Вирусы синтез белка. Синтез вирусных белков

25 ноября 2012 г.: Вирусы иногда довольно трудно обнаружить. Вирусы РНК особенно адаптированы к противовирусным препаратам, так как они воспроизводят самих себя не с абсолютной точностью. В каждом геноме присутствует как минимум одна ошибка, вирусные геномы – это движущаяся мишень для противовирусных препаратов, так как мутируя при размножении они становятся устойчивей. Например, при борьбе с ВИЧ, чтобы загнать вирус в угол и там его блокировать используют сочетание различных лекарств.

Рибосома традиционно рассматривалась как молекулярная машина клетки, автоматически двигающаяся с пыхтением вперед, синтезируя белки для обеспечения жизнедеятельности клетки. Но Эмми Ли, бывший аспирант в программе вирусологии, и Шон Уэлан, преподаватель микробиологии и иммунологии, обнаружили, что рибосома, предположительно, играет более активную роль, регулируя размножение вирусов.

Американские исследователи изучали различия между тем, как вирусы и клетки - хозяева, которые они заражают, выполняют процесс передачи матричных (информационных) РНК в белки. Сосредотачиваясь на компонентах белка, найденных на поверхности рибосомы, они обнаружили белок, от которого зависит жизнедеятельность вирусов, но при этом подавляющее большинство клеточных матричных РНК в нём не нуждаются.

Рибосомный белок, обозначаемый rpL40, мог представлять цель для потенциального лечения; его блокирование уничтожило бы определенные вирусы, оставляя нормальные элементы в целом незатронутыми.

«Поскольку определенные вирусы очень чувствительны к наличию или отсутствию рибосомных белков, может быть полезным для нас подумать о нацеливании на рибосомы противовирусного терапевтического воздействия», - сказал Уэлан. «Самое время в связи с этим подумать о борьбе с вирусной инфекцией бешенства, против которой не существует никакой терапии».

Группа исследователей продемонстрировала на экране элементы белка рибосомы, чтобы видеть, которые из них могли бы участвовать в специализированном синтезе. Изучая везикулярный вирус стоматита, рабдовирус из той же самой семьи, что и вирус бешенства, ученые обнаружили, что его матричные (информационные) РНК зависели от рибосомного белка L40, но только 7 процентов матричных РНК хозяйских клеток его производили. Некоторые клеточные матричные РНК, которые зависят от рибосомного белка L40, были генами, реагирующими на стрессовые условия.

Эксперименты на дрожжах и клетках человека показали, что класс вирусов, включая бешенство и корь, также зависел от воспроизведения рибосомного белка L40.

«Эта работа показывает, что рибосома является не просто молекулярной машиной-автоматом, но и действует как трансляционный регулятор», - сказала первый автор Эмми Ли, которая является на данный момент постдокторальным исследователем в Калифорнийском университете в Беркли.

Концепция фокусировки на клеточных функциях, таких как синтез белка для противовирусных методов лечения, исследуется многими учеными, но не существует лекарств, созданных по этому принципу.

"Мы думаем, что все намного сложнее, чем просто этот единственный белок», - сказал Уэлан. "Вирусы обладают необъяснимой особенностью преподавать нам каждый раз новую биологию».

Синтез белка в клетке происходит в результате трансляции иРНК. Трансляцией называется процесс пере-вода генетической информации, содержащейся в иРНК, на специфическую последовательность аминокислот. Иными словами, в процессе трансляции осуществляется перевод 4-буквенного языка азотистых оснований на 20-буквенный язык аминокислот.

Транспортные РНК. Свою аминокислоту тРНК узнают по конфигурации ее боковой цепи, а специфический фермент аминоацил-синтетаза катализирует ассоциацию тРНК с аминокислотой. В клетке существует большое количество разнообразных видов тРНК. Поскольку для каждой аминокислоты должна быть своя тРНК, количе-ство видов тРНК должно быть не меньше 20, однако в клетке их значительно больше. Это связано с тем, что для каждой аминокислоты существует не один, а несколь-ко видов тРНК. Молекула тРНК представляет собой однонитчатую РНК со сложной структурой в виде клено-вого листа (рис. 18). Один ее конец связывается с амино-кислотой (конец а), а противоположный - с нуклеоти-дами иРНК, которым они комплементарны (конец б). Три нуклеотида на иРНК кодируют одну аминокислоту и называются «триплет» или «кодон», комплементарные кодону три нуклеотида на конце тРНК называются «антикодон».

Рибосомы. Синтез белка в клетке осуществляется на рибосоме. Рибосома состоит из двух субъединиц,

Рис. 18. Строение транс-портной РНК. а - участок связывания с аминокислотой; б - участок связывания с нРНК (анти-кодон).

большой и малой, "малая субъединица примерно в два раза меньше большой. Обе субъединицы содержат по одной молекуле рибосомальной РНК и ряд белков. Рибо-сомальные РНК синтезируются в ядре на матрице ДНК с помощью РНК-полимеразы I. В малой рибосомальной субъединице есть канал, в котором находится информа-ционная РНК. В большой рибосомальной субъединице есть две полости, захватывающие также малую рибосо-мальную субъединицу. Одна из них содержит аминоациль-ный центр (А-центр), другая - пептидильный центр (П-центр) (рис. 19).

Фазы трансляции. Процесс трансляции состоит из трех фаз: 1) инициации, 2) элонгации и 3) терминации.

Инициация трансляции. Это наиболее ответ-ственный этап в процессе трансляции, основанный на узнавании рибосомой иРНК и связывании с ее особыми участками. Рибосома узнает иРНК благодаря «шапочке» на 5"-конце и скользит к 3"-концу, пока не достигнет инициаторного кодона, с которого начинается трансляция. В эукариотической клетке инициаторным кодоном являет-ся кодон АУГ или ГУГ, копирующие метионин. С метио-нина начинается синтез всех полипептидных цепей.

Вначале с иРНК связывается малая рибосомальная субъединица. К комплексу иРНК с малой рибосомальной субъединицей присоединяются другие компоненты, необ-ходимые для начала трансляции. Это несколько молекул "ч=лка, которые называются «инициаторные факторы».

19. Формирование и функционирование рибосомы (схема). 1- малая рибосомальная субъединица с присоединенной инициаторной метионил-тРНК; 2- большая рибосомальная субъединица; 3- инициаторный комплекс, содержащий малую рибосомальную субъединицу, метионил-тРНК и иРНК; заштрихованные прямоугольники - белковые факторы инициации (9 факторов в эукариотических клетках); 4- функционально активная рибосо-ма; А - аминоацильный центр, П- пептидильный центр в большой рибосо-мальной субъединице; 5, б, 7- процесс элонгации полипептидной цепи; показан перенос амииоацил-тРНК между двумя центрами на большой рибосомальной субъединице, осуществляемый с помощью пептидил-трансфера-зы.

Их по крайней мере три в прокариотической клетке и более девяти в эукариотической клетке. Инициаторные факторы определяют узнавание рибосомой специфических иРНК и, таким образом, являются определяющим фактором в дискриминации между различными ИРНК, присутствующими в клетке, как правило, в избыточном количестве.

В результате формируется комплекс, необходимый для инициации трансляции, который называется инициа-торным комплексом. В инициаторный комплекс входят: 1) иРНК; 2) малая рибосомальная субъединица; 3) ами-ноацил-тРНК, несущая инициаторную аминокислоту; 4) инициаторные факторы; 5) несколько молекул ГТФ.

В рибосоме осуществляется слияние потока информа-ции с потоком аминокислот. Аминоацил-тРНК входит в А-центр большой рибосомальной субъединицы, и ее антикодон взаимодействует с кодоном иРНК, находящей-ся в малой рибосомальной субъединице. При продвижении иРНК на один кодон тРНК перебрасывается в пептидиль-ный центр, и ее аминокислота присоединяется к ини-циаторной аминокислоте с образованием первой пептид-ной связи. Свободная от аминокислоты тРНК выходит из рибосомы и может опять функционировать в транспор-те специфических аминокислот. На ее место из А-центра в П-центр перебрасывается новая тРНК и образуется новая пептидная связь. В А-центре появляется вакантный кодон иРНК, к которому немедленно присоединяется

1- большая рибосомальная субъединица; 2- малая рибосомальная субъедини-ца; 3- иРНК; 4- растущая полипептидная нить.

соответствующая тРНК и происходит присоединение новых аминокислот к растущей полипептидной цепи (см. рис. 19).

Элонгация трансляции. Это процесс удлине-ния, наращивания полипептидной цепи, основанный на присоединении новых аминокислот с помощью пептид-ной связи. Происходит постоянное протягивание нити иРНК через рибосому и. «декодирование» заложенной в ней генетической информации (рис. 20). иРНК функ-ционирует на нескольких рибосомах, каждая из которых синтезирует одну и ту же полипептидную нить, коди-руемую данной иРНК. Группа рибосом, работающих на одной молекуле иРНК, называется полирибосомой, или полисомой. Размер полисом значительно варьирует в зависимости от длины молекулы иРНК, а также от расстояния между рибосомами. Так, полисомы, которые синтезируют гемоглобин, состоят из 4-6 рибосом, высо-комолекулярные белки синтезируются на полирибосомах, содержащих 20 и более рибосом.

Терминация трансляции. Терминация транс-ляции происходит в тот момент, когда рибосома доходит " до терминирующего кодона в составе иРНК. Трансляция прекращается, и " полипептидная цепь освобождается из полирибосомы. После окончания трансляции полири-босомы распадаются на субьединицы, которые могут войти в состав новых полирибосом.

Свойства полирибосом. По топографии в клетке полирибосомы делят на две большие группы - свободные и связанные с мембранами эндоплазматической сети, которые составляют соответственно 75 и 25%. Между двумя группами полирибосом нет принципиальных струк-турных и функциональных различий, они формируются из одного и того же пула субъединиц и в процессе транс-ляции могут обмениваться субъединицами. Мембраны, с

которыми связаны полирибосомы, называются грубыми или шероховатыми мембранами в отличие от гладких мембран, не содержащих полирибосомы. Связь полири-босом с мембранами осуществляется с помощью сигналь-ного пептида - специфической последовательности на аминоконце синтезирующихся гликопротёидов. На связан-ных с мембранами полирибосомах синтезируются внутри-мембранные белки, которые сразу же после синтеза оказываются в составе мембран.

Трансляция в зараженных вирусом клетках. Стратегия вирусного генома, использующего клеточный аппарат трансляции, должна быть направлена на создание меха-низма для подавления трансляции собственных клеточных иРНК и для избирательной трансляции вирусных иРНК, которые всегда находятся в значительно меньшем коли-честве, чем клеточные матрицы. Этот механизм реали-зуется на уровне специфического узнавания малой рибосомальной субъединицей вирусных иРНК, т. е. на уровне формирования инициирующего комплекса. По-скольку многие вирусы не подавляют синтез клеточных иРНК, в зараженных клетках возникает парадоксальная ситуация: прекращается трансляция огромного фонда функционально активных клеточных иРНК, и на освобо-дившихся рибосомах начинается трансляция одиночных молекул вирусных иРНК. Специфическое узнавание рибосомой вирусных иРНК осуществляется за счет вирусспецифических инициаторных факторов.

Два способа формирования вирусных белков. По-скольку геном вируса животных представлен молекулой, кодирующей более чем один белок, вирусы поставлены перед необходимостью синтеза либо, длинной иРНК, кодирующей один гигантский полипептид-предшественник, который затем должен быть нарезан в специфических точках на функционально активные белки, либо коротких моноцистронных иРНК, каждая из которых кодирует один белок. Таким образом, существуют два способа формирования вирусных белков: 1) иРНК транслируется в гигантский полипептид-предшественник, который после синтеза последовательно нарезается на зрелые функцио-нально активные белки; 2) иРНК транслируется с обра-зованием зрелых белков, или белков, которые лишь незна-чительно модифицируются после синтеза.

Первый способ трансляции характерен для РНК-со-держащих «плюс-нитевых» вирусов - пикорнавирусов и тогавирусов. Их иРНК транслируется в гигантскую поли-

[ пептидную цепь, так называемый полипротеид, который

сползает в виде непрерывной ленты с рибосомного «кон-
) вейера» и нарезается на индивидуальные белки нужного

г размера. Нарезание вирусных белков является много-

< ступенчатым процессом, осуществляемым как вирусспеци-

фическими, так и клеточными протеазами. В клетках,
зараженных пикорнавирусами, на конце полипротеина-
предшественника находится белок с протеазной актив-
|| ностью. Вирусная протеаза осуществляет нарезание

|| предшественника на 3 фрагмента, один из которых являет-

» ся предшественником для структурных белков, второй -

I для неструктурных белков, функции третьего фрагмента

I неизвестны. В дальнейшем нарезании участвуют вирус-

специфические и клеточные протеазы.
| Интересный вариант первого способа трансляции

обнаруживается у альфа-вирусов (семейство тогавирусов).

I Геномная РНК с коэффициентом седиментации 42 8
| транслируется с образованием полипептида-предшествен-
1 ника для неструктурных белков. Однако доминирующей

в зараженных клетках иРНК является РНК с коэффи-
[ циентом седиментации 26 8, составляющая одну треть

I геномной РНК. Эта иРНК транслируется с образованием

1Л предшественника для структурных белков.

" Второй способ формирования белков характерен

короткие моноцистронные иРНК в результате избира-
тельной транскрипции одного участка генома (гена).
I Однако все вирусы широко используют механизм пост-

трансляционного нарезания белка.
I Вирусспецифические полисомы. Поскольку длина ви-

русных иРНК варьирует в широких пределах, размер
вирусспецифических полисом также широко варьирует:
( от 3-4 до нескольких десятков рибосом на одной нити

II иРНК. При инфекциях, вызванных пикорнавирусами,
I формируются крупные полисомы, представляющие собой
1 агрегаты, состоящие из 20-60 рибосом. При инфекциях,
I вызванных другими вирусами животных, использующими
I второй способ трансляции, формируются полисомы не-
I большого размера. Между размерами иРНК и величиной
1 полисом существует определенная корреляция, однако
I в ряде случаев полисомы имеют больший или меньший
I размер по сравнению с ожидаемым. Эта особенность
I вирусных полисом объясняется необычным простран-
1 ственным расположением рибосом на вирусных матрицах,

связанных с меньшей плотностью упаковки рибосом на молекуле иРНК.

Вирусспецифические полисомы могут быть как сво-бодными, так и связанными с мембранами. В зараженных вирусом полиомиелита клетках полипротеид синтезируется на связанных с мембранами полисомах; при инфекциях, вызванных сложно устроенными вирусами, формируются как свободные, так и связанные с мембранами полисомы, которые вовлечены в синтез разных классов вирусных полипептидов. Внутренние белки обычно синтезируются на свободных полисомах, гликопротеиды всегда синте-зируются на полисомах, связанных с мембранами.

Модификация вирусных белков. В эукариотической клетке многие белки, в том числе вирусные, подвергаются посттрансляционным модификациям, и зрелые функцио-нально активные белки часто не идентичны их вновь синтезированным предшественникам. Широко распростра-нены такие посттрансляционные ковалентные модифика-ции, как гликозилирование, ацилирование, метилирование, сульфирование (образование дисульфидных связей), протеолитическое нарезание и, наконец, фосфорилирова-ние. В результате вместо 20 генетически закодированных аминокислот из различных клеток разных органов эукариотов выделено около 140 дериватов аминокислот.

Среди широкого спектра модифицированных реакций лишь небольшое количество процессов является обрати-мыми: 1) фосфорилирование-дефосфорилирование; 2) ацилирование-деацилирование; 3) метилирование-демети-лирование; 4) образование дисульфидных связей. Среди подобных обратимых модификаций белков следует искать процессы, обусловливающие механизм регуляции актив-ности белков в эукариотической клетке.

Гликозилирование. В составе сложно устроенных РНК- и ДНК-содержащих вирусов имеются белки, содер-жащие ковалентно присоединенные боковые цепочки углеводов - гликопротеиды. Гликопротеиды расположе-ны в составе вирусных оболочек и находятся на поверхности вирусных частиц. Своей гидрофобной частью они погружены в двойной слой липидов, а некоторые гликопротеиды проникают через него и взаимодействуют с внутренним компонентом вируса (рис. 21). Гидрофиль-ная часть молекулы обращена наружу.

Синтез и „ внутриклеточный транспорт гликопротеидов характеризуется рядом особенностей, присущих клеточ-ным внутримембранным белкам. Их синтез осуществ-

Рис. 21. Строение липопротеидной оболочки вируса Синдбис.

Е1, Е2, ЕЗ- молекулы вирусных гликопротеидов; К - капсидный белок; У -

углеводные цепочки; Л - липидный бислой.

ляется на полисомах, ассоциированных с мембранами, и белки сразу же после синтеза попадают в шероховатые мембраны, откуда транспортируются в мембраны эндоплаз-матической сети и в комплекс Гольджи, где происходит модификация и комплектование углеводной цепочки, а затем - в плазматическую мембрану в ряде случаев путем слияния с ней везикул комплекса Гольджи. Такой целена-правленный транспорт осуществляется благодаря имеющей-ся на аминоконце белка специфической последовательности из 20-30 аминокислот (сигнальному пептиду). Сигналь-ный пептид отрезается от белковой молекулы после того, как гликопротеид достигает плазматической мембра-ны.

" Гликозилирование полипептидов является сложным многоступенчатым процессом, первые этапы которого начинаются уже в процессе синтеза полипептидов, и первый сахар присоединяется к полипептидной цепи, еще не сошедшей с рибосомы. Последующие этапы гликози-лирования происходят путем последовательного присоеди-нения Сахаров в виде блоков к углеводной цепочке в процессе транспорта полипептида к плазматической мембране. Окончательное формирование углеводной

цепочки может завершаться на плазматической мембране перед сборкой вирусной частицы. Процесс гликозилирова-ния не влияет на транспорт полипептида к плазматической мембране, но имеет существенное значение для экспрес-сии биологической активности белка. При подавлении гликозилирования соответствующими ингибиторами (ана-логи Сахаров типа 2-дезоксиглюкозы, туни-камицин) нарушается синтез полипептидов, блокируется сборка вирионов миксовирусов, рабдовирусов, альфа-вирусов или образуются неинфекционные вирионы герпеса и онковирусов.

Сульфирование. Некоторые белки сложно устроенных РНК- и ДНК-содержащих вирусов сульфируются после трансляции. Чаще всего сульфированию подвергаются гликопротеиды, при этом сульфатная группа связывается с сахарным компонентом гликопрбтеида.

Ацилирование. Ряд гликопротеидов сложно устроенных РНК-содержащих вирусов (НА2 вируса гриппа, белок О вируса везикулярного , белок НИ вируса ньюкаслской болезни и др.) содержат ковалентно связан-ные 1-2 молекулы жирных кислот.

Нарезание. Многие вирусные белки и в первую очередь гликопротеиды приобретают функциональную активность лишь после того, как произойдет их нарезание в специфических точках протеолитическими ферментами. Нарезание происходит либо с образованием двух функцио-нальных белковых субъединиц (например, большая и малая субъединицы гемагглютинина вируса гриппа, два гликопротеида, Ег и Ез, вируса леса Семлики) либо с образованием одного функционально активного белка и неактивного фрагмента, например белки Р и НЫ парамик-совирусов. Нарезание обычно осуществляется клеточными ферментами. У многих сложно устроенных вирусов животных, имеющих гликопротеид, нарезание необходимо для формирования активных прикрепительных белков и и, следовательно, для приобретения вирусом способности инфицировать клетку. Лишь после нарезания этих белков вирусная частица приобретает инфекционную активность. Таким образом, можно говорить о протеолитической активации ряда вирусов, осуществляемой с помощью клеточных ферментов.

Фосфорилирование. Фосфорпротеиды содержатся прак-тически в составе всех вирусов животных, РНК- и ДНК-содержащих, просто и сложно устроенных. В составе большинства вирусов обнаружены протеинкиназы, однако

фосфорилирование может осуществляться как вирусными, так и клеточными ферментами. Обычно фосфорилируются белки, связанные с вирусным геномом и осуществляющие регулирующую роль в его экспрессии. Одним из примеров является фосфорилирование белка онкогенных вирусов, обусловливающего клеточную трансформацию. Этот белок является продуктом гена 8гс и одновременно протеинки-назой и фосфопротеидом, т. е. способен к самофосфо-рилированию.

С процессом фосфорилирования связан механизм антивирусного действия интерферона. В зараженных вирусом клетках интерферон индуцирует синтез протеин-киназы, которая фосфорилирует субъединицу инициирую-щего фактора трансляции ЭИФ-2, в результате чего блокируется трансляция вирусных информационных РНК. Фосфорилирование белков играет регулирующую роль в транскрипции и трансляции вирусных иРНК, специфиче-ском узнавании вирусных иРНК рибосомой, белокнуклеи-новом и белок-белковом узнавании на стадии сборки вирусных частиц.

Средний (латентный) период репродукции вирусов. В нем происходит синтез вирусных компонентов, НК и белка.

1) Транскрипция – переписывание информации с ДНК на РНК по законам генетического кода с помощью РНК-полимеразы. Вирусная НК вступает в контакт с рибосомами и налаживает синтез ранних белков. Репрессоры типа гистонов блокируют синтез клеточной ДНК. Гистон препятствует снятию информации с клеточной ДНК на иРНК. На рибосомы не поступает клеточная информация, они освобождаются от синтеза клеточных компонентов. Ранние белки влияют и на митотические функции клетки, и она прекращает деление. Некоторые вирусы налаживают синтез ферментов ДНКаз, которые разрушают клеточный геном, чтобы использовать продукты клеточного генома для синтеза вирусных НК. Наряду с подавлением синтеза клеточных компонентов НК вируса вызывает синтез белков-полимераз, необходимых для репликации вирусных НК.

2) Трансляция иРНК. Стратегия вирусного генома в отношении синтеза иРНК у разных вирусов разная. У ДНКовых вирусов: ДНК - транскрипция – РНК – трансляция – белок. Такая стратегия у герпесвирусов и аденовирусов. Геном вирусов, представленный + нитью РНК, имеет более простую форму. РНК + - белок. Пикорнавирусы, тогавирусы, коронавирусы. Вирусы, геном которых представлен РНК - : РНК - - иРНК – белок. При участии фермента транскриптазы происходит синтез иРНК. У ортомиксовирусов, парамиксовирусов, рабдовирусов. У ретровирусов передача генетической информации уникальная: РНК – ДНК – РНК – белок.

3) Репликация вирусных НК. Механизм репликации вирусных РНК и ДНК различен в зависимости от генома вируса. Субстратами для синтеза вирусных РНК и ДНК являются клеточные трифосфаты (АТФ, УТФ и т.д.) и углеводы (рибоза, дезоксирибоза). Разнообразие механизмов репликации связано с различными типами генома у вирусов.

· Если вирус содержит двунитчатую ДНК, то для её синтеза нужен фермент ДНК-полимераза. У многих вирусов этот фермент есть. Если этого фермента нет в составе вириона (герпес-, аденовирусы), происходит расхождение нитей, на одной из нитей синтезируется иРНК. Она идет на рибосомы, где синтезируется белок-фермент ДНК-полимераза. Он осуществляет сборку молекул точных копий вирусной ДНК из клеточных компонентов.

· Если в составе вириона имеется однонитчатая ДНК (парвовирусы), для её репликации необходим фермент ДНК-зависимая ДНК-полимераза, который входит в состав вириона. Этот фермент использует одну нить ДНК как матрицу, и на ней по принципу комплементарности строит вторую нить, т.е. на +нити сроится -нить, а на –нити - + нить. В дальнейшем на этой двуспиральной структуре синтезируются дочерние +нити ДНК. Матрицей является –нить ДНК.

· У РНКовых вирусов геном представлен +нитью РНК (пикорнавирусы). +нить идет на рибосомы и налаживает синтез белка РНК-полимеразы. Этот фермент строит комплементарную –нить РНК, а затем на ней, как на матрице, собираются +нити РНК.

· Если геном представлен –нитью РНК (рабдовирусы, ортомиксовирусы). –нить не вступает в контакт с рибосомами, не может наладить синтез белка. У этих вирусов должен быть фермент РНК-зависимая РНК-полимераза. Этот фермент синтезирует комплементарные +нити РНК, которые затем поступают в рибосомы клетки. Фермент РНК-полимераза синтезирует на +нити РНК многочисленные копии –нитей РНК.

· Если геном представлен несколькими фрагментами, то каждый фрагмент несет свою информацию на рибосомы (в виде +нити РНК).

· Вирусные двунитчатые РНК у реовирусов не могут поступать непосредственно в рибосомы. Передача генетической информации у них происходит через иРНК. В вирионах этих вирусов имеется фермент РНК-транскриптаза, с помощью которого синтезируется иРНК на матрице двунитчатой РНК. Фермент переписывает генетическую информацию с двунитчатой РНК на иРНК. иРНК поступает в рибосому, где вызывает синтез РНК-репликазы. Этот фермент синтезирует +нити РНК, комплементарные –нити, и вновь синтезируются двунитчатые молекулы РНК.

· У онкогенных вирусов геном представлен РНК. Геном этих вирусов должен войти в геном клетки. В составе вирионов этих вирусов имеется фермент РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза). Кроме того, у них есть фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза, осуществляющая синтез РНК на матрице ДНК.

Синтез вирусных НК идет до тех пор, пока есть строительный материал.

4) Синтез вирусных белков. АК состав вирусных белков не отличается в качественном отношении от АК состава клеточных белков. Те и другие построены из 20 АК. Синтез вирусных белков подчиняется всем закономерностям, которые присущи синтезу белков клетки, в его основе лежит тот же механизм. Белки синтезируются из АК клетки.

У ДНКовых вирусов процесс начинается с транскрипции, т.е. переписывания кода синтеза на матрицы ДНК. По принципу комплементарности образуются поздние иРНК. В их синтезе участвует ДНК-зависимая РНК-полимераза. Далее идет процесс трансляции, т.е. перевод генетической информации, содержащейся в иРНК на специфическую последовательность АК в синтезируемых вирусоспецифических белках. Считывание информации и синтез белка осуществляется с помощью транспортных РНК, которые в соответствии с кодом, т.е. чередованием пуриновых и пиримидиновых оснований в молекуле иРНК подбирают определенные АК на рибосомах, из которых формируется пептидная цепочка, которая уже является структурным белком. Из него формируются капсомеры и капсид.

Есть данные, что в разных тканях или на разных поверхностях эпителиальных клеток механизмы адсорбции вирусов и их проникновения в клетку неодинаковы.

4. Синтез вирусных белков

В основе этого синтеза лежит тот же механизм, что и при синтезе белка в нормальных клетках. У РНК-содержащих пикорнавирусов функцию иРНК выполняют плюс-нити. У них односпиральная вирионная РНК транслируется с образованием одного гигантского полипептида, который затем расщепляется на отдельные функциональные белки. В синтезе полновирусного белка выражена постоянная во времени трансляция всех генов вирусной РНК. У орто-, рабдо- и парамиксовнрусов вирионная односпиральная РНК не транслируется, а транслируется комплементарная ей плюс-нить, поэтому синтез вирусных специфических белков начинается после образования вирусной иРНК (плюс-нити), которая комплементарна вирионной РНК-Минус-нити синтезируются на плюс-нити вирионной РНК-зависимой полимеразой (РНК-транскриптазой), находящейся в составе вириона в качестве структурного компонента. Синтезирующиеся вирионной полимеразой иРНК являются моноцистронными и значительно короче вирионной РНК. В процессе вирусной инфекции происходят распад клеточных полисом и образование вирусспецифических полисом.

Синтез вирусспецифического белка зависит от синтеза вирусной иРНК, но и влияет на него: если синтез белка нарушен, происходит затоваривание вновь образующейся иРНК в местах ее синтеза и тормозится дальнейший ее синтез.

Вирусные белки в процессе инфекции синтезируются в избыточном количестве, чем требуется для образования инфекционного вируса. Например, в клетках, инфицированных вирусами герпеса, в вирусное потомство включается только около 35% от общей массы вирусспецифических белков, синтезированных в клетках.

У большинства вирусов синтез белков осуществляется в цитоплазме; относительно ядерной локализации синтеза белков некоторых вирусов существует сомнение. Известно, что вирусные белки могут синтезироваться в одних структурах, а накапливаться- в других. Механизмы, ответственные за миграцию вирусных белков в ядро, не выяснены. Известно лишь, что отсутствие аргинина в среде приводит к подавлению миграции структурных белков вируса герпеса от места их синтеза (цитоплазмы) к месту сборки вирионов (ядру), хотя синтез ДНК и белка вируса не нарушен.

На разных стадиях инфекционного цикла могут преимущественно образовываться то одни, то другие группы вирусспецифических белков. Скорость их регулируется либо на уровне транскрипции (с образованием иРНК), либо на уровне трансляции (считывание иРНК на рибосомах).

В зараженной клетке непропорционально накапливаются иРНК с разных вирусных генов. Механизм этой непропорциональности заложен в самой вирусной частице. Этот же механизм определяет разную эффективность образования различ- ых белков. Стандартная вирусная частица содержит одну молекулу РНК и до 10 тыс. молекул белков. Помимо структур-ных белков, в зараженной клетке могут синтезироваться и не-структурные (но кодируемые вирусной РНК) белки. Наряду с синтезом белков в клетке при репродукции вируса гриппа происходит синтез и углеводных цепей, входящих в состав гликопротеидов. Присоединение углеводов осуществляется с помощью трансфераз, которые являются клеточными ферментами. Синтез липидов также осуществляется клеткой. Вирусная оболочка формируется при включении липидов из плазматической мембраны клетки-хозяина. Синтез вирусных нуклеиновых кислот и вирусспецифических белков происходит почти одновременно и не менее чем на 1 ч опережает созревание вирусных частиц.

5. Сборка вирионов и выход их из клетки

Синтез компонентов вирусных частиц в клетке разобщен и может протекать в разных структурах ядра и цитоплазмы. Вирусы, репликация которых проходит в ядрах, условно называют ядерными. В основном это ДНК-содержащие вирусы: адено-, папова-, парвовирусы, вирусы герпеса. Вирусы, реплицирующиеся в цитоплазме, называют цитоплазмэтическими. К ним относятся из ДНК-содержащих вирус оспы и большинство РНК-содержащих вирусов, за исключением ортомиксо- и ретровирусов. Однако это разделение весьма относительно, потому что в репродукции тех и других вирусов есть стадии, протекающие соответственно в цитоплазме и ядре.

Внутри ядра и цитоплазмы синтез вирусспецифических молекул также может быть разобщен. Так, например, синтез одних белков осуществляется на свободных полисомах, а других-на полисомах, связанных с мембранами. Вирусные нуклеиновые кислоты синтезируются в ассоциации с клеточными структурами вдали от полисом, которые синтезируют вирусные белки. При таком дизъюнктивном способе репродукции образование вирусной частицы возможно лишь в том случае, если вирусные нуклеиновые кислоты и белки обладают способностью при достаточной концентрации узнавать друг друга в многообразии клеточных белков и нуклеиновых кислот и самопроизвольно соединяться друг с другом, т. е. способны к самосборке.

В основе самосборки лежит специфическое белок-нуклеиновое и белок-белковое узнавание, которое может происходить в результате гидрофобных ионных и водородных связей, а также стерического соответствия. Белок-нуклеиновое узнавание ограничено небольшим участком молекулы нуклеиновой кислоты и определяется уникальными последовательностями нуклеотидов в некодирующей части вирусного генома. С этого узнавания участка генома вирусными капсидными белками начинается процесс сборки вирусной частицы. Присоединение остальных белковых молекул осуществляется за счет специфических белок-белковых взаимодействий или неспецифических белок-нуклеиновых взаимодействий.

Объединение белка с вирусными нуклеиновыми кислотами в клетке происходит спонтанно как чисто физико-химическая реакция агрегации, требующая участия дополнительных факторов (рН, ионной силы, ионов металлов, осмоса и т.п.). После того как концентрация вирусных РНК и белка достигает критического уровня; у сложно устроенных вирусов принципы самосборки обеспечивает от начала до конца морфогенез вирионов.

Для того чтобы представить этап созревания дочерних вирусных частиц у парамиксовирусов, необходимо выяснить, каким образом молекула 50S РНК, около 10 тыс. молекул белков, липидов и сахара собираются в зараженной клетке и образуют морфологически и биологически полноценную частицу. Созревание можно разделить на три этапа: 1) образование внутриклеточных нуклеокапсидов; 2) организация вирусной мембраны; 3) выход зрелой вирусной частицы из клетки с помощью так называемого почкования.

Образование нуклеокапсидов . Быстрое включение 50S РНК в капсид обусловлено сравнительно быстрым и в избытке накоплением в. зараженной клетке структурных белков нуклеокапсидов. Формирование (ассемблирование) вирионов происходит путем самосборки, которая обусловлена «узнаванием» РНК белками. Полагают, что узнающим белком является белок Р, поскольку он наиболее жестко связан с РНК в вирусных частицах. Считают, что узнаваемый участок РНК локализуется на 5"-конце молекулы. Нуклеокапсиды накапливаются в цитоплазме зараженных клеток, причем скорость образования внутриклеточных нуклеокапсидов гораздо выше, чем скорость образования вируса. Образование внутриклеточных нуклеокапсидов сопряжено во времени с биосинтезом 50S РНК.

Вирусы

Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белков, образующих оболочку вокруг этой нуклеиновой кислоты, т.е. представляют собой нуклеопротеидный комплекс. В состав некоторых вирусов входят липиды и углеводы. Вирусы содержат всегда один тип нуклеиновой кислоты - либо ДНК, либо РНК. Причем каждая из нуклеиновых кислот может быть как одноцепочечной, так и двухцепочечной, как линейной, так и кольцевой.

Размеры вирусов - 10–300 нм. Форма вирусов: шаровидная, палочковидная, нитевидная, цилиндрическая и др.

Капсид - оболочка вируса, образована белковыми субъединицами, уложенными определенным образом. Капсид защищает нуклеиновую кислоту вируса от различных воздействий, обеспечивает осаждение вируса на поверхности клетки-хозяина. Суперкапсид характерен для сложноорганизованных вирусов (ВИЧ, вирусы гриппа, герпеса). Возникает во время выхода вируса из клетки-хозяина и представляет собой модифицированный участок ядерной или наружной цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.

Если вирус находится внутри клетки-хозяина, то он существует в форме нуклеиновой кислоты. Если вирус находится вне клетки-хозяина, то он представляет собой нуклеопротеидный комплекс, и эта свободная форма существования называется вирионом. Вирусы обладают высокой специфичностью, т.е. они могут использовать для своей жизнедеятельности строго определенный круг хозяев.

В цикле репродукции вируса можно выделить следующие стадии.

Осаждение на поверхности клетки-хозяина.

Проникновение вируса в клетку-хозяина (могут попасть в клетку-хозяина путем: а) «инъекции», б) растворения оболочки клетки вирусными ферментами, в) эндоцитоза; попав внутрь клетки вирус переводит ее белок-синтезирующий аппарат под собственный контроль).

Встраивание вирусной ДНК в ДНК клетки-хозяина (у РНК-содержащих вирусов перед этим происходит обратная транскрипция - синтез ДНК на матрице РНК).

Транскрипция вирусной РНК.

Синтез вирусных нуклеиновых кислот.

Самосборка и выход из клетки дочерних вирусов. Затем клетка либо погибает, либо продолжает существовать и производить новые поколения вирусных частиц.

Вирус иммунодефицита человека поражает главным образом CD4-лимфоциты (хелперы), на поверхности которых есть рецепторы, способные связываться с поверхностным белком ВИЧ. Кроме того, ВИЧ проникает в клетки ЦНС, нейроглии, кишечника. Иммунная система организма человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям различных инфекций. Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7–10 лет.

Источником заражения служит только человек - носитель вируса иммунодефицита. СПИД передается половым путем, через кровь и ткани, содержащие вирус иммунодефицита, от матери к плоду.

Цитология

Цитология - наука о клетке. Изучает строение и функции клеток одноклеточных и многоклеточных организмов. Клетка является элементарной единицей строения, функционирования, роста и развития всех живых существ. Поэтому процессы и закономерности, характерные для цитологии, лежат в основе процессов, изучаемых многими другими науками (анатомия, генетика, эмбриология, биохимия и др.).