Вирусы, бактерии.

Блок 3: СИСТЕМА, МНОГООБРАЗИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ
Занятие 5: Вирусы, бактерии.
В настоящее время на Земле описано более 2,5 млн видов живых организмов. Для
упорядочения такого многообразия живых организмов служат систематика,
классификация и таксономия.
Систематика— раздел биологии, занимающийся описанием, обозначением и
классификацией существующих и вымерших организмов по таксонам.
Классификация — распределение всего множества живых организмов по
определённой системе иерархически соподчинённых групп — таксонов.
Таксономия — раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы
классификации. Таксон — искусственно выделенная человеком группа организмов,
связанных той или иной степенью родства, и в то же время достаточно обособленная,
чтобы ей можно было присвоить определённую таксономическую категорию того или
иного ранга. В современной классификации существует следующая иерархия таксонов:
царство, отдел (тип в систематике животных), класс, порядок (отряд в систематике
животных), семейство, род, вид. Кроме того, выделяют промежуточные таксоны: над- и
полцарства, над- и подотделы, над- и подклассы и т.д.
Систематика существующих на Земле организмов постоянно изменяется и
обновляется. В настоящее время по сходству и родству живые организмы
систематизируют следующим образом.
Разделяют неклеточные организмы и клеточные организмы. В ряде случаев их
называют империями. Доклеточные включают одно царство — вирусы. Клеточные
юПервое включает одно царство — дробянки (три полцарства: бактерии, архебактерии
и циа- нобактерии, или синезелёные водоросли). Второе объединяет три царства:
животные (два полцарства: простейшие, или одноклеточные, и многоклеточные),
растения (три полцарства: настоящие водоросли, багрянковые и высшие растения) и
грибы (два полцарства: низшие грибы и высшие грибы).
Вирусы
Наряду с одноклеточными и многоклеточными организмами в природе существуют
неклеточные формы жизни. Это — вирусы. Вирусы (от лат. virus — яд ) были открыты в
1892 г. русским ученым Д.И. Ивановским при исследовании мозаичной болезни листьев
табака, которая возникает из плазматической мембраны клетки хозяина.
Многие из вирусов во внешней среде имеют форму кристаллов. Размеры вирусов
колеблются в пределах от 20 до 300 нм Вирусы занимают пограничное положение между
неживой и живой материей. Вирусы — внутриклеточные паразиты и могут проявлять
свойства живых организмов, только попав внутрь клетки.
Вирусы существуют в двух формах: покоящейся (внеклеточной), когда их свойства как
живых систем не проявляются, и внутриклеточной,, когда осуществляется размножение
вирусов. Простые вирусы (например, вирус табачной мозаики) состоят из молекулы
нуклеиновой кислоты и белковой оболочки
Строение вирусов. Вирусы устрое ны очень просто. Каждая вирусная частица состоит из
РНК или ДНК, заключенной в белковую оболочку — капсид Белковая оболочка защищает
нуклеиновую кислоту от неблагоприятных условий внешней среды, а также препятствует
проникновению к ней клеточных ферментов, предотвращая тем самым ее расщепление.
У некоторых вирусов (например, герпеса или гриппа) есть еще и дополнительная
липопротеидная оболочка.
Поскольку в составе вирусов присутствует всегда один тип нуклеиновой кислоты — ДНК
или РНК, вирусы делят на ДНК-содержащие и РНК-содержащие. Подавляющее
большинство вирусов относится к РНК-типу. При этом наряду с двухцепочечными ДНК и
одноцепочечными РНК встречаются одноцепочечные ДНК и двухцепочечные РНК. ДНК
имеют линейную или кольцевую структуру, а РНК, как правило, — линейную.
Воспроизводятся вирусы только в живых клетках других организмов, вне которых они
не проявляют никаких признаков жизни. Молекулы вирусной РНК могут
самовоспроизводиться, хотя это характерно только для ДНК. Это означает, что вирусная
РНК является источником генетической информации и одновременно иРНК. Поэтому в
пораженной клетке по программе нуклеиновой кислоты вируса на рибосомах хозяина
синтезируются специфические вирусные белки и осуществляется процесс самосборки их
с нуклеиновой кислотой в новые вирусные частицы (рис. 5.14). Клетка при этом
истощается и погибает. При поражении некоторыми вирусами клетки не разрушаются, а
начинают усиленно делиться, часто образуя у животных, в том числе и у человека,
злокачественные опухоли. Вирус подавляет существующие в клетке процессы
транскрипции и трансляции и использует их для синтеза собственных нуклеиновой
кислоты и белка, из которых собираются новые вирусы. После этого клеточные оболочки
разрушаются, и новообразованные вирусы покидают клетку, которая при этом погибает.
К вирусам относятся также вироиды и бактериофаги. Вироиды представляют собой
короткие одноцепочечные молекулы РНК, лишенные капсида. Они являются
возбудителями ряда заболеваний растений, животных и человека (например, раннее
старческое слабоумие).
Вирусы, поражающие бактерии, называются бактериофагами, или фагами. Вирусы
цианобактерий называют цианофагами, актиномицетов — актинофагами. Частица фага
кишечной палочки состоит из головки, от которой отходит полый стержень, окруженный
чехлом из сократительного белка. Стержень заканчивается базальной пластинкой, на
которой закреплено 6 нитей. Внутри головки находится ДНК. Используя отростки,
бактериофаг прикрепляется к поверхности кишечной палочки и в месте соприкосновения
с ней растворяет с помощью фермента клеточную стенку. После этого за счет сокращения
головки молекула ДНК фага впрыскивается через канал стержня в клетку. Примерно через
10—15 мин под действием этой ДНК перестраивается весь метаболизм бактериальной
клетки, и она начинает воспроизводить ДНК бактериофага, а не собственную ДНК. При
этом синтезируется и фаговый белок. Завершается этот процесс появлением 200—1000
новых фаговых частиц, в результате чего клетка бактерии гибнет.
Бактериофаги, образующие в зараженных клетках новое поколение фаговых частиц,
приводя к разрушению (лизису) бактериальную клетку, называются вирулентными
фагами.
Вирусные болезни. Поселяясь в клетках живых организмов, вирусы вызывают многие
опасные заболевания сельскохозяйственных растений (мозаичная болезнь табака, томатов,
огурцов, скручивание листьев, карликовость, желтуха и др.), домашних животных (ящур,
чума свиней и птиц, инфекционная анемия лошадей, рак и др.) и человека. Эти болезни
резко снижают урожайность культур и приводят к массовой гибели животных.
Вирусы являются возбудителями многих опасных заболеваний человека, в числе которых
— грипп, корь, оспа, полиомиелит, свинка, бешенство, желтая лихорадка, СПИД и др.
СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита) — заболевание человека,
поражающее преимущественно его иммунную систему. Поражение системы клеточного
иммунитета человека проявляется развитием прогрессирующих инфекционных
заболеваний и злокачественных новообразований, причем организм становится
беззащитным к микробам, которые в обычных условиях не вызывают болезни.
Возбудитель болезни — вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Геном ВИЧ
представлен двумя идентичными молекулами РНК, состоящими примерно из 10 тыс. пар
оснований. При этом вирусы иммунодефицита, выделенные от различных больных
СПИДом, отличаются друг от друга по количеству оснований (от 80 до 100). К
настоящему времени установлено, что ВИЧ кодирует не менее пяти структурных белков и
фермент обратную транскриптазу, которые используются в качестве материала при
формировании новых вирусных частиц в инфицированной клетке.
Проникнув в клетку, вирионы ВИЧ распадаются. При этом РНК и фермент
высвобождаются. Обратная транскриптаза, используя вирус РНК в качестве матрицы,
синтезирует по ее подобию вирусспецифичес-кую ДНК (это так называемая минус-ДНК).
Этот процесс называется обратной транскрипцией. Затем, как ее зеркальное отражение,
синтезируется другая нить ДНК — плюс-ДНК. Вместе они образуют ДНК-транскрипт,
или ДНК-копию, вирусного генома. Последний проникает в ядро инфицированной клетки
и встраивается в ее геном (в таком состоянии его еще называют провирусом).
Типичных симптомов, характерных именно для СПИДа, нет. При этом заболевании
происходит снижение защитных свойств организма из-за нарушения функционирования
иммунной системы. В результате человек, пораженный вирусом иммунодефицита,
гораздо легче заболевает и в более тяжелой форме переносит другие инфекционные
болезни. Для СПИДа характерен очень длительный инкубационный период (время с
момента заражения до появления первых признаков болезни). У взрослых он составляет в
среднем около 8 лет. Предполагается, что ВИЧ может сохраняться в организме человека
пожизненно. Это значит, что до конца своей жизни инфицированные люди могут заражать
других, а при соответствующих условиях могут сами заболеть СПИДом.
Один из главных путей передачи ВИЧ и распространения СПИДа — половые
контакты, поскольку возбудитель его наиболее часто находится в крови, сперме и
влагалищных выделениях инфицированных людей. Другой путь инфицирования —
посредством нестерильных медицинских инструментов, которыми зачастую пользуются
наркоманы. Возможна также передача инфекции через кровь и некоторые лекарственные
препараты, при пересадке органов и тканей, использовании донорской спермы и др.
Заражение может происходить и при вынашивании плода, во время рождения ребенка или
в период его грудного вскармливания матерью, инфицированной ВИЧ или больной
СПИДом. Гарантией защиты от СПИДа является здоровый образ жизни, крепость
брачных уз и семьи. В качестве особой меры профилактики следует выделить
использование механических контрацептивов — презервативов.
Происхождение вирусов. Происхождение вирусов в процессе эволюции пока неясно.
Зависимость вирусов от других организмов, в клетках которых они могут расти и
размножаться, дает основание считать, что они не могли появиться раньше клеточных
организмов. Предполагается, что вирусы представляют собой сильно дегенерировавшие
клетки или их фрагменты, которые в процессе приспособления к паразитизму утратили
все, без чего можно обойтись (клеточную стенку, цитоплазму с органеллами), за
исключением своего наследственного аппарата в виде нуклеиновой кислоты (РНК или
ДНК) и защитного аппарата в форме белковой капсулы.
Ответьте на вопросы:
1. Почему вирусы называют не организмами , а неклеточными формами жизни ? Какие
признаки вирусов отличают их от неживой материи?
2. Какое строение имеют и как воспроизводятся вирусы и фаги?
3. Какие болезни вызывают вирусы у растений, животных и человека?
5. Что такое СПИД и что является возбудителем этой болезни?
6. Каковы особенности строения и свойства ВИЧ?
7. Каковы пути передачи ВИЧ и распространения СПИДа? Каким образом человек может
обезопасить себя от СПИДа ?
8. Какие существуют предположения относительно происхождения вирусов?
Бактерии
Бактерии не имеют ядра, область расположения ДНК в цитоплазме называется
нуклеоид, единственная молекула ДНК замкнута в кольцо и не связана с белками, клетки
меньше эукариотических, в состав клеточной стенки входит гликопептид — муреин,
поверх клеточной стенки располагается слизистый слой, выполняющий защитную
функцию, отсутствуют мембранные органеллы (хлоро- пласты, митохондрии,
эндоплазматическая сеть, комплекс Гольд- жи), их функции выполняют впячивания
плазматической мембраны (мезосомы), рибосомы мелкие, микротрубочки отсутствуют,
поэтому цитоплазма неподвижна, нет центриолей и веретена деления, реснички и
жгутики имеют особую структуру. Деление клеток осуществляется путём перетяжки
(митоза и мейоза нет). Этому предшествует репликация ДНК, затем две копии расходятся,
увлекаемые растущей клеточной мембраной.
Выделяют три группы бактерий: архебактерии, эубактерии и циа- нобактерии.
Архебактерии — древнейшие бактерии (метанообразую- щие и др., всего известно около
40 видов). Имеют ряд черт строения прокариот, но значительно отличаются по ряду
физиологических и биохимических свойств от эубактерий. Эубактерии — истинные
бактерии, более поздняя форма в эволюционном отношении. Циано- бактерии (цианеи,
синезелёные водоросли) — фототрофные прокарио- тические организмы,
осуществляющие фотосинтез подобно высшим растениям и водорослям с выделением
молекулярного кислорода.
Среди бактерий есть аэробы, анаэробы, факультативные формы. По способу питания
встречаются автотрофы и гетеротрофы — сапро- трофы (используют органические
вещества мертвой массы) и паразиты (используют органические вещества живых
организмов).
Бактерии размножаются бесполым путём при помощи деления клетки (у прокариот
митоза и мейоза нет), при помощи перетяжек или перегородок, реже почкованием. Этим
процессам предшествует удвоение кольцевой молекулы ДНК. Кроме того, для бактерий
характерен особый тип полового размножения — конъюгация. При конъюгации по
специальному каналу, образующемуся между двумя клетками, фрагмент ДНК одной
клетки передаётся другой клетке.