Неклеточные формы жизни (преджизнь)

Главная > Эволюция природы > Эволюция жизни > Вирусология
Семена Солнца

Жизнь - только из жизни?

Разделы страницы о биотических фрагментах с несамостоятельной репликацией и догенетических формах жизни (о добактериях):

  • Классификация молекулярных информационных агентов [минов]
  • Размеры мельчайших органических существ
  • Вирусы и вирусология
  • Векторы
  • Вироиды - некодирующие фрагменты РНК
  • Прионы - размножающиеся белки

Смотрите также страницу о мельчайших одноклеточных организмах - предбактериях наномасштабов.


Классификация молекулярных информационных агентов [минов]

Молекулярные информационные агенты [назовем их минами] — это автономные [в плане присутствия и передвижения?] генетические структуры, способные функционировать только в клетках и зависящие от клеточных систем синтеза нуклеиновых кислот и белков. В отношении молекулярных информационных агентов стоит вопрос о принадлежности их к живой материи. В отношении разных их типов этот вопрос решается по-разному, либо рассматривается как неправомерный.

В  настоящее время известны следующие типы таких структур:

Если ДНК и РНК считать простейшими формами доклеточной живой материи, а N-основания, рибозы, нуклеозиды и нуклеотиды, которые входят в состав этих нуклеиновых кислот, — простейшими элементами живой материи, то вирусы и даже вироиды следует рассматривать как живые субстанции.

К минам не относят нанобактерии, сопоставимыми по размеру с вирусами.

Размеры мельчайших органических существ

Относительно крупный вирус табачной мозаики имеет размеры в поперечнике 15·10-8, до 300·10-8 см по длине. Число атомов в молекуле этого вируса составляет 5 000 000. Вирус ящура сферической формы имеет диаметр до 20·10-8 см и содержит всего 70 000 количество атомов.

Еще более мелкие размеры имеют бактериофаги – патогенные вирусы, обнаружены для всех видов бактерий. Размеры их варьируют от 0,4·10-8 до 90·10-8 см. Формы – шаровидные, призматические, нитевидные.

Для сравнения: размеры бактерий - n·10-4 – n·10-6 см.

Вирусы и вирусология

Вирус
Существа на грани химии и жизни. (М.А.Шкроб)

Вирусы – это неклеточные формы жизни, обладающие собственным геномом и способные к воспроизведению только в клетках живых организмов. [По-простому, вирус - молекула ДНК (или РНК) в белковой оболочке.]

Размер вирусов - примерно от 10 до 100 нанометров (0,1-1,0 мкм) [ошибка - это 0,01-0,1]. .

Классификация вирусов

Вирион (вирусная частица) состоит из белковой оболочки (капсида) и заключенной в эту оболочку нуклеиновой кислоты. Разновидности структур вирионов:

  1. Генетический материал вирусов и фагов может быть представлен как ДНК, так и РНК.
  2. Нуклеиновые кислоты вирусов могут быть как одноцепочечные, так и двухцепочечные.
  3. Молекулы нуклеиновой кислоты вирусов могут иметь линейную или кольцевую форму.

Есть вирусы с фрагментированным геномом, состоящим из нескольких молекул нуклеиновой кислоты.

У многих вирусов, кроме генома в виде ДНК (или РНК) и белкового капсида, есть еще дополнитеьная оболочка (суперкапсид), которая состоит из фрагментов хозяйских клеточных мембран (фосфолипидов и белков) и удерживает на себе вирусные гликопротеины. С их помощью вирус узнаёт нужную ему клетку, а оболочка помогает ему проникнуть внутрь.

Самая простая классификация вирусов:

  1. РНК-содержащие вирусы [ретровирусы]
  2. ДНК-содержащие вирусы
  3. Мегавирусы (вирусы-гиганты) [самый массивный вид двухнитиевых ДНК-содержащих или отдельное живое царство?]

Происхождение вирусов

Насчет происхождения вирусов существует 3 гипотезы. Две из них говорят о том, что вирусы так или иначе происходят от живых организмов и представляют собой деградировавшие клетки или «сбежавшие» гены. Но если бы вирусы происходили от клеток, то, по крайней мере, большая часть их генов должна быть гомологична генам клетки, однако на деле это не так. Существует огромное количество вирус-специфических белков. Например, многие вирусы имеют отличную от клеточной ДНК-полимеразу. Эти данные говорят в пользу третьей теории — независимого происхождения вирусов.

Причем вирусы - вероятно, не полифилетическая группа. Белок внешней оболочки (капсида) у всех, за немногим исключением, вирусов содержит одно и то же характерное сочетание аминокислот. Эта последовательность специфична для вирусов, она не встречается в геномах клеток.

ДНК - изобретение РНК-содержащих вирусов

По одной из гипотез, ДНК могла впервые появиться у вирусов. В отличие от РНК, ДНК не обладает способностью к саморепликации. Конечно, у ДНК есть несомненные преимущества: во-первых, молекула ДНК химически более стабильна, а во-вторых, она состоит из двух комплементарных цепей, что позволяет в случае повреждения одной цепи восстановить информацию по другой.

Возможно, ДНК - изобретение вирусов против клеток, которые научились уничтожать их РНК. Однажды ДНК-содержащий вирус «застрял» в РНК-клетке, потеряв гены [каким образом?], необходимые для построения белковой оболочки. И на этом этапе РНК-гены хозяина могли начать постепенно включаться в ДНК вируса. Со временем РНК-хромосома таяла, а ДНК-хромосома росла, пока в конце концов все гены клетки не перешли на вирусную хромосому. Гены нового организма, отвечающие за трансляцию, остались бы у него от РНК-клетки, а гены, отвечающие за синтез ДНК, — от вируса [разве вирус может синтезировать?]. Французский ученый Патрик Фортерр (2006) утверждает, что такое событие произошло в эволюции трижды: 3 вируса стали родоначальниками трех доменов живого [архей, эубактерий, эукариот?].

РНК-содержащие вирусы (ретровирусы и др.)

У  некоторых вирусов геномом служит не ДНК, как обычно, а РНК. Такие вирусы были названы ретровирусами (ретро - обратный). В 1970 г. Д.Балтимор и Х.М.Темин открыли механизм передачи информации от вирусной РНК к ДНК, т.е. наоборот тому, что имеет место в клетках высших организмов. Такой процесс получил название обратной транскрипции, а фермент, его осуществляющий, был назван обратной транскриптазой или ревертазой.

[Потом, видимо, были найдены другие РНК-вирусы.] Виды РНК-содержащих вирусов:

  1. Вирус гриппа – 8 разных одноцепочечных молекул.
  2. ВТМ – одноцепочечная молекула.
  3. Ретровирусы, вирус полиомиелита – одноцепочечный диплоидный геном.
  4. Реовирус – 10 разных двуцепочечных молекул.

Ретровирусы

Ретровирусы - обширное семейство вирусов (Retroviridae), заражающих преимущественно позвоночных. Это РНК-содержащие вирусы, обладающие уникальным [?] механизмом репродукции. Группа онкогенных РНК-геномных вирусов. Вирионы [?] сферической формы размером 80 - 100 нм [большие для вирусов], покрыты внешней липопротеиновой оболочкой, имеющей ворсинки длиной 8 - 10 нм. Внутри икосаэдрального капсида находится спиральный РНП. Наружная оболочка, капсидная мембрана и нуклеоид на разрезе вириона расположены концентрически.

Ретровирусы пронизывают жизнь многих существующих на земле видов от дрожжей и дрозофилы, до приматов и человека. Это вирусы, которые, как и другие вирусы, для собственного размножения используют сложную молекулярную и надмолекулярную систему жизнеобеспечения клетки, заставляя ее подчиняться своим регуляторным сигналам. Но это и необычные вирусы, поскольку они подстраивают свой жизненный цикл под жизненный цикл клетки-хозяина, превращая свою генетическую молекулу - РНК в ДНК и стабильно встраивая эту ДНК в геном клетки.

Семейство Retroviridae включает три подсемейства:

  1. Oncovirinae (онковирусы) , важнейший представитель которого - T-лимфотропный вирус человека типа 1.
  2. Lentivirinae (лентивирусы), к которому относится ВИЧ.
  3. Spumavirinae (спумавирусы, или пенящие вирусы).

В  состав ретровирусов входит фермент обратная транскриптаза, которая обеспечивает синтез ДНК на матрице вирусной РНК внутри клетки-хозяина. Открытие обратной транскрипции (отсюда название ретровирусы) опровергло центральную догму молекулярной биологии, утверждавшую, что перенос генетической информации возможен только в направлении от ДНК к РНК и затем к белку.

Ретровирус раздваивает функции своего генетического материала: инфекционную функцию, т.е. функцию самораспространения, выполняет вирусная РНК, а функцию экспрессии вирусных генов и синтеза молекул РНК, которые затем перенесут генетическую информацию в другие клетки, выполняет вирусная ДНК.

Вирусы с однонитиевой РНК

Пикорнави́русы и риновирусы

Пикорнави́русы (лат. Picornaviridae, от pico — маленький и rna — РНК) — семейство, объединяющее маленькие икосаэдрические вирусы высших позвоночных, содержащих одноцепочечную геномную РНК положительной полярности (той же полярности, что и мРНК). Размер капсида составляет около 27—30 нм, размер генома — около 7—8 тысяч оснований. К пикорнавирусам относятся возбудители таких заболеваний как полиомиелит, ринит, ящур, гепатит А и др.

Риновирусы (лат. Rhinovirus, от др.-греч. ῥίς / ῥινός — нос) — группа мелких РНК-содержащих видов вирусов рода энтеровирусов семейства пикорнавирусов отряда Picornavirales, вирионы которых не имеют наружной оболочки, а геном представлен одноцепочечной линейной нефрагментированной молекулой РНК, связанной [?] с белком VPg. Включает возбудителей острых респираторных заболеваний [в т.ч. гриппа?]. Нуклеокапсид организован по типу кубической симметрии. После его удаления экстрагированная РНК сохраняет инфекционность.

Американские генетики и медики прочли полные геномы 138 образцов риновирусов и обнаружили помимо трех известных типов еще один. Риновирусы не только четко делятся на эволюционные ветви, но и могут рекомбинировать, находясь в одной зараженной клетке. Эти вирусы настолько разнообразны, что лекарство от простуды имеет смысл искать только отдельно для каждой из эволюционных ветвей.

Вирусы с двунитиевой РНК

ДНК-содержащие вирусы

Виды ДНК-содержащих вирусов:

  1. Аденовирус, вирус герпеса – линейная двухцепочечная ДНК.
  2. Парвовирус – одноцепочечная линейная ДНК.
  3. Паповавирусы – сверхспиральная замкнутая кольцевая ДНК.
  4. Фаг М13 – одноцепочечное кольцо.
  5. Вирус гепатита В – частично одноцепочечная кольцевая ДНК.
  6. Вирус папиломы человека – двухцепочечная кольцевая ДНК .

По гипотезе, дезоксирибонуклеиновую кислоту [из двунитиевой РНК?] "изобрели" вирусы, чтобы увеличить надежность хранимой генетической информации, и противодействовать иммуным системам бактерий. Затем этот механизм передался последним.

Вирусы с однонитиевой ДНК

Вирусы с двунитиевой ДНК

Мимивирусы и мегавирусы (вирусы-гиганты)

Мимивирус – совершенно необычный вирус - у него более 1000 генов (у обычных вирусов - всего лишь десятки), и он может размножаться без помощи клеточного ядра [!]. Классические вирусы внедряют в жертву свою ДНК, которая, встраиваясь в ядерную, заставляет клетку производить новые копии "взломщика". Мимивирусу всё это не нужно: он справится и сам, подайте только энергию и соответствующие аминокислоты. Биологи обнаружили у него гены, которые кодируют белки, переносящие как АТФ, так и другие нужные "кирпичики". Однако, если геном мимивируса кодировал 4 аминоацил-тРНК синтетазы (ArgRS, CysRS, MetRS и TyrRS), впервые найденные за пределами клеточных организмов, то мегавирус добавил к ним ещё три (IleRS, TrpRS, AsnRS).

Такие вирусы-гиганты в древности вполне могли стать родоначальниками ядер клеток всех животных и растений.

Векторы - используемые генетические элементы

Вектор (в генетике) — молекула нуклеиновой кислоты, чаще всего, ДНК, используемая в генной инженерии для передачи генетической информации. Существующие векторы:

Так, может быть, вирусы - "потерявшиеся" векторы инопланетных генных инженеров или специалистов биовойны?

Плазмиды - дополнительные [внехромосомные] генетические элементы

Плазмидыдополнительные факторы наследственности, расположенные в клетках вне хромосом и представляющие собой кольцевые (замкнутые) или линейные молекулы ДНК [проглоченные бактерии?].

Плазмиды способны удваиваться (реплицироваться) автономно, но при этом они эксплуатируют репликационную систему клетки хозяина. Большинство плазмид имеет специальные белки - инициаторы репликации. Эти белки начинают процесс репликации, который затем подхватывается и продолжается репликационной системой клетки.

Классификация плазмид:

  1. По количеству копий:
    1. Однокопийные (1 плазмида данного типа на клетку)
    2. Мультикопийные (много копий плазмиды данного типа на клетку)
  2. По совместимости:
    1. Совместимые (в клетке находятся одновременно несколько типов плазмид)
    2. Несовместимые (в клетке только один тип плазмид)
  3. По способности к переносу:
    1. Трансмиссивные (конъюгативные) - способные к переносу в другие бактериальные клетки при конъюгации, содержат гены tra
    2. Нетрансмиссивные (неконъюгативные) – не способные к переносу в другие клетки, не содержат гены tra
    3. Коинтегративные – содержат гены tra и гены, придающие клетке определенные свойства:
      1. Col – плазмиды – кодируют синтез колицинов;
      2. Ent – плазмиды – кодируют синтез бактериальных токсинов;
      3. Hly – плазмиды – определяют синтез факторов, определяющих разрушение гемоглобина (гемолизины);
      4. R – плазмиды – несут гены устойчивости к антибиотикам;
      5. F – плазмиды – содержат гены переноса (tra).

Фагмиды - симбиоз ДНК плазмид и вирусов

Фагмидывекторы, содержащие элементы вирусной нуклеиновой кислоты и плазмиды, что дает им возможность в определенных условиях образовывать зрелые фаговые частицы или существовать в бактериальных клетках в виде плазмид.

Наиболее известные фагмиды – космиды.

Вироиды - некодирующие фрагменты РНК

Вироиды — субвирусные инфекционные агенты, возбудители некоторых заболеваний (в первую очередь у растений). Представляют собой высокоструктурированные кольцевые фрагменты РНК, реплицируемые клеточной РНК-полимеразой. Были открыты и названы в 1971 году Теодором О. Динером (Theodor O. Diener).

Считается, что вироиды представляют собой «сбежавшие интроны» — вырезанные в ходе сплайсинга незначащие участки мРНК, которые случайно приобрели способность к репликации. Белков вироиды не кодируют [тогда зачем они нужны, да ещё с репликацией??].

Прионы - размножающиеся белки

Химия взаимодействия молекулы белка со своим окружением целиком определяется ее формой. Обычно она неизменна, но есть загадочная группа белков прионов, которые способны принимать две разные формы, легко переключаться между ними и провоцировать переключение в ту же форму окружающих молекул. У некоторых прионов одна форма является нормальной, а другая патогенной. Считается, что такие свойства прионов крайне опасны и ответственны за целый ряд нервных болезней, например коровье бешенство. Функция прионов до сих пор во многом остается загадочной, известно только, что в своей нормальной форме они отвечают за связь между нейронами [прионы - носители мысли?].

Последние исследования показали, что прионоподобный белок CPEB, вероятно, помогает нервным клеткам запоминать информацию. Более того, по-видимому, прионы играют роль переключателей во многих важных биологических процессах, например включая или выключая гены [!].

Амилоид — это нитевидный белковый агрегат, способный катализировать присоединение к себе мономерных молекул того же белка, сопряженное с их глубокой структурной перестройкой. Его также можно рассматривать как одномерный кристалл, в отличие от привычных всем трехмерных кристаллов. Во многих случаях, например у дрожжевых прионов, в амилоидном превращении участвует лишь малая часть белковой молекулы, которая образует стержень амилоида. Оставшаяся часть молекулы «висит» на этом стержне в неизменном виде.


Главная   Науки о природе   Биология :

Биохимия | Генетика | Эволюционная теория | Биокризисы | Палеонтология | Биогенез | Вирусология | Микробиология | Ботаника | Микология | Зоология | Биопорталы | Биоцентры | Биокнига

На правах рекламы (см. условия):    


© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Пишите письма (Письмо И.Гаршину).
Страница обновлена 09.10.2018
Я.Метрика: просмотры, визиты и хиты сегодня