Cum sunt conectate virușii și moleculele. Test de biologie "Nivel genetic molecular
Virușii diferă de materia neînsuflețită prin două proprietăți: capacitatea de a reproduce forme similare cu ei înșiși (înmulțiți) și posesia eredității și variabilității.
Virușii sunt aranjați foarte simplu. Fiecare particulă virală este formată din ARN sau ADN închis într-un strat proteic numit capsidă (Fig. 16).
2. Activitatea vitală a virușilor.
După ce a pătruns în celulă, virusul își schimbă metabolismul, direcționându-și toate activitățile către producția de virus acid nucleicși proteine virale. Autoasamblarea particulelor virale din molecule și proteine de acid nucleic sintetizate are loc în interiorul celulei. Până în momentul morții, un număr mare de particule virale au timp să fie sintetizate în celulă. În cele din urmă, celula moare, membrana ei izbucnește și virușii părăsesc celula gazdă (Fig. 17).
Cazare în celule organisme vii, virusurile provoacă multe boli periculoase: la om - gripă, variolă, rujeolă, poliomielită, oreion, rabie, SIDA și multe altele; la plante - boala mozaicului tutunului, roșiilor, castraveților, răsucirii frunzelor, nanismului etc .; la animale - febra aftoasă, ciuma porcină și a păsărilor, anemia infecțioasă a cailor etc.
Întrebări de testare pentru secțiunea „Nivelul molecular al naturii vii”
Fiecare opțiune va primi 10 întrebări
fiecare întrebare trebuie să aibă un răspuns într-o propoziție completă
- Ce elemente sunt incluse în carbohidrați? Scrie formula generală glucide.
- Ce carbohidrați se găsesc în acizii nucleici (ADN și ARN)?
- Notează numele celor mai importante dizaharide.
- Notează numele celor mai importante polizaharide.
- Ce polizaharide fac parte din pereții celulari ai celulelor vegetale și fungice?
- Ce carbohidrați sunt depozitați în celulele vegetale și animale ca substanțe de rezervă?
- Notați formula generală a aminoacizilor.
- Cum sunt reprezentate structurile primare și secundare ale proteinelor?
- Care sunt reprezentate de structurile terțiare și cuaternare ale proteinelor?
- Ce este denaturarea?
- Ce molecule sunt biopolimeri?
- Ce sunt enzimele?
- Care este numele site-ului enzimei care interacționează cu molecula substratului?
- Unde sunt moleculele ADN din celulă?
- Ce baze azotate sunt incluse în nucleotidele ADN? ARN?
- Câți legături de hidrogen se formează între baze azotate complementare din ADN?
- Care sunt funcțiile ADN-ului și ARN-ului într-o celulă?
- Ce carbohidrați sunt incluși în nucleotidele ADN? ARN?
- Ce molecule organice, pe lângă proteine, au activitate catalitică?
- Ce tipuri de ARN se disting într-o celulă?
- Unde sunt moleculele de ARN din celulă?
- Din ce molecule constau grăsimile?
- Câtă energie este eliberată în timpul oxidării grăsimilor față de carbohidrați?
- Care molecule sunt gardieni informații genetice?
- Ce molecule sunt principalele materiale de construcție ale celulei? Sursă de energie primară și de rezervă?
- Ce carbohidrați și ce bază azotată sunt incluse în ATP?
- Ce cantitate de energie este eliberată în timpul descompunerii ATP în AMP și molecule de 2 H 3 PO 4?
- De ce are nevoie organismul de vitamine pentru un metabolism normal?
- Ce acizi nucleici pot fi găsiți în viruși?
- Enumerați 5 boli umane cauzate de viruși.
Temele părții A. Alegeți un răspuns corect dintre cele patru sugerate
A1. Cel mai scăzut nivel de organizare a celor vii este:
1) atomic
2) celular
3) moleculară
4) organice
A2. Printre substanțele enumerate, nu este un polimer biologic:
2) glucoza
3) glicogen
4) hemoglobina
A3. Substanțe anorganice celulele sunt:
1) carbohidrați și grăsimi
2) acizi nucleici și apă
3) proteine și grăsimi
4) apă și apă minerală
A4. Materie organică celulară care oferă stocare informații ereditareși transmiterea acestuia către descendenți, baza aparatului său genetic:
3) glucide
4) acizi nucleici
A5. Dintre carbohidrații enumerați, monozaharida este:
2) amidon
3) zaharoză
4) fructoză
A6. Moleculele lipidice sunt compuse din:
1) aminoacid
2) monozaharide
3) apă și minerale
4) glicerină și acizi grași superiori
A7. Comparativ cu oxidarea a 1 g de carbon, oxidarea grăsimilor de aceeași masă produce energie:
1) la jumătate
2) de două ori mai mult
3) de patru ori mai mult
4) aceeași sumă
A8. Substanțele organice, care sunt principalul material de construcție al structurilor celulare și participă la reglarea proceselor activității sale vitale, sunt:
1) proteine
3) glucide
4) acizi nucleici
A9. Întreaga varietate de proteine se formează datorită diverselor combinații din moleculele lor:
1) 4 aminoacizi
2) 20 de aminoacizi
3) 28 de aminoacizi
4) 56 aminoacizi
A10. Cel mai înalt nivel de configurație structurală spațială a moleculei de hemoglobină:
1) primar
2) secundar
3) terțiar
4) cuaternar
A11. Monomerii moleculelor de acid nucleic sunt:
1) nucleotide
2) monozaharide
3) aminoacizi
4) acizi grași superiori
A12. ADN-ul conține zahăr:
2) glucoza
3) fructoză
4) dezoxiriboză
A13. Indicați o pereche de nucleotide complementare într-o moleculă de ADN:
2) AT
A14. Pentru site-ul ADN ACCGTAATG, indicați componenta complementară:
1) AAGGTSAGT
2) THGTSTAACTS
3) TCTSGTTATSG
4) TGGZATTATS
A15. ATP include:
1) riboză, adenină, trei reziduuri de acid fosforic
2) riboză, adenină, un reziduu de acid fosforic
3) riboză, dezoxiriboză, trei reziduuri de acid fosforic
4) dezoxiriboză, adenină, trei reziduuri de acid fosforic
A16. ATP joacă un rol important în metabolismul organismelor, deoarece:
1) este baza structurală a nucleotidelor
2) conține comunicare microenergică
3) este de obicei produsul final al metabolismului
4) poate fi obținut rapid din mediul înconjurător al corpului
A17. Vitaminele sunt solubile în apă:
2) C
A18. De compoziție chimică cele mai multe enzime sunt:
2) proteine
3) glucide
4) acizi nucleici
2) viruși
3) bacterii
4) plante unicelulare
A20. Virușii sunt compuși din:
1) membrana celulozei, citoplasma, nucleul
2) membrana proteică și citoplasma
3) acidul nucleic și stratul proteic
4) mai multe celule microscopice
Temele pentru partea B. Alegeți trei răspunsuri corecte dintre cele șase propuse
ÎN 1. Molecula de ADN diferă de ARNm prin faptul că:
1) este înfășurat
2) este format din două lanțuri polinucleotidice
3) constă dintr-un lanț polinucleotidic
4) are capacitatea de a se auto-dubla
5) nu are capacitatea de a se auto-dubla
6) servește ca matrice pentru asamblarea lanțului polipeptidic
AT 2. Carbohidrații au următoarele funcții:
1) semnal
2) structural
3) transport
4) de reglementare
5) energie
6) enzimatic
Potriviți conținutul primei și celei de-a doua coloane
LA 3. Corelați materia organică și funcția pe care o îndeplinește în celulă și / sau în organism
dar b în G d 5 1 4 2 3
Stabiliți succesiunea corectă a proceselor biologice, fenomenelor, acțiunilor practice
AT 4. Setați secvența de formare a structurii moleculei de proteină a hemoglobinei
a) răsucirea moleculelor de proteine într-o spirală
b) formarea legăturilor peptidice între aminoacizi și formarea unui lanț peptidic
c) combinarea mai multor globule
d) răsucirea moleculei de proteină într-o bilă
<Бактериофаг>
Viruși care infectează alți viruși (viruși prin satelit.
Multe virusuri cauzează boli precum SIDA, rubeolă, oreion (oreion), varicelă și variolă. Virușii au dimensiuni microscopice, mulți dintre ei pot trece prin orice filtru. Și spre deosebire de bacterii, virușii nu pot fi crescuți pe medii nutritive, deoarece nu prezintă proprietățile ființelor vii din afara corpului. În afara unui organism viu (gazdă), virusurile sunt cristale de substanțe care nu au nici o proprietate a sistemelor vii.
Istorie
Pentru prima dată existența unui virus (ca un nou tip de agent patogen) a fost dovedită în 1892 de către omul de știință rus D. I. Ivanovsky. După mulți ani de cercetări asupra bolilor plantelor de tutun, într-o lucrare din 1892, DI Ivanovsky ajunge la concluzia că mozaicul de tutun este cauzat de „bacterii care trec prin filtrul Chamberlain, care, totuși, nu sunt capabile să crească pe substraturi artificiale. " Cinci ani mai târziu, în studiul bolilor la bovine, și anume, febra aftoasă, a fost izolat un microorganism filtrabil similar. Și în 1898, în timp ce reproduce experimentele lui D. Ivanovsky ale botanistului olandez M. Beijerinck, el a numit astfel de microorganisme „viruși filtrabili”. Într-o formă prescurtată, acest nume a început să denote acest grup de microorganisme. În 1901 a fost descoperită prima boală virală umană - febra galbenă. Această descoperire a fost făcută de chirurgul militar american W. Read și colegii săi. În 1911, Francis Routh a dovedit natura virală a cancerului - sarcomul Rous (abia în 1966, 55 de ani mai târziu, i s-a acordat Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină pentru această descoperire). În anii următori, studiul virușilor a jucat un rol important în dezvoltarea epidemiologiei, imunologiei, geneticii moleculare și a altor ramuri ale biologiei. Astfel, experimentul Hershey-Chase a devenit o dovadă decisivă a rolului ADN-ului în transmiterea proprietăților ereditare. ÎN ani diferiți cel puțin încă șase premii Nobel pentru fiziologie sau medicină și trei premii Nobel pentru chimie au fost acordate pentru cercetări legate direct de studiul virușilor. În 2002, la Universitatea din New York a fost creat primul virus sintetic (virusul poliomielitei).
Structura virușilor
Pur și simplu virușii organizați constau dintr-un acid nucleic și mai multe proteine care formează un înveliș în jurul său - o capsidă. Un exemplu de astfel de viruși este virusul mozaicului tutunului. Capsidul său conține un tip de proteină cu o greutate moleculară mică. Virușii organizați complex au un anvelopă suplimentară - proteină sau lipoproteină; uneori în cochiliile exterioare ale virusurilor complexe, pe lângă proteine, sunt conținuți carbohidrați. Agenții cauzali ai gripei și herpesului sunt exemple de viruși organizați complex. Membrana lor exterioară este un fragment al membranei nucleare sau citoplasmatice a celulei gazdă, din care virusul pătrunde în mediul extracelular. Particulele virale mature se numesc virioni. De fapt, acestea sunt un genom acoperit cu un strat proteic deasupra. Această coajă este o capsidă. Este construit din molecule proteice care protejează materialul genetic al virusului de efectele nucleazelor - enzime care distrug acizii nucleici. În unele virusuri, un plic supercapsidic este situat deasupra capsidei, construit și din proteine. Materialul genetic este acidul nucleic. În unele virusuri, acesta este ADN (așa-numitele virusuri ADN), în altele - ARN (viruși ARN). Virușii ARN sunt numiți și retrovirusuri, deoarece pentru sinteza proteinelor virale în acest caz este necesară transcrierea inversă, care este efectuată de o enzimă - transcriptază inversă (revers transcriptază) și este o sinteză ADN bazată pe ARN.
Rolul virușilor în biosferă
Virușii sunt una dintre cele mai comune forme de existență a materiei organice pe planetă în ceea ce privește numărul: apele oceanelor conțin un număr colosal de bacteriofagi (aproximativ 250 de milioane de particule pe mililitru de apă), numărul totalîn ocean - aproximativ 4 × 1030, iar numărul de viruși (bacteriofagi) în sedimentele de fund ale oceanului practic nu depinde de adâncime și este foarte mare peste tot. Sute de mii de specii (tulpini) de viruși trăiesc în ocean, dintre care majoritatea covârșitoare nu au fost descrise, cu atât mai puțin studiate. Virușii joacă un rol important în reglarea dimensiunii populației unor specii de organisme vii (de exemplu, virusul sălbatic reduce numărul de vulpi arctice de mai multe ori la fiecare câțiva ani).
Poziția virușilor în sistemul lumii organice
Originea virușilor
Structura
Particulele virale (virioni) sunt o capsulă proteică - o capsidă care conține genomul virusului, reprezentat de una sau mai multe molecule de ADN sau ARN. Capsidul este construit din capsomere - complexe proteice, care, la rândul lor, constau din protomeri. Acidul nucleic în complex cu proteine este denumit nucleocapsidă. Unii viruși au și o membrană lipidică exterioară. Dimensiunile diferiților viruși variază de la 20 (parvovirusuri) la 500 (mimivirusuri) și mai mulți nanometri. Virionii au adesea corectul forma geometrică(icosaedru, cilindru). O astfel de structură de capsidă asigură identitatea legăturilor dintre proteinele sale constitutive și, prin urmare, poate fi construită din proteine standard ale uneia sau mai multor specii, ceea ce permite virusului să economisească spațiu în genom.
Mecanismul infecției
În mod convențional, procesul de infecție virală la scara unei celule poate fi împărțit în mai multe etape suprapuse:
1. Atașarea la membrana celulară - așa-numita adsorbție. De obicei, pentru ca un virion să fie adsorbit pe suprafața unei celule, acesta trebuie să aibă o proteină (adesea o glicoproteină) în membrana sa plasmatică - un receptor specific pentru acest virus. Prezența unui receptor determină adesea gama de gazde a unui virus dat, precum și specificitatea acestuia. 2. Pătrunderea în cușcă. În etapa următoare, virusul trebuie să-și furnizeze informațiile genetice în interiorul celulei. Unii viruși poartă, de asemenea, propriile proteine necesare implementării sale (acest lucru este valabil mai ales pentru virușii care conțin ARN negativ). Diferitele virusuri folosesc strategii diferite pentru a intra în celulă: de exemplu, picornavirusurile își injectează ARN-ul prin membrana plasmatică, iar virionii ortomixovirusurilor sunt capturați de celulă în timpul endocitozei, intră în mediul acid al lizozomilor, unde are loc maturarea lor finală (deproteinizarea particula virală), după care ARN-ul în complex cu proteine virale traversează membrana lizozomală și intră în citoplasmă. Virușii diferă, de asemenea, în localizarea replicării lor, unii viruși (de exemplu, aceiași picornavirusuri) se înmulțesc în citoplasma celulei, iar unii (de exemplu, ortomixovirusuri) în nucleul său. 3. Reprogramarea celulei. Când sunt infectați cu un virus, mecanisme speciale de apărare antivirale sunt activate în celulă. Celulele infectate încep să sintetizeze molecule de semnalizare - interferoni, care traduc celulele sănătoase din jur într-o stare antivirală și activează sistemele imune. Daunele cauzate de înmulțirea virusului în celulă pot fi detectate de sistemele de control celular intern și o astfel de celulă trebuie să se „sinucidă” într-un proces numit apoptoză sau moarte celulară programată. Supraviețuirea acestuia depinde în mod direct de capacitatea virusului de a depăși sistemele de apărare antivirale. Nu este surprinzător faptul că mulți viruși (de exemplu, picornavirusuri, flavivirusuri) în cursul evoluției au dobândit capacitatea de a suprima sinteza interferonilor, programul de apoptoză și așa mai departe. Pe lângă suprimarea apărării antivirale, virușii se străduiesc să creeze cele mai favorabile condiții în celulă pentru dezvoltarea descendenților lor. 4. Persistență. Unii viruși pot intra într-o stare latentă, interferând slab cu procesele care au loc în celulă și sunt activate numai în anumite condiții. Astfel se construiește, de exemplu, strategia de reproducere a unor bacteriofagi - atâta timp cât celula infectată se află într-un mediu favorabil, fagul nu o ucide, este moștenită de celulele fiice și se integrează adesea în genomul celular. Cu toate acestea, atunci când o bacterie infectată cu un fag lizogen intră într-un mediu nefavorabil, agentul patogen preia controlul asupra proceselor celulare, astfel încât celula începe să producă materiale din care sunt construiți fagi noi. Celula devine o fabrică capabilă să producă multe mii de fagi. Când particulele mature părăsesc celula, acestea rup ruptura membranei celulare, distrugând astfel celula. Unele tipuri de cancer sunt asociate cu persistența virușilor (de exemplu, papovavirusuri). 5. Maturarea virionilor și ieșirea din celulă. În cele din urmă, ARN sau ADN genomic nou sintetizat este îmbrăcat cu proteinele adecvate și părăsește celula. Trebuie spus că multiplicarea activă a virusului nu ucide întotdeauna celula gazdă. În unele cazuri (de exemplu, ortomixovirusurile), virusurile fiice se desprind din membrana plasmatică fără a provoca ruperea acesteia. Astfel, celula poate continua să trăiască și să producă virusul.
Tine minte!
În ce fel diferă virușii de toate celelalte viețuitoare?
De ce existența virușilor nu contrazice prevederile de bază ale teoriei celulare?
Constă din materie organică ca celule (proteine, acizi nucleici)
Reproduceți cu ajutorul celulelor
Ce boli virale cunoști?
Gripa, HIV, rabie, rubeolă, variolă, herpes, hepatită, rujeolă, papilom, poliomielită.
Examinați întrebările și sarcinile
1. Cum funcționează virușii?
Virușii au o structură foarte simplă. Fiecare virus este format din acid nucleic (sau ADN sau ARN) și proteine. Acidul nucleic este materialul genetic al virusului. Este înconjurat de o coajă proteică de protecție - capsidă. Capsidul poate conține, de asemenea, propriile sale enzime virale. Unii viruși, cum ar fi gripa și HIV, au un plic suplimentar care este format din membrana celulara celulele gazdă. Capsidul virusului, alcătuit din multe molecule de proteine, posedă grad înalt simetrie, având de obicei o formă spirală sau poliedrică. Această caracteristică structurală permite proteinelor individuale ale virusului să se combine într-o particulă virală completă prin auto-asamblare.
2. Care este principiul interacțiunii dintre virus și celulă?
3. Descrieți procesul de penetrare a virusului în celulă.
Virușii „goi” intră în celulă prin endocitoză - scufundarea unei secțiuni a membranei celulare în locul adsorbției lor. În caz contrar, acest proces este cunoscut sub numele de viropexis [virus + greacă. pexis, atașament]. Virușii „îmbrăcați” intră în celulă prin fuzionarea supercapsidei cu membrana celulară cu participarea proteinelor F specifice (proteinelor de fuziune). Valorile pH-ului acid favorizează fuziunea învelișului viral și a membranei celulare. Când virușii „goi” pătrund în celulă, se formează vacuole (endozomi). După pătrunderea în citoplasmă a virușilor „îmbrăcați”, apare o deproteinizare parțială a virionilor și modificarea nucleoproteinei acestora (stripping). Particulele modificate își pierd proprietățile infecțioase; în unele cazuri, sensibilitatea la RNază, care neutralizează acțiunea anticorpilor (AT), și alte semne specifice anumitor grupuri de viruși se schimbă.
4. Care este efectul virușilor asupra unei celule?
Gândi! Tine minte!
1. Explicați de ce un virus poate manifesta proprietățile unui organism viu numai atunci când invadează o celulă vie.
Virusul este o formă de viață necelulară, nu are organite care îndeplinesc anumite funcții în celule, nu există metabolism, virușii nu se hrănesc, nu se înmulțesc singuri, nu sintetizează nicio substanță. Au doar ereditate sub forma unui singur acid nucleic, ADN sau ARN, precum și o capsidă de proteine. Prin urmare, numai în celula gazdă, atunci când virusul își încorporează ADN-ul (dacă este un virus retro, atunci are loc prima transcriere inversă și este construit din ARN-ADN) în ADN-ul celulei, se pot forma noi viruși. În timpul replicării și sintezei ulterioare a acizilor nucleici și proteinelor de către celulă, toate informațiile despre virusul introdus de acesta sunt reproduse în același timp și sunt colectate noi particule virale.
2. De ce bolile virale au caracterul de epidemii? Descrieți măsurile de combatere a infecțiilor virale.
Se răspândesc rapid, prin picături din aer.
3. Exprimă-ți opinia despre momentul în care au apărut viruși pe Pământ în trecutul istoric, dat fiind că virușii se pot reproduce numai în celulele vii.
4. Explicați de ce la mijlocul secolului XX. virusurile au devenit unul dintre principalele obiecte ale cercetării genetice experimentale.
Virușii se înmulțesc rapid, se infectează ușor, provoacă epidemii și pandemii, pot servi ca mutageni pentru oameni, animale și plante.
5. Ce dificultăți apar atunci când se încearcă crearea unui vaccin împotriva infecției cu HIV?
Deoarece HIV distruge sistemul imunitar uman, iar vaccinul este fabricat din microorganisme slăbite sau ucise, din produsele metabolice ale acestora sau din antigenele lor obținute prin inginerie genetică sau mijloace chimice. Sistemul imunitar nu poate rezista acestei acțiuni.
6. Explicați de ce transferul materialului genetic de către viruși de la un organism la altul se numește transfer orizontal. În opinia dumneavoastră, cum se numește transferul de gene de la părinți la copii?
Transferul de gene orizontal (LGT) este un proces în care un organism transferă material genetic unui alt organism care nu este descendentul său. Transferul vertical de gene este transferul de informații genetice dintr-o celulă sau organism către descendenții săi, utilizând mecanisme genetice convenționale.
7. De-a lungul anilor, cel puțin șapte premii Nobel pentru fiziologie sau medicină și trei premii Nobel pentru chimie au fost acordate pentru cercetări legate direct de studiul virușilor. Utilizând literatură suplimentară și resurse Internet, pregătiți un raport sau o prezentare despre realizări moderneîn domeniul cercetării virusurilor.
Lupta umanității împotriva epidemiei de SIDA continuă. Și, deși este prea devreme pentru a rezuma, anumite, fără îndoială, tendințe optimiste, totul poate fi urmărit. Deci, biologii din America au reușit să crească celule imune în care virusul imunodeficienței umane nu se poate multiplica. Acest lucru a fost realizat cu ajutorul celei mai recente tehnici, care face posibilă influențarea activității aparatului ereditar al celulei. Profesorul Ramesh Akkina de la Universitatea din Colorado și colegii săi au proiectat molecule speciale care blochează activitatea uneia dintre genele cheie ale virusului imunodeficienței. Apoi oamenii de știință au realizat o genă artificială capabilă să sintetizeze astfel de molecule și, cu ajutorul unui virus purtător, au introdus-o în nucleele celulelor stem, care ulterior dau naștere la celule imune protejate deja de infecția cu HIV. Cu toate acestea, numai studiile clinice vor arăta cât de eficientă va fi această tehnică în lupta împotriva SIDA.
Chiar și acum 20 de ani, boala era considerată incurabilă. În anii 90, s-au folosit doar preparate de interferon-alfa de scurtă durată. Eficacitatea acestui tratament a fost foarte scăzută. În ultimul deceniu, „standardul de aur” în tratamentul hepatitei cronice C a fost combinat cu terapia antivirală cu interferon-alfa pegilat și ribavirină, care este în general 60-70% eficient în eliminarea virusului, adică în vindecarea hepatitei C. Mai mult, printre pacienții infectați cu genotipurile 2 și 3 ale virusului, acesta este de aproximativ 90%. În același timp, rata de vindecare la pacienții infectați cu genotipul virusului C, până de curând, a fost de doar 40-50%.
1. Caracteristici ale vieții (dimensiune)
2. Schema structurii virusului
3. Schema de penetrare în celulă, reproducere
4. Poezii și ghicitori despre viruși
4 ghicitori și poezii
Par trist -
Mă doare capul dimineața
Strănut, sunt răgușit.
Ce?
Este ... gripa
Dastardly virus această gripă
Acum doare capul
Temperatura a crescut
Și ai nevoie de o poțiune cu pene
Copilul are rujeolă?
Nu este deloc durere
Medicul va ajuta, grăbește-te
Copilul nostru se va vindeca
Mă duc la vaccinare
Voi veni cu mândrie la doctor
Dați o seringă și o injecție
Totul este gata? am fost
Viitoarea ta profesie
1. Dovediți că cunoștințele de bază despre procesele care au loc la nivel molecular și nivelurile celulare organizațiile viețuitoarelor sunt necesare nu numai biologilor, ci și specialiștilor din alte domenii ale științelor naturii.
Biofizicienii, biochimiștii, nu se pot lipsi de asemenea cunoștințe. Procesele fizice și chimice respectă aceleași legi.
2. Care sunt profesiile societate modernă necesită cunoașterea structurii și caracteristicilor vieții organismelor procariote? Pregătiți un mesaj scurt (nu mai mult de 7-10 propoziții) despre profesia care v-a impresionat cel mai mult. Explica-ti alegerea.
Biotehnolog sistemic. Specialist în înlocuirea soluțiilor învechite din diverse industrii cu produse noi din industria biotehnologiei. De exemplu, va ajuta companiile de transport să treacă la biocombustibili în loc de motorină, iar companiile de construcții - la biomateriale noi în loc de ciment și beton. Utilizați biotehnologia pentru a curăța mediile lichide.
3. „Acești specialiști sunt necesari în institutele de cercetare veterinară și medicală, institutele academice, în întreprinderile legate de biotehnologie. Nu vor rămâne fără muncă în laboratoarele clinicilor și spitalelor, la stațiile de creștere agronomică, în laboratoarele și spitalele veterinare. Uneori, ei sunt cei care pot pune diagnosticul cel mai fiabil și exact. Cercetarea lor este indispensabilă pentru diagnosticul precoce al bolilor oncologice. " Imaginați-vă despre ce fel de oameni vorbiți în aceste propoziții. Dovediți-vă punctul de vedere.
Probabil genetică. Având în vedere materialul genetic, acestea pot lucra în orice industrie legată de organismele vii, fie că este vorba de reproducere sau orice ramură a cunoștințelor medicale.
Viruși - o creatură sau o substanță?
În ultimii 100 de ani, oamenii de știință și-au schimbat în mod repetat înțelegerea naturii virușilor, purtători microscopici de boli.
La început, virușii erau considerați substanțe toxice, apoi - una dintre formele de viață, apoi - compuși biochimici. Astăzi se presupune că acestea există între lumile vii și cele neînsuflețite și că sunt principalii participanți la evoluție.
ÎN sfârșitul XIX secolul s-a constatat că unele boli, inclusiv rabia și febra aftoasă, provoacă particule similare bacteriilor, dar mult mai mici. Deoarece au fost de natură biologică și au fost transmise de la o victimă la alta, provocând aceleași simptome, virușii au început să fie considerați ca fiind cele mai mici organisme vii care poartă informații genetice.
Reducerea virusurilor la nivelul obiectelor chimice fără viață a avut loc după 1935, când Wendell Stanley a cristalizat pentru prima dată virusul mozaicului tutunului. S-a constatat că cristalele constau din componente biochimice complexe și nu posedă proprietatea necesară sistemelor biologice - activitatea metabolică. În 1946, omul de știință a primit Premiul Nobel pentru această lucrare în chimie, și nu în fiziologie sau medicină.
Cercetările ulterioare ale lui Stanley au arătat în mod clar că orice virus constă din acid nucleic (ADN sau ARN) ambalat într-un strat proteic. Pe lângă proteinele protectoare, unele dintre ele au proteine virale specifice implicate în infecția celulară. Dacă judecăm despre viruși numai după această descriere, atunci ele într-adevăr seamănă mai mult cu substanțe chimice decât cu un organism viu. Dar când virusul intră în celulă (după care este numit celula gazdă), imaginea se schimbă. El aruncă stratul proteic și subjugă întregul aparat celular, forțându-l să sintetizeze ADN sau ARN viral și proteine virale în conformitate cu instrucțiunile scrise în genomul său e. Apoi, virusul se autoasamblează din aceste componente și apare o nouă particulă virală, gata să infecteze alte celule.
Această schemă i-a obligat pe mulți oameni de știință să privească virușii într-un mod nou. Au început să fie considerați ca obiecte situate la granița dintre lumile vii și cele neînsuflețite. Potrivit virologilor M.H.V. van Regenmortel de la Universitatea din Strasbourg din Franța și B.W. Mahy de la Centrele pentru Prevenirea și Controlul Bolilor, acest mod de viață poate fi numit „viață cu împrumut”. Un fapt interesant este că, în ciuda faptului că, mult timp, biologii au văzut virusul ca pe o „cutie de proteine” plină cu detalii chimice, și-au folosit capacitatea de a se replica în celula gazdă pentru a studia mecanismul de codificare a proteinelor. Biologia moleculară modernă își datorează o mare parte din succesul informațiilor obținute din studiul virușilor.
Oamenii de știință au cristalizat majoritatea componentelor celulare (ribozomi, mitocondrii, structuri de membrană, ADN, proteine) și astăzi le privesc fie ca „mașini chimice”, fie ca materialul pe care aceste mașini îl folosesc sau îl produc. Această viziune asupra structurilor chimice complexe care asigură activitatea vitală a celulei și a devenit motivul pentru care biologii moleculari nu sunt prea preocupați de starea virușilor. Cercetătorii au fost interesați doar de aceștia ca agenți capabili să folosească celulele în scopuri proprii sau să servească drept sursă de infecție. Problema mai complexă a contribuției virușilor la evoluție rămâne neimportantă pentru majoritatea oamenilor de știință.
A fi sau a nu fi?
Ce înseamnă cuvântul „viu”? Majoritatea oamenilor de știință sunt de acord că, pe lângă capacitatea de a se reproduce, organismele vii trebuie să aibă și alte proprietăți. De exemplu, viața oricărei creaturi este întotdeauna limitată în timp - se naște și moare. În plus, organismele vii au un anumit grad de autonomie în sensul biochimic e, adică într-o oarecare măsură se bazează pe propriile lor procese metabolice, oferindu-le substanțe și energie, care le susțin existența.
O piatră, precum și o picătură de lichid în care au loc procese metabolice, dar care nu conține material genetic și nu este capabilă de auto-reproducere, este fără îndoială un obiect neînsuflețit. O bacterie este un organism viu și, deși este format dintr-o singură celulă, poate genera energie și sintetiza substanțe care îi asigură existența și reproducerea. În acest context, ce zici de sămânță? Nu fiecare sămânță prezintă semne de viață. Cu toate acestea, fiind odihnit, conține potențialul pe care l-a primit de la o substanță vie fără îndoială și care, în anumite condiții, poate fi realizat. În același timp, sămânța poate fi distrusă ireversibil, iar apoi potențialul va rămâne neîmplinit. În această privință, virusul seamănă mai mult cu o sămânță decât cu o celulă vie: are unele capacități care nu pot fi realizate, dar nu există nicio capacitate de existență autonomă.
Puteți lua în considerare, de asemenea, viața și ca o stare în care, în anumite condiții, trece un sistem, format din componente neînsuflețite cu anumite proprietăți. Viața și conștiința pot fi citate ca un exemplu de astfel de sisteme complexe (emergente). Pentru a obține statutul adecvat, trebuie să aibă un anumit nivel de dificultate. Astfel, un neuron (singur sau chiar ca parte a unei rețele neuronale) nu posedă conștiință; acest lucru necesită un creier. Dar un creier intact poate fi viu în sens biologic și, în același timp, nu oferă conștiință. În același mod, nici genele sau proteinele celulare, nici cele virale nu servesc în sine ca substanță vie, iar o celulă lipsită de un nucleu este similară cu o persoană decapitată, deoarece nu are un nivel critic de complexitate. De asemenea, virusul nu poate atinge acest nivel. Deci, viața poate fi definită ca o stare emergentă complexă, care include aceleași elemente fundamentale pe care le posedă un virus. Dacă urmăm această logică, atunci virușii, deși nu sunt obiecte vii în sensul strict al acestui cuvânt, totuși nu pot fi clasificați ca sisteme inerte: sunt la granița dintre vii și nevii.
| REPLICAREA VIRUSULUI |
Viruși și evoluție
Virușii au propriile lor, foarte lungi istoria evolutivă datând de la originile organismelor unicelulare. De exemplu, unele sisteme de reparații virale care asigură excizia bazelor incorecte din ADN și eliminarea daunelor cauzate de radicalii de oxigen etc., se găsesc numai în anumite virusuri și au existat neschimbate de miliarde de ani.
Cercetătorii nu neagă faptul că virușii au jucat un rol în evoluție. Dar, considerându-i ca fiind o materie neînsuflețită, ei îi pun la egalitate cu factori precum condiții climatice... Un astfel de factor a afectat organismele care aveau trăsături modificate, determinate genetic din exterior. Organismele mai rezistente la această influență au supraviețuit cu succes, s-au înmulțit și și-au transmis genele generațiilor următoare.
Cu toate acestea, în realitate, virușii nu au afectat indirect materialul genetic al organismelor vii, ci în modul cel mai direct - și-au schimbat ADN-ul și ARN-ul cu acesta, adică au fost jucători în domeniul biologic. Marea surpriză pentru medici și biologi evoluționisti a fost că majoritatea virusurilor s-au dovedit a fi creaturi complet inofensive, neasociate cu nicio boală. Ei dorm în liniște în interiorul celulelor gazdă sau își folosesc aparatele pentru reproducerea lor fără grabă, fără nici o deteriorare a celulei. Astfel de viruși au o mulțime de trucuri care le permit să evite ochiul atent al sistemului imunitar al celulei - pentru fiecare etapă a răspunsului imun au o genă care controlează această etapă sau o modifică în favoarea lor.
Mai mult, în procesul de coabitare a unei celule și a unui virus, genomul viral (ADN sau ARN) „colonizează” genomul celulei gazdă, furnizându-i tot mai multe gene noi, care în cele din urmă devin o parte integrantă a genomului a acestui tip de organisme. Virușii au un efect mai rapid și mai direct asupra organismelor vii decât factori externi care selectează variante genetice. Populațiile mari de viruși, împreună cu rata lor mare de replicare și rata mare de mutație, îi fac sursa principală de inovație genetică, creând în mod constant noi gene. Unele gene unice de origine virală se deplasează de la un organism la altul și contribuie la procesul evolutiv.
O celulă al cărei ADN nuclear a fost distrus este un adevărat „mort”: este lipsit de material genetic cu instrucțiuni despre cum să funcționeze. Dar virusul poate folosi componentele celulare intacte rămase și citoplasma pentru replicarea sa. El subjugă aparatul celular și îl obligă să utilizeze genele virale ca sursă de instrucțiuni pentru sinteza proteinelor virale și replicarea genomului viral. Capacitatea unică a virușilor de a se dezvolta în celulele moarte se manifestă cel mai clar atunci când gazdele sunt organisme unicelulare, care locuiesc în principal în oceane. (Majoritatea covârșitoare a virușilor trăiesc pe uscat. Potrivit experților, nu există mai mult de 1.030 de particule de virus în oceane.)
Bacteriile, cianobacteriile fotosintetice și algele, potențiale gazde ale virusurilor marine, mor adesea sub influența radiațiilor ultraviolete, care le distruge ADN-ul. În același timp, unii viruși („oaspeții” organismelor) includ un mecanism de sinteză a enzimelor care restabilesc moleculele deteriorate ale celulei gazdă și o readuc la viață. De exemplu, cianobacteriile conțin o enzimă care este implicată în fotosinteză, iar sub influența unor cantități excesive de lumină este uneori distrusă, ceea ce duce la moartea celulară. Și apoi virusurile numite cianofage „activează” sinteza unui analog al enzimei fotosintetice bacteriene, care este mai rezistentă la radiațiile UV. Dacă un astfel de virus infectează o celulă recent moartă, o enzimă fotosintetică o poate readuce la viață. Astfel, virusul joacă rolul de „resuscitator genetic”.
Dozele excesive de radiații UV pot duce la moartea cianofagelor, dar uneori reușesc să revină la viață folosind reparații multiple. De obicei, mai mulți viruși sunt prezenți în fiecare celulă gazdă și, dacă sunt deteriorați, pot asambla genomul viral în părți. Diferite părți ale genomului pot servi ca furnizori de gene individuale, care împreună cu alte gene vor restabili în întregime funcțiile genomului fără a crea un virus întreg. Virușii sunt singurii dintre toate organismele vii care, ca și pasărea Phoenix, sunt capabili să se ridice din cenușă.
Potrivit consorțiului internațional Human a a Genome Sequencing Consortium, 113 până la 223 de gene găsite în bacterii și oameni sunt absente în organisme bine studiate, cum ar fi drojdia Sacharomyces cerevisiae, musca fructelor Drosophila melanogaster și vierme rotund Caenorhabditis elegans, care se află între cele două linii extreme ale organismelor vii. Unii oameni de știință cred că drojdia, musca fructelor și viermii rotunzi, care au apărut după bacterii, dar înainte de vertebrate, au pierdut pur și simplu genele corespunzătoare la un moment dat în dezvoltarea lor evolutivă. Alții cred că genele au fost transmise unei persoane de către bacterii care au intrat în corpul său.
Împreună cu colegii de la Institutul de sănătate publică din Oregon pentru vaccinuri și terapie genică, sugerăm că a existat o a treia cale: genele erau inițial virale, dar apoi colonizate din două linii diferite de organisme, cum ar fi bacteriile și vertebratele. Gena cu care bacteria a înzestrat omenirea ar fi putut fi transmisă celor două linii menționate mai sus de virus.
Mai mult, suntem siguri că nucleul celular în sine este de origine virală. Apariția nucleului (o structură care există doar la eucariote, inclusiv la oameni și absentă la procariote, de exemplu, bacterii) nu poate fi explicată prin adaptarea treptată a organismelor procariote la condiții în schimbare. S-ar fi putut forma pe baza ADN-ului viral cu greutate moleculară preexistentă, care și-a construit o „locuință” permanentă în interiorul celulei procariote. Acest lucru este confirmat de faptul că gena ADN polimerazei (o enzimă implicată în replicarea ADN) a fagului T4 (virusurile care infectează bacteriile sunt numite fagi) sunt similare în secvența lor nucleotidică cu genele ADN polimeraze ale ambelor eucariote și ale viruși care îi infectează. În plus, Patrick Forterre de la Universitatea Paris Sud, care a studiat enzimele implicate în replicarea ADN-ului, a concluzionat că genele care determină sinteza lor în eucariote sunt de origine virală.
 |
| Virusul limbii albastre |
Virușii afectează absolut toate formele de viață de pe Pământ și adesea își determină soarta. Totuși, ele evoluează și ele. Dovezi directe sunt apariția de noi viruși, cum ar fi virusul imunodeficienței umane (HIV), care provoacă SIDA.
Virușii schimbă constant granița dintre lumile biologice și biochimice. Cu cât ne deplasăm mai departe în studiul genomului diferitelor organisme, cu atât vom găsi mai multe dovezi ale prezenței în ele a genelor dintr-un bazin dinamic, foarte antic. Laureat Premiul NobelÎn 1969, Salvador Luria a vorbit despre influența virușilor asupra evoluției: „Este posibil ca virușii, cu capacitatea lor de a intra și de a părăsi genomul celular, să fi fost participanți activi la procesul de optimizare a materialului genetic al tuturor ființelor vii din curs. de evoluție. observat. " Indiferent de ce lume - vie sau neînsuflețită - vom face referire la viruși, a sosit timpul să le considerăm nu izolat, ci luând în considerare conexiunea constantă cu organismele vii.
DESPRE AUTOR:
Luis Villareal(Luis P. Villarreal) - Director al Centrului pentru Cercetarea Virușilor de la Universitatea din California, Irvine. A obținut un doctorat în științe biologice în Universitatea din Californiaîn San Diego, apoi a lucrat la Universitatea Stanford în laboratorul laureatului Nobel Paul Berg. Este implicat activ în activități didactice, este implicat în prezent în dezvoltarea de programe de combatere a amenințării bioterorismului.
