Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

руса. Однако вирусы обладают свойствами, которые четко отличают их от всех прочих микроорганизмов: 1) они содержат только один вид нуклеиновой кислоты — или РНК, или ДНК. Некоторые из них уникальны в том отношении, что используют в качестве генетического материала не ДНК, а РНК. 2) у них нет рибосом и других клеточных органелл, они лишены систем генерации энергии. В связи с этим они должны полностью зависеть от систем тех клеток, которые они инфицируют, для получения предшественников репликации и для размножения.

28.1. Цикл размножения вирусов

Несмотря на то что известные вирусы широко различаются по структуре, их циклы размножения весьма похожи и состоят из следующей последовательности событий: 1) вирусная частица, назы-

П26 III- МЕТАБОЛИЗМ

?-ацетилгалак-плозамин ?

ОН ?*

?

J_

нейраминийаза

НООС

?-ацетилнейрамм-нова кислота

HNCOCH3

CHjOH

Рис. 28.1. Структура рецептора вируса гриппа.

ваемая вирион, присоединяется к поверхности клетки-хозяина; затем через клеточную мембрану проникает либо интактный вирус, т. е. нуклеиновая кислота в своей белковой оболочке (многие вирусы животных и растений), либо одна нуклеиновая кислота (бактериальные вирусы); 2) синтез вирусных белков направляется инфицировавшей вирусной нуклеиновой кислотой, и вирусная нуклеиновая кислота реплицируется. Способ синтеза мРНК и специфика репликации зависят от природы и количества нуклеиновой кислоты в вирионе; 3) новые вирионы составляются из вновь синтезированных белков и нуклеиновых кислот; 4) образовавшиеся вирионы выходят из клетки либо в результате лизиса клетки, либо проходя через клеточную мембрану без лизиса клетки.

Вирусы всегда присоединяются к специфическим группам макромолекул (рецепторам), расположенным на поверхности клеток-хозяев. Способность вируса инфицировать определенный тип клеток часто определяется на этой стадии. Так, Т-четные бактериофаги (см. ниже) связываются со специфическими липополисахарида-ми клеточной стенки Е. coli, а полиовирус размножается исключительно в специфических клетках человека и обезьяны, так как только эти клетки имеют специфический липопротеидный рецептор ла клеточной мембране. Структура рецептора вируса гриппа, имеющегося на поверхности клеток слизистой дыхательных путей и эритроцитов, показана на рис. 28.1.

Как ДНК, так и РНК в одно- и двухнитевой форме может служить генетическим материалом для различных вирусов (табл. 28.1).

28. ВИРУСЫ

1127

nortno, r17

(+)РНК-(-)РНК-

(+) ДНК

0ХП4

вирус саркомы Роу

(+) РНК—- (.-) ДНК-~Ш ДНК

SV40 Т4

+ мРНК

вирусы гриппа, бешенства и везикулярного стоматита

<-)рнк

| реовирус (±) РНК

Рис. 28.2. Схема синтеза мРНК после инфекции различными вирусами. (Baltimore D., Bacterid. Rev., 35, 235, 1971).

В зависимости от природы вирусной нуклеиновой кислоты синтез мРНК идет по одному из путей, показанных на рис. 28.2; знак плюс относится к последовательности мРНК, а знак минус относится к комплементарной цепи.

Бактериофаги Т4, Т7 и ?, аденовирус, вирус S40 и вирус оспы содержат двухнитевую ДНК, и (+)мРНК синтезируется с использованием в качестве матрицы фрагментов обеих цепей (гл. 26). У бактериофага 0X174, который содержит однонитевую кольцевую ДНК, сначала синтезируется комплементарная копия и образовавшийся дуплекс используется для синтеза ( + )мРНК- У полиовиру-са и бактериофагаРЛ7, которые содержат однонитевую РНК*, сначала синтезируется комплементарная копия РНК [(—)РНК], которая затем используется в качестве матрицы для синтеза ( + )мРНК. РНК-содержащий онкогенный вирус, который вызывает саркому Роуса, дает сначала однонитевую ДНК-копию вирусной РНК (гл. 25), на которой затем образуется двухнитевая ДНК. Последняя служит матрицей для образования ( + )мРНК\ Наконец, РНК-содержащие вирусы гриппа, свинки, кори, бешенства и везикулярного стоматита содержат (—)РНК, на которой и синтезируются ( + )мРНК-

Общее правило, которое вытекает из анализа большого числа вирусов, заключается в том, что если для синтеза мРНК требуется фермент (полимераза), отсутствующий в клетке-хозяине, то этот фермент содержится в вирионе и проникает в клетку-хозяин а вме-

* В этих случаях вирусный геном представляет собой (+)мРНК, так что синтез вирусных белков идет и до начала репликации вирусной РНК. — Прим. иерее.

1128

III. МЕТАБОЛИЗМ

Таблица 28.1 Нуклеиновые кислоты некоторых вирусов

Нуклеиовая кислота вириона

Вирус

Величина генома, XI03 оснований

Однонитевая РНК Пол-иовирус 6

Саркома Роуса 10

Бешенство 16

Везикулярный стоматит 16

Двухнитевая РНК Реовнрус 23

Однонитевая ДНК Малый вирус мышей 5

0X174 5,4

Двухнитевая ДНК SV40 5

Папиллома (бородавка) 8

Аденовирус 36

Бактериофаг ? 46

Бактериофаг Т4 120

Герпес 156

Оспа 240

сте с вирусной нуклеиновой кислотой. Синтез мРНК вирусов гриппа, бешенства, везикулярного стоматита, реовируса и саркомы Роуса иллюстрирует это правило (рис. 28.2).

Обрисовав общие черты размножения вирусов и синтеза мРНК, рассмотрим репликацию некоторых основных классов вирусов, перечисленных выше.

28.2. Вирусы с двухнитевой ДНК

28.2.1. Бактериофаг т4

Бактериофаг Т4 является одним из группы «Т-фагов» (от Т1 до Т7), которые инфицируют Е. coli. Благодаря короткому циклу репликации и простоте культивирования на клетках-хозяевах фаг Т4 является одним из наиболее изученных вирусов. Как и другие бактериофаги, Т4 состоит только из белковой оболочки и ДНК. Вирус (рис. 28.3) имеет довольно сложную морфологию и состоит из икосаэдрической головки, в которой тесно упакована ДНК, и полого цилиндрического хвоста, представляющего собой

28. ВИРУСЫ

1129

футляр с пустотелым сердечником. Хвост соединен с головкой коротким воротничком. На основании хвоста расположена базальная пластинка, с которой связаны шипы или шпильки и группа из шести тонких нитей. Проникновение вирусной нуклеиновой кислоты в бактерию-хозяина происходит в следующем порядке: фаг связывается с бактерией с помощью хвостовых нитей и концы хвостовых шпилек фиксируются на клеточной стенке. Сложная последовательность стадий, приводящая к сокращению футляра, сопряжена с гидролизом АТР до ADP л Pi и внедрением сердечника в клеточную стенку. Затем ДНК вспрыскивается из головки вируса через сердечник внутрь клетки.

Рис. 28.3. Схема, показывающая (а) составные части бактериофага Т4 и (б) механизм проникновения его сквозь клеточную стенку. (Лурия С. Е., Дарнел Д. Е% Общая вирусология. — М.: Мир, 1971.)

изо

III МЕТАБОЛИЗМ

ДНК фага Т4 представляет собой линейный дуплекс (М 120-•106), содержащий 1,66 -105 нуклеотидных пар. Необычно то, что цитозин в ДНК этого фага полностью заменен глюкозилированным 5-оксимет.илцитозином (табл. 25.2), который, вероятно, служит для защиты вирусной ДНК от дезоксинуклеаз, индуцируемых после инфицирования клетки. Ферментативный механизм, приводящий к замещению цитозина глюкозилированным 5-оксиметилцитозином, был описан выше (гл. 25). Другой необычной чертой фага Т4 является то, что в популяции Т4 последовательности ДНК цирку-лярно переставлены по отношению друг к другу (пермутированы). Иначе говоря, различные молекулы начинаются и заканчиваются в различных точках общей последовательности. Это свойство определяет циркулярность карты генетических связей этого фага, имеющего линейную ДНК (рис. 28.4). Помимо циклической перестановки каждая молекула ДНК Т4 обладает концевой избыточностью, т. е. последовательность на одном конце повторяет последовательность на другом. Таким образом, каждая молекула содержит несколько больше, чем один эквивалент геномной ДНК Степень избыточности составляет примерно 2% генома Т4.

Генетическая карта Т4 приведена на рис. 28.4. До сих пор идентифицировано 135 генов, которые составляют примерно 90% кодирующей емкости генома Т4. Эти гены можно разделить на два больших класса. Один из них определяет ферменты, необходимые для деградации ДНК клетки-хозяина и быстрого синтеза Т4 ДНК, включая дезокеицитидинтрифосфатазу, дезоксинуклеотид-киназу, дезоксицитидилатоксиметилазу, глюкозилтрансферазы, раз. личные дезоксирибонуклеазы, ДНК-полимеразу, ДНК-лигазу и ДНК-связывающий белок. Второй класс определяет белки, необходимые для сборки фаговой частицы. Следует отметить, что различные гены, за небольшим исключением, группируются в соответствии с функциями. В отличие от генов Е. coli, участвующих в метаболизме и синтезе лактозы и триптофана соответственно, группы генов Т4 не образуют опероны, и их экспрессия не контролируется координирование например путем образования полигенной мРНК.

Размножение фага Т4 завершается за 20 мин при 30 °С. После адсорбции фага и проникновения ДНК синтез макромолекул клетки-хозяина резко прекращается, и примерно через 5 мин начинается транскрипция некоторых фаговых генов. Транскрипты комплементарны только одной из нитей инфицирующей молекулы ДНК фага Т4 и определяют ранние ферменты, необходимые для репликации генома Т4, в частности ДНК-пол.имеразу. Вскоре после начала синтеза вирусной ДНК, на седьмой минуте после инфицирования, появляется новый класс транскриптов. Эти пострепликатив-мые, или поздние мРНК, комплементарны нити, противоположной той нити, с которой считывались ранние мРНК, и кодируют главным образом структурные белки фага. Синтез ранних мРНК за-

28. вирусы

1131

Рис. 28.4. Карта генома бактериофага Т4. Гены, отмеченные штриховкой, участвуют в морфогенезе фага, в виде сплошной черной области представлены гены, участвующие в метаболизме нуклеиновых кислот. (Wood W., в кн.: Handbook of Genetics (R. С. King, ed.), p. 328, Plenum Press, New York, 1973.)

медляется или прекращается при включении поздней транскрипции. Однако третий класс мРНК, называемый квазипоздним, который с малой скоростью синтезируется и на ранней стадии, образуется с резко увеличенной скоростью во время позднего периода. Квазипоздние мРНК определяют некоторые ферменты, необходимые для репликации ДНК, например дезоксирибонуклеотидкина-зу, а также компоненты, необходимые для сб

страница 120
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(09.12.2019)