Віруси, як і бактерії, можна виявити в кожній точці нашої планети. Вони зустрічаються в гарячих джерелах, на дні океанів і навіть в арктичних льодах. Хімічний склад вірусів довгий час дивував вчених, так як він істотно відрізняється від складу всіх раніше відомих організмів: тільки віруси здатні зберігати генетичну інформацію на матриці РНК, транскрибувати ДНК на матриці РНК, вбудовувати свій геном в ДНК живої клітини під дією ферментів інтеграз. У цій статті ми докладно розберемо структуру, геном і хімічний склад вірусів.
Загальні відомості про віруси
Перебуваючи поза живою клітиною, віруси не виявляють жодних ознак, характерних для живих організмів. У такому стані неактивні віруси називають віріонами. У віріоні немає клітинних органел, характерних для клітин інших живих організмів, - плазматичної мембрани, мітохондрій, рибосом, ядришка, ядра та інших. Віріон включає оболонку з білкових суб'єднань - капсид, додаткову оболонку, яка є не у всіх вірусів, - суперкапсид і геном.
Генетичний матеріал вірусу реалізується тільки при попаданні в живу клітку. Залежно від типу вірусного геному, нуклеїнові кислоти реплікуються або в ДНК клітини господаря, або на мітохондріях в цитоплазмі.
Структура простого віріона
Простий віріон складається з генетичного матеріалу і зовнішньої оболонки - капсида. Капсид складається з білкових суб'єднань, званих капсомерами. Спосіб організації каспомерів визначає просторову структуру вірусу. Хімічний склад капсида представлений одним або кількома видами білків. Форма капсида може бути ікосаєдричною (характерна для аденовірусів), спіральною (вірус тютюнової мозайки) або комплексною (зустрічається у проксівірусів і рабдовірусів). Капсид може складатися як з одного, так і з декількох видів білків. Суб'єдиниці капсида багато в чому визначають морфологію і хімічний склад вірусів.
Капсид захищає генетичний матеріал вірусу від механічних пошкоджень, впливу перепадів температури, рН, впливу радіації та хімічних речовин. Капсид разом з геномом вірусом називають нуклеокапсидом.
Структура складного віріона
Складно організований віріон має в складі додаткову структуру - суперкапсидну оболонку, яка знаходиться над капсидом.
Будова та хімічний склад вірусів, що містять суперкапсидну оболонку, суттєво відрізняється від складу простих вірусів. Суперкапсидна оболонка формується з клітинної мембрани клітини господаря і складається на 95% з ліпідів і білків. У складі суперкапсиду присутня невелика кількість глікопротеїнів - складних білків, в яких білкова частина пов'язана з вуглеводом ковалентними зв'язками.
Суперкапсид, як і капсид, виконує захисну функцію. Глікопротеїни у складі суперкапсиду служать для ідентифікації та зв'язування зі специфічними рецепторами на поверхні клітини господаря.
Вірусні білки
Бактеріальні білки можуть бути капсидними, суперкапсидними або геномними. Капсидні та суперкапсидні білки виконують захисні функції. Геномні білки ковалентно пов'язані з геномом і утворюють з молекулами вірусної РНК або ДНК рибо- або дезоксирибонуклеопротеїни. Ці білки беруть участь у компактизації нуклеїнової кислоти, а також у репарації, транскрипції і трансляції.
Хімічний склад вірусів складний. Особливо різноманітні за своєю структурою і складом вірусні ферменти. Залежно від функції, що виконується, їх ділять на два великих класи:
- ферменти, необхідні для реплікації вірусного геному;
- ферменти, що полегшують проникнення вірусної нуклеїнової кислоти в клітку і забезпечують подальший вихід віріонів з клітини.
До першого класу ферментів належить РНК- і ДНК-залежна РНК-полімераза, ДНК-полімераза, зворотна транскриптаза, інтеграза, ДНК-бета-глікозилтрансфераза і багато інших.
До другого класу належить нейрамінідаза, що входить до складу глікопротеїнів, гемагглютинін-естераза, ендолізин і деякі інші.
Вірусні ліпіди
Ліпіди є одним з основних компонентів хімічного складу вірусів і у великій кількості містяться в суперкапсидній оболонці. Суперкапсид формується з плазматичної мембрани клітини господаря, тому склад ліпідної композиції визначає хімічний склад цієї мембрани. Вірусні ліпіди представлені в основному фосфоліпідами (50-60%) і холестерином (20-30%), так як саме ці ліпіди в найбільших кількостях представлені в плазмалеммі. У слідових кількостях може бути присутній фосфоінозитол.
Ліпіди є обов'язковим компонентом складу суперкапсидної оболонки. Вони вносять внесок у формування поверхневого заряду клітини за рахунок заряджених груп у складі фосфоліпідів, а також надають суперкапсиду гнучкість, необхідну для протистояння зовнішнім механічним ушкодженням. Ліпіди також служать хорошим додатковим ізолятором для генетичного матеріалу вірусів у разі різких змін температури або кислотності середовища, забезпечують підтримку постійного хімічного складу клітини. Віруси з суперкапсидною оболонкою завдяки товстому шару ліпідів і білків більш стійкі до дії детергентів, ніж прості віріони.
Вуглеводи у складі вірусу
Вуглеводи у складі вірусу, як правило, пов'язані з ліпідами або білками капсида (при цьому вони називаються гліколіпідами або глікопротеїнами відповідно). Глікопротеїни утворюють шиповаті вирости на поверхні клітини, які мають властивості гемагглютинінів (викликають агглютинацію еритроцитів) або руйнують нейрамінову кислоту, що входить до складу клітинних стінок, за допомогою нейрамінідази.
Генетичний матеріал
Генетичний матеріал вірусів може бути представлений як одно- або двозначною ДНК, так і одно- або двозначною РНК. Більше ні в яких живих організмів РНК не є основним носієм генетичної інформації. ДНК-віруси реплікуються в ядрі клітини, оскільки для цього процесу необхідна клітинна ДНК-полімераза. РНК-віруси реплікуються в цитоплазмі, на рибосомах клітини господаря.
Існують віруси, здатні перетворювати молекулу РНК на молекулу ДНК за допомогою зворотної транскриптази. Найвідомішим представником цього класу вірусів є вірус імунодефіциту людини. Синтезована на матриці РНК молекула вірусної ДНК під дією ферменту інтегрази будується в хромосому клітини господаря і транскрибується разом з нормальними ділянками ДНК.
Бактеріальні віруси: бактеріофаги
Бактеріофаги - особливі віруси, оскільки вони вражають виключно бактеріальні клітини. Структура і хімічний склад вірусів і бактеріофагів дуже схожі. Однак у других є додатковий відросток з фібрилярних білків. Генетичний матеріал бактеріофагів може бути представлений як ДНК, так і РНК.
Проникнення бактеріофагу всередину бактеріальної клітини призводить до її лізису. Таким чином бактеріофаги регулюють чисельність бактеріальної популяції. Крім того, ці віруси забезпечують генетичне розмаїття бактерій. Завдяки бактеріофагам здійснюється процес трансдукції: фрагменти бактеріальної хромосоми або плазміди упаковуються в головку бактеріофагу, виходять у її складі з вихідної бактеріальної клітини і подають в іншу бактеріальну клітку, де і реплікуються. Так у бактеріальну клітку потрапляє новий для неї генетичний матеріал.
