Чем представлен генетический материал

Особенности генетического аппарата вирусов. ДНК-содержащие и РНК-содержащие вирусы



Карагандинский государственный медицинский университет

Кафедра молекулярной биологии

Доклад

На тему: Особенности генетического аппарата вирусов. ДНК-содержащие и РНК-содержащие вирусы.

Работу выполнила: Кусаинова Айгерим

Группа 144 ОМ

Работу проверила: преподаватель

Рогова Н. Р.

Караганда 2011

1. Введение

2. Вирусы: Структура. Генетический аппарат. Особенности организации генома.

3. ДНК-содержащие вирусы. РНК-содержащие вирусы.

4. Заключение

5. Использованная литература

Введение

В настоящее время известно свыше 800 видов вирусов (вероятно, миллионы видов еще не открыты). Вирусы классифицируются по носителям наследственной информации (ДНК-содержащие и РНК-содержащие) и по хозяевам (вирусы растений, вирусы грибов, вирусы животных и вирусы прокариот, или бактериофаги). Биномиальная номенклатура в вирусологии не привилась, и обычно каждый вид вируса получает собственное имя.

Вирусы – возбудители многих инфекционных заболеваний растений, животных и человека. В то же время, вирусы – возбудители заболеваний у нежелательных для человека организмов («враги наших врагов»). Вирусы широко используются как объекты молекулярно-генетических исследований. В генной инженерии вирусы применяются для переноса генетического материала.

Вирусы широко распространены в природе и могут вызывать различные заболевания растений, животных и человека.

В общих чертах, вирус представляет собой молекулу нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) окруженной специальной оболочкой. В состав некоторых инфекций такого типа также входят ферменты участвующие в регуляции жизненного цикла вируса. Проникая в клетки другого организма, этот автономный организм высвобождает свой генетический материал, который, используя ресурсы зараженной клетки, начинает образовывать новые вирусные частицы.

Несмотря на довольно простую органическую структуру, данные микроорганизмы являются полноправными представителями живой природы. Им присущи основные признаки жизни, такие как: способность к самовоспроизведению, изменчивость, наследственность, способность приспосабливаться к условиям окружающей среды, подчинение законам эволюции, определенное место в иерархии живых организмов.

Структура вирусов
В структуре всех этих микроорганизмов можно выделить две основных составляющих:нуклеиновая кислота – носитель генетической информации и оболочка.

Генетический аппарат вирусов.

В природе, носителем генетической информации являются нуклеиновые кислоты. Известно два основных типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). У большинства живых организмов нуклеиновые кислоты содержатся в ядре и цитоплазме (клеточном соке). Описываемые микроорганизмы, хоть и являются неклеточными структурами, но также содержат нуклеиновые кислоты. По типу содержащейся нуклеиновой кислоты вирусы разделяют на два класса: ДНК-содержащие и РНК-содержащие. К ДНК-содержащим вирусам относятся вирусы гепатита В, герпес и др. РНК-содержащие микроорганизмы представлены гриппом и парагриппом, вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), гепатитом А и пр. У данных микроорганизмов, равно как и у прочих живых организмов, нуклеиновые кислоты играют роль носителя генетической информации. Информация о структуре различных белков (генетическая информация) закодирована в структуре нуклеиновых кислот в виде специфических последовательностей нуклеотидов (составных частей ДНК и РНК). Гены вирусных нуклеиновых кислот кодируют разнообразные ферменты и структурные белки. ДНК и РНК вирусов являются материальным субстратом наследственности и изменчивости этих микроорганизмов – двух основных составляющих в эволюции вирусов в частности и всей живой природы в целом. У всех живых организмов, кроме вирусов, генетический аппарат состоит из двунитевой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), а рибонуклеиновая кислота (РНК), выполняющая в клетках роль переносчика информации, всегда однонитевая. У вирусов же существуют все возможные варианты устройства генетического аппарата: одно- и двунитевая РНК, одно- и двунитевая ДНК. При этом и вирусная РНК, и вирусная ДНК могут быть либо линейными, либо замкнутыми в кольцо.

Особенности организации генома вирусов

Геном вирусов включает:

*Структурные гены, которые кодируют белки. Занимают примерно 95 % вирусной хромосомы. Белки вирусов можно разделить на несколько групп: структурные, ферменты, регуляторы.

*Регуляторные последовательности, которые не кодируют белки: промоторы, операторы и терминаторы.

*Прочие некодирующие участки (сайты), в том числе:

— участок attP, обеспечивающий интеграцию вирусной хромосомы в хромосому клетки–хозяина;

— участки cos – липкие концевые участки линейных вирусных хромосом, обеспечивающие замыкание линейной хромосомы в кольцевую форму.

Гены, кодирующие рРНК и тРНК, в геноме вирусов обычно отсутствуют. Однако в геноме крупного фага Т4 имеются гены, кодирующие несколько тРНК.

Геном вирусов отличается высокой плотности упаковки информации. Например, у фага φ Х174 в пределах одного гена может располагаться еще один ген (на рисунке кольцевая ДНК представлена в линейной форме). В частности, ген В находится в пределах гена А, а ген Е – в пределах гена D. У мелкого РНК–содержащего фага f2 ген регуляторного белка, блокирующего лизис (созревание вирионов и разрушение клетки), перекрывается с двумя другими генами, удаленными друг от друга. Экспрессия (транскрипция и трансляция) вирусных генов происходит в том случае, если геном вируса представлен двунитевой ДНК (у РНК–содержащих вирусов необходим перевод информации в ДНК). Из-за полярности ДНК транскрипция идет только в одном направлении, то есть ген имеет начало и конец. Тогда «правые» гены не будут транскрибироваться РНК–полимеразой, движущейся влево, и наоборот. При этом один и тот же ген может транскрибироваться с разных промоторов; в этом случае экспрессия генов контролируется разными механизмами.

ДНК-содержащие вирусы

К ДНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы бактерий – бактериофаги (или просто фаги). Некоторые мелкие фаги (например, фаг М13) при репродукции не разрушают клетку. Репродукция крупных фагов (например, фага Т–4) приводит к гибели клетки. Фаг Т–4 – это один из наиболее сложно организованных вирусов. Белковый капсид включает не менее 130 белков, образующих головку, воротничок, сократимый хвост, базальную пластинку и хвостовые нити. Такое строение капсида позволяет впрыскивать ДНК в бактериальную клетку через толстую оболочку, поэтому подобные вирусы образно называют «живыми шприцами». Т–фаги могут существовать в виде профага длительное время. К ДНК-содержащим вирусам относятся возбудители многих заболеваний человека и животных: вирусы оспы, герпеса, гепатита В, аденовирусы млекопитающих и человека (вызывают желудочно-кишечные заболевания, ОРВИ, конъюнктивиты), вирусы бородавок человека. К ДНК-содержащим вирусам относятся и некоторые вирусы растений (вирус золотистой мозаики фасоли, вирус мозаики цветной капусты). Некоторые вирусы используются в генной инженерии для переноса генов от одних организмов к другим, например, обезьяний вирус SV 40.

Вирионы ДНК-содержащих вирусов содержат ДНК. Объемом ДНК определяется количество белков в вирионе: один полипептид кодируется отрезком ДНК длиной примерно 1 тысяча нуклеотидов (нуклеотидных пар). После проникновения в клетку вирусная ДНК становится матрицей для синтеза ДНК и РНК.

Примеры организации генома ДНК-содержащих вирусов

1. Кольцевая двухцепочечная ДНК длиной около 5 тпн.

– Обезьяний вирус SV 40. Мелкий эукариотический вирус. Вирионы в виде икосаэдра. Капсид белковый. Используется в генной инженерии как вектор переноса генов. Кодирует 5 белков.

– Вирусы бородавок человека.

2. Кольцевая одноцепочечная ДНК длиной около 5 тн; может быть как кодирующей, так и антикодирующей.

– Мелкие бактериофаги типа М13. Не разрушают клетку. Капсид включает 8 белков.

– Вирус золотистой мозаики фасоли.

3. Линейная двухцепочечная ДНК длиной 30-150 тпн.

– Бактериофаги типа Т4. Вирионы крупные. Белковый капсид из 130 белков включает: головку, хвостовой отдел и хвостовые нити. Эти вирусы могут существовать в виде профага длительное время.

– Аденовирусы млекопитающих и человека. Вирионы средних размеров в виде икосаэдра. Капсиды белковые. Вызывают ОРВИ, конъюнктивиты, желудочно-кишечные заболевания, иногда обладают онкогенными свойствами.

– Вирусы оспы, герпеса и им подобные. Вирионы крупные. Имеется липопротеиновая оболочка.

4. Линейная одноцепочечная ДНК длиной около 5 тн; ДНК может быть как кодирующей, так и антикодирующей. У человека известны как спутники аденовирусов.

5. Двухцепочечная ДНК, замкнутая в кольцо из перекрывающихся сегментов. Длина ДНК – 3-8 тн.

– Вирус гепатита В. Вирион сферический, средних размеров. Имеется дополнительная оболочка из вирусных и клеточных белков. Кодирует 5 белков.

– Вирус мозаики цветной капусты.

РНК-содержащие вирусы

К РНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы растений, возбудители заболеваний человека и животных: вирус полиомиелита, вирусы гриппа А, В и С, вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки), бешенства, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). В отдельную группу выделяются арбовирусы, которые переносятся членистоногими (клещами, москитами), например, вирусы клещевого энцефалита, желтой лихорадки. Многие РНК-содержащие вирусы вызывают ОРВИ (например, коронавирусы), желудочно-кишечные заболевания (реовирусы птиц, млекопитающих и человека). Некоторые РНК-содержащие вирусы используются в биотехнологии, например, вирусы полиэдроза насекомых.

Вирионы РНК-содержащих вирусов содержат РНК. После проникновения в клетку вирусная РНК становится матрицей для синтеза ДНК и РНК.

Примеры организации генома РНК-содержащих вирусов

1. Линейная одноцепочечная мРНК (плюс–цепь) длиной около 4 тн; в виде единой молекулы или в виде нескольких разных молекул. Плюс-цепь сразу же может использоваться для трансляции. Вегетативно-репродуктивная фаза этих вирусов протекает в цитоплазме. В плюс-цепи закодирована РНК-репликаза (РНК-зависимая РНК-полимераза). Представители:

– Вирус табачной мозаики (ВТМ) – сегментированная РНК. Вирион нитевидный (18х300 нм). ВТМ открыт Д.И. Ивановским в 1982 г.

– Вирус полиомиелита – несегментированная РНК. Вирионы мелкие, в виде икосаэдра. Капсид белковый.

– Вирус бешенства. Нитевидный вирион. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка.

– Арбовирусы (переносятся членистоногими: клещами, москитами) – вирусы клещевого энцефалита, желтой лихорадки. Морфология и размеры вирионов разнообразны, например, вирус энцефалита содержит 9 белков. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка.

– Мелкие бактериофаги (с несегментированной РНК).

2. Линейная одноцепочечная кРНК (минус–цепь, порядок нуклеотидов комплементарен по отношению к мРНК). Минус–цепь не может служить для трансляции и используется как матрица для синтеза плюс–цепи. Плюс-цепь служит для трансляции вирусных белков и используется как матрица для синтеза вирусной кРНК. Вегетативно-репродуктивная фаза этих вирусов также протекает в цитоплазме.

– Вирусы гриппа А, В, С. Вирус гриппа А содержит минус-цепь РНК, состоящую из 8 фрагментов. Фрагменты РНК связаны с вирусными белками и образуют спиральный нуклеокапсид. Поверх нуклеокапсида располагается гликолипопротеиновый суперкапсид. В составе вириона 10 белков. В состав суперкапсида входит два белка, определяющих антигенные свойства вируса: гемагглютинин и нейраминидаза. Кроме того, в состав вириона входит уже готовая РНК-репликаза, обеспечивающая синтез плюс-цепи на матрице минус-цепи.

– Вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки). Сферический вирион средних размеров. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка.

3. Линейная двухцепочечная РНК

– Мелкие бактериофаги. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый.

– Вирусы полиэдроза насекомых. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый. Используются в биотехнологии (для синтеза интерферона).

– Реовирусы птиц, млекопитающих и человека. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый. Вызывают ОРВИ, желудочно-кишечные заболевания. РНК фрагментированная (10…11 фрагментов), кодирует 11 белков.

4. Две линейные одноцепочечные одинаковые молекулы мРНК длиной около 10 тн. Ретровирусы. Способны интегрироваться в ДНК. В состав вирионов входит фермент обратная транскриптаза (ревертаза). Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка. Многие ретровирусы вызывают онкологические заболевания: лейкозы, саркомы, опухоли молочных желез. К ретровирусам относится и вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД.

17. Особенности организации наследственного аппарата вирусов. Рнк- и днк-содержащие вирусы. Ретровирусы.

См. вопр. №1

Ретровирусы — семейство РНК-содержащих вирусов, заражающих преимущественно позвоночных. Наиболее известный и активно изучаемый представитель — вирус иммунодефицита человека.

После инфицирования клетки ретровирусом в цитоплазме начинается синтез вирусного ДНК-генома с использованием вирионной РНК в качестве матрицы. Все ретровирусы используют для репликации своего генома механизм обратной транскрипции: вирусный фермент обратная транскриптаза (или ревертаза) синтезирует одну нить ДНК на матрице вирусной РНК, а затем уже на матрице синтезированной нити ДНК достраивает вторую, комплементарную ей нить. Образуется двунитевая молекула ДНК, которая интегрируется в хромосомную ДНК клетки во время клеточного деления, когда нет ядерной оболочки, (исключением является ВИЧ, ДНК которого активно проникает в ядро) и далее служит матрицей для синтеза молекул вирусных РНК. Эти РНК выходят из клеточного ядра и в цитоплазме клетки упаковываются в вирусные частицы, способные инфицировать новые клетки.

18. Особенности организации наследственного аппарата прокариот. Автономные генетические элементы и их значение.

У прокариот генетический аппарат представлен двухцепочечной кольцевой молекулой ДНК (нуклеоид, генофор), в которой содержится основная видовая наследственная информация, и плазмоном — совокупностью автономных генетических элементов. Это мелкие кольцевые молекулы ДНК — плазмиды и эписомы, содержащие ограниченную информацию о некоторых признаках данного организма (в плазмидах R находятся гены устойчивости к антибиотикам;эписомы F определяют способность к размножению). Плазмиды и эписомы способны к репликации и перемещению из клетки в клетку при конъюгации.

19. Организация наследственного аппарата эукариот. Надмолекулярный уровень организации генетического материала. Строение хромосом.

У эукариот генетический аппарат представлен надмолекулярными структурами — хромосомами, химической основой которых является хроматин (ДНК + белки). Хроматин может быть конденсирован, неактивный — гетерохроматин, или деконденсирован, активный – эухроматин. Не вся ДНК эукариот является информативной. Большая часть ее представлена регуляторными последовательностями. Многие участки повторяются в геноме (умеренные и высокие повторы).

20. Хроматин: химический состав и структурная организация. Эухроматин и гетерохроматин. Уровни организации хроматина.

Хромосомы в виде плотных структур выявляются во время деления клетки, а в интерфазе они деспирализованы и вся совокупность наследственного материала носит название — хроматин.

Большая часть интерфазного хроматина находится в деконденсированном состоянии, на разных его участках идут процессы транскрипции — это активный хроматин — эухроматин. Но есть участки конденсированного (плотного) хроматина — это неактивный гетерохроматин.

Различают структурный (конститутивный) гетерохроматин — участки постоянно конденсированные, неинформативные. Второй вид гетерохроматина — факультативный, это те участки, которые могут деконденсироваться и переходить в активное состояние. При подготовке к делению происходит постепенная общая конденсация хроматина и весь генетический материал представляет собой факультативный гетерохроматин; в световом микроскопе он обнаруживается в виде плотных структур — хромосом.

Процесс конденсации хроматина очень важен для регуляции активности генетического материала и для свободного распределения хромосом в цитоплазме клетки во время деления. По мере конденсации активность хроматина снижается. В результате усиления компактизации хроматина и процесса спирализации метафазные хромосомы уменьшаются по длине в несколько тысяч раз и свободно размещаются в цитоплазме клетки, а затем расходятся к полюсам. Форма метафазных хромосом зависит от расположения центромеры.

Различают несколько уровней организации хроматина:

1. Расправленные нити. Эта структура состоит из 1 молекулы ДНК и молекул гистонов, расположенных параллельно. Неактивный хроматин.

2. Нуклеосомный уровень. Формируются компактные структуры из 8 молекул гистонов и участка молекулы ДНК (около 200 пар нуклеотидов) — нуклеосомы. Хроматиновая нить укорачивается в 7 раз. Наиболее активный хроматин.

3. Нуклеомерный. Объединяются 8-10 нуклеосом, образуется нуклеомер. Укорочение нити в 20 раз.

4. Хромомерный. Нуклеомерная нить образует петли, соединённые белками. Укорочение в 200 раз.

5. Хромонемный уровень образуется в результате сближения хромомеров по длине.

6. Хроматидный. Хромонема складывается в несколько раз, образуя тело хроматиды. Хроматиду можно назвать нереплицированной хромосомой. После репликации ДНК хромосома содержит 2 хроматиды — это реплицированная хромосома.

Генетика вирусов

Вирусам, как и всем живым организмам, свойственны наследственность и изменчивость. Основной особенностью вирусного генома является то, что наследственная информация у вирусов может быть записана как на ДНК, так и на РНК. Геном ДНК-содержащих вирусов двухнитевой (исключение составляют парвовирусы, имеющие однонитевую ДНК), несегментированный и проявляет инфекционные свойства. У вирусов, принадлежащих к родам Poxvirus и Hepadnavirus геном представлен двумя цепочками ДНК разной длины. Геном большинства РНК-содержащих вирусов однонитевой (исключение составляют реовирусы и ретровирусы, обладающие двунитевыми геномами) и может быть сегментированным (представители родов Retrovirus, Orthomyxovirus, Arenavirus и Reovirus) или несегментированным.

Вирусные РНК в зависимости от выполняемых функций подразделяются на две группы. К первой группе относятся РНК, способные непосредственно транслировать генетическую информацию на рибосомы чувствительной клетки, т.е выполнять функции иРНК и мРНК. Их называют плюс-нити РНК и обозначают как +РНК (позитивный геном). Они имеют характерные окончания («шапочки») для специфического распознавания рибосом.

У другой группы вирусов РНК не способна транслировать генетическую информацию непосредственно на рибосомы и функционировать как иРНК. Такие РНК служат матрицей для образования иРНК, т.е. при репликации первоначально синтезируется матрица (+РНК) для синтеза –РНК. Такой тип РНК определяют как минус-нить и обозначают –РНК (негативный геном). У вирусов этой группы репликация РНК отличается от транскрипции по длине образующихся молекул: при репликации длина РНК соответствует материнской нити, а при транскрипции образуются укороченные молекулы иРНК. Молекулы +РНК проявляют инфекционность, а –РНК не проявляют инфекционные свойства и для воспроизведения должны транскрибироваться в +РНК.

Исключение составляют ретровирусы, которые содержат однонитевую +РНК, служащую матрицей для вирусной РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратной транскриптазы). При помощи этого фермента информация переписывается с РНК на ДНК, в результате чего образуется ДНК-провирус, интегрирующий в клеточный геном.

Так же как и у прочих форм жизни нуклеиновые кислоты вирусов подвержены мутациям. Фенотипически мутации вирусного генома проявляются изменениями в антигенной структуре, неспособности вызывать продуктивную инфекцию в чувствительной клетке, термостабильностью, изменением размера и формы бляшек, образуемых под агаровым покрытием. Большинству мутаций присущи реверсии к дикому типу, причем каждая мутация имеет характерную частоту реверсий, которую можно точно измерить. У вирусов выделяют спонтанные и индуцированные мутации.

Скорость спонтанного мутагенеза в ДНК-геномах значительно ниже (10-8 – 10-11 на каждый включенный нуклеотид), чем у РНК-геномных (10-3 – 10-4 на каждый включенный нуклеотид). Более высокая частота спонтанных мутаций связана с низкой точностью репликации РНК-геномов, которая вероятно связана с отсутствием у РНК-репликаз корректирующей активности, свойственной ферментам, реплицирующим ДНК. Наиболее часто спонтанные мутации наблюдаются у ретровирусов, что связано с более высокой частотой сбоев в обратной транскрипции, не способных к самокоррекции.

Индуцированные мутации у вирусов получают при действии различных химических и физических мутагенов, которые подразделяют на действующие in vivo и in vitro.

Вирусные мутации классифицируют по изменениям фенотипа и генотипа. По фенотипическим проявлениям мутации вирусов разделяют на четыре группы:

  1. Мутации, не имеющие фенотипического проявления.

  2. Летальные мутации, т.е. полностью нарушающие синтез или функцию жизненно важных белков и приводящие к утрате способности к репродукции.

  3. Условно летальные мутации, т.е. мутации с потерей способности синтезировать определенный белок или с нарушением его функции только в определенных условиях.

  4. Мутации, имеющие фенотипическое проявление, например изменение размеров бляшек под агаровым покрытием или термостабильности.

По изменению генотипа мутации подразделяют на точечные (локализующиеся в индивидуальных генах) и генные (затрагивающие более обширные участки генома).

Заражение вирусами чувствительных клеток носит множественный характер, т.е. в клетку проникает сразу несколько вирионов. При этом вирусные геномы в процессе репликации могут кооперироваться или интерферировать. Кооперативные взаимодействия между вирусами представлены генетическими рекомбинациями, генетической реактивацией, комплементацией и фенотипическим смешиванием.

Генетическая рекомбинация чаще встречается у ДНК-содержащих вирусов или РНК-содержащих вирусов с фрагментированным геномом (вирус гриппа). При генетической рекомбинации происходит обмен между гомологичными участками вирусных геномов.

Генетическая реактивация наблюдается между геномами родственных вирусов с мутациями в разных генах. При перераспределении генетического материала формируется полноценный геном.

Комплементация происходит когда один из вирусов, инфицирующих клетку, в результате мутации синтезирует нефункциональный белок. Немутантный вирус, синтезируя полноценный белок, восполняет отсутствие его у мутантного вируса.

Фенотипическое смешивание происходит при смешанном заражении чувствительной клетки двумя вирусами, когда часть потомства приобретает фенотипические признаки, присущие двум вирусам, при неизменном генотипе.

При множественном инфицировании чувствительной клетки между вирусами могут возникать интерферирующие взаимодействия. Интерфернцией вирусов называют состояние невосприимчивости к вторичному заражению клетки, уже инфицированной вирусом. При гетерологической интерференции инфицирование одним вирусом полностью блокирует возможность репликации второго вируса в пределах одной клетки. Механизмы гетерологической интерференции связаны с угнетением адсорбции другого вируса путем блокирования или разрушения специфических рецепторов, а так же с ингибированием трансляции мРНК любой гетерологичной мРНК в инфицированной клетке. Кроме того, первичное заражение может индуцировать образование интерферона, ингибирующего репликацию второго вируса.

Гомологическая интерференция, т.е. интерференция между гомологичными вирусами, характерна для многих вирусов, особенно при повторных пассажах in vitro и при высокой множественности инфицирования. В таких условиях образуется много дефектных вирусных частиц, обычно не способных к репродукции. Однако размножение дефектных вирусов возможно при совместном заражении с полноценным вирусом (вирус-помощник). При этом дефектный вирус может вмешиваться в репликативный цикл вируса-помощника и образовывать дочерние дефектные интерферирующие (ДИ) вирусные частицы. ДИ-частицам присущи три основных свойства: дефектность (повреждение в важных генах), способность к интерференции (ДИ-частицы препятствуют репликации полноценного вируса или других гомологичных вирусов) и способность к самообогащению за счет стандартного вируса. Циркуляция ДИ-частиц и коинфекция с полноценным вирусом вызывают вялотекущие, длительные формы инфекции.

Кроме взаимодействий, происходящих между вирусами, при смешанной инфекции происходят также взаимодействие между вирусом и клеткой-хозяином. При взаимодействии клеток с ДНК-содержащими вирусами может происходить вирусная трансформация клетки. В результате трансформации у клеток изменяются морфологические, биохимические и ростовые характеристики, может появляться способность к опухолевому росту. Представляет интерес трансформация клеток под действием РНК-геномных ретровирусов. У ретровирусов трансформация и репликация не являются взаимоисключающими, поскольку трансформированные клетки способны реплицировать вирус. Геномы трансформирующих вирусов обычно интегрируют с геномом трансформируемой клетки.

ГЕНЕТИКА ВИРУСОВ

  1. АБВГД и ПП- агрессия бактерий, вирусов, грибов, дрожжей и простейших паразитов.
  2. Ареалы распространения вирусов.
  3. Вирусы. Морфология и физиология вирусов
  4. Воспроизводство вирусов, теория мемов и психогенетика.
  5. Генетика
  6. Генетика
  7. Генетика
  8. Генетика микроорганизмов
  9. Генетика пола.
  10. Генетика психических заболеваний
  11. Занятие №45. Морфология и культивирование в курином эмбрионе вирусов

1. Структура вирусного генома

2. Генетические признаки вирусов

3. Изменчивость вирусов и селекция

4. Генная инженерия

Генетика наука о наследственности и изменчивости живых организмов.

Наследственные признаки очень стойкие и передаются, из поколения в поколение от родителей к потомкам через материальные носители наследственности – нуклеиновые кислоты.

Но в тоже время организмы в мире не изолированы, а взаимосвязаны с внешней средой и другими организмами. И под влиянием этих факторов происходят изменения отдельных признаков в организмах как на генетическом уровне (наследственная изменчивость), так и не связанные с изменением генетического аппарата (не наследственная изменчивость).

Наследственность и изменчивость тесно связаны между собой и являются противоположными сторонами единого процесса эволюции живых существ. Следует отметить, что вирусы в значительной мере способствовали развитию генетики как науки, так как они являются удобной моделью для изучения состава, репликации, функций нуклеиновых кислот, явлений изменчивости, что связано с простым строением и быстрым размножением (репродукция).

В развитии биологии в том числе и вирусологии и генетики важную роль сыграли такие открытия:

1. Расшифровка структуры молекулы ДНК

2. Расшифровка синтеза белка

3. Расшифровка генетического кода

Эти открытия сравнивают с открытием атомной энергии и ХХ век называют веком биологии в связи с тем, что были раскрыты интимные стороны жизни – тончайшее строение и функции нуклеиновых кислот.

1 Структура вирусного генома

Долгое время считалось, что носителем наследственной информации является белок. Но в 1944 г. Эвери доказал, что трансформации бактерий обусловлены нуклеиновой кислотой. В вирусологии значение нуклеиновой кислоты как носителя информации доказали Хергии и Чейз в 1952 году Они заметили что заражение бактерий может вызвать фаг, лишенный белковой оболочки. .Функцию вирусного генома выполняет или ДНК или РНК. ДНК или РНК могут быть одно или двухцепочные

Геном вирусов может быть представлен 10 вариантами:

1. Одноцепочной нефрагментированной РНК + цепью т.е. выполняет роль информационной РНК (пикорна- и тогавирусы, ретровирусы)

2. Одноцепочная нефрагментированная РНК – цепь ( рабдо-, парамиксовирусы)

3. Одноцепочная фрагментированная РНК – цепь (ортомиксовирусы)

4. Одноцепочная фрагментированная кольцевая РНК (бунъя вирус)

5. Двухцепочная фрагментированная РНК (реовирусы)

6.Одноцепочная ДНК нефрагментированная (парвовирусы )

7. Одноцепочная ДНК циркулярная (цирковирусы)

8.Двухцепочная ДНК нефрагментированная (герпес-, аденовирусы)

9.Двухцепочная ДНК кольцевая (папиломавирусы)

Как и в любой другой генетической системе в наследственном аппарате вирусов используется триплетный код. Три нуклеотида в одноцепочных молекулах или три пары нуклеотидов в двухцепочных молекулах нуклеиновых кислот кодируют одну аминокислоту. Они называются «кодоны».

Соединяясь между собой в определенной последовательности, триплеты образуют генетический код.

Но количество возможных вариантов кодонов (64) превышает количество аминокислот (21)Это значит, что на каждую аминокислоту приходится 2-3 кодона для страховки, исключение — триптофан и метионин они кодируется одним триплетом.

Нуклеиновая кислота вирусов состоит из участков отличающихся друг от друга определенной последовательностью и количеством триплетов – эти участки называют генами и каждый ген ответственен за синтез одного определенного белка.

Число генов в нуклеиновой кислоте у разных вирусов варьирует в широких пределах. Например, вирус ящура и гриппа имеют по 3-5 генов у вируса полиоэмилита 10, а у вируса ньюкаслской болезни -37, вируса оспы-400 генов, а у человека-10 млн.

2 Генетические признаки вирусов.

Генетические признаки это любые наследственно-передаваемые свойства, которым можно дать качественную и количественную оценку, и которые проявляются в определенных условиях среды. Вирусы обладают определенными генетическими признаками, совокупность которых составляет генотип вируса, а совокупность проявленных генетических признаков составляет фенотип вируса.

‡агрузка…

Изучение генетических признаков вирусов имеет большое практическое значение, как в теоретическом, так и в практическом отношении. По этим признакам вирусы классифицируются, отбираются необходимые штаммы. Эти признаки или свойства используют в диагностической и лечебно-профилактической работе.

Но генетические признаки вирусов изучены недостаточно полно т. к. не все признаки, заложенные в генотипе, могут проявиться в конкретных условиях. И еще это связано с неоднородностью генотипов вирусных частиц в одной популяции.

Генетические признаки вирусов условно разделяют на: групповые, видовые и штаммовые.

Групповые признаки – это тип нуклеиновой кислоты, тип симметрии, размер и морфология, тип капсидной оболочки, количество капсомеров, наличие суперкапсидной оболочки, устойчивость к жирорастворителям или наличие липидов, антигенная специфика

Видовые признаки – патогенность для того или иного вида животного, тропизм, устойчивость к кислотности среды (рН), способность к гемагглютинации, характер ЦПД.

Штаммовые (внутривидовые) признаки — вирулентность для животных и куриных эмбрионов, терморезистентность, гемагглютинирующая активность, антигенная активность, характер бляшек, устойчивость к различным химическим и физическим факторам.

Каждый генетический признак вируса принято обозначать латинскими буквами:

Терморезистентность – Tr

Термочувствительность – Ts

Температура размножения rct — 40°

Патогенность S

Инфекционная доза — ИД 50

Способность размножаться в культуре клеток, вызывая ЦПД – ТС

Устойчивость к рН среды — РН

3 Изменчивость вирусов и селекция.

В процессе репродукции вирусов в потомстве могут появляться вирионы, отличающиеся по своим свойствам от исходных родительских. Изменения могут касаться величины, формы патогенности, антигенной структуры, тропизма. Вновь возникшее свойства могут быть наследуемые т.е. связанные с изменениями в геноме вируса (генетические) или не наследуемые т.е. не связанные с изменениями в геноме вируса (фенотипические) .

Фенотепическая форма изменчивости или негенетическаясвязана с особенностями клетки хозяина, в которой происходит репродукция. У вирусов позвоночныхизменения связаны прежде всего со строением суперкапсида, который формируется на оболочках клетки . Поэтому при образовании оболочки включаются клеточные липиды, белки , углеводы. Так в оболочку вируса гриппа , культивированного на куриных эмбрионах , встраиваются белки алантоиса.

К фенотипическим формам изменчивости относят и негенетические взаимодействия вирусов между собой, это:

фенотипическое смешивание

негенетическая реактивация

комплементация

Фенотипическое смешивание происходит при заражении клетки двумя разными вирусами, при этом потомство преобретает признаки обоих вирусов. Например при заражении вирусом гриппа и вирусом нъюкаслской болезни . При этом в потомстве выявляются вирионы содержащие антигены и вируса гриппа и вируса нъюкаслской болезни.

Негенетическая реактивация (восстановление активности). при этом инактивированный вирус у которого разрушены белки -ферменты , необходимые для репродукции способен репродуцироватся за счет фермента у другого вируса даже у которого поврежен геном.

Комплементация это когда белки, кодируемые геномом одного вируса, способствуют репродукции другого вируса. Например предоставление фермента вирусу у которого его нет. Таким образом , комплементация приводит к формированию полноценного вириона, но она происходит только между близкородственными вирусами. комплементация может быть односторонняя , когда один вирус обеспечивает другого необходимыми продуктами для репродукции. Двусторонняя, когда каждый из вирусов не способен к самостоятельной репродукции.

К наследственно закрепленным формам изменчивости относят мутации и генетические взаимодействия вирусов. Причины сравнительно высокой способности вирусов к этому виду изменчивости , является огромная численность популяции вирусов, высокая скорость репродукции, слабая защищенность нуклеопротеида от внешних воздействий.

Мутация – это изменение последовательности нуклеотидов в определенном участке генома вируса.

В основе мутаций лежат следующие процессы:

1) Инверсия – изменение последовательности расположения одного или нескольких нуклеотидов (КОТ – ТОК) . Аналогично тому как меняется смысл вновь полученного слова, так и меняется состав гена, а значит при синтезе получится другой белок и другие свойства у вируса.

2) Замена одной или нескольких пар нуклеотидов другими( КОТ-КОМ).

3) Вставки – в цепь встраивается один или несколько нуклеотидов (ОКО-ОКНО).

4) Делеция – выпадение из цепи одного или нескольких нуклеотидов (ОКНО-ОКО)

5) Дупликация- дублирование одного или нескольких нуклеотидов

По обратимости необратимые при которых изменяется фенотип вируса и такие мутанты бястро вытесняют другиа популяции вируса.

Обратимые мутации при котрых происходит обратная мутация в месте первичной

По протяженности мутации могут быть точечными, захватывать лишь один триплет. Такие мутации могут не проявляться за счет того, что одна аминокислота кодируется– несколькими кодонами. Могут быть аберрационными , которые захватывают значительный участок гена. Такие мутации проявляются всегда.

По природе мутации бывают спонтанные и индуцированные.

Спонтанные – самопроизвольные, возникают в природе при воздействии на геном вируса различных естественных мутагенных факторов или ошибок действия ферментов ДНК-полимеразы или РНК-полимеразы

Одной из важных причин, приводящих к изменению вирусов в естественных условиях ,является коллективный иммунитет, который препятствует дальнейшему размножению вируса, вызвавшего инфекцию – (спад эпизоотии). В иммунном организме могут репродуцироваться антигенные варианты этого вируса, которые не обезвреживаются специфическими антителами. Следовательно, в процессе эпизоотии выживают вирионы с измененной антигенной структурой, которые в последствии после селекции образуют новую популяцию вируса, способную инфицировать иммунный организм.

Хорошо известна естественная изменчивость вируса гриппа, который проявляется появлением различных антигенных вариантов вируса. Способствующим фактором является фрагментированная РНК. В результате мутации и рекомбинации между вирусами гриппа человека и животных, образуются новые варианты вируса.

Вирус ящура имеет 7 типов, а внутри десятки вариантов и в ходе эпидемии происходит смена типов и вариантов, что затрудняет специфическую профилактику болезни.

Помимо антигенной изменчивости может наблюдаться изменчивость патогенных свойств – повышение или понижение вирулентности. Например вирус ньюкаслской болезни сначала вызывал смертельное заболевание птицы. В настоящее время регистрируют легкое течение данной болезни. такой вирус называется природно-ослабленный штамм и используется для приготовления вакцины. К сожалению, бывают и противоположные факты: усиление вирулентности вируса в природных условиях (так произошло с вирусом бешенства и вируса миксоматоза кроликов).

Индуцированные (искусственные)мутации – возникают в результате направленных воздействий экспериментатора на вирус различными физическкими и химическими мутагенами а также при адаптации вируса к необычной биосистеме.Такое воздействие на вирус вызывают мутаций в десятки и сотни раз эффективнее, чем природные факторы. Действие мутагенов имеет определённую направленность, что позволяет заранее предвидеть, куда действует мутаген и какие последствия вызовет.

Виды мутагенов:

1) Физические мутагены: повышенная температура способствует удалению пуринов из ДНК и замена другими; УФО – поглощается нуклеиновой кислотой, изменяет структуру пиримидинов

2).Химические мутагены могут действовать на нуклеиновую кислоту во время её репликации (аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований) или вступать в реакцию с покоящейся молекулой нуклеиновой кислотой, но требующие для выявления (формирования) мутаций, последующей её репликации (азотистая к-та, гидроксиломин) и т.д.

3) Процесс адаптаци вирусов к нечуствительной живой системе. Происходит это таким образом. Вирусом заражается нечувствительная живая система. В первых пассажах вируса на такой живой системе большинство вирионов погибает. Остаются и размножаются только те вирионы, у которых есть изменение в генах, эти изменения позволяют им репродуцироваться в новой для них системе . Так как вируса очень мало, то какие-либо признаки размножения вируса не проявляются. После нескольких «слепых» пассажей количество вирионов, способных размножаться в необычных условиях, увеличивается до такой степени, что появляются признаки размножения вируса.

В результате появляется популяция вируса способная «размножаться» на нечувствительной живой системе. Обычно в тоже время патогенность к чувствительной системе понижается. Пример: лапинизированный вирус ящура стал патогенен для кроликов , а патогенность для КРС у него снизилась.

Пастер 1822-1895 – ослабил вирус бешенства, пассируя через организм кролика.

Рекомбинация – это обмен генетическим материалом между двумя близкими, но отличающимися по наследственным свойствам вирусами.

Рекомбинации могут быть:

межгенные – обмен полными генами,1 внутригенная – обмен участками генов. Образующися рекомбинантный вирус преобретает свойства обоих вирусов. Рекомбинанты вирусов получаются только при скрещивании близких по свой ствам вирусов родственных.

Рекомбинации между одноцепочными НК и между двухцепочными НК

В экспериментальных условиях гибридные (рекомбинантные) формы можно получить при совместном введении в клетку:

1) двух жизнеспособных вирусов ;

2) живого и инактивированного вируса

3) живого вируса и вирусной нуклеиновой кислоты , выделенной из другого штамма;

4) одновременно двух нуклеиновых кислот от разных вирусов.

Таким образом, получают гибриды с признаками не встречающиеся в природе. Так в результате гибридизации инактивированного УФ-лучами вируса гриппа типа А, образующего бляшки, с инфекционным вирус гриппа не обладающего такой способностью получили бляшкообразующий инфекционный вирус. Открыты гибридизации между вирусами гриппа животных и человека, ящура и реовирусов.

К генетическим взаимодействиям вирусов относят также

множественную реактивацию( восстановление активности), которая наблюдается при заражении клетки несколькими вирионами с поврежденным геном. При этом функцию повркжденного гена выполняет вирус, у которого этот ген не поврежден . Таким образом вирионы дополняют друг друга путем генных рекомбинаций и в результате репродуцируется неповрежденный вирус.

Кросс-реактивация-Сходна с предыдущей но отличается тем что один вирус используют в неизменным а другой инактивируют при этом наблюдается восстановление активности инактивированного генома геномом неповрежденного вируса

Пересортировка генов наблюдается среди вирусов с фрагментированным геномом. При этом образуются группировки генов которые позволяют более благоприятно жить вирусу в данной биосистеме.

Гетерозиготность. феномен , наблюдающийся в случае репродукции в клетке вирионов отличных по генетическим признакам. При этом потомство может обладать частично свойствами одного, частично другого родителя и частично смешаными свойствами ( вирус гриппа и вирус болезни Нъюкасла)

Транскапсидация наблюдается при репродукции в клетке нескольких неродственных вирусов. При этом вирусный геном неспособный сентезировать белки капсида прекрепляется в неизменном виде к геному другого вируса и «переезжает» сним в другую клетку.

Селекция вирусов

Популяции вирусов в результате генетических взаимодействий: рекомбинаций, пассажей или воздействия мутагенов и тд. генетически неодинаковы. В общей массе мутированных, есть вирионы, которые не изменились или реверсировали (восстановили свои свойства). В результате дальнейшей репродукции ( за счет них) популяция вирусов может восстанавливать свои первичные свойства.

Поэтому проводят селекцию вирусов, используя различные методы отбора вирионов и создание однородной популяций .

Для «очистки» мутантов прибегают к клонированию, т.е. получение популяции из одного отдельного вириона (чистая линия):

Методы селекции:

1. Выделение культуры вируса из отдельных бляшек на ХАО куриного эмбриона или на культуре клеток . Так как считается, что 1 бляшка это потомство 1 вириона.

2. Методом предельных разведений . Вирус разводят до 1 вириона в определенном объеме культуральной жидкости и этой дозой заражается культура клеток или куриный эмбрион. В результате получается популяции из одного вириона.

3. Методом избирательной адсорбции и элюции. Вирусную суспензиюсмешивабт с сорбентом ,на который прилипают только измененные вирионы. Затем сорбент с вирионами отмывают , а вирионы снимают с сорбента .

4. Методом пассажей в измененных условиях культивирования. вирусы продолжают культивировать на нечуствительной живой системе в течение 100-200 пассажей . за это время останутся только измененные вирионы , которые уже не смогут восстановить свои первоначальные патогенные свойства , даже если их ввести в бывшую чуствительную систему

4. Генная инженерия

Благодаря детальному изучению структуры ДНК, синтеза белка появилась отрасль науки – генная инженерия – цель которой создание новых генетических структур. В отношении вирусологии эта отрасль работает в направлении:

1. Создание новых вирусных геномов.

2. Получение вирусных протективных белков , на которые образуются защитные антитела в организме и получение интерферона.

Конечной целью первого направления является создание новых вакцин против вирусных болезней.

Вирусные новые геномы могут создаваться на основе существующих путём встраивания в основной вирусный геном генов других вирусов – рекомбинация. Для этого вирусный геном «разрезается» ферментами рестриктазами в определённых местах. В эти места встраивается нужный ген от другого вируса. А затем эта конструкция сшивается ферментами. Вновь полученный вирусный геном вводится в клетку. И в результате репродукции получается гибридное потомство, вирионы которого имеют в своём составе белки двух вирусов.

Если ввести такой рекомбинант в организм он будет вызывать образование защитных антител к двум вирусам. Таким образом получают рекомбинантные вакцины.

Для получения определённого вида белка например интерферрона или антигенных белков вируса поступают аналогично. Получают ген из природной ДНК вируса или клетки ,ответственный за синтез белка и встраивают в вектор (вирус, фаг, плазмида).

Вектор вводят в клетку в которой вектор размножается, давая необходимое количество геномов содержащих ген ответственный за синтез определенного белка.

Затем под различными воздействиями геном запускает синтез этого белка и он получается в необходимых количествах (интерферон, субъединичные вакцины ,инсулин и т.д.)

Таким образом в промышленных масштабах можно получать дешовые белковые препараты необходимые в любой отрасли (медицина, ветеринария, пищевая промышленность и тд).

Экология СПРАВОЧНИК

Вирусы, имеющие более мелкие размеры и менее сложную структуру, чем клетки, не могут жить независимо. Они всего лишь очень своеобразно упакованные частицы генетической информации, способные жить и размножаться только инфицировав какую-нибудь клетку. При этом в одной клетке могут образоваться тысячи вирусных частиц. Предполагают, что вирусы каким-то образом подчиняют себе механизм жизнедеятельности клетки и используют его в собственных целях. Происхождение вирусов в процессе эволюции не совсем ясно. Их можно рассматривать как сильно дсгенерированные клетки или их фрагменты. Гены вирусов подобны генам других форм и также могут подвергаться мутации.

Генетический аппарат современного человека перегружен иммунологической информацией — генами, ответственными за синтез тысяч различных антител. Наш иммунитет все чаще не справляется с новыми вызовами окружающей среды. А ее всепроникающий микромир к тому же не перестает одаривать человека такими «изобретениями», как вирус иммунодефицита, лихорадка Эбола или прионовая инфекция. СПИД можно считать изощренно прицельным ударом по здоровью человека, как бы реакцией на демографический взрыв и сексуальную революцию. Ударом, поражающим главную защиту человеческого организма — иммунитет и наносящим глубокую психологическую травму. Это очень сильный намек на то, что природа далеко не исчерпала арсенал, который она может противопоставить «венцу творения», позволившему себе нарушать ее законы. Многие ученые опасаются видоизменений ВИЧ и расширения способов инфицирования, а также появления новых агентов поражения иммунитета.

ДНК вируса осповакцины имеет мол. массу около 1,6 -108 дальтон и содержит информацию, достаточную для кодирования нескольких сотен белков. Это около 1/е информации, содержащейся у возбудителей группы пситтакоза (РЬТ) (9,5-108 дальтон), которых сейчас не относят к вирусам , и около 1/га информации, содержащейся в ДНК Е. соИ (2,8-10® дальтон) . В то же время вирус осповакцшш несет почти в 200 раз больше информации, чем самый мелкий из известных вирусов (вирус-сателлит). Как явствует из этих цифр, разрыв в количестве генетической информации между вирусами и клетками не так уж велик. Возбудители РЬТ были выделены в отдельную группу, отличную от вирусов, на основании различных критериев, в частности чувствительности к аптибактериалъным препаратам. В самое последнее время было показано, что некоторые представители этой группы чувствительны к индуцируемым вирусами интерфероиам .

Вероятно, эволюция вирусов частично связана с увеличением или уменьшением количества генетической информации.

С точки зрения эволюции вирусов было бы интересно выяснить, используют ли вирусы, способные размножаться и в животном и в растении, одинаковые наборы вирусоспецифичных белков в клетках таких типов. Возможно, что генетический материал этих вирусов содержит информацию, которая используется только одним из этих двух хозяев. Известно, что большинство вирусов, способных реплицироваться в насекомых, имеют более крупные частицы по сравнению с вирусами, передаваемыми стилетом, или вирусами, для которых переносчики не известны (впрочем, известны и исключения из этого правила, например вирус полосатой мозаики пшеницы ).

Обсуждая происхождение вирусов, нельзя не привлечь внимание к одному важному моменту, заключающемуся в том, что вирусы оказывали и оказывают влияние на эволюцию организмов, в которых они паразитируют. Это влияние может выражаться как в их способности переносить генетическую информацию от одних организмов к другим горизонтально, так и в способах действовать в качестве мутагенов (см. гл.

После того как было показано, что генетический код представляет собой последовательность триплетов оснований в нуклеиновой кислоте, каждый из которых определяет одну аминокислоту в белке, выяснилось следующее: большинство вирусов содержит значительно больше генетической информации, чем требуется для кодирования белка или белков, обнаруженных в составе вирусной частицы. Например, многие вирусы растений содержат молекулу РНК с молекулярной массой 2-10е дальтон. Этого достаточно, чтобы, кроме капсидиого белка, кодировать еще 5—8 белков средней молекулярной массы. Эти белки, по-видимому, нужны для размножения вируса и синтезируются в инфицированной клетке. По аналогии с результатами исследований на вирусах животных и вирусах бактерий можно предположить, что одним из таких белков является, вероятно, вирусоспецифичная РНК-синтетаза. Выделение и изучение свойств этих некапсидньтх белков является предметом дальнейших исследований.

Данные о размерах молекул некоторых РНК вирусов растений приведены в табл. 4. Вопросы, касающиеся количества генетической информации, заключенной в вирусной PIIK, обсуждаются в гл. Лучшим доказательством этого в случае ВТМ послужило совпадение данных о размерах молекул его РНК, рассчитанных на основании известной структуры вирусной частицы и измеренных в экспериментах с изолированной РНК ВТМ. Средняя молекулярная масса нуклеотидного остатка в РНК с тем же составом оснований, который обнаружен в РНК ВТМ, составляет 322,3. Таким образом, молекулярная масса РНК ВТМ равна 6340-322,3 — = 2,05-10е дальтон. Эта величина колеблется в пределах примерно ±2% и рассчитана для свободной РНК. Натриевая соль РНК ВТМ должна иметь молекулярную массу, равную 2,19 -10е ±2%.

Наряду с описанной схемой транскрипции у некоторых РНК-овых вирусов известна так называемая обратная транскрипция, при которой матрицей для синтеза ДЕК является РНК и которая осуществляется ферментом, получившим название обратной транскрип-тазы (ревертазы). Здесь реализация генетической информации идет по схеме РНК — ДНК — белок. Как свидетельствуют исследования, обратная транскриптаза найдена как у прокариотов, так и эукариотов. Считают, что ревертаза имеет очень древнее происхождение и существовала еще до разделения организмов на прокариоты и эукариоты.

Материалом, из которого состоят гены, является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), а материалом, обеспечивающим декодирование генетической информации, являются РНК. У отдельных вирусов первичным генетическим материалом является рибонуклеиновая кислота (РНК). Таким образом, нуклеиновые кислоты являются хранителями (носителями) и переносчиками генетической информации.

Конечно, очень бы хотелось дать полное биохимическое и молекулярно-биологическое описание всего процесса возникновения болезни при заражении растения вирусом. Однако мы в настоящее время еще очень далеки от этого, что явствует из приведенного выше изложения сведений о влиянии вирусной инфекции на метаболизм растения-хозяина. Принято говорить, что «вирусы не имеют собственного обмена веществ». Это справедливо для изолированных вирусных частиц, но не для вируса в клетке. Даже у мелких вирусов генетический материал содержит достаточно информации для кодирования нескольких белков, помимо кансидного. До тех нор пока мы не выясним функции этих белков, мы не сможем попять, каким образом вирусы нарушают метаболизм клетки-хозяина.

Но главным способом защиты организма от инфекции является иммунитет. Видный советский микробиолог JI. А. Зильбер определяет антимикробный иммунитет как совокупность всех наследственно полученных и индивидуально приобретенных организмом свойств, которые препятствуют проникновению и размножению микробов, вирусов и других патогенных агентов, а также действию выделяемых ими продуктов. Суть его в способности вырабатывать белковые иммунные тела (антитела), убивающие микробы или подавляющие размножение их в организме. Иммунитет к инфекционным началам — частный случай взаимодействия организма с чужеродным белком. Поэтому не случайно, что советский иммунолог Р. В. Петров определяет иммунитет как способ защиты организма от живых тел и веществ, несущих на себе признаки чужеродной генетической информации. А ведь такую информацию геном содержит лишь в отношении белков.

Бактериальные ДНК — это высокополимерные соединения, состоящие из большого числа нуклеотидов — полинуклеотиды с молекулярным весом около 4 млн. Молекула ДНК представляет собой цепь нуклеотидов, где расположение их имеет определенную последовательность. В последовательности расположения азотистых оснований закодирована генетическая информация каждого вида. Нарушение этой последовательности возможно при естественных мутациях или же под влиянием мутагенных факторов. При этом микроорганизм приобретает или утрачивает какое-либо свойство. У него наследственно изменяются признаки, т. е. появляется новая форма микроорганизма. У всех микроорганизмов — прокариотов и эукариотов — носителями генетической информации являются нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК. Лишь некоторые вирусы представляют собой исключение: у них ДНК отсутствует, а наследственная информация записана или отражена только в РНК.

Контрольная работа по биологии «Молекулярный уровень» 9 класс

Контрольная работа по биологии

«Молекулярный уровень»

9 класс

1 вариант

1. Мономер ДНК

А) аминокислота; Б) нуклеотид;

В) моносахариды; Г) глицерин и жирные кислоты.

2. Где располагается наследственный материал у вирусов?

А) в цитоплазме; Б) в ядре;

В) в специальной оболочке.

3. ДНК в составе нуклеотидов не содержит:
а) рибозу б) тимин в) урацил

4. Первичная структура белка

А) цепь аминокислот; Б) глобула;

В) спираль; Г) несколько глобул, собранных в единый комплекс.

5. Функции и-РНК

А) хранит генетическую информацию; Б) собирает белковые молекулы;

В) переносит генетическую информацию из ядра к месту синтеза белка;

Г) доставляет аминокислоты к рибосоме.

6. Мономер белка

А) аминокислота; Б) нуклеотид;

В) моносахариды; Г) глицерин и жирные кислоты.

7. Соответствие А-Т, Г-Ц, А-У называется:
а) транскрипцией б) редупликацией в) комплементарностью
8. Цепи ДНК удерживаются вместе с помощью:
а) пептидных связей б) ионных связей в) водородных связей

9. Вторичная структура белка

А) цепь аминокислот; Б) глобула;

В) спираль; Г) несколько глобул, собранных в единый комплекс.

10. Функции ДНК

А) хранит генетическую информацию; Б) доставляет аминокислоты к рибосоме;

Г) собирает белковые молекулы; Г) участвует в биосинтезе белка.

11. РНК встречаются в:
а) ядре б) цитоплазме в) рибосомах
12. Процесс утраты природной структуры белка:
а) ренатурация б) денатурация
в) гомеостаз
13. Биологические катализаторы — это:
а) антигены б) антитела в) ферменты
14. Фермент:
а) ускоряет сразу несколько типов реакций
б) работает в узких температурных пределах
в) может работать только при определенном значении рН среды
15. Функции углеводов в животных клетках:
а) запасающая б) энергетическая
в) транспортная
16. Клетчатка и хитин — это примеры:
а) полисахаридов б) моносахаридов в) дисахаридов

17.Как называется органическое вещество, в молекулах которого содержатся атомы С, О,Н, выполняющее энегретическую и строительную функцию?

А-нуклеиновая кислота В-белок

Б-углевод Г-АТФ

18.Какие углеводы относятся к полимерам?

А-моносахариды Б-дисахариды В-полисахариды

19.К группе моносахаридов относят:

А-глюкозу Б-сахарозу В-целлюлозу

20 .Какова роль молекул АТФ в клетке?

А-обеспечивают транспортную функцию Б-передают наследственную информацию В-обеспечивают процессы жизнедеятельности энергией Г-ускоряют биохимические реакции

21. Дайте определение терминам: ДНК, РНК, комплементарность, нуклеотид, целлюлоза.
22. Задача: Участок молекулы ДНК имеет следующее строение: ААТГЦГАТГЦТТАГТТТАГГ, необходимо достроить комплементарную цепочку и-РНК.

Контрольная работа по биологии

«Молекулярный уровень»

9 класс

2 вариант

1. Липиды от других веществ отличаются:
а) гидрофильными частями
б) гидрофобными частями
в) растворимостью в воде
2. Мономеры белков — это:
а) аминокислоты б) моносахариды в) нуклеотиды
3. Белки являются:
а) полинуклеотидами б) полипептидами
в) полисахаридами
4. Расположите последовательно структуры белка:
а) глобула б) полимерная цепь
в) спираль
5. Водородные связи встречаются в:
а) белках б) нуклеиновых кислотах
в) липидах
6. В составе РНК не встречается:
а) рибоза б) аденин в) глицерин
7. РНК чаще всего состоят из:
а) одной цепи б) двух цепей
в) отдельных нуклеотидов
8. Гликоген выполняет:
а) транспортную б) каталитическую
в) запасающую функцию
9. Произошла денатурация белка при воздействии небольшой дозы УФ. После снятия воздействия УФ функции белка восстановились. Какие уровни структуры пострадали при денатурации:

а) только вторичная структура; б) только первичная структура;
в) третичная и вторичная; г) третичная, вторичная и первичная.

10. Из указанных соединений липидную природу имеет:

а) гемоглобин; б) инсулин; в) тестостерон; г) пенициллин.

11. Цепи ДНК удерживаются вместе с помощью:
а) пептидных связей б) ионных связей
в) водородных связей

12. Мономером клетчатки, крахмала, гликогена является

1) фруктоза 2) аминокислота 3) глюкоза 4) рибоза

13.сколько из известных аминокислот участвуют в синтезе белков?

А-20 Б-100 В-23

14. Какая часть молекул аминокислот отличает их друг от друга?

А-радикал Б-карбоксильная группа В-аминогруппа

15. Какие соединения входят в состав АТФ?

А — аденин, углевод рибоза,3 молекулы фосфорной кислоты

Б — гуанин, сахар фруктоза, остаток фосфорной кислоты.

В-рибоза, глицерин и какая-либо аминокислота

16.Гуаниловому нуклеотиду комплементарен нуклеотид:

А-тимидиловый В-цитидиловый

Б-адениловый Г-уридиловый

17.Какой ученый предложил термин «биология»:

А) Ч. Дарвин;

Б) А. Левенгук; В) Т. Руз; Г) .

18. Гликоген и целлюлоза — это примеры:
а) полисахаридов б) моносахаридов
в) дисахаридов

19.мономерами нуклеиновых кислот являются:

А-аминокислоты В-жиры

Б-нуклеотиды Г-глюкоза

20.К какому классу химическ. веществ относится рибоза?

А-белок Б-углевод В-липид

21. Задача. В какой последовательности будут располагается нуклеотиды в и-РНК, если цепочка ДНК имеет следующий состав: ГГТАТАГЦГЦТТААГЦЦТТ.

22. Дайте определение терминам: полисахариды, ферменты, ренатурация, мономер, хитин.

Контрольная работа «Молекулярный уровень организации жизни » (9 класс)

Биология 9 класс. Учитель Г.М. Клецова

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ «МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ»

1 вариант

1. Мономер ДНК

А) аминокислота; Б) нуклеотид;

В) моносахариды; Г) глицерин и жирные кислоты.

2. Где располагается наследственный материал у вирусов?

А) в цитоплазме; Б) в ядре; В) в специальной оболочке.

3. ДНК в составе нуклеотидов не содержит:
А) рибозу Б) тимин В) урацил

4. Первичная структура белка

А) цепь аминокислот; Б) глобула;

В) спираль; Г) несколько глобул, собранных в единый комплекс.

5. Функции и-РНК

А) хранит генетическую информацию; Б) собирает белковые молекулы;

В) переносит генетическую информацию из ядра к месту синтеза белка;

Г) доставляет аминокислоты к рибосоме.

6. Мономер белка

А) аминокислота; Б) нуклеотид;

В) моносахариды; Г) глицерин и жирные кислоты.

7. Соответствие А-Т, Г-Ц, А-У называется:
А) транскрипцией Б) редупликацией В) комплементарностью
8. Цепи ДНК удерживаются вместе с помощью:
А) пептидных связей Б) ионных связей В) водородных связей

9. Молекулы белков отличаются друг от друга: А) последовательностью чередования аминокислот

Б) количеством аминокислот в молекуле

В) формой третичной структуры

Г) всеми указанными особенностями

10. Функции ДНК

А) хранит генетическую информацию; Б) доставляет аминокислоты к рибосоме;

Г) собирает белковые молекулы; Г) участвует в биосинтезе белка.

11.т- РНК встречаются в:
А) ядре Б) цитоплазме В) рибосомах
12. Процесс утраты природной структуры белка:
А) ренатурация Б) денатурация В) гомеостаз
13. Биологические катализаторы — это:
А) антигены Б) антитела В) ферменты
14 . Клетки какого организма наиболее богаты углеводами?

А) клетки мышц человека Б) клетки кожицы лука

В) подкожная клетчатка медведя Г) клетки клубня картофеля

15. Что представляют собой соединения, образованные из жирных кислот и многоатомного спирта глицерина?

А) липиды Б) белки В) углеводы Г) нуклеотиды

16. Клетчатка и хитин — это примеры:
А) полисахаридов Б) моносахаридов В) дисахаридов

17. Как называется органическое вещество, в молекулах которого содержатся атомы С, О, Н выполняющее энергетическую и строительную функцию?

А) нуклеиновая кислота В) белок

Б) углевод Г) АТФ

18.Какие углеводы относятся к полимерам?

А) моносахариды Б) дисахариды В) полисахариды

19. Укажите вещество, которое не входит в состав нуклеотидов: А) сахар Б) аминокислота В) азотистое основание Г) остаток фосфорной кислоты

20 .Какова роль молекул АТФ в клетке?

А) обеспечивают транспортную функцию

Б) передают наследственную информацию

В) обеспечивают процессы жизнедеятельности энергией

Г) ускоряют биохимические реакции.

21 В каком случае правильно названы все отличия ДНК от и-РНК ?

А) одноцепочная, содержит дезоксирибозу, хранит информацию

Б) двуцепочная, содержит рибозу, передает информацию

В) одноцепочная, содержит рибозу, передает информацию

Г) двуцепочная, содержит дезоксирибозу, хранит информацию

22. Задача: Участок молекулы ДНК имеет следующее строение: ААТГЦГАТГЦТТАГТТТАГГ, необходимо достроить комплементарную цепочку и-РНК.

23. Дайте определение биологическим понятиям:

гидрофильное вещество , гликоген, полипептид, нуклеотид, целлюлоза.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ «МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ»

2 вариант

1. Липиды от других веществ отличаются:
А) гидрофильными частями
Б) гидрофобными частями
В) растворимостью в воде
2.Двумя водородными связями соединяются

А) аминокислоты Б) нуклеотиды тимин и аденин В) нуклеотиды тимин и гуанин
3. Белки являются:
А) полинуклеотидами Б) полипептидами В) полисахаридами
4. Расположите последовательно структуры белка:
А) глобула Б) полимерная цепь В) спираль
5.Какие функции в клетке выполняет вода? А) среда для протекания биохимических реакций Б) терморегуляция В) растворитель Г) все перечисленные функции
6. В составе РНК не встречается:
А) рибоза Б) аденин В) глицерин
7. РНК чаще всего состоят из:
А) одной цепи Б) двух цепей В) отдельных нуклеотидов
8. Гликоген выполняет:
А) транспортную Б) каталитическую В) запасающую функцию
9. Произошла денатурация белка при воздействии небольшой дозы УФ. После снятия воздействия УФ функции белка восстановились. Какие уровни структуры пострадали при денатурации:

А) только вторичная структура; Б) только первичная структура;
В) третичная и вторичная; Г) третичная, вторичная и первичная.

9. Вторичная структура белка

А) цепь аминокислот; Б) глобула;

В) спираль; Г) несколько глобул, собранных в единый комплекс.

11.Какие химические элементы относятся к макроэлементам:
А) С,Н.О,К Б) О,С,Н,N В) Н,О,С,Р

12. Мономером клетчатки, крахмала, гликогена является

А) фруктоза Б) аминокислота В) глюкоза Г) рибоза

13. Какой углевод выполняет запасающую функцию в растительных клетках? А) крахмал Б) глюкоза В) гликоген Г) целлюлоза

14. Какая часть молекул аминокислот отличает их друг от друга?

А) радикал Б) карбоксильная группа В) аминогруппа

15. Какое азотистое основание входит в состав АТФ?

А) тимин Б) урацил В) гуанин Г) аденин

16. Нуклеотиду с гуанином соответствует нуклеотид с:

А) тимином В) цитозином

Б) аденином Г) уроцилом

17. Какое из названных химических соединений не является биополимером?

А) белок Б) глюкоза В) ДНК Г) целлюлоза

18. Гликоген и целлюлоза — это примеры:
А) полисахаридов Б) моносахаридов В) дисахаридов

19.Мономерами нуклеиновых кислот являются:

А) аминокислоты В) жиры

Б) нуклеотиды Г) глюкоза

20. К какому классу химических веществ относится рибоза?

А) белок Б) углевод В) липид

21.В каком случае правильно названы все отличия и-РНК от ДНК?

А) одноцепочная, содержит дезоксирибозу, хранит информацию

Б) двуцепочная, содержит рибозу, передает информацию

В) одноцепочная, содержит рибозу, передает информацию

Г) двуцепочная, содержит дезоксирибозу, хранит информацию

22. Задача. В какой последовательности будут располагается нуклеотиды в и-РНК, если цепочка ДНК имеет следующий состав: ГГТАТАГЦГЦТТААГЦЦТТ

23. Дайте определение биологическим понятиям:

полисахариды, ферменты, ренатурация, комплементарность , хитин.

Чем представлен генетический материал

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *