§ 9. ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ ТА ФУНКЦІОНУВАННЯ ВІРУСІВ

Пригадайте, як реалізується у клітині генетична інформація. Що таке реплікація, транскрипція та трансляція?

Оскільки віруси є обов’язковими паразитами клітин, вони використовують для побудови нових вірусних частинок не тільки її енергію, а й усі потрібні для синтезу нових вірусних частинок хімічні сполуки. Отже, хімічний склад вірусів майже тотожний хімічному складові клітин, у яких вони паразитують.

Особливості будови вірусів. Усі віруси можна розподілити на дві групи. До однієї групи належать віруси, які складаються тільки з молекул білка та нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК). Їх називають простими вірусами. Оболонка простих вірусів — капсид — складається лише з білків. До другої групи належать віруси, до складу оболонки яких (суперкапсиду) входять також молекули ліпідів і вуглеводів. Їх називають складними вірусами. Принципова відмінність між цими двома групами вірусів полягає в тому, що складні віруси у процесі свого утворення захоплюють частину клітинної мембрани клітини-хазяїна і використовують її як зовнішню оболонку вірусної частинки.

Мал. 9.1. Електронно-мікроскопічні зображення вірусів: 1 — вірус грипу (складний вірус, добре видно зовнішню мембрану); 2 — вірус тютюнової мозаїки; 3 — вірус папіломи (2 та 3 — прості віруси, їхні оболонки не мають зовнішньої мембрани)

Запам’ятаємо

Вірусні частинки, які складаються з оболонки та однієї (або декількох) молекул нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), називають віріонами. За межами клітин, у яких паразитують віруси, віріони не виявляють жодних ознак живого.

На малюнку 9.1 наведено електронно-мікроскопічні зображення простих і складних вірусів. Зверніть увагу на чітку відмінність у будові оболонок таких вірусних частинок.

У складі вірусної частинки може існувати тільки один тип нуклеїнової кислоти — або ДНК, або РНК. Ці молекули виконують функцію носія генетичної інформації. Якщо у клітинах прокаріотів та еукаріотів молекули ДНК лише дволанцюгові, а молекули РНК — переважно одноланцюгові, то у вірусів молекули як ДНК, так і РНК можуть бути як дволанцюговими, так і одноланцюговими.

Залежно від того, який тип нуклеїнової кислоти входить до складу вірусної частинки, віруси поділяють на ДНК- (як-от, бактеріофаги, віруси герпесу людини) та РНК-вмісні (віруси грипу, кору, сказу, кліщового енцефаліту, вірус імунодефіциту людини (ВІЛ), вірус тютюнової мозаїки).

Розмноження вірусів. Ще одна важлива відмінність вірусів від прокаріотів та еукаріотів полягає в їхньому унікальному способі утворювати нові дочірні вірусні частинки. Віруси, використовуючи сполуки клітини (амінокислоти, нуклеотиди), перелаштовують системи синтезу клітини на синтез власних складових. У певних функціональних ділянках клітин вірусні частинки збираються з великої кількості вірусних білків, синтезованих клітиною (структуру цих білків кодують гени вірусної нуклеїнової кислоти). Ці процеси відбуваються не тільки у строго визначеному місці, а й у строго визначений час. Кінцевим етапом самовідтворення вірусів є включення в оболонку вірусу його нуклеїнової кислоти. Після цього вірус може виходити з клітини, набуваючи здатності інфікувати нові клітини.

Мал. 9.2. Самозбирання віріонів: 1 — формування віріона, що має спіральну симетрію: а — молекула нуклеїнової кислоти оточується білковими молекулами; б — сформований віріон; 2 — формування віріона, що має ікосаедричну симетрію: в — самозбирання капсиду; г — утворений капсид; д — включення нуклеїнової кислоти вірусу в капсид

Переважна кількість віріонів простих вірусів утворюють високосиметричні структури. Залежно від виду вірусу, віріон може мати або ікосаедричну¹ (її ще називають кубічною, наприклад віруси поліомієліту, папіломи), або спіральну (як-от, вірус тютюнової мозаїки) симетрію (мал. 9.3, 1, 2).

¹Ікосаедр — правильний опуклий багатогранник (двадцятигранник). Кожна з 20 граней є рівностороннім трикутником, число ребер дорівнює 30, число вершин — 12.

Мал. 9.3. Типи симетрії вірусних частинок простих вірусів. 1. Модель будови вірусів зі спіральним типом симетрії (вірусу тютюнової мозаїки). 2. Модель будови вірусів з кубічним типом симетрії (вірус поліомієліту) 3. Бактеріофаг Т4 (фотографію зроблено за допомогою електронного мікроскопа)

У деяких бактеріофагів віріон може складатися з «деталей», які мають як кубічну, так і спіральну симетрію. На малюнку 9.3, 3 зображено бактеріофага Т4, у якого головка з молекулою ДНК усередині побудована за кубічним типом симетрії, а хвіст — за спіральним. Зверніть увагу, що цей бактеріофаг, незважаючи на складність архітектурної будови, є простим вірусом, оскільки не має зовнішньої оболонки з ліпідів і білків.

Прості віруси виходять з клітини переважно внаслідок руйнування клітинної оболонки вірусними ферментами. У складних вірусів так само відбувається процес самозбирання, однак на пізніх етапах дозрівання вірусна частинка захоплює фрагмент клітинної оболонки, яку вірус використовує як свою зовнішню оболонку. Цей процес називають брунькуванням вірусу.

У процесі еволюції у вірусів виробилися специфічні механізми, завдяки яким вони набули здатності потрапляти саме в ті клітини, де їхнє розмноження найефективніше. Цікаво, що різні віруси набули різних специфічних способів проникнення у клітину та розмноження в ній. У наступному параграфі ми розглянемо, як ці процеси відбуваються у вірусів рослин, бактерій, тварин і людини.

Ключові терміни та поняття

прості та складні віруси, капсид, віріон, РНК- та ДНК-вмісні віруси.

Перевірте здобуті знання

1. Які особливості будови простих і складних вірусів? 2. Чим молекули нуклеїнових кислот вірусів відрізняються від молекул нуклеїнових кислот прокаріотів та еукаріотів? 3. Чим самозбирання вірусних частинок відрізняється від розмноження клітин?

Поміркуйте

Чому вихід частинок простих вірусів з інфікованої клітини зазвичай спричинює її загибель?