Империя неклеточных царства вирусов

Методы систематики

Сравнительно-морфологический метод (основной метод систематики) - основан на данных сравнительной морфологии и дает наибольшую информацию о родстве таксонов на уровне вида и рода; с помощью данного метода изучают макроструктуру организмов; метод не требует сложного оборудования.

Сравнительно-анатомический, эмбриологический и онтогенетический методы (варианты сравнительно-анатомического метода) - с их помощью изучают микроскопические структуры тканей, зародышевых мешков, особенности гаметогенеза, оплодотворения и развития зародыша, а также характер последующего развития и формирования отдельных органов растений; данные методы требуют совершенной техники (электронной и сканирующей микроскопии).

Сравнительно-цитологический и кариологический методы -позволяют анализировать признаки организмов на клеточном уровне, помогая устанавливать гибридную природу форм и изучать популяционную изменчивость видов.

Палинологический метод- использует данные палинологии (наука, изучающая строение оболочек спор и пыльцевых зерен растений) и позволяет, по хорошо сохраняющимся оболочкам спор и пыльцы, устанавливать возраст вымерших растений.

Эколого-генетический метод - связан с опытами по культуре растений; дает возможность вне зависимости от факторов природной среды изучать изменчивость, подвижность признаков и устанавливать границы фенотипической реакции таксона.

Гибридологический метод - основан на изучении гибридизации таксонов; важен при решении вопросов филогении и систематики.

Географический метод - дает возможность анализировать распространение таксонов и возможную динамику их ареалов (область географического распространения), а также изменчивость организмов, которая связана с географически меняющимися природными факторами.

Помимо указанных выше методов, в систематике используют иммунохимические и физиологические методы, а также данные энтомологии, археологии и лингвистики, которые дают информацию о насекомых вредителях и местах введения в культуру важнейших сельскохозяйственных растений.

Вирусы - это группа ультрамикроскопических облигатных внутриклеточных паразитов, которые размножаются только в клетках живых организмов. Открыты вирусы были в 1892 году русским ботаником Д.И. Ивановским. Данное открытие произошло во время изучения болезни табака, которая проявлялась в появлении пятен на листьях. Болезнь была вызвана вирусом табачной мозаики (рис. 7. 2. 1).

Рис. 7.2.1. Вирус табачной мозаики (А – электронная микрофотография, Б – модель).

Вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), окруженной белковой оболочкой – капсидом, состоящим из капсомеров. Размеры вириона различных вирусов - от 15 до 400 нм (большинство видны лишь в электронный микроскоп).

Вирусы обладают следующими характерными особенностями:

· не имеют клеточного строения;

· не способны к росту и бинарному делению;

· не имеют собственных метаболических систем;

· содержат нуклеиновую кислоту только одного типа – ДНК или РНК;

· для их воспроизводства нужна только нуклеиновая кислота;

· используют рибосомы клетки-хозяина для образования собственных белков;

· не размножаются на искусственных питательных средах и могут существовать только в организме хозяина;

· не задерживаются бактериологическими фильтрами.

Кроме того:вирусы паразитируют только на определенных хозяевах (растениях, животных, человеке, микроорганизмах); не размножаются в почве, но могут долго сохраняться в ней, если условия исключают их инактивацию; по типу нуклеиновой кислоты, а также биологическим, химическим, физическим свойствам их разделяют на РНК-содержащие и ДНК-содержащие.

Вирусы микроорганизмов названы фагами.Так, существуют бактериофаги (вирусы бактерий), микофаги (вирусы грибов), цианофаги (вирусы цианобактерий). Фаги обычно имеют многогранную призматическую головку и отросток (рис. 7.2.2.).

Рис. 7.2.2. Модель фага.

Головка покрыта оболочкой из капсомеров и содержит внутри ДНК. Отросток представляет собой белковый стержень, покрытый чехлом из спирально расположенных капсомеров. Через отросток ДНК из головки фага переходит в клетку поражаемого микроорганизма. После попадания фага бактерия утрачивает способность к делению и начинает производить не вещества собственной клетки, а частицы бактериофага. В итоге клеточная стенка бактерии растворяется (лизируют), из нее выходят зрелые бактериофаги. Лизировать бактерии способен только активный фаг. Недостаточно активный фаг может существовать в клетке микроорганизма, не вызывая лизиса. При размножении пораженной бактерии возможен переход инфицированного начала в дочерние клетки. Фаги встречаются в воде, почве и других природных объектах. Некоторые фаги используют в генетической инженерии, в медицине для профилактики заболеваний.

Разделы: Биология

Класс: 10

Тип урока: изучение и первичное закрепление новых знаний.

Этапы работы	Содержание этапа
1. Организационный момент.
2. Опрос учащихся по заданному на дом материалу (актуализация опорных знаний). Цель для учащихся: – вспомнить строение ядра и его функции; строение прокариот и эукариот. Цели и задачи для учителя: – воспроизвести необходимые для овладения новым материалом знания учащихся о клеточных формах жизни; – оценить уровень подготовленности учащихся, скорректировать их знания, проверить готовность к восприятию новой информации. Методы организации работы: индивидуальный опрос, фронтальный опрос, опрос по карточкам. Форма организации работы: фронтальная Критерии достижения целей и задач данного этапа урока: успешные ответы учащихся, понимание ими связи вопросов с темой урока. При затруднении в ответах учитель оказывает помощь, задает наводящие вопросы. Методы мотивирования учебной активности учащихся: использование поощрительных слов за хорошие ответы.	Подавляющее большинство ныне живущих организмов состоит из клеток. Лишь немногие примитивнейшие организмы – вирусы и фаги – не имеют клеточного строения. Поэтому важнейшему признаку все живое делится на две империи. 1.Какие? (доклеточные и клеточные). 2. Какие надцарства объединяют клеточные? Почему их так назвали? (безъядерные – прокариоты и ядерные – эукариоты). 3. Покажите связь ядра с его функцией в клетке. 4. Имеются ли принципиальные различия между прокариотами и эукариотами? 5. Опрос по карточкам: Дайте сравнительную характеристику клеткам эукариот. Царства Растения Грибы Животные
3. Объяснение нового учебного материала. Цель для учащихся: – изучить строение вирусов, этапы проникновения вирусов в клетку-хозяина; – сравнить строение вирусов с живыми организмами. Цели и задачи для учителя: – познакомить учащихся со строением вирусов и фагов, этапами их проникновения в клетку; – осмысление новых знаний при сравнении доклеточных и клеточных организмов; – развивать у учащихся умения сравнивать, анализировать, находить главное; – работая с рисунками научить путям достижения поставленных целей; – при коллективном выполнении заданий, создать атмосферу сотрудничества и заинтересованности, наличие обратной связи с учащимися, развитие у них коммуникативных способностей. Основные положения нового материала: 1. История открытия вирусов. 2. Строение вирусов и бактериофагов. 3. Пути проникновения вирусов в клетку. 4. Гипотезы возникновения вирусов. Методы организации работы: использование проблемных вопросов, рассказ учителя с элементами беседы, работа с тетрадью, использование технических средств обучения. Форма организации работы: фронтальная, индивидуальная, работа в парах, коллективная (эвристическая беседа). Критерии достижения целей и задач данного этапа урока: – могут рассказать о строении вирусов, сравнивать их с клеточными организмами; – умеют найти из предложенного материала нужную информацию, вычленить главное. Критерии определения уровня внимания и интереса учащихся к излагаемому материалу: – активность в ответах на вопросы; – наличие уточняющих вопросов в сложных местах. Методы мотивирования учебной активности учащихся: использование поощрительных слов.	1. Учитель: Я зашла в аптеку, узнать, какие есть медицинские препараты против инфекций, вызывающих различные заболевания. Лекарств, предупреждающих и лечащих бактериальные заболевания очень много. И совсем немного препаратов мне предложили в аптеке для профилактики вирусных заболеваний. Беседа: 1. Почему же так мало противовирусных препаратов? 2. Что для этого надо знать, чтобы противостоять вирусам? 3. Представьте себя в роли тех людей, которые должны защитить человечество от вирусов. Какие знания о вирусах вам необходимы, чтобы выполнить эту важную миссию? 4. Какие цели и задачи мы должны решить на уроке? Учитель называет тему урока, ученики записывают в тетради. (слайды 1, 2) Учитель: Об истории открытия вирусов нам расскажет ученица А. Учитель: А я расскажу о гипотезах возникновения вирусов. (слайды 3-6) 3. Учитель: Чтобы узнать, как устроен вирус, на него необходимо посмотреть. Как вы думаете, почему я не предлагаю вам для этого световой микроскоп? (Ответы учащихся) Комментарий учителя: Действительно, увидеть вирусы можно только с помощью электронного микроскопа. Сегодня науке известно около полутора тысяч вирусов. Но они настолько малы, что, по словам одного из ученых, коллекция, собранная из всех известных вирусов, “поместилась бы в коробочке размером с маковое зернышко”! Давайте, для того чтобы узнать, как устроены вирусы, отправимся с вами в виртуальную вирусную лабораторию. В ваших лабораториях есть образцы некоторых вирусов. Рассмотрите их. Ответьте на вопросы, которые есть в информационных листах. Вирусологи имеют дело с опасными инфекциями. Их работа требует исключительной аккуратности и оперативности. Поэтому, чтобы рассмотреть, как устроены вирусы, вам дается 5 минут. (Работа учащихся в парах). Строение вируса. (слайды 7, 8) В клетке хозяина вирус находится в виде молекул нуклеиновой кислоты. В свободноживущем состоянии в форме вириона. Вирион это генетические элементы, одетые в защитную белковую оболочку способные переходить из одной клетки в другую Вирионы представляют собой симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов. В сердцевине каждого вириона находится генетический материал, представленный молекулами ДНК или РНК. (У всех организмов каждая клетка содержит и ДНК и РНК). И ДНК и РНК могут быть как двух цепочные, так и одно цепочные, линейные или кольцевые. Генетический материал вируса (геном) окружен капсидом – белковой оболочкой, защищающей его как от действия нуклеаз – ферментов, разрушающих нуклеиновые кислоты, так и от воздействия ультрафиолетового излучения. Капсиды состоят из многократно повторяющихся полипептидных цепей одного или нескольких типов белков. Оболочка часто построена из повторяющихся субъединиц – капсомеров. Капсомеры образуют структуры с высокой степенью симметрии. Сложноорганизованные вирусы имеют дополнительную белковую или липопротеиновую оболочку, которая иногда может содержать и углеводы, например, у возбудителей гриппа и герпеса. Учитель: Так просто не устроен ни один живой организм. 1. Какой вывод по этой части работы можно сделать? 2. В чем сходство вирусов с живыми организмами? Сходство с живыми организмами: а) Способны воспроизводить себе подобные формы. б) Обладают наследственностью и изменчивостью. 3. Чем отличаются вирусы по строению от клеток растений, животных, грибов и бактерий? Ученики записывают в тетради вывод: 4. Почему же вирусы выделяют в особое царство живой природы? (Предполагаемый ответ: они, как никакие другие живые организмы, сочетают в себе признаки живых систем и неживой материи, поэтому их выделяют в особое царство живой природы). В отличие от всех организмов у вирусов отсутствует собственная система биосинтеза белка, что побуждает их вести паразитический образ жизни. В целом жизненный цикл вируса имеет две фазы: – внеклеточную или покоящуюся (вирусные частицы или вирионы) – и внутриклеточную – вегетативная (размножающуюся). (слайд 9) Процесс размножения вирусов особенный в органическом мире, он характеризуется огромной скоростью. Этапы проникновения вируса в клетку и его размножение. Только внедряясь в чужую клетку, вирус может воспроизводить себе подобные формы. Для этого он использует органоиды и ферменты клетки-хозяина, т.к. своих органоидов и ферментов у него нет. Как же это происходит? 1) Вирус осаждается на поверхности мембраны клетки. 2) НК вируса проникает внутрь клетки путем эндоцитоза или впрыскивания ее в клетку. 3) Репродукция НК вируса (размножение внутри клетки), при этом генетический аппарат клетки-хозяина подавляется. 4) Синтез белков капсида. 5) Формирование вирионов по принципу самосборки. 6) Выход вирусов из клетки. После этого клетка либо погибает, либо продолжает существовать и производить новые поколения вирусных частиц. – Подумайте, пожалуйста, и ответьте на вопрос: – Противоречит ли существование вирусов одному из главных положений клеточной теории о том, что все живые организмы состоят из клеток? Почему? (Предполагаемый ответ: Не противоречит, а подтверждает, так как свойства живых организмов вирусы могут проявлять только внутри других живых клеток). 4. Строение бактериофага: Особой группой вирусов являются бактериофаги, или просто фаги, которые заражают бактериальные клетки. Их строение: 1) капсидная головка с нуклеиновой кислотой (ДНК или РНК); 2) стержень; 3) спиралеобразный сокращающийся капсид; 4) базальная пластинка; 5) хвостовые фибриллы Посмотрите, как размножается Уже через 10 мин после заражения в бактерии формируются новые фаги, а через полчаса бактериальная клетка разрушается, и из нее выходят около 200 заново сформированных вирусов – фагов, способных заражать другие бактериальные клетки. Некоторые фаги используются человеком для борьбы с болезнетворными бактериями, например с бактериями, вызывающими холеру, дизентерию, брюшной тиф. И сегодня, я не могу не сказать еще об одном вирусе, который известен человечеству уже более 20 лет. Но ученые до сих пор не нашли лекарства против этого вируса. Что это за вирус? (Предполагаемый ответ: ВИЧ – Вирус иммунодефицита человека). О вирусе СПИДа расскажет ученик Б. 1. Вирусы являются возбудителями многих опасных болезней человека, животных и растений. 2. Использование в генетике и в селекции для получения вакцин против вирусных заболеваний, уничтожение вредных для сельского хозяйства насекомых, растений, животных. (слайд 13) (Дополнительная информация: Попытки использовать вирусы на пользу человечеству довольно немногочисленны. Так, в середине XX века вирус кроличьего миксоматоза использовали в Австралии, чтобы уменьшить поголовье этих чрезвычайно расплодившихся животных. Благодаря успехам генетики в будущем, возможно, искусственные вирусы смогут уничтожать больные клетки, не затрагивая при этом здоровые, или излечивать их, добавляя необходимый ген).
4. Закрепление учебного материала: – первичное закрепление материала; – подведение итогов урока. Цели для учащихся: – подкрепить свои знания о строении вирусов; – получить хорошую оценку. Цели и задачи для учителя: – осмыслить, систематизировать, обобщить и закрепить новые знания и умения; – осуществить первичную проверку усвоения и понимания нового материала; – установить соответствие между поставленными задачами урока и его результатами, внести коррективы. Метод организации работы: Форма организации работы: Критерии, позволяющие определить степень усвоения нового материала: хорошие оценки за работу. Возможные пути и методы реагирования на ситуации, когда часть учащихся не усвоила новый материал: – учитель исправляет и корректирует ответы учеников; – в случае выявления ошибок, проводится коррекция знаний на следующем уроке.	Для того чтобы подвести итог нашей работы, я предлагаю составить рассказ о вирусах с использованием слов выписанных на доске. По цепочке составляем по одному предложению, но чтобы получился логически завешенный текст. ВИРУСНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ. (слайд 14) – Вирусы — неклеточная форма жизни. – Вирусы являются облигатными паразитами — они не способны размножаться вне клетки – Вирусы имеют специфический механизм взаимодействия с клетками. – Вирусы внутриклеточные паразиты бактерий, растений, животных. – Вирусы — возбудители опасных заболеваний человека. – Обнаружен также вирус, поражающий другие вирусы. Давайте вернемся к задачам нашего урока. Удалось ли их решить в процессе совместной деятельности? Рефлексия. (слайд 16) Давайте вернемся к задачам нашего урока. Удалось ли их решить в процессе совместной деятельности? Рефлексия. (слайд 16)
5. Задание на дом. Цели для учащихся: – используя текст параграфа и записи в тетради выучить строение и значение вирусов, уметь отвечать на вопросы; – выполнить творческие задания. Цели и задачи для учителя: – объяснить особенности выполнения домашнего задания; – мотивировать выполнение учащимися дополнительных заданий хорошими оценками. Критерии успешного выполнения творческих заданий: Запишите домашнее задание: 1. Параграф 59, записи в тетради. 2. По желанию дополнительное творческое задание: – Провести мини-исследование по вопросу: почему то, что поражает компьютерные программы, тоже назвали вирусом? Урок окончен. До скорой встречи!

При подготовке к уроку были использованы:

1. Ресурсы интернет.
2. Биологический энциклопедический словарь.
3. Общая биология: Учеб. для 10-11 кл. Д.К.Беляев, 2010г.
4. Общая биология: Учеб. Для 10-11 кл. А.О.Рувинский, 2009г.
5. Материалы учителей биологии В.И.Аржановой, О.В.Рындиной, Н.Б.Кузнецова.

Неклеточные формы жизни — вирусы и фаги. Империя неклеточных состоит из единственного царства — вирусов.

Прокариоты. К прокариотам относят наиболее просто устроенные формы клеточных организмов.

Надцарство прокариот разделяют на два царства — архей и бактерий.

Архей. Архей — безъядерные организмы, по размерам и форме клеток похожие на бактерий, к которым их раньше и относили. Однако по строению генома, аппарата белкового синтеза, клеточных мембран они очень сильно отличаются от бактерий. Большинство архей являются экстремофилами, живущими в таких условиях, в которых не могут существовать другие живые организмы, — при очень высоких температурах и давлениях около глубоководных термальных источников, в насыщенных соляных растворах, в очень кислых или очень щелочных водоемах. Некоторые архей, используя в качестве источника энергии различные органические соединения, вырабатывают метан, что не свойственно никаким другим организмам. Метанобразующие архей, входящие в состав кишечной микрофлоры некоторых животных и человека, обеспечивают своих хозяев жизненно необходимым витамином В₁₂.

Рис. 84. Схема классификации клеточных организмов

Бактерии. Царство бактерий включает в себя подцарства цианобактерий и бактерий. Цианобактерии раньше относили к растениям и до сих пор иногда называют сине- зелеными водорослями (рис. 85). Это древнейшие организмы на Земле. Цианобактерии сыграли огромную роль в образовании почвы и современной атмосферы Земли. К ним относились и те древнейшие фотосинтезирующие одноклеточные организмы, которые, вступив в симбиоз с другими прокариотами, стали предками хлоропластов всех существующих сейчас зеленых растений.

Рис. 85. Цианобактерии

Среди бактерий выделяют группу пурпурных протеобактерий, к которым относят прокариотических предков митохондрий.

Настоящие бактерии, или эубактерии, играют огромную роль в биологическом круговороте веществ в природе и хозяйственной жизни человека. Изготовление простокваши, ацидофилина, творога, сметаны, сыров, уксуса немыслимо без действия бактерий.

В настоящее время многие микроорганизмы используются для промышленного получения нужных человеку веществ, например лекарств. Микробиологическая промышленность стала важной отраслью производства.

Печальную известность получили паразитические бактерии — возбудители опаснейших заболеваний человека: чумы, холеры, туберкулеза, дизентерии и множества других заболеваний. Вирусы и бактерии — основные возбудители инфекционных заболеваний.

Эукариоты. Все остальные организмы относят к ядерным, или эукариотам. Основные признаки эукариот показаны в таблице § 10.

Эукариоты разделяют на три царства: зеленые, растения, грибы и животные.

Зеленые растения. Сюда относят зеленые растения с автотрофным питанием. Очень редко встречается гетеротрофность (например, у насекомоядного растения росянки и у паразитического растения омелы). Всегда есть пластиды. Клетки, как правило, имеют наружную оболочку из целлюлозы.

Царство растений подразделяют на три подцарства: настоящие водоросли, красные водоросли (багрянки) и высшие растения.

Рис. 86. Настоящие водоросли.

1 — одноклеточные; 2 — колониальные; 3 — каулерпа — многоядерная водоросль, тело которой не расчленено на клетки; 4 — нитчатая водоросль; 5 — многоклеточная харовая водоросль

Настоящие водоросли — это низшие растения. Среди нескольких типов этого подцарства встречаются одноклеточные и многоклеточные, клетки которых по строению и функциям различны (рис. 86).

Замечательно, что в разных типах водорослей прослеживаются тенденции перехода от одноклеточности к многоклеточности, к специализации и разделению половых клеток на мужские и женские.

Таким образом, разные типы водорослей как бы делают попытку прорваться на следующий этаж — на уровень многоклеточного организма, где разные клетки выполняют различные функции. Переход от одноклеточности к многоклеточности — пример ароморфоза в эволюции зеленых растений.

Рис. 87. Багрянковая водоросль

Красные водоросли — многоклеточные организмы. Окраска красных водорослей определяется наличием в их клетках, помимо хлорофилла, красного и синего пигментов (рис. 87). Багрянковые резко отличаются от настоящих водорослей тем, что даже мужские гаметы — спермин лишены жгутиков и неподвижны.

К высшим растениям относят группу растений, которые имеют специальную сосудистую систему, по которой транспортируются минеральные и органические вещества. Приобретение такой проводящей сосудистой системы было важнейшим ароморфозом в эволюции растений. К высшим растениям относят споровые — моховидные, папоротниковидные (рис. 88) и семенные — голосеменные, покрытосеменные (цветковые).

Рис. 88. Высшие споровые растения (папоротникообразные).

Слева направо — хвощ, плаун, папоротник

Споровые растения — первые из зеленых растений, вышедшие на сушу. Однако их подвижные, снабженные жгутиками гаметы способны передвигаться только в воде. Поэтому такой выход на сушу нельзя считать полным.

Переход к семенному размножению позволил растениям отойти от берегов в глубь суши, что считается еще одним важнейшим ароморфозом в эволюции растений.

Грибы. Среди грибов различают разнообразные формы: хлебную плесень, плесневой грибок пенициллум, ржавчинные грибы, шляпочные грибы, трутовики. Общей особенностью для столь разнообразных форм является образование вегетативного тела гриба из тонких ветвящихся нитей, образующих грибницу.

К группе низших эукариот относят лишайники. Это своеобразная группа организмов, возникшая в результате симбиоза. Тело лишайника образовано грибом, в котором могут жить цианобактерии и зеленые водоросли.

Все животные — гетеротрофные организмы. Они активно добывают органические вещества, поедая те или иные, как правило, живые организмы. Добыча такого корма требует подвижности. С этим и связано развитие разнообразных органов движения (например, ложноножки амебы, реснички инфузорий, крылья насекомых, плавники рыб и т. д., рис. 89). Быстрые движения невозможны без наличия подвижного скелета, к которому крепится мускулатура. Так возникает наружный хитиновый скелет членистоногих, внутренний костный скелет позвоночных.

С подвижностью связана и другая важная особенность животных: клетка животных лишена плотной наружной оболочки, сохраняя лишь внутреннюю цитоплазматическую мембранную оболочку. Наличие в клетке животных нерастворимых в воде твердых запасающих веществ (например, крахмала) препятствовало бы подвижности клетки. Вот почему основным запасающим веществом у животных является легкорастворимый полисахарид — гликоген.

Царство животных распадается на два подцарства: простейших (или одноклеточных) и многоклеточных животных. Морфологически простейшее — клетка, функционально — организм. Отсюда следует двойственность его природы. Функции органов и тканей у простейших несут отдельные участки клеток. Настоящие многоклеточные характеризуются объединением клеток различных типов в ткани.

Рис. 89. Представители членистоногих.

1 — рак; 2 — паук; 3 — клещ; 4 — многоножка; 5 — бабочка; 6 — муха; 7 — жук; 8 — кузнечик

1. Охарактеризуйте вирусы как неклеточные формы.

2. Назовите признаки, характерные для всех клеточных организмов.

3. Сравните строение и функции клеток прокариот и эукариот.

4. Как вы считаете, какое практическое значение имеет систематика? Какие проблемы она помогает решить?

В ходе длительного эволюционного процесса на Земле возникло около 1,5 млн видов животных, более 500 тыс. видов растений, более 100 тыс. видов грибов и множество микроорганизмов. Их классификацией — объединением в группы по сходству строения и жизнедеятельности — занимается биологическая дисциплина называемая систематикой. В настоящее время ученые выделяют неклеточные и клеточные формы жизни:

• неклеточные формы жизни — вирусы;

• клеточные формы жизни включают:

— надцарство (или империя) Прокариоты:

— царство Истинные бактерии (Эубактерии);

— надцарство (или империя) Эукариоты:

Наряду с одноклеточными и многоклеточными организмами в природе существуют другие формы жизни. Это вирусы, не имеющие клеточного строения. Они представляют собой простейшую форму жизни на Земле, занимающую пограничное положение между неживой и живой материей. Считается, что крупные ДНК-содержащие вирусы происходят от более сложных (микоплазмы и риккетсии), внутриклеточных паразитов, утративших значительную часть своего генома. Происхождение некоторых РНК-содержаших вирусов связывают с кольцевыми фрагментами РНК клеток, которые реплицируются клеточной PHК-полимеразой.

Вирусы были открыты в 1892 г. русским ученым Д.И. Ивановским при исследовании мозаичной болезни листьев табака. Вирусы являются внутриклеточными паразитами. Они способны жить и размножаться только в клетках других организмов. Вне клеток других организмов они не проявляют признаков жизни. Многие из них во внешней среде имеют форму кристаллов. Величина вирусов колеблется от 20 до 300 нм. Вирусы устроены очень просто. Каждая вирусная частица состоит из нуклеиновой кислоты (различают РНК- и ДНК-содержащие вирусы), заключенной в белковую оболочку, которую называют капсидом. Форма капсида может быть палочковидной, нитевидной, сферической и др. Белки капсида защищают нуклеиновую кислоту и обусловливают ферментативные и антигенные свойства вирусов. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У некоторых вирусов, таких как герпес или грипп, есть еще и дополнительная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина. Хорошо изучен вирус “табачной мозаики”, имеющий палочковидную форму и представляющий собой цилиндр с полостью внутри. Стенка цилиндра образована молекулами белка, а внутри расположена спираль РНК. Белковая оболочка защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятных условий внешней среды, а также препятствует проникновению ферментов клеток и ее расщеплению (рис. 16.1).

Рис. 16.1. Представители царства Вирусы:

а — вирус табачной мозаики; б — аденовирус (вызывает респираторные заболевания человека), в — бактериофаг.

1 — молекула РНК, 2 — молекулы белка; 3 — головка с ДНК, 4 — хвостовые нити

Объем генетической информации вируса может быть очень мал, например, у некоторых вирусов он состоит из 3500 нуклеотидов. Такой объем нуклеиновой кислоты способен обеспечить синтез лишь нескольких белков, обычно белков капсида вируса. Молекулы вирусной РНК могут самопроизводиться. Это означает, что вирусная РНК является источником генетической информации и одновременно участвует в синтезе белка. В связи с этим в пораженной клетке по программе нуклеиновой кислоты вируса рибосомами хозяина синтезируются специфические вирусные белки и осуществляется процесс самосборки этих белков с нуклеиновой кислотой в новые вирусные частицы.

Все активные процессы вирусов протекают в клетках-хозяевах. Проникновение вирусов в клетку начинается с их адсорбции на клеточной поверхности благодаря связыванию белков-рецепторов клеточной оболочки со специальными белками вирусной частицы, которые узнают соответствующий рецептор на поверхности чувствительной клетки. Полагают, что в животную клетку вирус может проникать при процессах пиноцитоза и фагоцитоза, в растительную клетку — при различных повреждениях клеточной стенки. Бактериофаги, как правило, не попадают внутрь клетки, этому препятствуют толстые клеточные стенки бактерий. Бактериофаг состоит из головки (белковая оболочка и заключенная в ней ДНК или РНК) и отростка. В отростке различают полый стержень, окруженный чехлом из сократительных белков. На конце стержня имеется пластинка с шипами и нитями, от которых зависит прикрепление бактериофаг на клетке-хозяине. После присоединения к клеточной поверхности чехол отростка бактериофага сокращается, обнажая стержень, проникающий через клеточную стенку, и нуклеиновая кислота проникает в клетку.

Вирусный геном изменяет обмен веществ клетки, направляя ее деятельность на производство вирусной нуклеиновой кислоты и вирусных белков. Новые молекулы вирусной нуклеиновой кислоты соединяются с вновь синтезированными белками (самосборка вирусных частиц), в результате чего образуются вирусы, которые затем выходят из клетки-хозяина.

Биологическое значение вирусов в первую очередь связывается с их патогенным действием, т.е. способностью вызывать различные заболевания у человека, животных и растений. Сегодня специалисты насчитывают не менее 500 различных болезней человека, в которых в той или иной мере повинен вирус. Среди них такие тяжелые заболевания, как бешенство, натуральная оспа, желтая лихорадка, энцефалиты, инфекционные гепатиты, многие злокачественные опухоли, СПИД, корь и т.д. Помимо того, вирусы способны оказывать влияние на генетический аппарат клетки, вызывая генные мутации. Известны вирусы, которые могут встраивать свои ДНК в геном клеток организма, в который они проникают. Они не начинают активно копировать свой генетический материал, а остаются в виде так называемого провируса. Такой подход позволяет вирусам колировав информацию своего генома вместе с репликацией генома организма-хозяина, передаваясь по наследству потомкам этого хозяина. Геном человека более чем на 30*£ состоит из информации, кодируемой вирусоподобными элементами. С помощью вирусов может происходить передача генетической информации между особями.