Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Задорожний - Нова програма

§ 5. Неклітинні форми життя

Які існують типи клітин? Які функції в клітині виконують ДНК, РНК, АТФ? Навіщо клітинам потрібні білки? Як у клітинах синтезуються білки та нуклеїнові кислоти? Що таке ферменти і для чого вони потрібні?

Що таке віруси?

Віруси — це біологічні системи, що не мають клітинної будови. Отже, клітин вони не мають.

Віруси існують у двох формах: позаклітинній і клітинній. У позаклітинній формі віруси перебувають у вигляді віріонів — частинок, що мають постійну форму і достатньо просту будову. У цій формі вони не можуть здійснювати процеси самовідтворення та обміну речовин. Основне завдання цієї форми вірусу — знайти нову клітину-хазяїна та проникнути в неї.

У клітинній формі існування віруси здійснюють процес самовідтворення, використовуючи ресурси й компоненти клітини-хазяїна. Наприкінці періоду існування цієї форми в клітині накопичується велика кількість нових віріонів, які виходять у зовнішнє середовище і починають пошук інших клітин (мал. 5.1).

Мал. 5.1. Різні форми існування вірусів на прикладі вірусу ВІЛ

Мал. 5.2. Будова віріона простого вірусу на прикладі вірусу тютюнової мозаїки

Розмножуватися віруси можуть тільки в живих клітинах, бо для синтезу речовин, з яких вони складаються, потрібні рибосоми, тРНК, молекули АТФ, ферменти та інші компоненти клітинних структур, які відповідають за синтез органічних речовин і яких самі віруси не мають. Тому всі віруси без винятку є внутрішньоклітинними паразитами. Самостійно здійснювати процеси самовідтворення вони не здатні.

Будова вірусів

Віруси бувають простими і складними. Прості віруси містять тільки нуклеїнову кислоту і білкову оболонку (капсид), яка цю кислоту оточує (мал. 5.2).

Віріони складних вірусів відрізняються від простих наявністю ліпопротеїдної оболонки, дуже схожої на мембрани клітин (мал. 5.3). Це не дивно, бо ця оболонка утворюється з ділянки клітинної мембрани тієї клітини, у якій він розмножився. До її складу входять також специфічні білки самого вірусу, які виконують переважно рецепторну функцію (розпізнають клітину для ураження).

Під ліпопротеїдною оболонкою віріона складного вірусу міститься капсид — оболонка, яка складається з білків. Усередині капсиду розташована нуклеїнова кислота, яка містить спадкову інформацію. Крім того, там можуть розміщуватися ферменти, які допомагають вірусу в захопленні клітини-хазяїна.

Нуклеїнові кислоти всередині капсиду можуть бути тільки одного типу — або РНК, або ДНК. Віруси, відповідно, поділяють на дві великі групи — РНК-віруси і ДНК-віруси.

Мал. 5.3. Будова віріона складного вірусу на прикладі вірусу герпесу

Мал. 5.4. Будова віріона вірусу бактеріофаг

Мал. 5.5. Веретеноподібність — захворювання бульб картоплі, збудником якого є віроїд PSTVd

Мал. 5.6. Нормальна й аномальна форми пріонного білка

Складну будову мають також віруси бактеріофаги (мал. 5.4). Вони паразитують у клітинах бактерій. Специфічна будова допомагає бактеріофагу надійно прикріплюватися до бактерії та вводити в неї свою нуклеїнову кислоту.

Інші неклітинні форми життя

Крім вірусів до неклітинних форм життя належать ще віроїди і пріони. Як було вказано вище, віруси мають у своєму складі як мінімум нуклеїнову кислоту і білки. У віроїдів і пріонів є тільки один із цих двох компонентів — або нуклеїнова кислота, або білок.

Віроїди є кільцевими молекулами РНК і ніяких білків не містять. Вони розміщуються в ядрах або хлоропластах клітин рослин і використовують їхні ферментні системи для власного розмноження. Віроїди можуть бути збудниками деяких захворювань рослин (мал. 5.5).

Пріони є білками і не містять нуклеїнової кислоти. Вони синтезуються як звичайні білки і в нормі виконують у клітинах важливі функції. Так, нормальна форма пріонного білка людини бере участь у функціонуванні мембран нервових клітин.

Інколи пріони можуть змінювати свою структуру (у першу чергу вторинну). Укладений по-іншому білковий ланцюг стає дуже стійким до будь-яких впливів, що порушують його структуру. У видозміненому стані він перестає виконувати свої звичні функції в клітині. А під час «зустрічі» з таким самим нормальним білком ініціює його перетворення на пріонну форму (мал. 5.6). Унаслідок дії пріонів виникають небезпечні захворювання тварин і людей (скрейпі, куру тощо).

Звідки взялися віруси?

Можна виділити три основні версії появи вірусів.

Версія 1. Віруси виникли з бактерій, які перейшли до внутрішньоклітинного паразитизму і втратили більшість своїх генів. На користь такого варіанта свідчить існування мімівірусу. Цей вірус було відкрито нещодавно (2003 року). Його віріони мають великий розмір, їх можна навіть розгледіти за допомогою світлового мікроскопа. А його геном містить 911 генів, що набагато більше, ніж мінімальна потреба для вірусів.

Версія 2. Віруси є колишніми генами, які перейшли до паразитичного способу існування і набули здатності переміщатися між клітинами. Цю версію підтверджує існування транспозонів — мобільних генетичних елементів, які здатні переміщатися в межах геному клітини та передаватися від однієї клітини до іншої. Ймовірним попередником вірусів також є плазміди — короткі кільцеві молекули ДНК, якими можуть обмінюватися бактерії.

Версія 3. Віруси походять від доклітинних форм життя, які збереглися з тих часів, коли клітин іще не існувало. Такий варіант добре пояснює наявність серед вірусів великої кількості форм з РНК як головного носія спадкової інформації. Саме РНК-світ вважається попередником клітинних форм життя. А ДНК, згідно із сучасними уявленнями, стала використовуватися для збереження спадкової інформації на більш пізніх етапах еволюції.

Цілком можливо, що насправді різні віруси мають різне походження. Тому правильними для різних груп вірусів будуть різні версії.

Одним із найвідоміших пріонних захворювань є куру, за якого уражається мозок людини. Це захворювання було виявлено в Новій Гвінеї і зараз практично зникло. Основним шляхом передачі інфекції був ритуальний канібалізм, коли після смерті людини її тіло поїдали інші члени племені.

Отже, тепер ви знаєте

1. Що таке віруси? 2. Яку будову мають прості й складні віруси? 3. Що таке віроїди і пріони? 4. Чим вони відрізняються від вірусів? 5. Які існують гіпотези походження вірусів? 6*. Яку з гіпотез походження вірусів ви вважаєте найбільш близькою до реальності й чому?

Запитання та завдання

7. Складіть перелік захворювань людини, рослин і тварин, причиною яких є віруси, віроїди, пріони. 8. На якій стадії життєвого циклу вірусів з ними найпростіше боротися для попередження поширення захворювань? 9*. Чому пріонні захворювання можуть розвиватися дуже довго (до десятків років після зараження)?