opisano je za mnoge viruse: herpes viruse, onkoviruse, uzročnike sporih infekcija itd. Ovu vrstu fuzije uzrokuju isti virusni glikoproteini koji osiguravaju prodor virusa u stanicu.
III. Svlačenje - deproteinizacija virusa
Virusne čestice koje su ušle u stanicu moraju se skinuti kako bi izazvale infektivni proces. Svrha svlačenja je uklanjanje virusnih zaštitnih membrana koje sprječavaju ekspresiju virusnog genoma. Kao rezultat svlačenja, oslobađa se unutarnja komponenta virusa, što može izazvati zarazni proces. Svlačenje je popraćeno nizom karakterističnih značajki: kao rezultat raspadanja virusne čestice, infektivna aktivnost nestaje, u nekim slučajevima pojavljuje se osjetljivost na nukleaze, javlja se otpornost na neutralizirajući učinak protutijela, a fotoosjetljivost se gubi pri korištenju broja. droga.
Krajnji proizvodi svlačenja su jezgre, nukleokapsidi ili nukleinske kiseline. Za brojne viruse pokazalo se da proizvod svlačenja nisu gole nukleinske kiseline, već nukleinske kiseline povezane s unutarnjim virusnim proteinom. Na primjer, krajnji produkt pikornavirusa je RNA, kovalentno povezan s VPg proteinom; krajnji produkt adenovirusa je DNA, kovalentno povezan s jednim od unutarnjih virusnih proteina.
U nekim slučajevima, sposobnost virusa da izazovu zarazni proces određena je mogućnošću njihovog svlačenja u stanici određenog sustava. Dakle, ova faza je jedna od faza koje ograničavaju infekciju.
Svlačenje brojnih virusa događa se u posebnim područjima unutar stanice (lizosomi, strukture Golgijevog aparata, perinuklearni prostor, nuklearne pore na nuklearnoj membrani). Kada se virusna i stanična membrana spoje, prodiranje u stanicu se kombinira sa svlačenjem.
Svlačenje i unutarstanični transport međusobno su povezani procesi: ako je pravilan unutarstanični transport do mjesta svlačenja poremećen, virusna čestica ulazi u lizosom i uništavaju je lizosomski enzimi.
Druga faza reprodukcije .
I. Prijepis.
Transkripcija se provodi pomoću posebnog enzima - RNA polimeraze, koji veže nukleotide tvoreći 3-5´fosfodiesterske mostove. Ovo se vezanje događa samo u prisutnosti DNK predloška.
Produkti transkripcije u stanici su mRNA. Sama stanična DNA, koja je nositelj genetske informacije, ne može izravno programirati sintezu proteina. Prijenos genetskih informacija s DNA na ribosome provodi RNA glasnik. To je osnova središnje dogme molekularne biologije, koja je izražena sljedećom formulom:
DNA - transkripcija - RNA - translacija - protein,
gdje strelice pokazuju smjer prijenosa genetske informacije.
Implementacija genetske informacije u virusima. Strategija virusnog genoma u odnosu na sintezu mRNA različita je za različite viruse. U DNA virusima, mRNA se sintetizira na templatu jednog od DNA lanaca. Formula za prijenos genetske informacije ista je kao u stanici:
DNA - transkripcija - RNA - translacija - protein.
DNA virusi koji se razmnožavaju u jezgri koriste staničnu polimerazu za transkripciju. Ti virusi uključuju papovaviruse, adenoviruse i herpes viruse. DNA virusi koji se razmnožavaju u citoplazmi ne mogu koristiti stanični enzim koji se nalazi u jezgri. Transkripciju njihovog genoma provodi enzim specifičan za virus - DNA polimeraza, koja prodire u stanicu kao dio virusa. Ovi virusi uključuju viruse malih boginja i iridoviruse.
Enzimi koji prepisuju virusni genom. Transkripcija niza virusa koji sadrže DNA - papovavirusi, adenovirusi, herpes virusi, parvovirusi, hepadnavirusi. Provodi se u staničnoj jezgri, a u tom procesu naširoko se koriste mehanizmi stanične transkripcije - transkripcijski enzimi i daljnja modifikacija transkripata. Transkripciju ovih virusa provodi stanična RNA polimeraza II, enzim koji prepisuje stanični genom. Međutim, posebna skupina transkripata adenovirusa sintetizirana je pomoću drugog staničnog enzima - RNA polimeraze III. U druge dvije obitelji životinjskih virusa koji sadrže DNA, virusa malih boginja i iridovirusa, transkripcija se događa u citoplazmi. Budući da u citoplazmi nema staničnih polimeraza, za transkripciju ovih virusa potreban je poseban virusni enzim - virusna RNA polimeraza. Ovaj enzim je strukturni virusni protein.
Regulacija transkripcije. Transkripcija virusnog genoma je strogo regulirana tijekom infektivnog ciklusa. Regulaciju provode i stanični i virusno specifični mehanizmi. Kod nekih virusa, uglavnom onih koji sadrže DNA, postoje tri razdoblja transkripcije - vrlo rano, rano i kasno. Ovi virusi uključuju viruse malih boginja, herpes viruse, papovaviruse i adenoviruse. Kao rezultat ultra-rane i rane transkripcije, ultra-rani i rani geni se selektivno čitaju kako bi formirali ultra-rane ili rane mRNA. Tijekom kasne transkripcije, drugi dio virusnog genoma, kasni geni, se čita, proizvodeći kasne mRNA. Broj kasnih gena obično premašuje broj ranih gena. Mnogi vrlo rani geni su geni za nestrukturne proteine – enzime i regulatore transkripcije i replikacije virusnog genoma. Nasuprot tome, kasni geni su obično geni za strukturne proteine. Tipično, kasna transkripcija čita cijeli genom, ali s dominacijom kasne transkripcije gena.
Čimbenik koji regulira transkripciju kod nuklearnih virusa je transport transkripata iz jezgre u citoplazmu, do mjesta funkcioniranja mRNA – polisoma.
Produkt ultra-rane transkripcije herpes virusa su A-proteini. Funkcija jednog ili više njih neophodna je za transkripciju sljedeće skupine gena koji kodiraju P proteine. Zauzvrat, P proteini uključuju transkripciju posljednje skupine kasnih gena koji kodiraju U proteine. Ova vrsta regulacije naziva se "kaskada".
II. Emitiranje.
Ovo je proces prevođenja genetske informacije sadržane u mRNA u specifičnu sekvencu aminokiselina u sintetiziranim proteinima specifičnim za virus. Sinteza proteina u stanici nastaje kao rezultat translacije mRNA na ribosome. U ribosomima se protok informacija (u mRNA) stapa s protokom aminokiselina, koje donose prijenosnu RNA (tRNA). U stanici postoji veliki broj različitih tRNA. Svaka aminokiselina mora imati vlastitu tRNA.
Molekula tRNA je jednolančana RNA sa složenom strukturom u obliku javorovog lista.
Vezanje specifične tRNA i aminokiseline provodi enzim aminoacil sintetaza. Jedan kraj tRNA veže se za aminokiselinu, a drugi za nukleotide mRNA s kojima su komplementarni. Tri nukleotida na mRNA kodiraju jednu aminokiselinu i nazivaju se "triplet" ili "kodon", a komplementarna tri nukleotida na tRNA nazivaju se "antikodon".
Proces transkripcije sastoji se od tri faze: inicijacija elongacije, terminacija.
Inicijacija prevođenja najkritičnija je faza u procesu prevođenja, koja se temelji na prepoznavanju mRNA od strane ribosoma i vezanju na njegove posebne regije. Ribosom prepoznaje mRNA kroz kapicu na 5' kraju i klizi prema 3' kraju dok ne dođe do inicijacijskog kodona, koji započinje translaciju. U eukariotskoj stanici, inicijacijski kodoni su AUG (adenin, uracil, gvanin) kodoni koji kodiraju metionin. Sinteza svih polipeptidnih lanaca počinje metioninom. Specifično prepoznavanje virusa i RNA od strane ribosoma provodi se zahvaljujući inicijatorskim čimbenicima specifičnim za virus.
Prvo se mala ribosomska podjedinica veže za mRNA. Kompleksu mRNA s malom ribosomskom podjedinicom pridružuju se druge komponente potrebne za početak translacije. To je nekoliko proteinskih molekula koje se nazivaju "inicijatorski čimbenici". U prokariotskoj stanici ima ih najmanje tri, a u eukariotskoj više od devet. Inicijatorski čimbenici određuju prepoznavanje specifičnih mRNA od strane ribosoma. Kao rezultat toga, formira se kompleks koji je neophodan za inicijaciju prevođenja, a koji se naziva "inicijacijski kompleks". Inicijacijski kompleks uključuje: mRNA; mala ribosomska podjedinica; aminoacil-tRNA koja nosi inicijatorsku aminokiselinu; pokretački čimbenici; nekoliko molekula GTP (gvanozin trifosfat).
U ribosomu se protok informacija stapa s protokom aminokiselina. Ulazak aminoacil-tRNA u A-centar velike ribosomske podjedinice posljedica je prepoznavanja, a njezin antikodon stupa u interakciju s kodonom mRNA koji se nalazi u maloj ribosomskoj podjedinici. Kada mRNA pomakne jedan kodon, tRNA se prenosi u peptidil centar (P-centar), a njezina aminokiselina se pridružuje inicijatorskoj aminokiselini i stvara prvu peptidnu vezu. TRNA bez aminokiselina napušta ribosom i ponovno može djelovati u transportu specifičnih aminokiselina. Umjesto nje, nova tRNA se prenosi iz A-centra u P-centar i stvara se nova peptidna veza. U A-centru se pojavljuje prazan kodon mRNA, kojemu se odmah pridružuje odgovarajuća tRNA, a rastućem polipeptidnom lancu dodaju se nove aminokiseline.
Elongacija translacije je proces produljenja, povećanja polipeptidnog lanca, koji se temelji na dodavanju novih aminokiselina pomoću peptidne veze. Lanac mRNA neprestano se povlači kroz ribosom i genetske informacije sadržane u njemu se "dekodiraju". Često, mRNA djeluje istovremeno na nekoliko ribosoma, od kojih svaki sintetizira isti polipeptidni lanac kodiran ovom mRNA.
Terminacija translacije događa se u trenutku kada ribosom dosegne terminacijski kodon u mRNA (UAA, UGA, UAG). Translacija prestaje i polipeptidni lanac se oslobađa iz poliribosoma. Nakon završetka translacije poliribosomi se raspadaju na podjedinice koje mogu postati dio novih poliribosoma.
Svaka RNA funkcionira na nekoliko ribosoma. Skupina ribosoma koji djeluju na jednu molekulu mRNA naziva se poliribosom ili polisom. Polisomi se mogu sastojati od 4-6 do 20 ili više ribosoma.
Polisomi specifični za virus mogu biti slobodni ili vezani za membranu. Unutarnji proteini se obično sintetiziraju na slobodnim polisomima; glikoproteini se uvijek sintetiziraju na membranski vezanim polisomima.
Budući da je genom životinjskog virusa predstavljen molekulom koja kodira više od jednog proteina, virusi su suočeni s potrebom da sintetiziraju ili dugu mRNA koja kodira jedan divovski prekursorski polipeptid, koji se zatim mora rezati na određenim točkama u funkcionalno aktivne proteine, ili kratke monocistronske mRNA, od kojih svaka kodira jedan protein. Dakle, postoje dva načina stvaranja virusnih proteina:
prvi - mRNA se prevodi u divovski prekursorski polipeptid, koji se nakon sinteze sekvencijalno reže na zrele funkcionalno aktivne proteine;
drugo, mRNA se prevodi u zrele proteine ili proteine koji su samo malo modificirani nakon sinteze.
Prva metoda translacije karakteristična je za viruse plus-lanaca koji sadrže RNA - pikornaviruse i togaviruse. Njihova mRNA prevodi se u golemi polipeptidni lanac, takozvani poliprotein, koji u obliku kontinuirane vrpce klizi s ribosomske "transportne trake" i reže se na pojedinačne proteine potrebne veličine. Rezanje virusnih proteina je proces u više koraka koji provode i virusno specifične i stanične proteaze.
Drugi način stvaranja proteina karakterističan je za viruse koji sadrže DNA i većinu virusa koji sadrže RNA. Ovom metodom sintetiziraju se kratke monocistronske mRNA kao rezultat selektivne transkripcije jedne regije genoma (gena). Međutim, ovi virusi u velikoj mjeri koriste posttranslacijski mehanizam rezanja proteina.
U eukariotskoj stanici, mnogi proteini, uključujući virusne, prolaze kroz posttranslacijske modifikacije; zreli, funkcionalno aktivni proteini često nisu identični svojim novosintetiziranim prekursorima. Rasprostranjene posttranslacijske kovalentne modifikacije uključuju glikozilaciju, acilaciju, metilaciju, sulfonaciju (formiranje disulfidnih veza), proteolitičko rezanje i, konačno, fosforilaciju. Kao rezultat toga, umjesto 20 genetski kodiranih aminokiselina, izolirano je oko 140 derivata aminokiselina iz različitih stanica različitih organa eukariota.
Glikozilacija. Složeni virusi koji sadrže RNA i DNA sadrže proteine koji sadrže kovalentno vezane bočne lance ugljikohidrata - glikoproteine. Glikoproteini se nalaze unutar virusnih ovojnica i nalaze se na površini virusnih čestica.
Glikozilacija polipeptida je složen višefazni proces, čije prve faze počinju već u procesu sinteze polipeptida, a prvi ugljikohidratni ostatak dodaje se polipeptidnom lancu koji još nije napustio ribosom. Naknadni stupnjevi glikozilacije odvijaju se uzastopnim dodavanjem ostataka ugljikohidrata lancu ugljikohidrata tijekom transporta polipeptida do plazma membrane. Ostaci ugljikohidrata dodaju se jedan po jedan, a tek kada se pokrene sinteza oligosaharidnog lanca, “blok” se prenosi. Konačna formacija ugljikohidratnog lanca može biti dovršena na plazma membrani prije sastavljanja virusne čestice.
Glikozilacija utječe na transport; štoviše, transport je neraskidivo povezan za glikoproteine sa stupnjevitom glikozilacijom. Uvjerljiv dokaz za to je učinak inhibitora glikozilacije na reprodukciju virusa; oni potpuno potiskuju transport polipeptida bez ometanja ili inhibicije njihove sinteze.
Kada je glikozilacija potisnuta odgovarajućim inhibitorima (analozi šećera kao što je 2-deoksiglukoza, antibiotik tunikamicin), blokira se sklapanje viriona myxo-, rhabdo- i α-virusa ili se stvaraju neinfektivni virioni herpes virusa i onkovirusa. .
Sulfoniranje. Neki proteini složenih RNA i DNA virusa su sulfonirani nakon translacije. Najčešće se glikoproteini podvrgavaju sulfonaciji, a sulfatna skupina veže se na ugljikohidratne ostatke glikoproteina.
Aciliranje. Niz glikoproteina kompleksnih virusa koji sadrže RNA (HA2 virusa influence, G protein virusa vezikularnog stomatitisa, HN protein virusa newcastleske bolesti itd.) sadrži kovalentno povezane 1-2 molekule masnih kiselina.
Rezanje. Mnogi virusni proteini, a prvenstveno glikoproteini, poprimaju funkcionalnu aktivnost tek nakon što ih proteolitički enzimi presjeku na određenim točkama. Rezanje se događa ili stvaranjem dviju funkcionalnih proteinskih podjedinica (na primjer, velika i mala podjedinica hemaglutinina virusa influence, dva glikoproteina (E2 i E3) virusa šume Semliki), ili stvaranjem jednog funkcionalno aktivnog proteina i neaktivni enzim, na primjer, F i HN proteini paramiksovirusa. Rezanje obično obavljaju stanični enzimi. U mnogim složenim životinjskim virusima koji imaju glikoproteine, rezanje je neophodno za stvaranje aktivnih pričvrsnih proteina i fuzijskih proteina i, prema tome, za stjecanje sposobnosti virusa da zaraze stanicu. Tek nakon rezanja tih proteina virusna čestica postaje zarazna. Dakle, možemo govoriti o proteolitičkoj aktivaciji niza virusa, koja se provodi pomoću staničnih enzima.
Fosforilacija. Fosfoproteini su sadržani u gotovo svim životinjskim virusima - RNA - i onima koji sadrže DNA, jednostavne i složene strukture. Protein kinaze se nalaze u većini virusa, ali fosforilaciju mogu izvesti i virusni i stanični enzimi. Tipično, proteini povezani s virusnim genomom i igraju regulatornu ulogu u njegovoj ekspresiji su fosforilirani. Mehanizam aktivnog djelovanja interferona povezan je s procesom fosforilacije.
III. Replikacija.
Replikacija je sinteza molekula nukleinske kiseline homolognih genomu. Replikacija DNA se događa u stanici, što rezultira stvaranjem dvolančane DNA kćeri. Replikacija se događa na neuvijenim dijelovima DNA i događa se istovremeno na oba lanca od 5' kraja do 3' kraja.
Budući da dva lanca DNK imaju suprotne polaritete i mjesto replikacije (rašlje) se kreće u istom smjeru, jedan lanac je izgrađen u suprotnom smjeru u odvojenim fragmentima koji se nazivaju Okazakijevi fragmenti (nazvani po znanstveniku koji je prvi predložio ovaj model). Nakon sinteze, Okazakijevi fragmenti su "umreženi" ligazom u jednu nit.
Replikaciju DNA provode DNA polimeraze. Za početak replikacije potrebna je preliminarna sinteza kratkog dijela RNA na DNA šabloni, koji se naziva početnica. Sinteza DNA lanca počinje s početnicom, nakon čega se RNA brzo uklanja s mjesta rasta.
Replikacija virusne DNA. Replikaciju genoma DNA virusa uglavnom kataliziraju stanični fragmenti i njezin je mehanizam sličan mehanizmu replikacije stanične DNA.
Svaka novosintetizirana molekula DNA sastoji se od jednog roditeljskog i jednog novosintetiziranog lanca. Ovaj mehanizam replikacije naziva se polukonzervativnim.
Kod virusa koji sadrže cirkularnu dvolančanu DNA (papovavirusi), jedan od lanaca DNA je prerezan, što dovodi do odmotavanja i uklanjanja superzavoja u određenom dijelu molekule.
Vidljivi su donji superzavojni dio molekule, nezapleteni dio na velikoj površini i novostvorene replikacijske petlje.
Tijekom replikacije jednolančane DNA (familija parvovirusa) nastaju dvolančani oblici koji su intermedijarni replikativni oblici.
Replikativni kompleksi. Budući da dobiveni DNA i RNA lanci još neko vrijeme ostaju povezani s matricom, u zaraženoj stanici nastaju replikativni kompleksi u kojima se odvija cijeli proces replikacije (au nekim slučajevima i transkripcije) genoma. Replikativni kompleks sadrži genom, replikazu i novosintetizirane lance nukleinske kiseline povezane s predloškom. Novosintetizirane genomske molekule odmah se povezuju s virusnim proteinima, pa se antigeni nalaze u replikacijskim kompleksima. Tijekom procesa replikacije pojavljuje se djelomično dvolančana struktura s jednolančanim “repovima”, tzv. replikativni prekursor.
Replikacijski kompleksi povezani su sa staničnim strukturama, bilo već postojećim ili izazvanim virusom. Na primjer, replikativni kompleksi pikornavirusa povezani su s membranama endoplazmatskog retikuluma, virusa malih boginja - s citoplazmatskim matriksom, replikativni kompleksi adenovirusa i herpes virusa u jezgri su povezani s novonastalim fibroznim strukturama i povezani su s nuklearne membrane. U zaraženim stanicama može doći do povećane proliferacije staničnih struktura s kojima su povezani replikacijski kompleksi ili do njihovog stvaranja iz već postojećeg materijala. Na primjer, u stanicama zaraženim pikornavirusima dolazi do proliferacije glatkih membrana. U stanicama zaraženim reovirusima opaža se nakupljanje mikrotubula; U stanicama zaraženim virusima malih boginja dolazi do stvaranja citoplazmatskog matriksa.
U replikacijskim kompleksima, istovremeno sa sintezom genomskih molekula, dolazi do transkripcije i sklapanja nukleokapsida i jezgri, a kod nekih infekcija i virusnih čestica.
Regulacija replikacije. Novostvorena genomska molekula RNA može se koristiti na različite načine. Može se povezati s kapsidnim proteinima i postati dio viriona, poslužiti kao predložak za sintezu novih genomskih molekula ili za formiranje mRNA, naposljetku, u "plus"-lančanim virusima može obavljati funkcije mRNA i vezati se na ribosome. U stanici postoje mehanizmi koji reguliraju korištenje genomskih molekula. Regulacija slijedi princip samoregulacije i ostvaruje se interakcijom virusne RNA i proteina zbog mogućnosti prepoznavanja protein-nukleinska kiselina i protein-protein. Na primjer, uloga terminalnog proteina pikornavirusa je inhibiranje translacije mRNA i odabir molekula za stvaranje viriona. Protein koji se veže na 5' kraj genomske RNA, zauzvrat, prepoznaju kapsidni proteini i služi kao signal za sastavljanje virusne čestice uz sudjelovanje ove molekule RNA. Koristeći isti princip, genomske RNA molekule odabiru se iz minus-lanaca virusa. Molekula RNA dio je viriona ili služi kao predložak za replikaciju. Da bi se prebacio na transkripciju, mora doći do zabrane interakcije protein-nukleinska kiselina. Replikacija DNA adenovirusa uključuje proteinsku molekulu koja se veže na kraj virusne DNA i neophodna je za početak replikacije. Dakle, za početak replikacije potrebna je sinteza virusnih proteina: u prisutnosti inhibitora sinteze proteina, nema prijelaza s transkripcije na replikaciju.
IV. Sklapanje virusnih čestica.
Sinteza komponenti virusnih čestica u stanici je odvojena i može se odvijati u različitim strukturama jezgre i citoplazme. Virusi koji se razmnožavaju u jezgri konvencionalno se nazivaju nuklearni virusi. To su uglavnom virusi koji sadrže DNA: adenovirusi, papovavirusi, parvovirusi, herpes virusi.
Virusi koji se repliciraju u citoplazmi nazivaju se citoplazmatski. To uključuje virus velikih boginja koji sadrži DNA i većinu virusa koji sadrže RNA, s izuzetkom ortomiksovirusa i retrovirusa. Međutim, ova je podjela vrlo relativna, jer u reprodukciji obaju virusa postoje stadiji koji se odvijaju u citoplazmi, odnosno jezgri.
Unutar jezgre i citoplazme također se može razdvojiti sinteza molekula specifičnih za virus. Na primjer, sinteza nekih proteina odvija se na slobodnim polisomima, dok se drugi sintetiziraju na membranski vezanim polisomima. Virusne nukleinske kiseline sintetiziraju se zajedno sa staničnim strukturama daleko od polisoma koji sintetiziraju virusne proteine. Ovim disjunktivnim načinom reprodukcije, stvaranje virusne čestice moguće je samo ako virusne nukleinske kiseline i proteini imaju sposobnost da se, u dovoljnoj koncentraciji, međusobno prepoznaju u raznolikosti staničnih proteina i nukleinskih kiselina i spontano se međusobno povezuju, tj. sposobni su za samosastavljanje.
Samosastavljanje se temelji na specifičnom prepoznavanju protein-nukleinska kiselina i protein-protein, koje se može pojaviti kao rezultat hidrofobnih, solnih i vodikovih veza, kao i steričkog podudaranja. Prepoznavanje proteina i nukleinske kiseline ograničeno je na malu regiju molekule nukleinske kiseline i određeno je jedinstvenim nukleotidnim sekvencama u nekodirajućem dijelu virusnog genoma. S ovim prepoznavanjem regije genoma od strane virusnih kapsidnih proteina, počinje proces sastavljanja virusne čestice. Pričvršćivanje drugih proteinskih molekula provodi se zbog specifičnih interakcija protein-protein ili nespecifičnih interakcija protein-nukleinska kiselina.
Zbog raznolikosti strukture životinjskih virusa, metode za stvaranje viriona su također različite, ali se mogu formulirati sljedeći opći principi sastavljanja:
U jednostavnim virusima nastaju provirioni, koji se zatim transformiraju u virione kao rezultat modifikacije proteina. Za složene viruse sastavljanje se provodi u više faza. Prvo se formiraju nukleokapsidi ili jezgre, s kojima bjelančevine vanjske ljuske međusobno djeluju.
Sklapanje složenih virusa (s iznimkom slaganja virusa malih boginja i reovirusa) odvija se na staničnoj membrani. Sastavljanje nuklearnih virusa odvija se uz sudjelovanje nuklearnih membrana, sastavljanje citoplazmatskih virusa - uz sudjelovanje membrana endoplazmatskog retikuluma ili plazma membrane, gdje sve komponente virusne čestice stižu neovisno jedna o drugoj.
Brojni složeni virusi imaju posebne hidrofobne proteine koji djeluju kao posrednici između formiranih nukleokapsida i virusnih ovojnica. Takvi proteini su matrični proteini u brojnim minus-lančanim virusima (ortomiksovirusi, paramiksovirusi, rabdovirusi).
Sklapanje nukleokapsida, jezgri, proviriona i viriona ne događa se u unutarstaničnoj tekućini, već u već postojećim u stanici ili induciranim virusom ("tvornice").
Složeni virusi koriste brojne elemente stanice domaćina za izgradnju svojih čestica, na primjer lipide, neke enzime, histone u genomskoj DNA 5V40, aktin u genomskim virusima RNK s ovojnicom, pa čak i ribosome nalazimo u arenovirusima. Stanične molekule imaju određene funkcije u virusnoj čestici, ali njihovo uključivanje u virion također može biti posljedica slučajne kontaminacije, kao što je uključivanje niza enzima stanične membrane ili staničnih nukleinskih kiselina.
Sastavljanje DNA virusa. Postoje neke razlike u sklopu DNA virusa od sklopa RNA virusa. Poput virusa koji sadrže RNA, sastavljanje virusa koji sadrže DNA proces je u više koraka s stvaranjem intermedijarnih oblika koji se od zrelih viriona razlikuju po sastavu polipeptida. Prva faza sastavljanja uključuje povezivanje DNA s unutarnjim proteinima i stvaranje jezgri ili nukleokapsida. U ovom slučaju, DNK se kombinira s prethodno formiranim "praznim" kapsidama.
Kao rezultat vezanja DNA na kapside, pojavljuje se nova klasa intermedijarnih oblika, nazvanih nepotpuni oblici. Osim nepotpunih oblika s različitim sadržajem DNA, postoji još jedan intermedijarni oblik u morfogenezi - nezreli virioni, koji se od zrelih razlikuju po tome što sadrže nerazrezane polipeptidne prekursore. Dakle, morfogeneza virusa usko je povezana s modifikacijom (obradom) proteina.
Sklapanje nuklearnih virusa počinje u jezgri, obično povezivanjem s nuklearnom membranom. Intermedijarni oblici virusa herpesa koji nastaju u jezgri pupaju u perinuklearni prostor kroz unutarnju jezgrinu membranu, a virus tako dobiva ovojnicu, koja je derivat jezgrene membrane. Daljnje dovršavanje i sazrijevanje viriona događa se u membranama endoplazmatskog retikuluma i u Golgijevom aparatu, odakle se virus transportira u sklopu citoplazmatskih vezikula na površinu stanice.
Kod nepupajućih virusa koji sadrže lipide - virusa malih boginja, okupljanje viriona događa se u već opisanim citoplazmatskim virusnim "tvornicama". Lipidna ovojnica virusa u “tvornicama” nastaje od staničnih lipida autonomnom samosastavljanjem, stoga se lipidni sastav ovojnica bitno razlikuje od sastava lipida u staničnoj membrani.
V. Izlazak virusnih čestica iz stanice.
Postoje dva načina da virusno potomstvo izađe iz stanice:
1) "eksplozijom";
2) pupanjem.
Izlazak iz stanice eksplozijom povezan je s uništavanjem stanice, kršenjem njezinog integriteta, zbog čega zrele virusne čestice smještene unutar stanice završavaju u okolišu. Ova metoda izlaska iz stanice karakteristična je za viruse koji ne sadrže lipoproteinsku ljusku (pikorna-, reo-, parvo-, papova-, adenovirusi). Međutim, neki od tih virusa mogu se prenijeti na površinu stanice prije stanične smrti. Izlazak iz stanica pupanjem karakterističan je za viruse koji sadrže lipoproteinsku membranu, koja je derivat stanične membrane. Ovom metodom stanica može dugo ostati sposobna za život i proizvoditi virusno potomstvo dok se njezini resursi potpuno ne potroše.
Za viruse je karakteristična disjunktivna (od disjuncus - nepovezana) metoda reprodukcije i reprodukcije. Potomstvo virusa nastaje kao rezultat sklapanja nukleinskih kiselina i proteinskih podjedinica, koje stanica domaćin sintetizira odvojeno.
Prodiranje virusa u stanicu i razmnožavanje vlastite vrste odvija se u nekoliko faza:
1. prodor u stanicu domaćina,
2. sinteza enzima potrebnih za replikaciju virusnih nukleinskih kiselina,
3.sinteza virusnih dijelova,
4. sklop i sastav zrelih viriona,
5. izlazak zrelih viriona iz stanice.
Faze reprodukcije virusa.
1 - adsorpcija viriona na stanici; 2 - prodiranje viriona u stanicu viropeksijom;
3 - virus unutar stanične vakuole; 4 - `svlačenje viriona virusa; 5 - replikacija virusne nukleinske kiseline; 6 - sinteza virusnih proteina na ribosomima stanica; 7 - formiranje viriona; 8 - izlazak viriona iz stanice pupanjem.
faza I - adsorpcija viriona na površini stanice.
Nastaje u dvije faze: prvi je nespecifičan, kada se virus zadržava na površini stanice pomoću elektrostatskih sila, tj. zbog pojave suprotnih naboja između pojedinih dijelova stanične membrane i virusa. Ova faza interakcije između virusa i stanice je reverzibilna i na nju utječu čimbenici kao što su pH i sastav soli medija.
Druga faza je specifična kada specifični virusni receptori i stanični receptori, međusobno komplementarni, međusobno djeluju. Po kemijskoj prirodi stanični receptori mogu biti mukoproteini (ili mukopolisaharidi) i lipoproteini. Različiti virusi fiksirani su na različitim receptorima: virusi influence, parainfluence, adenovirusi - na mukoproteinima, a virusi krpeljnog encefalitisa i dječje paralize - na lipoproteinima.
Faza II - prodiranje virusa u stanicu. Elektronoskopska promatranja procesa prodiranja virusa u stanice osjetljive na njih pokazala su da se on odvija putem mehanizma koji podsjeća na pinocitozu ili, kako se češće naziva, viropeksiju. Na mjestu adsorpcije virusa, stanična stijenka se uvlači u stanicu, formira se vakuola, u kojoj se pojavljuje virion. Paralelno, stanični enzimi (lipaze i proteaze) uzrokuju deproteinizaciju viriona - otapanje proteinske ovojnice i oslobađanje nukleinske kiseline.
Faza III - skriveno razdoblje (razdoblje pomrčine – nestajanja). U tom razdoblju nemoguće je kemijskim, elektronskomikroskopskim ili serološkim metodama utvrditi prisutnost zaraznog virusa u stanici. O suštini ovog fenomena i njegovim mehanizmima još se malo zna. Pretpostavlja se da u latentnoj fazi nukleinska kiselina virusa prodire u stanične kromosome i stupa s njima u složene genetske odnose.
Faza IV - sinteza komponenti viriona. U ovoj fazi virus i stanica su jedinstvena cjelina, virusna nukleinska kiselina obavlja genetičku funkciju, potiče stvaranje ranih proteina i mijenja funkciju ribosoma. Rani proteini se dijele na:
A) proteini inhibitori(represori) koji potiskuju metabolizam stanica
b) enzimski proteini(polimeraze) osiguravajući sintezu virusnih nukleinskih kiselina.
Sinteza nukleinskih kiselina i proteina odvija se neistodobno iu različitim strukturnim dijelovima stanice. Za viruse koji sadrže DNA ili RNA, ti procesi imaju neke razlike i značajke.
faza V - stvaranje zrelih viriona. Proces "sastavljanja" virusa provodi se kao rezultat povezivanja komponenti virusne čestice. U složenim virusima stanične strukture sudjeluju u tom procesu, a komponente lipida, ugljikohidrata i proteina stanice domaćina ugrađene su u virusnu česticu.
Proces stvaranja viriona počinje određeno vrijeme nakon što je započela sinteza njihovih sastavnih komponenti. Trajanje tog razdoblja prilično je promjenjivo i određeno je prirodom virusa – obično je kraće za RNA viruse nego za DNA viruse. Na primjer, proizvodnja potpunih čestica virusa vakcinije počinje otprilike 5-6 sati nakon infekcije stanica i nastavlja se sljedećih 7-8 sati, tj. nakon što je sinteza virusne DNA već završena.
Između nukleinske kiseline i odgovarajućih proteinskih podjedinica stvaraju se vrlo jake veze, što dokazuje teškoća u odvajanju proteina od virusne nukleinske kiseline. Ugljikohidrati i posebno lipidi koji čine virusnu česticu daju joj veću snagu.
Stvaranje viriona, kao i sinteza komponenti virusa, događa se na različitim mjestima stanice, uz sudjelovanje različitih staničnih struktura. Nakon završetka procesa formiranja, formira se zrela kćer virusna čestica koja ima sva svojstva matičnog viriona. No ponekad se formiranje tzv nepotpuni virusi, koji se sastoje ili samo od nukleinske kiseline, ili od proteina, ili od virusnih čestica, čije je stvaranje prestalo u nekoj međufazi.
Faza VI - oslobađanje zrelih viriona iz stanice. Postoje dva glavna mehanizma za oslobađanje zrelih viriona iz stanice:
1) oslobađanje viriona pupanjem. U ovom slučaju, vanjska ljuska viriona izvedena je iz stanične membrane, sadrži i materijal stanice domaćina i virusni materijal;
2) izlaz zrelih viriona iz stanice kroz rupe u membrani. Ovi virusi nemaju vanjsku ljusku. S ovim mehanizmom oslobađanja virusa, stanica, u pravilu, umire i veliki broj virusnih čestica pojavljuje se u okolišu.
Smrt zaražene stanice može biti uzrokovana trima mehanizmima:
1. rad virusa, “iscrpljivanje” stanice;
2. zaštitna reakcija stanice, koja pokreće genetski program njezine smrti (apoptoza);
3. imunološki sustav organizma, koji uništava zaraženu stanicu.
Osim produktivnog tipa interakcije između virusa i stanice moguće je integrativne koegzistencije ili virogeneze. Virogenezu karakterizira integracija (inkorporacija) nukleinske kiseline virusa u genom stanice, te replikacija i funkcioniranje virusnog genoma kao sastavnog dijela genoma stanice. Za integraciju sa staničnim genomom neophodna je pojava kružnog oblika dvolančane DNA virusa. Virusna DNA ugrađena u stanični kromosom naziva se provirus. Provirus se replicira kao dio kromosoma i prelazi u genom stanica kćeri, tj. stanje virogeneze se nasljeđuje. Pod utjecajem određenih fizičkih ili kemijskih čimbenika, provirus može ući u autonomno stanje s razvojem produktivnog tipa interakcije sa stanicom. Dodatna genetska informacija provirusa tijekom virogeneze daje stanici nova svojstva, što može uzrokovati razvoj tumora, autoimunih i kroničnih bolesti. Sposobnost virusa da se integriraju u stanični genom temelj je perzistencije (od lat. persisto – stalno ostajati, ostati) virusa u organizmu i razvoja perzistentnih virusnih infekcija. Na primjer, virus hepatitisa B može uzrokovati trajne lezije s razvojem kroničnog hepatitisa i često tumora jetre.
Vrste međudjelovanja virusa i stanice. Faze reprodukcije virusa.
Postoje tri vrste interakcije između virusa i stanice:
Produktivni tip- završava stvaranjem nove generacije viriona i smrću (lizom) inficiranih stanica (citolitički oblik). Neki virusi napuštaju stanice ne uništavajući ih (necitolitički oblik).
Abortivni tip- ne završava stvaranjem novih viriona, jer se infektivni proces u stanici prekida u jednoj od faza.
Integrativni tip, ili virogenija- karakteriziran ugradnjom (integracijom) virusne DNA u obliku provirusa u stanični kromosom i njihovom zajedničkom koegzistencijom (zajednička replikacija).
Reprodukcija virusa:
1. adsorpcija virusa na stanici - pričvršćivanje virusa na površinu stanice. Virus se adsorbira na određenim područjima stanične membrane - takozvanim receptorima. ;
2. prodor virusa u stanicu-dvije metode: viropeksija i spajanje virusne ovojnice sa staničnom membranom. Kod viropeksije, nakon adsorpcije virusa, dolazi do invaginacije (invaginacije) dijela stanične membrane i stvaranja unutarstanične vakuole koja sadrži virusnu česticu. Vakuola s virusom može se transportirati u bilo kojem smjeru u različite dijelove citoplazme ili stanične jezgre. Proces fuzije provodi jedan od površinskih virusnih proteina ljuske kapside ili superkapside ;
3. “svlačenje” virusa- uklanjanje zaštitnih virusnih ljuski i oslobađanje unutarnje komponente virusa, što može izazvati zarazni proces. Krajnji proizvodi "svlačenja" su jezgra, nukleokapsida ili nukleinska kiselina virusa. ;
3.biosinteza virusnih komponenti u stanici- Virusna nukleinska kiselina koja je ušla u stanicu nosi genetsku informaciju koja se uspješno natječe s genetskom informacijom stanice. Dezorganizira funkcioniranje staničnih sustava, potiskuje vlastiti metabolizam stanice i tjera je da sintetizira nove virusne proteine i nukleinske kiseline koje se koriste za izgradnju virusnog potomstva.
Implementacija genetske informacije virusa provodi se u skladu s procesima transkripcije, translacije i replikacije ;
4. stvaranje virusa-Postoje sljedeća opća načela za sastavljanje virusa s različitim strukturama:
1. Nastanak virusa je višefazni proces uz nastanak međuoblika;
2. Sastavljanje jednostavno raspoređenih virusa uključuje interakciju molekula virusnih nukleinskih kiselina s kapsidnim proteinima i stvaranje nukleokapsida (na primjer, polio virusi). U složenim virusima najprije nastaju nukleokapsidi s kojima stupaju u interakciju proteini superkapsidne ljuske (na primjer, virusi influence);
3. Stvaranje virusa ne događa se u unutarstaničnoj tekućini, već na jezgri ili citoplazmatskim membranama stanice;
4. Složeno organizirani virusi tijekom procesa nastanka uključuju komponente stanice domaćina (lipide, ugljikohidrate) ;
5. oslobađanje virusa iz stanice - Prvi tip - eksplozivni - karakterizira istovremeno oslobađanje velikog broja virusa. U tom slučaju stanica brzo umire. Ova metoda izlaza tipična je za viruse koji nemaju superkapsidnu ljusku. Druga vrsta je pupanje. Karakterističan je za viruse koji imaju superkapsidnu ovojnicu. U završnoj fazi sastavljanja, nukleokapside složenih virusa fiksiraju se na staničnoj plazma membrani, modificiranoj virusnim proteinima, i postupno je izvlače. Kao rezultat izbočenja nastaje "pupoljak" koji sadrži nukleokapsid. “Pupoljak” se zatim odvaja od stanice. Dakle, vanjski omotač ovih virusa nastaje tijekom njihovog izlaska iz stanice .
Vitalnu aktivnost bakterija karakterizira rast- formiranje strukturnih i funkcionalnih komponenti stanice i povećanje same bakterijske stanice, kao i razmnožavanje- samorazmnožavanje, što dovodi do povećanja broja bakterijskih stanica u populaciji.
Bakterije se razmnožavaju binarnom fisijom na pola, rjeđe pupanjem. Aktinomicete se, kao i gljive, mogu razmnožavati sporama. Aktinomicete, kao bakterije koje se granaju, razmnožavaju se fragmentacijom nitastih stanica. Gram-pozitivne bakterije dijele se urastanjem sintetiziranih diobenih pregrada u stanicu, a gram-negativne bakterije stezanjem, kao rezultat stvaranja bućičastih figura, od kojih nastaju dvije identične stanice.
Staničnoj diobi prethodi replikacija bakterijskog kromosoma prema polukonzervativnom tipu (otvara se dvolančani lanac DNA i svaki lanac dovršava komplementarni lanac), što dovodi do udvostručenja molekula DNA bakterijske jezgre – nukleoida.
Replikacija DNA odvija se u tri faze: inicijacija, elongacija ili rast lanca i terminacija.
Razmnožavanje bakterija u tekućem hranjivom mediju. Bakterije zasijane u određenom, nepromjenjivom volumenu hranjive podloge, razmnožavanjem troše hranjive tvari, što posljedično dovodi do iscrpljivanja hranjive podloge i prestanka rasta bakterija. Uzgoj bakterija u takvom sustavu naziva se šaržni uzgoj, a kultura šaržna kultura. Ako se uvjeti uzgoja održavaju kontinuiranim dovodom svježe hranjive podloge i istjecanjem istog volumena tekućine kulture, tada se takav uzgoj naziva kontinuiranim, a kultura kontinuiranim.
Kada se bakterije uzgajaju na tekućem hranjivom mediju, promatra se rast kulture na dnu, difuzno ili površinski (u obliku filma). Rast periodične kulture bakterija uzgojenih na tekućem hranjivom mediju dijeli se u nekoliko faza, odnosno razdoblja:
1. faza zaostajanja;
2. logaritamska faza rasta;
3. stacionarna faza rasta ili maksimalna koncentracija
bakterije;
4. faza bakterijske smrti.
Lag faza- razdoblje između sjetve bakterija i početka reprodukcije. Trajanje lag faze je u prosjeku 4-5 sati. U isto vrijeme, bakterije se povećavaju i pripremaju se za podjelu; povećava se količina nukleinskih kiselina, proteina i drugih komponenti.
Logaritamska (eksponencijalna) faza rasta je razdoblje intenzivne diobe bakterija. Njegovo trajanje je oko 5-6 sati U optimalnim uvjetima rasta bakterije se mogu dijeliti svakih 20-40 minuta. Tijekom ove faze bakterije su najosjetljivije, što se objašnjava visokom osjetljivošću metaboličkih komponenti intenzivno rastuće stanice na inhibitore sinteze proteina, nukleinskih kiselina itd.
Zatim dolazi stacionarna faza rasta, pri kojoj broj živih stanica ostaje nepromijenjen, čineći maksimalnu razinu (M-koncentracija). Njegovo trajanje se izražava u satima i varira ovisno o vrsti bakterija, njihovim karakteristikama i uzgoju.
Faza smrti dovršava proces rasta bakterija., karakteriziran smrću bakterija u uvjetima iscrpljivanja izvora hranjivog medija i nakupljanja bakterijskih metaboličkih proizvoda u njemu. Njegovo trajanje je od 10 sati do nekoliko tjedana. Intenzitet rasta i razmnožavanja bakterija ovisi o mnogim čimbenicima, uključujući optimalan sastav hranjivog medija, redoks potencijal, pH, temperaturu itd.
Razmnožavanje bakterija na čvrstoj hranjivoj podlozi. Bakterije koje rastu na gustim hranjivim podlogama stvaraju izolirane kolonije okruglog oblika s glatkim ili neravnim rubovima (S- i R-oblici), različite konzistencije i boje, ovisno o pigmentu bakterije.
Pigmenti topivi u vodi difundiraju u hranjivi medij i boje ga. Druga skupina pigmenata je netopljiva u vodi, ali topiva u organskim otapalima. I na kraju, tu su pigmenti koji nisu netopivi ni u vodi ni u organskim spojevima.
Među mikroorganizmima najčešći pigmenti su karoteni, ksantofili i melanini. Melanini su netopivi crni, smeđi ili crveni pigmenti sintetizirani iz fenolnih spojeva. Melanini, zajedno s katalazom, superoksid mutazom i peroksidazama, štite mikroorganizme od djelovanja toksičnih kisikovih peroksidnih radikala. Mnogi pigmenti imaju antimikrobne učinke slične antibioticima.
Ne provodi se binarnom fisijom. Još 50-ih godina prošlog stoljeća utvrđeno je da se reprodukcija odvija metodom reprodukcije (u prijevodu s engleskog reproduce - napraviti kopiju, reproducirati), odnosno reprodukcijom nukleinskih kiselina, kao i sintezom proteina s naknadno prikupljanje viriona. Ti se procesi odvijaju u različitim dijelovima takozvane stanice domaćina (na primjer, u jezgri ili citoplazmi). Ova nepovezana metoda razmnožavanja virusa naziva se disjunktivnom. Upravo na to ćemo se detaljnije usredotočiti u našem članku.
Proces reprodukcije
Ovaj proces ima svoje karakteristike reprodukcije virusa i karakterizira ga sekvencijalna promjena određenih faza. Pogledajmo ih zasebno.
Faze
Reprodukcija virusa u stanici odvija se u nekoliko faza koje su opisane u nastavku:
- Prva faza je adsorpcija virusa, o kojoj smo gore govorili, na površini stanice koja je osjetljiva na ovaj virus.
- Drugi je prodiranje virusa u stanice domaćina metodom viropeksije.
- Treći je svojevrsno “svlačenje” viriona, oslobađanje nukleinske kiseline iz kapside i superkapside. Kod brojnih virusa nukleinska kiselina ulazi u stanice spajanjem virionske ovojnice i stanice domaćina. U ovom slučaju, treća i druga faza se spajaju u jednu.
Adsorpcija
Ova faza reprodukcije virusa odnosi se na prodiranje virusne čestice u stanice. Adsorpcija počinje na površini stanice interakcijom staničnih i virusnih receptora. U prijevodu s latinskog, riječ "receptori" znači "prijamnik". To su posebne osjetljive formacije koje percipiraju iritacije. Receptori su molekule ili molekularni kompleksi koji se nalaze na površini stanica i također su sposobni prepoznati specifične kemijske skupine, molekule ili druge stanice i vezati ih. Kod najsloženijih viriona takvi se receptori nalaze na vanjskoj ljusci u obliku šiljastog izdanka ili resice, kod jednostavnih viriona obično se nalaze na površini kapside.
Mehanizam adsorpcije na površini osjetljive stanice temelji se na interakciji receptora s takozvanim komplementarnim receptorima stanice "domaćina". Virion i stanični receptori su neke specifične strukture koje se nalaze na površini.
Adenovirusi i miksovirusi adsorbiraju se izravno na mukoproteinske receptore, a arbovirusi i pikornavirusi adsorbiraju se na lipoproteinske receptore.
U virionu miksovirusa neuraminidaza uništava mukogfotein receptor i cijepa N-acetilneuraminske kiseline od oligosaharida koji sadrži galaktozu i galaktozamin. Njihove interakcije u ovoj fazi su reverzibilne, jer su pod značajnim utjecajem temperature, reakcije okoline i komponenti soli. Adsorpciju viriona sprječavaju heparin i sulfatirani polisaharidi, koji nose negativan naboj, ali njihov inhibicijski učinak uklanjaju neki polikarioni (ecmolin, DEAE-dekstran, protamin sulfat), koji neutraliziraju negativni naboj sulfatiranih polisaharida.
Ulazak viriona u stanicu domaćina
Put unošenja virusa u stanicu osjetljivu na njega neće uvijek biti isti. Mnogi virioni mogu prodrijeti u stanice pinocitozom, što na grčkom znači "piti" ili "piti". Ovom metodom čini se da pinocitotička vakuola uvlači virion izravno u stanicu. Drugi virioni mogu ući u stanicu izravno kroz njezinu membranu.
Kontakt enzima neuraminidaze sa staničnim mukoproteinima potiče ulazak viriona u stanicu među miksovirusima. Rezultati novijih studija dokazuju da DNA i RNA viriona nisu odvojene od vanjske ljuske, odnosno da virioni u potpunosti prodiru u osjetljive stanice pinocitozom ili viropeksijom. Do danas je to potvrđeno za virus velikih boginja, virus vakcinije i druge viruse koji odabiru životinje kao svoje stanište. Ako govorimo o fagima, oni inficiraju stanice nukleinskom kiselinom. Mehanizam infekcije temelji se na činjenici da se oni virioni koji se nalaze u staničnoj vakuoli hidroliziraju enzimima (lipaze, proteaze), pri čemu se DNA oslobađa iz fagne ljuske i ulazi u stanicu.
Za provedbu eksperimenta stanica je zaražena nukleinskom kiselinom koja je izolirana iz nekih virusa, te je izazvan jedan potpuni ciklus reprodukcije viriona. Međutim, u prirodnim uvjetima, infekcija se ne događa uz pomoć takve kiseline.
Raspad
Sljedeća faza virusne reprodukcije je dezintegracija, što je oslobađanje NK iz kapside i vanjske ovojnice. Nakon što virion uđe u stanice, kapsida prolazi kroz neke promjene, stječe osjetljivost na staničnu proteazu, zatim se uništava, istovremeno oslobađajući NK. Kod nekih bakteriofaga slobodni NK ulazi u stanice. Fitopatogeni virus prodire kroz oštećenje stanične stijenke, a zatim se adsorbira na interni stanični receptor uz istovremeno oslobađanje NK.
Replikacija RNA i sinteza virusnih proteina
Sljedeća faza virusne reprodukcije je sinteza proteina specifičnog za virus, koji se odvija uz sudjelovanje takozvanih glasničkih RNA (kod nekih virusa one su dio viriona, a kod nekih se sintetiziraju samo u zaraženim stanicama izravno na matrica DNA ili RNA viriona). Dolazi do replikacije virusnog NK.
Proces reprodukcije RNA virusa počinje nakon ulaska nukleoproteina u stanicu, gdje nastaju virusni polisomi kompleksiranjem RNA s ribosomima. Nakon toga se sintetiziraju rani proteini, koji uključuju represore iz staničnog metabolizma, kao i RNA polimeraze, koje se prevode s matičnom RNA molekulom. U citoplazmi najmanjih virusa, odnosno u jezgri, virusna dvolančana RNA nastaje spajanjem roditeljskog plus lanca (“+” - RNA lanac) s novosintetiziranim, kao i njemu komplementarnim minus lancem (“ -” - RNA lanac) . Povezivanje ovih niti nukleinske kiseline izaziva stvaranje samo jednolančane strukture RNA, koja se naziva replikativni oblik. Sinteza virusne RNA provodi se replikacijskim kompleksima, u kojima sudjeluje replikativni oblik RNA, enzim RNA polimeraza i polisomi.
Postoje 2 vrste RNA polimeraza. To uključuje: RNA polimerazu I, koja katalizira stvaranje replikativnog oblika izravno na plus-lančanoj šabloni, kao i RNA polimerazu II, koja sudjeluje u sintezi jednolančane virusne RNK na replikativnom tipu šablone. Sinteza nukleinskih kiselina u malim virusima odvija se u citoplazmi. Što se tiče virusa influence, unutarnji protein i RNA se sintetiziraju u jezgri. Zatim se RNA oslobađa iz jezgre i prodire u citoplazmu, u kojoj zajedno s ribosomima počinje sintetizirati virusni protein.
Nakon ulaska viriona u stanice dolazi do supresije sinteze nukleinske kiseline, kao i staničnih proteina. Tijekom reprodukcije na matrici, i-RNA se također sintetizira u jezgri, koja nosi informaciju za sintezu proteina. Mehanizam sinteze virusnih proteina provodi se na razini staničnog ribosoma, a izvor izgradnje bit će bazen aminokiselina. Aktivaciju aminokiselina provode enzimi, uz pomoć mRNA prenose se izravno u ribosome (polisome), u kojima se već nalaze u sintetiziranoj proteinskoj molekuli.
Dakle, u zaraženim stanicama sinteza nukleinskih kiselina i virionskih proteina odvija se u sklopu replikativno-transkripcijskog kompleksa, koji je reguliran određenim sustavom mehanizama.
Morfogeneza viriona
Stvaranje viriona može se dogoditi samo u slučaju strogo uređene veze strukturnih virusnih polipeptida, kao i njihove NK. A to je osigurano takozvanim samosastavljanjem proteinskih molekula u blizini NC.
Stvaranje viriona
Formiranje viriona događa se uz sudjelovanje nekih strukturnih komponenti koje čine stanicu. Herpes, polio i vakcinija virusi nastaju u citoplazmi, a adenovirusi u jezgri. Sinteza virusne RNK, kao i stvaranje nukleokapsida, događa se izravno u jezgri, a hemaglutinin se formira u citoplazmi. Nakon toga nukleokapsida prelazi iz jezgre u citoplazmu u kojoj nastaje virionska ovojnica. Nukleokapsid je izvana prekriven virusnim proteinima, a virion uključuje hemaglutinine i neuraminidaze. Tako nastaje potomstvo, na primjer, virusa influence.
Oslobađanje viriona iz stanice domaćina
Virusne čestice se oslobađaju iz stanice “domaćina” istovremeno (tijekom razaranja stanice) ili postupno (bez ikakvog uništenja stanice).
U tom se obliku virusi razmnožavaju. Virioni se iz stanica općenito oslobađaju na dva načina.
Prva metoda
Prva metoda podrazumijeva sljedeće: nakon apsolutnog sazrijevanja viriona izravno unutar stanice, oni se zaobljuju, tamo se formiraju vakuole, a zatim se stanična membrana uništava. Po završetku ovih procesa, virioni izlaze svi u isto vrijeme i potpuno iz stanica (pikornavirusi). Ova metoda se obično naziva litička.
Druga metoda
Druga metoda uključuje proces otpuštanja viriona dok sazrijevaju 2-6 sati na citoplazmatskoj membrani (miksovirusi i arbovirusi). Oslobađanje miksovirusa iz stanice olakšavaju neuraminidaze koje razaraju staničnu membranu. Tijekom ove metode 75-90% viriona se spontano oslobađa u medij kulture, a stanice postupno umiru.
Reprodukcija virusi se provode u nekoliko faza, sukcesivno zamjenjujući jedni druge: adsorpcija virusa na stanici; prodiranje virusa u stanicu; “svlačenje” virusa; biosinteza virusnih komponenti u stanici; stvaranje virusa; oslobađanje virusa iz stanice.
Adsorpcija . Interakcija virusa sa stanicom počinje procesom adsorpcije, tj. pričvršćivanja virusa na površinu stanice. Ovo je vrlo specifičan proces. Virus se adsorbira na određenim područjima stanične membrane - takozvanim receptorima. Stanični receptori mogu imati različite kemijske prirode, predstavljajući proteine, ugljikohidratne komponente proteina i lipida, lipide. Broj specifičnih receptora na površini jedne stanice kreće se od 104 do 105. Zbog toga se deseci, pa čak i stotine virusnih čestica mogu adsorbirati na stanici. Postoje dva načina ulaska životinjskih virusa u stanicu: viropeksija i spajanje virusne ovojnice sa staničnom membranom. Kod viropeksije, nakon adsorpcije virusa, dolazi do invaginacije (invaginacije) dijela stanične membrane i stvaranja unutarstanične vakuole koja sadrži virusnu česticu. Vakuola s virusom može se transportirati u bilo kojem smjeru u različite dijelove citoplazme ili stanične jezgre. Proces fuzije provodi jedan od površinskih virusnih proteina kapside ili superkapside ljuske. Očigledno, oba mehanizma prodiranja virusa u stanicu ne isključuju, već se međusobno nadopunjuju. Proces "svlačenja" uključuje uklanjanje zaštitnih virusnih ljuski i oslobađanje unutarnje komponente virusa, što može uzrokovati infektivni proces. “Svlačenje” virusa odvija se postupno, u nekoliko faza, u određenim područjima citoplazme ili jezgre stanice, za što stanica koristi skup posebnih enzima. U slučaju prodiranja virusa spajanjem virusne ovojnice sa staničnom membranom, proces prodiranja virusa u stanicu kombinira se s prvom fazom njegovog "svlačenja". Konačni proizvodi "svlačenja" su jezgra, nukleokapsida ili nukleinska kiselina virusne biosinteze. Virusna nukleinska kiselina koja je ušla u stanicu nosi genetsku informaciju koja se uspješno natječe s genetskom informacijom stanice. Dezorganizira funkcioniranje staničnih sustava, potiskuje vlastiti metabolizam stanice i tjera je da sintetizira nove virusne proteine i nukleinske kiseline koje se koriste za izgradnju virusnog potomstva. Implementacija genetske informacije virusa odvija se u skladu s procesima transkripcije, tj. prijevod i replikacija. Formiranje (sastavljanje) virusa. Sintetizirane virusne nukleinske kiseline i proteini imaju sposobnost specifičnog "prepoznavanja" jedni drugih i, ako je njihova koncentracija dovoljna, spontano se spajaju kao rezultat hidrofobnih, solnih i vodikovih veza. Postoje sljedeća opća načela za sastavljanje virusa s različitim strukturama:
1. Nastanak virusa je višefazni proces s nastankom međuoblika;
2. Sklapanje jednostavno raspoređenih virusa uključuje interakciju molekula virusne nukleinske kiseline s kapsidnim proteinima i stvaranje nukleokapsida (na primjer, polio virusi). U složenim virusima najprije nastaju nukleokapsidi s kojima stupaju u interakciju proteini superkapsidnih ljuski (na primjer, virusi influence);
3. Stvaranje virusa ne događa se u unutarstaničnoj tekućini, već na jezgri ili citoplazmatskim membranama stanice;
4. Složeno organizirani virusi tijekom procesa nastanka uključuju komponente stanice domaćina (lipide, ugljikohidrate).
Izlazak virusa iz stanice. Postoje dva glavna tipa oslobađanja virusnog potomstva iz stanice. Prvi tip - eksplozivni - karakterizira istovremeno oslobađanje velikog broja virusa. U tom slučaju stanica brzo umire. Ova metoda izlaza tipična je za viruse koji nemaju superkapsidnu ljusku. Druga vrsta je pupanje. Karakterističan je za viruse koji imaju superkapsidnu ovojnicu. U završnoj fazi sastavljanja, nukleokapside složenih virusa fiksiraju se na staničnoj plazma membrani, modificiranoj virusnim proteinima, i postupno je izvlače. Kao rezultat izbočenja nastaje "pupoljak" koji sadrži nukleokapsid. “Pupoljak” se zatim odvaja od stanice. Stoga se vanjski omotač ovih virusa formira dok izlaze iz stanice. Ovim mehanizmom stanica može producirati virus dugo vremena, održavajući u određenoj mjeri svoje osnovne funkcije.