Из чего состоит суперкапсид вируса

Обновлено: 10.05.2024

Главная задача биологии — это развитие представлений у человека о живых организмах, о многообразии видов, обо всех закономерностях развития живых существ, а также об их взаимодействии с окружающей природой. Предмет основы безопасности жизнедеятельности (ОБЖ) позволяет получить знания и умения, которые помогут сохранить жизнь и здоровье в опасных ситуациях. Эти ситуации всегда возникают неожиданно, но, тем не менее, большинство из них предсказуемы и к ним можно подготовиться заранее. ОБЖ учит нас предвидеть возможные опасности и минимизировать потери от той или иной ситуации. Сегодня мы сталкиваемся с новым видом вирусной опасности COVID-19,о котором поговорим с точки зрения биологии и ОБЖ.

Что такое вирус?

Вирус — это неклеточный инфекционный агент. Сегодня нам известно около 6 тысяч различных вирусов, но их существует несколько миллионов. Вирусы не похожи друг на друга и могут иметь как форму сферы, спирали, так и форму сложного асимметричного сплетения. Размеры вирусов варьируются от 20 нм до 300 нм.

Как устроен вирус?

В центре агента находится генетический материал РНК или ДНК, вокруг которого располагается белковая структура — капсид.
Капсид служит для защиты вируса и помогает при захвате клетки. Некоторые вирусы дополнительно покрыты липидной оболочкой, т.е. жировой структурой, которая защищает их от изменений окружающей среды.

Вирусолог Дэвид Балтимор объединил все вирусы в 8 групп, из которых некоторые группы вирусов содержат 1-2 цепочки ДНК. Другие же содержат 1 цепочку РНК, которая может удваиваться или достраивать на своей матрице ДНК. При этом каждая группа вирусов производит себя в различных органеллах зараженной клетки.

Вирусы имеют определенный диапазон хозяев, т.е. он может быть опасен для одних видов и абсолютно безвреден для других. Например, оспой болеет только человек, а чумкой только некоторые виды плотоядных. Вирус не способен выжить сам по себе, поэтому активируется только в хозяйской клетке, используя ее ресурсы и питательные вещества. Цель вируса — создание множества копий себя, чтобы инфицировать другие клетки!

Как вирус попадает в организм?

через физические повреждения (например, порезы на коже)
путём направленного впрыскивания (к примеру, укус комара)
направленного поражения отдельной поверхности (например, при вдыхании вируса через трахею)

к эпителию слизистых оболочек (это например вирус гриппа)
к нервной ткани (вирус простого герпеса)
к иммунным клеткам (вирус иммунодефицита человека)

Геном вируса встраивается в одну из органелл или цитоплазму и превращает клетку в настоящий вирусный завод. Естественные процессы в клетке нарушаются, и она начинает заниматься производством и сбором белка вируса. Этот процесс называется репликацией. И его основная цель — это захват территории. Во время репликации генетический материал вируса смешивается с генами клетки хозяина — это приводит к активной мутации самого вируса, а также повышает его выживаемость. Когда процесс репликации налажен, вирусная частица отпочковывается и заражает уже новые клетки, в то время как инфицированная ранее клетка продолжает производство.

Выход вируса

Вирус создал множество собственных копий, клетка оказывается изнуренной из-за использования ее ресурсов. Больше вирусу клетка не нужна, поэтому клетка часто погибает и новорожденным вирусам приходится искать нового хозяина. Это и есть заключительная стадию жизненного цикла вируса.

Скорость распространения вирусной инфекции

Размножение вирусов протекает с исключительно высокой скоростью: при попадании в верхние дыхательные пути одной вирусной частицы уже через 8 часов количество инфекционного потомства достигает 10³, а концу первых суток − 10²³.

Вирусная латентность

Как вирус распространяется?

воздушно-капельный (кашель, чихание)
с кожи на кожу (при прикосновениях и рукопожатиях)
с кожи на продукты (при прикосновениях к пище грязными руками вирусы могут попасть в пищеварительную и дыхательную системы)
через жидкие среды организма (кровь, слюну и другие)

Почему с вирусами так тяжело бороться?

Сегодня людям уже удалось победить некоторые вирусы, а некоторые взять под жесткий контроль. Например, Оспа (она же черная оспа). Болезнь вызывается вирусом натуральной оспы, передается от человека к человеку воздушно-капельным путем. Больные покрываются сыпью, переходящей в язвы, как на коже, так и на слизистых внутренних органов. Смертность, в зависимости от штамма вируса, составляет от 10 до 40 (иногда даже 70%), На сегодняшний день вирус полностью истреблен человечеством.

Кроме того, взяты под контроль такие заболевания, как бешенство, корь и полиомиелит. Но помимо этих вирусов существует масса других, которые требуют разработок или открытия новых вакцин.

Коронавирус

Виновником эпидемии, распространяющейся сегодня по миру, стал коронавирус, вирусная частица в 0,1 микрона. Свое название он получил благодаря наростам на своей структуре, своеобразным шипам. Внутри вируса спрятан яд, с помощью которого он подчиняет себе зараженный организм. Этот вирус воздействует не только на человека, но и на птиц, свиней, собак и летучих мышей. В настоящий момент выделяют от 30 до 39 разновидностей коронавирусной инфекции. Но для человека патогенно всего 6. И как любой другой вирус COVID-19 мутирует.

К наиболее распространенным симптомам COVID-19 относятся повышение температуры тела, сухой кашель и утомляемость. К более редким симптомам относятся боли в суставах и мышцах, заложенность носа, головная боль, конъюнктивит, боль в горле, диарея, потеря вкусовых ощущений или обоняния, сыпь и изменение цвета кожи на пальцах рук и ног. Как правило, эти симптомы развиваются постепенно и носят слабо выраженный характер. У некоторых инфицированных лиц болезнь сопровождается очень легкими симптомами.

Сколько же может жить этот вирус вне организма? Все зависит от типа вируса и от той поверхности, на которую вирусы попали. В качестве примера было рассмотрено 3 вируса, по которым велись исследования. Изучали время, на которое может задерживаться вирус на различных поверхностях. Данные приведены в таблице.

Поскольку пока не изобретено вакцины от COVID-19, в целях защиты от инфекции самым важным для нас является соблюдение гигиены.

Гигиена — раздел медицины, изучающий влияние жизни и труда на здоровье человека и разрабатывающая меры (санитарные нормы и правила), направленные на предупреждение заболеваний, обеспечение оптимальных условий существования, укрепление здоровья и продление жизни.

Сегодня следует соблюдать определенные правила гигиены:

Соблюдение режима труда и отдыха, не допускающего развития утомления и переутомления.
Выполнение условий, обеспечивающих здоровый и полноценный сон (свежий воздух, отсутствие шума, удобная постель, оптимальная продолжительность).
Правильное здоровое питание в соответствии с потребностями организма.
Комфортный микроклимат в жилище (температура, влажность и подвижность воздуха, естественная и искусственная освещенность помещений).
Содержание в чистоте тела и тщательный уход за зубами.
Спокойное и корректное поведение в конфликтных ситуациях.

Капсид – белковая оболочка вириона, окружающая нуклеиновую кислоту [3] .

Капсид выполняет ряд специфических функций, необходимых для успешного функционирования вируса. У некоторых вирионов капсиды окружены дополнительной мембраной – суперкапсидом [1] .

Функции капсида

Капсид выполняет следующие функции:

защищает нуклеиновую кислоту от внешних воздействий (химических, механических или физических);
определяет величину антигенной активности;
в самом начале заражения – прикрепляется к оболочке клетки, разрывает ее и способствует внедрению в клетку генного материала [3] .

Строение капсида

Капсид состоит из отдельных субъединиц – капсомеров, расположенных в определенной симметричной последовательности, определяющей форму вириона [2] .

Выделяют две основных последовательности: спиральная симметрия и кубическая (икосаэндрическая) симметрия. Третья последовательность расположения капсомеров – комбинированная [2] .

Вирион с капсидом кубической симметрии

Спиральная симметрия

Вирионы со спиральной симметрией характеризуются палочковидной или нитевидной формой. Все они имеют довольно высокое отношение содержания белка к нуклеиновой кислоте [2] .

При спиральной симметрии капсида вирусная нуклеиновая кислота располагается в виде спиральной или винтообразной фигуры, полой внутри. Капсомеры укладываются вокруг нее так же по спирали, образуя трубчатый капсид [3] .

Наиболее изучены в структурном отношении вирионы со спиральной симметрией у вируса табачной мозаики. Длина его вириона, определенная на основании электронной микрофотографии, составляет 300 нм, диаметр 15 нм. В составе вирусной частицы имеется одна молекула РНК, размером около 6 тысяч нуклеотидов. Капсид состоит из двух тысяч идентичных субъединиц белка, уложенных по спирали [2] .

Вирионы других палочковидных вирусов имеют сходную с вирусом табачной мозаики структуру. Отличает их размер шага спирали и период идентичности субъединиц. В частности вирионы штриховатой мозаики ячменя (род Hordeivirus) представлены частицами трех различных длин: от 110 до 150 нм. Шаг спирали – 2,6 нм. Период идентичности структуры вдоль продольной оси равен пяти оборотам основной спирали [3] .

Нитевидные вирионы (род Potexvirus, род Potyvirus, род Closterovirus) имеют спираль с шагом от 3,3 до 3,6 нм [2] .

Вирион с капсидом спиральной симметрии

Кубическая симметрия

При кубическом типе симметрии вирусная нуклеиновая кислота уложена плотно (свернута в клубок), белковые молекулы окружают ее, формируя многогранник (икосаэдр).Отметим, что икосаэнд – это правильный многогранник с 12 вершинами, 20 гранями и 30 ребрами, с кубической симметрией и приблизительно сферической формой [3] [2] . Именно так выглядит в электронном микроскопе капсид изомерических (сферических) вирионов. Он представлен агрегатами капсомеров, стоящих из 2–6 субъединиц. Обычно это пентамеры и гексамеры [3] [2] .

Примером икосаэдрического вируса служит вирус огуречной мозаики (род Cucumovirus). Белковая оболочка этого вируса составлена из 180 субъединиц, сгруппированных в 32 капсомера (12 пентамеров и 20 гексамеров). Диаметр вириона – 30 нм. Значительная доля РНК глубоко погружена в белковую оболочку [2] .

Из числа зоопатогенных вирусов кубической симметрией капсида характеризуется вирус герпеса и реовирусы [3] .

Комбинированная симметрия

Некоторые вирусы характеризуются вирионами с комбинированной симметрией. В этом случае их форму определяют как бацилловидную (удлиненные вирионы с закруглением на обоих концах) или пулевидную (вирионы закруглены только на одном конце) [2] .

Такие вирионы состоят из икосаэдрической головки и хвоста со спиральной симметрией [3] . Примером фитовируса с комбинированной симметрией служит вирус мозаики люцерны с бациловидной формой вирионов. Их толщина равна 18 нм, длина – 58 нм,48 нм, 36 нм,28нм. Содержание РНК около 18% [2] .

К этой же группе относятся вирусы с бацилловидными и пулевидными вирионами, имеющими сложное строение. Это вирус желтой карликовости картофеля (род Nucleorhadovirus), его капсид состоит из трех слоев. Вирус некротического пожелтения салата-латука (род Cytorhabdovirus), вирус мозаики кукурузы (род Nucleorhabdovirus) [2] .

Кроме того комбинированную симметрию имеют колифаги Т2 и Т4 – это бактериофаги, инфицирующие клетки кишечной палочки. [3] .

Строение вирусов. Классификация вирусов

Вирусы классифицируют по типу генетического материала, способам репликации, строению и расположению структурных белков (капсидов), а также наличию или отсутствию оболочки.

Генетическая структура и способы репликации ДНК-вирусы. Могут быть только двунитевыми и одноните-выми. К. первым относят вирус оспы, герпес-вирусы, аденовирусы, паповавирусы и полиомавирусы. Последние два вируса вызывают развитие доброкачественных (бородавки) и злокачественных (рак шейки матки) опухолей. Вирус гепатита В частично дву- и однонитевой. К однонитевым вирусам относят парвовирусы, вызывающие инфекционную эритему.

Репликация ДНК-вирусов обычно происходит в ядре клеток хозяина и сопровождается продукцией полимераз, воспроизводящих вирусную ДНК. При этом последняя не всегда встраивается в хромосомную ДНК хозяина.

РНК-вирусы. Эти вирусы содержат однонитевую РНК, но различаются по стратегии репродукции, (вирусы, содержащие плюс-однонитевую РНК и минус-однонитевую РНК). У плюс-однонитевых вирусов РНК транслируется в структурные белки и служит матрицей (мРНК) для РНК-зависимой РНК-полимеразы.

В состав минус-однонитевых вирусов входит собственная РНК-зависимая РНК-полимераза, продуцируемая на базе генома вируса мРНК. Последняя в свою очередь может быть матрицей для продукции вирусной (минус-однонитевой) РНК.

Строение капсидов вирусов. Вирусная нуклеиновая кислота покрыта белковой оболочкой, состоящей из повторяющихся единиц (капсида) с икосаэдрическим (кубическим) или спиральным типами симметрии. Капсиды вирусов с икосаэдрическим типом симметрии имеют практически сферическую форму. Спиральный тип симметрии свойствен РНК-вирусам, капсиды которых окружают нуклеиновую кислоту, располагающуюся в виде спирали.

Капсид состоит из повторяющихся компонентов (капсомеров), количество генов, кодирующих его, снижено, тем самым облегчён процесс сборки вируса.

Оболочка вирусов. В некоторых случаях нуклеиновая кислота и капсидные белки вируса (нуклеокапсид) окружены липидной оболочкой, состоящей из компонентов клетки хозяина или ядерных мембран. Мембрана клетки хозяина изменяется под действием белков, кодируемых вирусом, или гликопротеинов, выступающих в роли рецепторов для других клеток хозяина. Покрытые оболочкой вирусы чувствительны к действию веществ, растворяющих липидную мембрану (например, эфиров).

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Капсид вируса. Функции капсида вирусов. Капсомеры. Нуклеокапсид вирусов. Спиральная симметрия нуклеокапсида. Кубическая симметрия капсида.

Генетический материал вирусов упакован в специальный симметричный футляр — капсид [от лат. capsa, футляр]. Капсид представлен белковой оболочкой, состоящей из повторяющихся субъединиц. Основные функции капсида — зашита вирусного генома от внешних воздействий, обеспечение адсорбции вириона к клетке, проникновение его в клетку путём взаимодействия с клеточными рецепторами.

Капсид образуют одинаковые по строению субъединицы — капсомеры, организованные в один или два слоя по двум типам симметрии — кубическому или спиральному. Симметричность капсида связана с тем, что для упаковки генома требуется большое количество капсомеров, а компактное их соединение возможно лишь при условии симметричного расположения субъединиц. Формирование капсида напоминает процесс кристаллизации и протекает по принципу самосборки. Число капсомеров строго специфично для каждого вида и зависит от размеров и морфологии вирионов. Капсомеры (морфологические единицы вирусов) образуют молекулы белка— протомеры (структурные единицы). Протомеры могут быть мономерными (содержать один полипептид) либо полимерными (включать несколько полипептидов).

Нуклеокапсид вирусов

Комплекс капсида и вирусного генома называют нуклеокапсидом. Он повторяет симметрию капсида, то есть обладает спиральной либо кубической симметрией соответственно (рис. 2-2).

Спиральная симметрия. В нуклеокапсиде взаимодействие нуклеиновой кислоты и белка осуществляется по одной оси вращения. Каждый вирус со спиральной симметрией обладает характерной длиной, шириной и периодичностью нуклеокапсида. Нуклеокапсиды большинства патогенных для человека вирусов имеют спиральную симметрию (например, коронавирусы, рабдовирусы, пара- и ортомиксовирусы, буньявирусы и ареновирусы). К этой группе относят и вирус табачной мозаики. Организация по принципу спиральной симметрии придаёт вирусам палочковидную форму. При спиральной симметрии белковый чехол лучше защищает наследственную информацию, но требует большого количества белка, так как покрытие состоит из сравнительно крупных блоков.

Кубическая симметрия. У подобных вирусов нуклеиновая кислота окружена капсомерами, образующими фигуру икосаэдра— многогранника с 12 вершинами, 20 треугольными гранями и 30 углами. К вирусам с подобной структурой относят аденовирусы, реовирусы, иридови-русы, герпесвирусы и пикорнавирусы. Организация по принципу кубической симметрии придаёт вирусам сферическую форму. Принцип кубической симметрии — самый экономичный для формирования замкнутого капсида, так как для его организации используются сравнительно небольшие белковые блоки, образующие большое внутреннее пространство, в которое свободно укладывается нуклеиновая кислота.

Двойная симметрия. Некоторые бактериофаги (вирусы бактерий) имеют двойную симметрию: головка организована по принципу кубической симметрии, отросток — по принципу спиральной симметрии. Отсутствие постоянной симметрии. Для вирусов больших размеров (например, для поксвирусов) характерно отсутствие постоянной симметрии.

В состав нуклеокапсидов также входят внутренние белки, обеспечивающие правильную упаковку генома, а также выполняют структурную и ферментативную функции. Вирусные ферменты разделяют на вирионные и вирусиндуцированные. Первые входят в состав вирионов и участвуют в транскрипции и репликации (например, обратная транскриптаза), вторые закодированы в вирусном геноме (например, РНК-полимераза орто- и парамиксовирусов или ДНК-полимераза герпесвирусов). Вирионные ферменты также подразделяют на две функциональные группы: ферменты первой группы обеспечивают проникновение вирусных нуклеиновых кислот в клетку и выход дочерних популяций; ферменты второй группы участвуют в процессах репликации и транскрипции вирусного генома. В капсидах могут присутствовать ферменты обеих групп.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Вирусы (Vira) – микроорганизмы, имеющие ультрамикроскопические размеры (нм), неимеющие клеточного строения и состоящие из нуклеиновой кислоты, упакованной в белковую оболочку – капсид (некоторые могут иметь внешнюю оболочку – суперкапсид). Вирусы не имеют собственных метаболических систем. Неспособны к росту и бинарному делению. Абсолютные внутриклеточные паразиты. Внеклеточная форма существования называется вирионом. Могут иметь палочковидную, цилиндрическую, нитевидную, сферическую, кубовидную форму и величину: самые мелкие вирусы близки к размерам крупных белковых молекул, самые крупные — мельчайшим бактериям

Нуклеиновая кислота вируса может быть двунитчатой и однонитчатой, непрерывной и фрагментированной, линейной и кольцевой. По типу нуклеиновой кислоты вирусы подразделяются на РНКовые (ортомиксовирусы, парамиксовирусы, рабдовирусы, пикорнавирусы, ретровирусы) и ДНКовые (поксвирусы, герпесвирусы, аденовирусы, паповавирусы).

Суперкапсид – особая оболочка поверх капсида, организованная двойным слоем липидов и специфичными вирусными белками, наиболее часто образующими выросты-шипы, пронизывающие липидный бислой. Образование суперкапсида происходит на поздних этапах репродуктивного цикла, обычно при отпочковывании дочерних популяций.

Липиды идентичны липидам оболочки клеток хозяина, а углеводы входят в состав вирусных гемагглютининов (антигены). Основная ф-ия липидов – стабилизация структур вирусов. Деградация или утеря липидов приводит к потере инфекционных свойств.

Гликопротеиды входят в состав поверхностных структур суперкапсида.

Поверхностные белки – важный компонент облегчающий проникновение вирусов в чувствительные клетки. Их характерное свойство – способность связываться с рецепторами на поверхности эритроцитов и агглютинировать их. Способность к гемагглютинации широко используют для определения количества вирусов.

Вирионы имеют единую схему организации. В центре вириона располагается нуклеиновая кислота вируса (какая-либо одна — или ДНК, или РНК).

По своему составу вирусные нуклеиновые кислоты не отличаются от нуклеиновых кислот прокариотов и эукариотов, а вот их строение может быть различным. Это могут быть одно- или двунитевые, линейные или кольцевые, цельные или фрагментированные молекулы или ДНК, или РНК.

Тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и ее строение —

важнейший таксономический признак вирионов.

Вирусная нуклеиновая кислота покрыта белковой оболочкой, которую называют капсидной.

Капсидная оболочка состоит из отдельных субъединиц — капсомеров, их количество может быть различным. Белки капсидной оболочки обычно простые и способны к самосборке. Пространственная организация белков капсидной оболочки, их взаиморасположение определяют тип симметрии нуклеокапсида:

Тип симметрии нуклеокапсида — еще один важный таксономический критерий, позволяющий дифференцировать вирусы. Простейшие вирусы представляют собой нуклеокапсид. Наличие или отсутствие в строении вириона суперкапсидной оболочки (поверх капсидной) — еще один из важнейших таксономических признаков вирусов.

Суперкапсид — это сложноорганизованная структура, включающая белковый, углеводный и липидный компоненты, наличие липидов делает вирусы, имеющие суперкапсидную оболочку, чувствительными к эфиру.

Белки суперкапсидной оболочки — это сложные белки. В состав суперкапсидной оболочки могут входить элементы клетки хозяина.

1.Функция вирусных нуклеиновых кислот независимо от их типа состоит в хранении и передаче генетической информации. Вирусные ДНК могут быть линейными (как у эукариотов) или кольцевыми (как у прокариотов), однако в отличие от ДНК тех и других она может быть представлена однонитевой молекулой. Вирусные РНК имеют разную организацию (линейные, кольцевые, фрагментированные, однонитевые и двунитевые), они могут быть представлены плюс- или минус-нитями. Плюс-нити функционально тождественны и-РНК, т. е. способны транслировать закодированную в них генетическую информацию на рибосомы клетки хозяина.

Минус-нити не могут функционировать как и-РНК, и для трансляции содержащейся в них генетической информации необходим синтез комплементарной плюс-нити. РНК плюс-нитевых вирусов, в отличие от РНК минус-нитевых, имеют специфические образования, необходимые для узнавания рибосомами. У двунитевых как ДНК-, так и РНК-содержащих вирусов информация обычно записана только в одной цепи, чем достигается экономия генетического материала.

2. Вирусные белки по локализации в вирионе делятся:

• белки суперкапсидной оболочки;

Белки капсидной оболочки у нуклеокапсидных вирусов выполняют защитную функцию — защищают вирусную нуклеиновую кислоту от неблагоприятных воздействий — и рецепторную (якорную) функцию, обеспечивая адсорбцию вирусов на клетках хозяина и проникновение в них.

Белки суперкапсидной оболочки, как и белки капсидной оболочки, выполняют защитную и рецепторную функции. Это сложные белки — липо- и гликопротеиды. Некоторые из этих белков могут формировать морфологические субъединицы в виде шипованных отростков и обладают свойствами гемагглютининов (вызывают агглютинацию эритроцитов) или нейраминидазы (разрушают нейраминовую кислоту, входящую в состав клеточных стенок).

Отдельную группу составляют геномные белки, они ковалентно связаны с геномом и образуют с вирусной нуклеиновой кислотой рибо- или дезоксирибонуклеопротеиды. Основная функция геномных белков — участие в репликации нуклеиновой кислоты и реализации содержащейся в ней генетической информации, к ним относятся РНК-зависимая РНК-полимераза и обратная транскриптаза.

В отличие от белков капсидной и суперкапсидной оболочки это не структурные, а функциональные белки. Все вирусные белки выполняют и функцию антигенов, поскольку являются продуктами вирусного генома и, соответственно, чужеродными для организма хозяина. Представители царства Vira по типу нуклеиновой кислоты делятся на 2 подцарства — рибовирусные и дезоксирибовирусные. В подцарствах выделяют семейства, рода и виды.

Принадлежность вирусов к тому или иному семейству (всего их 19) определяется:

•строением и структурой нуклеиновой кислоты;

• типом симметрии нуклеокапсида;

• наличием суперкапсидной оболочки. Принадлежность к тому или иному родуи виду связана с другими биологическими свойствами вирусов:

• размером вирионов (от 18 до 300 нм);

• способностью размножаться в культурах ткани и курином эмбрионе;

• характером изменений, происходящих в клетках под воздействием вирусов;

• кругом восприимчивых хозяев.

Вирусы — возбудители болезней человека относятся к 6 ДНК-содержащим семействам (поксвирусы, герпесвирусы, гепаднавирусы, аденовирусы, паповавирусы, парвовирусы) и 13 семействам РНК-содержащих вирусов (реовирусы, тогавирусы, флавирусы, коронавирусы, парамиксовирусы, ортомиксовирусы, рабдовирусы, бунъявирусы, аренавирусы, ретровирусы, пикорнавирусы, калицивирусы, филовирусы).

Читайте также: