Реплікація вірусних РНКє унікальним феноменом. Істотна відмінність механізму синтезу вірусних РНК від механізму синтезу клітинних РНК полягає в тому, що як матриця в першому випадку використовується РНК, а в другому - ДНК.

Для транскрипції РНКна РНК-матриці потрібна віріонна РНК-залежна РНК-полімераза. Реплікація вірусної РНК вимагає, передусім, синтезу комплементарної РНК, яка потім є матрицею для великої кількості вірусної РНК.

Коли вірусна РНКмає негативну полярність (орто-, параміксо-, рабдо-, філо-, борна-, арена- і буньявіруси), комплементарна РНК матиме позитивну полярність і РНК-полімераза, подібно до віріонної транскриптази, використовується для первинної транскрипції мРНК.

Оскільки більшість транскриптів, що синтезуються на кожному вірусному (-)ланцюзі РНК, є молекулами субгеномної РНК, деякі повнорозмірні ланцюги служать матрицями для синтезу (реплікації) вірусної РНК. Деякі віруси для транскрипції та реплікації використовують різні РНК-полімерази, тоді як в інших випадках одні й ті ж ферменти можуть виконувати різні функції.

У багатьох РНК-вірусів, (пікорна-, каліци-, астро-, тога-, флаві-, корона-, артері-, нодавіруси) комплементарна РНК є негативно полярною. На одній комплементарній РНК-матриці може одночасно транскрибуватися декілька молекул вірусної РНК, а на кожному РНК-транскрипті починається продукція полімерази. Утворюється структура, відома як реплікативний посередник, - частково дволанцюжкова структура з одноланцюжковими хвостами.

Для початку реплікації РНКПікорнавірусів і каліцівірусів, а також ДНК аденовірусів потрібно невеликий білок, пов'язаний ковалентно з 5"-кінцем знову синтезованих (+) або (-) ланцюгів РНК, так само як з батьківської віріонної РНК, але не з мРНК.

Знову синтезовані(+) РНК можуть мати різне призначення: включатися в реплікативний комплекс і служити матрицею для синтезу комплементарних (-) РНК; виконувати функції мРНК; включатися як геному в нові віріони. Механізм, що визначає долю новостворених (+)РНК, не відомий.

Ретровірусимають геномну (+) одноланцюгову РНК. На відміну від інших РНК-вірусів, вони реплікуються за допомогою посередника ДНК. Вірійна зворотна транскриптаза, використовуючи РНК-молекулу як праймер, створює односпіральну ДНК-копію. Потім, функціонуючи як рибонуклеаза, той же фермент видаляє батьківську молекулу РНК з ДНК-РНК-гібриду і копіює одноланцюговий ДНК-ланцюг, щоб утворити лінійну дволанцюжкову ДНК, яка містить додаткову послідовність, відому як довгий кінцевий повтор (LTR) на кожному кінці.
Ця дволанцюжкова ДНКпотім циркулює та інтегрує з клітинною хромосомальною ДНК. Вірусна РНК транскрибується з інтегрованою (провірусною) ДНК.

Поточна сторінка: 5 (загалом у книги 45 сторінок) [доступний уривок для читання: 11 сторінок]

Шрифт:

100% +

Cis-аcting сигнали та специфічність реплікації. Реплікація та упаковка вірусних РНК є напрочуд специфічними процесами. Обидва ці процеси безпомилково вибирають правильні вірусні молекули з тисячі рибонуклеїнових кислот, що містяться в клітині. Це переважно пов'язані з присутністю сis-аcting сигналів, які селективно визначають реплікацію вірусних РНК і складання віріонів, але з більшості РНК-геномів вірусу ці сигнали остаточно ясно не ідентифіковані.

Сигнали, які були охарактеризовані, включають не лінійні нуклеотидні послідовності, а вторинні структури у вигляді петель, тРНК-подібних структур та псевдовузлів, які створюють специфічні тривимірні молекулярні форми, здатні взаємодіяти лише з вірусними ферментами та структурними вірусними білками. Однак розуміння молекулярних основ специфічності реплікації РНК та складання віріонів обмежене недоліком знань тривимірних структур вірусної РНК та її діючих сis-аcting сигналів.

Структурні та неструктурні білки вірусів. За визначенням, вірусоспецифічні структурні білки включені до вірусних частинок, а неструктурні білки знайдені лише в інфікованих клітинах. Однак віруси з негативним, амбіполярним та двонитковими РНК-геномами включають у потомство віріонів RdRp та асоційовані ферменти і тому кодують переважно або виключно структурні білки. На додаток до полімерази, ферменти, що кодуються вірусом, часто включають одну або кілька протеаз, РНК-хеліказу, гуаніліл- і метилтрансферази, полі-А-полімеразу, іноді нуклеазу, а у разі ретровірусів - ДНК-інтегразу. У той же час для кількох РНК-вірусів встановлено участь у реплікативному циклі ферментів клітини-господаря.

Протеази розщеплюють продукт первинної трансляції, частиною якого вони є у високо певних послідовностях (сайтах). У деяких клітинах, інфікованих пикорнавірусами, вони також вибірково забороняють синтез білка клітини-господаря шляхом протеолізу клітинного кеп-зв'язуючого білка. Хелікази необхідні великим РНК-вірусам для руйнування внутрішньомолекулярного спарювання основ протягом синтезу РНК, хоча деякі RdRp здатні розплітати дуплекси РНК без її допомоги. Гуаніліл- і метилтрасферази будують 5'-кеп на мРНК майже у всіх РНК-вірусів еукаріотів, крім пікорнавірусів, РНК яких не кепована, і ортоміксо-і буньявірусів, які крадуть кеп у клітинних мРНК за допомогою кеп-специфічної ендонуклеа. На 3'-кінці мРНК більшості вірусів тварин знаходиться полі-А трек, а у РНК-вірусів рослин, як правило, тРНК-подібна структура. Поліаденілювання зазвичай відбувається в результаті побічної реакції (пробуксування) вірусної RdRp, а не в результаті роботи полі-А-полімерази, як у поксвірусів.

Білки клітки-господаря. Істотну роль реплікації РНК-вірусів можуть грати білки клітини-господаря. Слід зазначити, що у різних вірусних системах у цей процес залучені різні клітинні білки. Найяскравішим прикладом є РНК-репліказу бактеріофагів Qb і MS2, у яких, на додаток до єдиного фагоспецифічного поліпептиду для забезпечення полімеразної активності необхідно чотири клітинні субодиниці: рибосомальний білок S1 E.coli, два фактори елонгації трансляції та РНК-зв'язуючий білок У деяких вірусів еукаріотів у реплікацію РНК також можуть бути залучені фактори трансляції господаря. Наприклад, у бромовірусів (віруси рослин) субодиниця ініціюючого фактора eIF-3 зв'язується з RdRp та збільшує її активність. В інфікованих клітинах кілька інших білків господаря взаємодіють із кінцевими нуклеотидними послідовностями вірусних РНК. Серед них – полі-A– та поліпіримідин-зв'язуючі білки, карлетикулін та білки Ro та L, що взаємодіють з малими ядерними РНК. Хоча слід зазначити, що відрізнити випадкові взаємодії від тих, що грають функціональні ролі, часто важко.

Мембрани клітки-господаря. На відміну від фагових репліказ, RdRp вірусів еукаріотів незмінно пов'язана з надмолекулярними структурами: мембранами клітинихазяїна у (+)РНК-вірусів, нуклеокапсидом у (-)РНК-вірусів і субвірусними частинками у днРНК-вірусів. Внутрішньоклітинні мембрани клітин, інфікованих вірусами з (+)РНК-геномом, піддаються швидкому перерозподілу, формуючи місця заякорювання вірусних реплікативних комплексів. Коли ці комплекси від'єднуються від мембран, вони втрачають здатність каталізувати справжню реплікацію РНК, хоча часто зберігають обмежену здатність копіювати РНК-матрицю. При вивченні нодавірусної інфекції істинна РНК-репліказна активність частково очищеної RdRp була відновлена ​​шляхом додавання до безклітинного екстракту гліцеролфосфоліпідів. Ці результати підтвердили ідею, що мембранна організація відіграє центральну роль реплікації (+)РНК. Те саме висновок отримано при інгібуванні реплікації РНК поліовіруса брефелдином А, який блокує внутрішньоклітинні мембранні взаємодії. Хоча певна роль мембран незрозуміла, ймовірно, вони можуть прискорювати складання реплікативних комплексів, скорочуючи час процесу та відокремлюючи дочірні молекули від матриць.

Механізми реплікації РНК-геномів Як зазначалося, реплікація РНК-геномів здійснюється вірусоспецифічної RdRp, яка може входити до складу віріону або детермінуватися геномом. На відміну від ферментів, які копіюють ДНК з використанням затравки, більшість RdRp можуть розпочати синтез РНК de novo. Винятком є ​​RdRp пікорнавірусів, яка для ініціювання синтезу використовує маленький вірусний білок(VPg), ковалентно пов'язаний із урацилом. VPg видаляється при трансляції геному, але зберігається при його інкапсидації.

Цікаво, що у тогавірусів (вірус Синдбіс), реплікація (+) РНК на стадії синтезу мінус-нитки (освіта РФ) здійснюється лише перехідною версією RdRp, яка згодом протеолітично процесується, що перемикає матричну специфіку RdRp на синтез позитивних ниток.

Реплікація (+) РНК поліовірусів .

Поліовіруси - дрібні (27 нм) безоболонкові ікосаедричні віруси, що вражають хребетних. Геном – лінійна однониткова РНК позитивної полярності. На 5"-кінці РНК ковалентно пов'язана з термінальним геномним білком через залишок тирозину, 3"-кінець поліаденільований (рисунок 8).

Реплікацію/транскрипцію геному здійснює РНК-полімераза, детермінована 3"-кінцем геному, який транслюється відразу після попадання вірусу в клітину. На першій стадії реплікації відбувається утворення двониткової РФ за рахунок синтезу мінус-нитки, ініційованого приєднанням молекули урацилу до 3"-полі- А до кінця.

Рисунок 8 – Схема реплікації РНК поліовірусів

Крім РНК-полімерази у клітині синтезується вірус-специфічний термінальний низькомолекулярний білок (VPg), який через тирозин зв'язується з молекулою урацилу. Дана структура використовується РНК-полімеразою як затравка - тобто відбувається термінальна ініціація з використанням нуклеотидбілкової затравки. Синтез йде із витісненням ланцюга. Утворені молекули (+)РНК до накопичення достатньої кількості вірусоспецифічних білків використовуються як мРНК, після чого вони починають інкапсидуватись у вірусну частинку.

Слід зазначити, що представлена ​​схема реплікації геномної (+) РНК поліовірусів не універсальна. Вірусні (+) РНК-геноми відрізняються організацією 5"- і 3"-кінцевих структур, що визначає особливості їх реплікації, пов'язані з ініціацією синтезу.

Реплікація (-)РНК-геномів .

Вірусні (-)РНК-геноми можуть бути безперервними або сегментованими. У всіх випадках РНК знаходиться у складі рибонуклеопротеїну, що визначає особливості її реплікації, оскільки депротеїнізована РНК не може служити матрицею для полімерази. Всі віруси з (-)РНК-геном мають власну РНК-залежну РНК-полімеразу, що входить до складу РНП. Для отримання повнорозмірного геному має бути синтезована реплікативна повнорозмірна плюс-нитка. Однак на першому етапі репродуктивного циклу геномна (-)РНК служить матрицею для транскрипції, яка протікає з подальшим процесингом мРНК, і не може бути матрицею для синтезу повнорозмірної копії. Синтез реплікативної повнорозмірної (+)РНК починається лише після накопичення відповідних вірусних білків, що пригнічують передчасну термінацію РНК на внутрішніх ділянках матриці. Як це відбувається, залишається поки невідомим. Синтез антигеномної та геномної РНК відбувається у складі РНП.

Реплікація днРНК реовірусів .

Реовіруси – двокапсидні (60-75 нм) частинки з ікосаедричним типом симетрії, що інфікують хребетних, безхребетних, рослини. Геном складається із 10-12 фрагментів днРНК.

Реплікація днРНК нерозривно пов'язана із транскрипцією, яка є її першою стадією.

1 Синтез (+)РНК на двонитковій матриці протікає за консервативним типом без витіснення ланцюга і відбувається у складі однокапсидної вірусної частинки за участю білків кору – вірусної РНК-залежної РНК-полімерази (VP2) та гуанідилтрансферази (VP3). мРНК залишають частинку через пори внутрішнього капсиду.

2 Плюс-нитки РНК поєднуються з знову синтезованими білками кору та неструктурними (NS) білками. При дозріванні віріону РНК-полімераза здійснює синтез мінус-ниток на матриці (+)РНК по репараційному механізму, затягуючи її всередину капсида, що формується. Сформована однокапсидна частка може знову розпочати синтез плюс-ниток РНК.

Як і у випадку поліовірусів, представлений спосіб реплікації геному реовірусів не є універсальним для вірусів з геномом днРНК. Наприклад, у фага φб синтез плюс-ниток на батьківському дуплексі відбувається за напівконсервативною моделлю і завжди пов'язаний з витісненням попередньої нитки (+) РНК.

У процесі реплікації ДНК-віруси здійснюють деякі кроки, які відсутні у РНК-геномних вірусів. Для більшості ДНК-вірусів генетичні стратегії включають: транспорт ДНК віріона в ядро ​​клітини, ініціювання транскрипції з цієї ДНК, індукцію транскрипції додаткових вірусних генів, підготовку клітини для реплікації ДНК вірусу, дублювання ДНК-генома, упаковку ДНК у віріони і вихід вірусних ядра. Крім цього, багато ДНК-вірусів розвинули унікальні механізми ухилення від імунного захисту організму та здатність викликати пухлини у тварин. У процесі близьких відносин зі своїми господарями віруси експлуатують ключові клітинні регуляторні системи та узурпують важливі клітинні процеси. У зв'язку з цим вивчення різних аспектів реплікації ДНК-вірусів забезпечує нові фундаментальні знання про молекулярні процеси, що відбуваються в клітині, включаючи вираз генів, реплікацію ДНК та контроль за циклом клітинного поділу.

Підготовка клітин реплікації вірусної ДНК. В ході продуктивної вірусної інфекції багато ДНК-вірусів з єдиної молекули геному можуть отримати 100000 або більше копій геному протягом декількох днів. Для цього потрібна робота безлічі білків, включаючи ДНК-зв'язуючі білки та полімерази, а також рясна поставка нуклеотидів. Реплікація деяких ДНК-вірусів відбувається лише у клітинах, які природно реплікують свою власну ДНК, забезпечуючи цим необхідне клітинне середовище для реплікації вірусної ДНК. Інші ДНК-віруси також покладаються на клітинні системи реплікації ДНК, але ці віруси кодують білки, що стимулюють клітинний цикл поділу. Нарешті, деякі з найбільших ДНК-вірусів обмежено використовують клітинний реплікативний апарат, т.к. самі кодують вірусні версії багатьох необхідних білків.

До першої групи вірусів відносяться найпростіші ДНК-віруси сімейства. Parvoviridae, які мають лінійний однонитковий геном Парвовіруси можуть реплікувати свою ДНК і здійснювати повний інфекційний цикл тільки в клітинах, що знаходяться в стадії реплікації ДНК, тобто в S-фазі клітинного циклу.

Фактично, експресія вірусних генів не активізується до тих пір, поки клітина не увійде в S-фазу і ДНК-геном вірусу не буде перетворено на двониткову РФ, яка є матрицею для транскрипції. Проте, на відміну інших вірусів, які вимагають, щоб клітини активно копіювали свою ДНК, парвовіруси нездатні стимулювати перехід клітини в S-фазу. У зв'язку з цим вони можуть виконувати успішну репродукцію тільки в тому випадку, якщо потрапляють у клітину, що вже здійснює синтез ДНК. Деякі парвовіруси, особливо аденасоційований вірус (AAV), мають навіть суворіші вимоги і можуть копіюватися тільки в присутності помічника - аденовірусу або вірусу герпесу, генні продукти яких активують експресію генівпарвовірусу та реплікацію його ДНК.

Інші ДНК-віруси для того, щоб створити умови для реплікації своєї ДНК стимулюють клітини до поділу. Для цих вірусів реплікація вірусної ДНК є результатом взаємодії між клітинними реплікативними білками та вірусними білками, які прямо беруть участь у реплікації, а також білками-ініціаторами, які локалізуються у точці початку реплікації вірусного реплікативного апарату. Ці ДНК-віруси перебудовують реплікативний апарат клітини на вірусну реплікацію, беручи участь у білок-білкових взаємодіях із ключовими клітинними регуляторними молекулами, деякі з яких виконують роль шаперонів, що дозволяє їм стабілізувати білкові комплекси. Часто, ці взаємодії призводять до нейтралізації клітинних білків-репресорів пухлин типу транскрипційного фактора p53 і членів сімейства ретинобластомих білків (Rb) і, як наслідок, до активації клітинного росту.

Вірусні білки, які стимулюють реплікативний стан клітини, зазвичай інактивують членів сімейства Rb – P105Rb, p107 та p130. Інактивація Rb запобігає репресії клітинного поділу та дозволяє E2F-опосередковану транскрипцію, що стимулює вираження численних клітинних білків, необхідних для S-фази, включаючи ДНК-полімеразу α, тимідинкіназу, рибонуклеотидредуктазу та тимідилатсинтазу. Деякі вірусні білки, наприклад, Е1А аденовірусів та Е7 папіломавірусів людини, безпосередньо зв'язують Rb білки та пригнічують їх функцію, і таким чином активують E2F. Інші вірусні білки регулюють активність циклін-залежних кіназ (Cdks), які каталізують фосфорилювання Rb, приводячи до активації E2F та транскрипції E2F-регульованих генів. Ряд вірусних білків можуть опосередковано проводити регуляцію клітинного циклу поділу. Наприклад, E1B-55КБ та E4orf6 білки аденовірусів та E6 папіломавірусів забороняють дію транскрипційного фактора p53 через взаємодію з CBP/p300, котрий є коактиватором гена p53. Скасування функції p53 призводить до зменшеної експресії інгібітора клітинного поділу p21 (репресор комплексу Cdk-циклін), таким чином активуючи Сdk і відповідно перехід клітин S-фазу. Так само, аденовірусний E1A пов'язує p27, який є інгібітором Сdk, нейтралізуючи його ефекти. Великий T антиген мавпячого вірусу SV40 не тільки зв'язує та інактивує Rb та p53, але й виконує кілька функцій, які безпосередньо потрібні для реплікації ДНК вірусу. Інший механізм використовують середній T-антиген поліомавірусів та білок E5 папіломавірусів бика. Ці білки активують сигнальний каскад, опосередкований рецептором фактора росту, і, можливо, стимулюють експресію регуляторної субодиниці Сdk – цикліну D, таким чином стимулюючи активність Сdk та фосфорилювання білків сімейства Rb. Деякі білки вірусів герпесу і гепаднавірусів цілком імовірно також стимулюють каскади сигнальних шляхів, активізуючи внутрішньоклітинні білкипередачі сигналу NFKB, P21ras та pp60c-src.

Індукція набору реплікативних клітинних білків має глибокі наслідки на клітину-господаря, яка насильно спонукається до реплікації ДНК. Коли проліферативний сигнал стійко підтримується, наприклад, у непермісивних клітинах, які не здатні підтримувати реплікацію вірусної ДНК, клітини можуть зазнати стійкої трансформації. Таким чином, мало того, що багато ДНК-вірусів стимулюють статичні клітини до повторних циклів поділу, вони також трансформують клітини в культурі і викликають пухлини у тварин. Розглянута здатність багатьох пухлинних ДНК-вірусів стимулювати необмежений ріст клітин не є особливістю нормальної реплікації вірусів, а скоріше є аберантною відповіддю клітин на вірусну інфекцію. Відповідно до цього, парвовіруси, нездатні стимулювати реплікацію клітинної ДНК, є одними з небагатьох ДНК-вірусів, які не трансформують клітини. Проте здатність вірусів стимулювати синтез клітинної ДНК який завжди корелює зі своїми здатністю трансформувати клітини. Наприклад, одні віруси герпесу стимулюють синтез ДНК, інші ні, проте вони фактично забороняють швидкий клітинний поділ. Такі великі віруси з їх великою ємністю, що кодує, здатні створити належне середовище для реплікації вірусної ДНК без активації клітинного реплікативного апарату.

Необхідність нуклеотидів для реплікації ДНК. Як описано вище, для реплікації парвовірусів необхідно, щоб клітини знаходилися в S-фазі, а папіломавіруси, поліомавіруси та аденовіруси стимулюють клітини, щоб ввести Sфазу, що вимагає синтезу ДНК великої концентрації дезоксинуклеозидтрифосфатів (дНТФ). Через вплив на членів білкових сімейств Rb і E2F, папіломавіруси та аденовіруси стимулюють синтез ферменту рибонуклеотидредуктази, який потрібний для підтримки достатнього для вірусної реплікаціїрівня ДНТФ. Навпаки, віруси герпесу і поксвіруси здатні реплікуватися в клітинах, що покояться. Однією з причин того, що ці віруси можуть оминати вимогу до S-фази, є їх здатність кодувати ферменти для синтезу дНТФ – рибонуклеотидредуктазу і тимідинкіназу. У випадках вірусу герпесу та вірусу оперізуючого лишаю/вітряної віспи вірусна тимідинкіназа є ключовою точкою для противірусної хіміотерапії, тому що цей вірусний фермент фосфорилює аналоги нуклеозиду, такі як ацикловір, більш ефективно, ніж це роблять клітинні ферменти. Перетворені на фосфорнокислу форму ці аналоги дНТФ вибірково шкодять реплікації ДНК герпесвірусів.

Незалежно від виду ДНК-генома одиницею його реплікації є так званий реплікон – одиниця геному, здатна до автономної реплікації. Реплікон є нуклеотидною послідовністю, розташованою між точкою початку реплікації (origin або ori) і точкою закінчення реплікації (terminus). Процес реплікації ДНК поділено на три стадії: ініціація ланцюга, елонгація (подовження) ланцюга та термінація синтезу. Віруси з різними видамиДНК-геноми реалізують оригінальні стратегії реплікації. У цьому основні особливості спостерігаються під час ініціації синтезу.

Основні засади реплікації ДНК-геномів вірусів.

Ініціація синтезу ДНК. Більшість ДНК вірусів еукаріотів (крім поксвірусів) копіює свої геноми в ядрі. Реплікація ДНК-геномів вірусів ініціюється у специфічних точках ori.

На відміну від клітинних ориджинів, які активуються один раз протягом клітинного циклу, вірусні точки ori можуть спрацьовувати багато разів протягом окремого циклу реплікації. Ініціація синтезу ланцюга ДНК може відбуватися лише за наявності затравки для ДНК-полімерази. Вид затравки та спосіб її утворення розрізняються у різних вірусів та визначають своєрідність вірусних реплікативних систем. Розрізняють три основні способи ініціації синтезу ДНК (див. пункт 3.7.1.1, с. 63).

Елонгація ланцюга при реплікації вірусних геномів принципово відрізняється від процесу синтезу клітинних ДНК. Використовуються ферменти, допоміжні білки та реплікаційні білки, що належать як клітині-хазяїну, так і вірусу. Синтез ДНК, як правило, здійснює ДНК-залежна ДНК-полімераза. Основною властивістю синтезу є його полярність, при якій черговий нуклеотид приєднується до 3'-кінцю зростаючого ланцюга. Тобто напрямок синтезу йде від 5'- до 3'-кінця, зчитування - від 3'- до 5'-кінця. Особливості синтезу комплементарних ниток пов'язані із способом ініціації. На днДНК-матриці синтез йде через утворення реплікативної вилки (рисунок 9) або з витісненням ланцюга, на онДНК матриці - репараційного механізму.

У реплікативних вилках одна нитка (провідна) копіюється безперервно у напрямку від 5'- до 3'-кінця. Оскільки інша нитка (відстаюча) повинна також синтезуватися від 5'- до 3'-кінця, вона копіюється з перервами, багаторазово ініціюючи синтез і поєднуючи короткі фрагменти Оказаки. Синтез ДНК у реплікативному вилці забезпечується цілим набором білків-ферментів, які можуть мати різне походження. Дрібні ДНК-віруси використовують клітинні реплікативні білки. Найкраще вивчено реплікацію поліомавірусу SV40, де залучені реплікативні білки були ідентифіковані в безклітинній системі. in vitro.

Рисунок 9 – Схема реплікації ДНК із використанням реплікативної вилки

Встановлено, що у реплікації ДНК SV40 беруть участь 10 білків. Дев'ять з них мають клітинне походження: ДНК-полімераза α (відповідальна за ініціацію синтезу ДНК у точці ori та синтез нитки, що відстає); праймаза (пов'язана з ДНК-полімеразою та праймує синтез фрагментів Оказаки); ДНК-полімераза d (відповідальна за синтез лідируючої нитки та завершення синтезу фрагментів Оказаки); проліферативний клітинний ядерний антиген (PCNA), який зв'язується з ДНК-полімеразою d і формує кільце навколо ДНК, збільшуючи процесивність полімерази; гетеропентамерний реплікативний фактор C – RF-C (приєднує кільце PCNA на ДНК та стимулює полімеразу d); RPA - онДНК-зв'язуючий білок; РНаза H (видаляє все, крім одного рибонуклеотиди РНК-праймера); екзонуклеаза FEN-1, також відома як MF-1 (видаляє рибонуклеотид, що залишилася); ДНК-лігаза I (лігує фрагменти Оказаки); топоізомеразу I та/або топоізомеразу II (знімає надспіралізацію протягом синтезу). Єдиний вірусний білок, який потрібний для реплікації ДНК SV40 - це великий T-антиген, який має властивості хелікази і забезпечує розплетення двониткової структури в вилці реплікативної.

Інші віруси самі забезпечують майже всі білки реплікативної вилки. Наприклад, фаза елонгації при реплікації ДНК аденовірусу в умовах in vitro забезпечується однією аденовірусною субодиницею ДНК-полімерази, аденовірусним однонитковим ДНК-зв'язуючим білком, який може збільшувати процесивність полімерази, та клітинною топоізомеразою I або II. Ця простота частково пов'язана з незвичайним характером реплікації ДНК аденовірусу, в якій відсутній синтез ланцюга, що відстає.

Великі ДНК-віруси ще більше забезпечують себе ферментами реплікації. Наприклад, віруси герпесу кодують ДНК-полімеразу, фактор елонгації, праймазо-хеліказний комплекс, однонитковий ДНК-зв'язуючий білок і, ймовірно, ще ряд вірусних білків, які не ідентифіковані.

Термінація синтезу. У разі кільцевих геномів закінчення синтезу та розбіжність геномів спрощені, оскільки синтез дочірнього ланцюга йде по колу і в кінці повного обороту в точці ori або при двонаправленій реплікації в середині кільця 3'- і 5'-кінці новоствореного синтезованого ланцюга поєднуються і лігуються. Попарно зчеплені кільця роз'єднуються топоізомеразою. У лінійних ДНК, синтезованих за допомогою РНК-затравок, все складніше. Видалення РНК-праймера дає молекулу ДНК з 3'-кінцем і пробілом на 5'-кінці. Запропоновано два способи завершення реплікації з утворенням повної копії матричного ланцюга: з використанням конкатамерів або через утворення шпильки.

Основні схеми реплікації ДНК-геномних вірусів.

1 Термінальна ініціація за допомогою самозатравного механізму.

2 Термінальна ініціація за допомогою білок-нуклеотидної (Б-Н) затравки.

3 Механізм кільця, що котиться.

4 Схема Кернса.

5 Реплікація через інтеграцію.

1 Реплікація з використанням термінальної ініціації за допомогою самозатравного механізму (рис. 10). Такий тип реплікації геномної ДНК мають парвовіруси, у яких геном представлений лінійної онДНК, що має на обох кінцях самокомплементарні послідовності, що формують шпилькові структури. 3'-кінець ДНК має унікальну послідовність розміром 125 нуклеотидів, що утворює двониткову Т-подібну шпилькову структуру, яка відіграє роль затравки для ДНК-полімерази.

ДНК-полімераза в результаті репараційного синтезу комплементарного ланцюга відтворює дуплекс, обидва ланцюги якого на одному кінці з'єднані ковалентно. При цьому 3'-кінцевий сегмент батьківського геному як матриця не використовується. Отже, повного відтворення вірусного геному поки що не відбулося. На наступному етапі вірусоспецифічний фермент вносить розрив у батьківський ланцюг на кордоні між реплікованим та нереплікованим ділянками послідовності (між 125 та 126 нуклеотидами).

Рисунок 10 – Схема перших етапів реплікації однониткової ДНК парвовірусів

Кінцеві 125 нуклеотидів батьківського геному стають умовною частиною знову синтезованого ланцюга і 3'-кінець батьківського ланцюга, що виник таким чином, використовується для її регенерації. В результаті цих реакцій виникає дисперсна двониткова реплікативна форма вірусної ДНК (рисунок 10). Далі слідує ланцюг реакцій, що включають освіту на одному з кінців ДНК-затравки у вигляді «заячих вух», синтез нового ланцюга з витісненням батьківської, освіта ще однієї реплікативної форми. Друга реплікативна форма ДНК використовується як матриця для подальшого синтезу вірусної ДНК, а витіснена з дуплексу однониткова молекула або вступає в реплікативний цикл або входить до складу дочірньої вірусної частки.

2 Реплікація з використанням термінальної ініціації за допомогою білокнуклеотидної затравки (рис. 11). Такий тип реплікації геномної ДНК мають аденовіруси, геном яких представлений лінійної днДНК, що має на 5'-кінцях інвертовані повтори та ковалентно приєднані геномні білки з м.м. 55 кДа.

В інфікованій аденовірусній клітині синтезується вірусоспецифічний білок масою 80 кДа, який зв'язується через серин із дезоксицитидином. Структура, що утворилася Б-Ser – dCTPє затравкою, яка через цитозин комплементарно зв'язується з 3'-кінцевим гуанозином геному та ініціює синтез ланцюга ДНК.

Ініціація може спостерігатися на будь-якому кінці батьківської ДНК і може відбуватися одночасно або послідовно. При послідовній ініціації синтез дочірнього ланцюга супроводжується витісненням однієї з батьківських, а синтез комплементарного ланцюга йде на однонитковій матриці за репараційним механізмом. У той же час обговорюється й інший механізм синтезу другої нитки. Заміщена батьківська однониткова ДНК має на кінцях самокомплементарні інвертовані повтори, які відпалюються, відновлюючи двониткову точку ori, впізнавану ініціюючими білками, що забезпечують синтез батьківськодочірнього дуплексу. Таким чином кожен батьківський дуплекс копіюється напівконсервативно.

Рисунок 11 – Схема реплікації геному аденовірусу

Проте процес протікає без синтезу ланцюга, що відстає, тобто. без утворення множинних сайтів ініціації та синтезу фрагментів Оказаки.

3 Реплікація кільцевих геномів за механізмом кільця, що котиться (рисунок 12). Кільце, що котиться - спосіб реплікації, при якому реплікаційна вилка здійснює безліч обертів на кільцевій матриці. Нитка, що синтезується в кожному циклі, витісняє колишній (гомологічний) ланцюг дволанцюжкової молекули, синтезований у попередньому циклі, утворюючи хвіст, що складається з набору послідовностей, комплементарних одноланцюговому матричному кільцю. У загальних рисах реплікація за механізмом кільця, що котиться, має наступні стадії:

Малюнок 12 – Схема реплікації ДНК-геномів за механізмом кільця, що котиться

1 Вірусоспецифічний фермент вносить однонитковий розрив в унікальному сайті батьківського ланцюга реплікативної форми.

2 Фермент залишається пов'язаним з 5'-кінцем, 3'-кінцевий нуклеотид, що звільнився, служить затравкою для ДНК-полімерази.

3 ДНК-полімераза приєднує нуклеотиди комплементарно замкненого ланцюга, тобто синтезується тільки лідируюча ланцюг. 5'-кінець батьківського ланцюга витісняється. Спостерігається утворення сигма-молекул (δ).

4 Після того, як реплікаційна вилка завершить трохи більше повного обороту, витіснений ланцюг замикається в кільце, а фермент переміщається на знову синтезовану нитку і цикл повторюється. Таким чином, знову синтезована нитка, що має геномну послідовність, стає компонентом РФ, а попередня (батьківська) виявляється у вільному вигляді.

Нуклеїнові кислоти були відкриті 1868 р. швейцарським ученим Ф. Мішером.
В організмах існує кілька видів нуклеїнових кислот, які зустрічаються у різних органоїдах клітини – ядрі, мітохондріях, пластидах.
До нуклеїнових кислот відносяться ДНК, і-РНК, т-РНК, р-РНК.

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК)

- Лінійний полімер, що має вигляд подвійної спіралі, утвореної парою антипаралельних комплементарних (відповідних один одному за конфігурацією) ланцюгів. Просторова структура молекули ДНК була змодельована американськими вченими Джеймсом Вотсоном і Френсісом Криком у 1953 році.
Мономерами ДНК є нуклеотиди .
Кожен нуклеотид ДНКскладається з пуринового (А - аденін або Г - гуанін) або піримідинового (Т - тимін або Ц - цитозин) азотистої основи, п'ятивуглецевого цукру– дезоксирибози та фосфатної групи.
Нуклеотиди в молекулі ДНК звернені один до одного азотистими основами та об'єднані парами відповідно до правилами комплементарності: навпроти аденіну розташований тимін, навпроти гуаніну - цитозин. Пара А – Т з'єднана двома водневими зв'язками, а пара Г – Ц – трьома. При реплікації (подвоєння) молекули ДНК водневі зв'язки рвуться і ланцюги розходяться і кожної їх синтезується новий ланцюг ДНК. Остів ланцюгів ДНК утворений сахарофосфатними залишками.
Послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК визначає її специфічність, а також специфічність білків організму, що кодуються цією послідовністю. Ці послідовності індивідуальні й у кожного виду організмів, й у окремих особин.
приклад :
дана послідовність нуклеотидів ДНК: ЦГА - ТТА - ЦАА.
На інформаційній РНК (і-РНК) буде синтезовано ланцюг ГЦУ – ААУ – ГУУ, у результаті вишикується ланцюжок амінокислот: аланін – аспарагін – валін.
При заміні нуклеотидів в одному з триплетів або їх перестановці цей триплет кодуватиме іншу амінокислоту, а, отже, зміниться і білок, що кодується цим геном. Зміни у складі нуклеотидів або їх послідовності називаються мутацією .

Рибонуклеїнова кислота (РНК)

- Лінійний полімер, що складається з одного ланцюга нуклеотидів. У складі РНК тіміновий нуклеотид заміщений на урациловий (У). Кожен нуклеотид РНК містить п'ятивуглецевий цукор – рибозу, одну з чотирьох азотистих основ та залишок фосфорної кислоти.
Синтезуються РНК у ядрі. Процес називається транскрипція - Це біосинтез молекул РНК на відповідних ділянках ДНК; перший етап реалізації генетичної інформаціїу клітині, у процесі якого послідовність нуклеотидів ДНК «переписується» в нуклеотидну послідовність РНК.
Молекули РНК формуються на матриці, якою служить один із ланцюгів ДНК, послідовність нуклеотидів у якій визначає порядок включення рибонуклеотидів за принципом комплементарності. РНК-полімераза, просуваючись уздовж одного з ланцюгів ДНК, з'єднує нуклеотиди в тому порядку, який визначено матрицею. Утворені молекули РНК називають транскриптами.
Види РНК.
Матричнаабо інформаційнаРНК. Синтезується в ядрі за участю ферменту РНК-полімерази. Комплементарна ділянці ДНК, де відбувається синтез. Її функція – зняття інформації з ДНК та передача її до місця синтезу білка – на рибосоми. Складає 5% клітин РНК.
Рибосомна РНК- синтезується в ядерці і входить до складу рибосом. Складає 85% клітин РНК.
Транспортна РНК- Транспортує амінокислоти до місця синтезу білка. Має форму конюшинного листа і складається з 70-90 нуклеотидів.

Аденозинтрифосфорна кислота – АТФ

– являє собою нуклеотид, що складається з азотистої основи аденіну, вуглеводу рибози та трьох залишків фосфорної кислоти, у двох із яких запасається велика кількість енергії. При відщепленні одного залишку фосфорної кислоти звільняється 40 кДж/моль енергії. Здатність запасати таку кількість енергії робить її АТФ універсальним джерелом. Синтез АТФ відбувається в основному в мітохондріях.

Таблиця. Функції нуклеотидів у клітині.

Таблиця. Порівняльна характеристика ДНК та РНК.

Тематичні завдання.

Частина А

А1. Мономерами ДНК та РНК є
1) азотисті основи
2) фосфатні групи
3) амінокислоти
4) нуклеотиди

А2. Функція інформаційної РНК:
1) подвоєння інформації
2) зняття інформації з ДНК
3) транспорт амінокислот на рибосоми
4) зберігання інформації

А3. Вкажіть другий ланцюг ДНК, комплементарний першим: АТТ – ГЦЦ – ТТГ
1) УАА - ТГГ - ААЦ
3) УЦЦ – ГЦЦ – АЦГ
2) ТОВ – ЦМГ – ААЦ
4) ТОВ – УГГ – УУЦ

А4. Підтвердженням гіпотези, що передбачає, що ДНК є генетичним матеріаломклітини, служить:
1) кількість нуклеотидів у молекулі
2) індивідуальність ДНК
3) співвідношення азотистих основ (А = Т, Г = Ц)
4) співвідношення ДНК у гаметах та соматичних клітинах (1:2)

А5. Молекула ДНК здатна передавати інформацію завдяки:
1) послідовності нуклеотидів
2) кількості нуклеотидів
3) здатність до самоподвоєння
4) спіралізації молекули

А6. У якому разі правильно вказано склад одного з нуклеотидів РНК
1) тімін – рибоза – фосфат
2) урацил – дезоксирибоза – фосфат
3) урацил – рибоза – фосфат
4) аденін – дезоксирибоза – фосфат

Частина В

В 1. Виберіть ознаки молекули ДНК
1) Одноланцюгова молекула
2) Нуклеотиди - АТУЦ
3) Нуклеотиди – АТГЦ
4) Вуглевод - рибоза
5) Вуглевод – дезоксирибоза
6) Здатна до реплікації

В 2. Виберіть функції, характерні для молекул РНК еукаріотичних клітин
1) розподіл спадкової інформації
2) передача спадкової інформації до місця синтезу білків
3) транспорт амінокислот до місця синтезу білків
4) ініціювання реплікації ДНК
5) формування структури рибосом
6) зберігання спадкової інформації

Частина С

З 1. Встановлення структури ДНК дозволило вирішити низку проблем. Які, на вашу думку, це були проблеми і як вони зважилися внаслідок цього відкриття?
С2. Порівняйте нуклеїнові кислоти за складом та властивостями.

Відіграють роль матриць. Новий ланцюг, що синтезується на кожному з вихідних ланцюгів, ідентична ін. вихідного ланцюга. Коли процес завершується, Утворюються дві ідентичні подвійні спіралі , кожна з яких брало складається з одного старого (вихідного) і одного нового ланцюга (рис. 1). Таким чином від одного покоління до іншого передається тільки один із двох ланцюгів, що становлять вихідну молекулу ДНК ,-т. зв. напівконсервативний механізм реплікації

Реплікація складається з великої кількості послідовних. етапів,які включають впізнавання точки початку реплікації, розплітання вихідного дуплексу (спіралі), утримання його ланцюгів в ізольованому один від одного стані, ініціацію синтезу на них нових дочірніх ланцюгів, їх зростання (елонгацію), закручування ланцюгів у спіраль і термінацію (закінчення) синтезу . Всі ці етапи реплікації, що протікають високою швидкістюта виключить. точністю, забезпечує комплекс, що складається більш ніж з 20 ферментів та білків,-т. зв. ДНК-репліказна система, або реплісома. функціон. одиниця реплікації-реплік він, що являє собою сегмент (ділянку) хромосоми або позахромосомної ДНК, обмежений точкою початку, в якій ініціюється реплікація, і точкою закінчення, в якій реплікація зупиняється. Швидкість реплікації контролюється стадії ініціації. Якось розпочавшись, реплікація триває до того часу, поки весь реплікон нічого очікувати дуплікований (подвоєний). Частот ініціації визначається взаємод. спец. регуляторних білків із точкою початку реплікації. Бактеріальні хромосоми містять один реплікон: ініціації до єдностей. точці початку реплікації веде до реплікації всього геному. У кожному клітинному циклі реплікація ініціюється лише один раз, Плазміди та віруси, що є автономними генетичами. елементами, є окремі реплікони, здатні до багаторазової ініціації в клітині-господарі. Еукаріотич. Хромосоми (хромосоми всіх організмів, за винятком бактерій і синьо-зелених водоростей) містять велику кількість репліконів, кожен з яких також одноразово ініціюється за один клітинний цикл.

Мал. 1. Схема напівконсервативного механізму реплікації: А, Т, G і С-залишки пуринових та піримідинових основ (соотв. аденіну, тиміну, гуаніну та цитозину); 1-вихідний ланцюг ДНК; 2-новий ланцюг ДНК.

Починаючи з точки ініціації, реплікація здійснюється в обмеженій зоні, що переміщається вздовж вихідної спіралі ДНК. Ця активна зона реплікації (т. зв. реплікація вилка) може рухатися в обох напрямках. При односпрямованій реплікації вздовж ДНК рухається одна реплікація. веделка. При двонаправленій реплікації від точки ініціації у протилежних напрямках розходяться дві реплікації. вилки; Швидкості їх руху можуть відрізнятися. При реплікації ДНК бактерії та ссавців швидкість зростання дочірнього ланцюга становить соотв. 500 та 50 нуклеотидів в 1 с; у рослин ця величина не перевищує 20 нуклеотидів на 1 с. Рух двох виделок у протилежних напрямках створює петлю, яка має вигляд "бульбашки" або "очі". Реплікація, що продовжується, розширює "око" до тих пір, поки він не включить у себе весь реплікон.

У результаті реплікації зростання ланцюга здійснюється завдяки взаємод. дезоксирибонуклеозидтрифосфату з 3"-ОН кінцевим ну-клеотидом вже побудованої частини ДНК ; при цьому відщеплюється пірофосфат і утворюється фосфодіефірний зв'язок. Зростання полінуклеотидного ланцюга (рис. 2) йде тільки з її З"-кінця, тобто в напрямку 5" : 3" (див. Нуклеїнові кислоти). Фермент, що каталізує цю р-цію,-ДНК-поліме-раза (див. Полідезоксирибонуклеотид-синтетази)-не здатний почати матричний синтез на одноланцюговій ДНК, якщо немає хоча б олігонуклеотидної біспіральної ділянки (т. зв. затравочного олігонуклеотиду); затравним олігонуклеотидом у мн. випадках є не ДНК, а РНК.

Мал. 2. Напрямок зростання дезоксирибонуклеотидних ланцюгів при реплікації; суцільноні лінії - вихідна ДНК, пунктирні -нові ланцюги ДНК (стрілки вказують направління їх зростання); 1-реплікація. веделка.

Енергія, що витрачається на утворення кожного нового фосфодіефірного зв'язку в ланцюзі ДНК забезпечується розщепленням фосфатного зв'язку між a - і b -фосфатними групами нуклеозидтрифосфату.

ДНК-полімераза має один центр зв'язування нуклеозидтрифосфату, загальний для всіх чотирьох нуклеотидів. Вибір із середовища нуклеотиду , основа якого комплементарно черговому підставі матриці , протікає без помилок, завдяки визначальному впливу ДНК-матриці (початкового ланцюга ДНК). При деяких мутаційних пошкодженнях структури ДНК-полімерази в ряді випадків відбувається включення некомплементарних нуклеотидів.

У процесі реплікації формальної ДНК на короткий час з ймовірністю 10 -4 -10 -5 виникають рідкісні таутомерні форми всіх 4 азотистих основ нуклеотидівутворюють неправильні пари. Висока точність реплікації (ймовірність помилок вбирається у 10 -9) обумовлена ​​наявністю механізмів, здійснюють корекцію (репарацію).

Реплікація. вилка асиметрична. З двох дочірніх ланцюгів ДНК, що синтезуються, одна будується безперервно, а інша-з перервами. Першу зв. провідною, чи лідируючою, ланцюгом, а другу-відстаючої. Синтез другого ланцюга йде повільніше; хоча загалом цей ланцюг будується у бік 3" : 5", кожен із його фрагментів окремо нарощується у бік 5" : 3" (рис. 3). Завдяки такому переривчастому механізму синтезу реплікація обох антипаралельних ланцюгів здійснюється за участю одного ферменту-ДНК-полімерази, що каталізує нарощування нуклеотидного ланцюга тільки в напрямку 5" : 3".

Мал. 3. Схема механізму зростання ланцюгів ДНК при реплікації: А-провідний ланцюг, Б-відстає ланцюг, В-фрагмент Оказакі.

Як затравок для синтезу фрагментів ланцюга, що відстає, служать короткі відрізки РНК, комплементарні матричному ланцюгу ДНК. Ці РНК-затравки (праймери), що складаються приблизно з 10 нуклеотидів з певними інтервалами синтезуються на матриці відстаючого ланцюга з рибонуклеозидтрифосфатів в напрямку 5" : 3" за допомогою ферменту РНК-праймази. РНК-праймери потім нарощуються дезоксинуклеотидами з 3"-кінця ДНК-полі-меразою, яка продовжує нарощування до тих пір, поки ланцюг, що будується, не досягає РНК-затравки, приєднаної до 5"-кінцю попереднього фрагмента. Утворюються таким чином фрагменти (т. зв. фрагменти Оказаки) ланцюга, що відстає, нараховують у бактерій 1000-2000 дез-оксирибонуклеотидних залишків; у тварин клітинах їхня довжина не перевищує 200 нуклеотидів.

Щоб забезпечити утворення безперервного ланцюга ДНК з багатьох таких фрагментів, в дію набуває особлива система репарації ДНК, що видаляє РНК-затравку і замінює її на ДНК. У бактерій РНК-затравка видаляється нуклеотид за нуклеотидом завдяки 5": 3"-екзонуклеазної активності ДНК-полімерази. При цьому кожен відщеплений рибонуклеотидний мономер заміщається відповідним дезоксирибонуклеотидом (як затравка використовується З"-кінець синтезованого на старому ланцюгу фрагмента). Завершує весь процес фермент ДНК-лігаза, що каталізує утворення фосфодіефірного зв'язку між групою З"-ОН нового фрагмента ДНК і 5 Утворення цього зв'язку вимагає витрати енергії, яка поставляється в ході сполученого гідролізу пірофосфатного зв'язку коферменту-нікотинамід-аденіндинуклеотиду (у бактеріальних клітинах) або АТФ (у тварин клітинах і у бактеріофагів).

Розкручування подвійної спіралі та просторів. поділ ланцюгів здійснюється за допомогою дек. спец. білків. Т. зв. гелікази розплітають короткі ділянки ДНК, що знаходяться безпосередньо перед реплікацією. вилкою. На поділ кожної пари основ витрачається енергія гідролізу двох молекул АТФ до аденозиндифосфату та фосфату. До кожного з ланцюгів, що розділилися, приєднується дек. молекул ДНК-зв'язуючих білків, які перешкоджають утворенню комплементарних пар і зворотному возз'єднанню ланцюгів. Завдяки цьому нуклеотидні послідовностіланцюгів ДНК виявляються доступними для реплікативної системи. Др. специфічні. білки допомагають праймазе отримати доступ до матриці ланцюга, що відстає. В результаті праймазу зв'язується з ДНК і синтезує РНК-затравки для фрагментів ланцюга, що відстає. Для формування нових спіра-лей не потрібно ні витрат енергії, ні участі к.-л. "закручує" ферменту.

У разі кільцевого реплікону (напр., у плазміди) описаний процес зв. q-реплікацією. Т.к. кільцеві молекули ДНК закручені самі на себе (суперспіралізовані), при розкручуванні подвійної спіралі в процесі реплікації вони повинні безперервно обертатися навколо власних. осі. При цьому виникає торсіонна напруга, яка усувається шляхом розриву одного з ланцюгів. Потім обидва кінці відразу ж знову з'єднуються один з одним. Цю ф-цію виконує фермент ДНК-топоізомеразу. Реплікація у разі зазвичай відбувається у двох напрямах, тобто. існують дві реплікації. виделки (рис. 4). Після завершення реплікації з'являються дві дволанцюгові молекули, які спочатку пов'язані один з одним як ланки одного ланцюга. При їхньому поділі одне з двох кілець тимчасово розривається.

Мал. 4. Один із механізмів реплікації плазміди (початок реплікації позначений крапками); напрями руху реплікації. вилки показані стрілками, що утворюються нові ланцюги ДНК-пунктиром.

Реплікація вірусів 99

бактерій реплікуються за тета-механізмом Механізм «кільця, що котиться» вивчався переважно на стафілококових і стрептококових плазмідах.

4.8 Реплікація вірусів

Реплікація вірусів відбувається у кілька стадій:

1. Адсорбція: вірус контактує з клітиною специфічними молекулами на своїй поверхні: наприклад, ортоміксовіруси та параміксовіруси адсорбуються за допомогою глікопротеїнів, а аденовіруси – за допомогою пентонових волокон. В адсорбції беруть участь специфічні клітинні рецептори: глікопротеїни , фосфоліпіди або гліколіпіди .

Адсорбція може бути порушена антитілами, що зв'язуються з вірусною оболонкою або клітиною господаря.

2. Проникнення (пенетрація) слід відразу за адсорбцією. Після цього вірусну частку вже неможливо відокремити від клітини господаря, не пошкодивши її. Механізми проникнення:

а. Пряме проникнення: капсид залишається пов'язаним із зовнішньою поверхнею клітинної мембрани, а його вміст потрапляє всередину клітини.

б. Злиття з мембраною. в. Ендоцитоз.

3. Руйнування оболонкивідбувається завдяки закисленню середовища ендосоми, в якій знаходиться вірусна частка, до pH = 5. За це відповідальні протонні насоси H+-АТФази у мембранах ендосом. Низькі значення pH призводять до зміни конформації компонентів вірусної оболонки, які своїми гідрофобними ділянками починають контактувати з мембранами ендосом, що призводить до потрапляння вірусу в цитозоль.

4. Реплікація вірусного геномустає можливою завдяки переключенню клітинних систем синтезу на реплікацію та транскрипцію вірусу. Для цього вірус зупиняє синтез білка клітиною та дисоціює полірибосоми. Деякі віруси як блокують клітинні синтези, а й прискорюють їх.

5. Складання віріонів.

6. Вихід віріонів із клітини.

А Реплікація геномуДНК-вірусів

У ДНК-вірусів тварин процеси транскрипції та трансляції не пов'язані (крім поксвірусів): транскрипція відбувається в ядрі, а трансляція – у цитоплазмі. Вірусна ДНК є матрицею для синтезу вірусної мРНК, яка є матрицею для синтезу вірусних білків. Вірусна ДНК містить «ранні» та «пізні» гени, які транскрибуються в різний час.

- «Ранні» гени кодують білки та ферменти, необхідні для початку реплікації вірусного геному.

- «Пізні» гени кодують білки, що беруть участь у дозріванні та збиранні вірусних частинок.

Реплікація вірусів із дцДНКсхожа з нормальною реплікацією клітинної ДНК. Геном більшості таких вірусів потрапляє в ядро, де транскрибується та реплікується клітинними полімеразами. Так реплікуються, наприклад, віруси герпесу та папіломавіруси. Однак є два винятки:

1. Кожна частина віріону поксвірусів синтезується та збирається у цитоплазмі. Ядро в їхній реплікації не бере участі.

2. Геном вірусу гепатиту B реплікується інакше: синтезуєтьсяРНК-посередник, а потім у ході зворотної транскрипції синтезується ДНК на

матриці РНК.

Реплікація вірусів з оцДНКтеж відбувається у ядрі, куди вірусна ДНК проникає після потрапляння у клітину. Там синтезується другий ланцюг ДНК, комплементарний вірусний. Разом вони утворюють дцДНК. Далі все відбувається за вищеописаним механізмом: синтез білків, реплікація вірусної ДНК та складання віріонів.

Приклади реплікації у різних родин вірусів:

1. Аденовіруси реплікують свій геном асиметрично: реплікація починається на 3'-кінці одного з ланцюгів за допомогою білкового праймера. Дочірній ланцюг ДНК, що росте, витісняє одну материнську і утворює повний дуплекс з іншим материнським ланцюгом. Витіснений ланцюг теж реплікується і утворює дуплекс.

2. Герпесвіруси мають лінійний геном із термінальними повторами. Після попадання в ядро ​​ці повтори частково відщеплюються та з'єднуються, утворюючи кільцевий дуплекс ДНК. Далі відбувається реплікація за механізмом «кільця, що котиться». У ході дозрівання вірусної частки кільцева ДНК розрізається і знову стає лінійною.

3. Паповавіруси мають кільцеву ДНК, а її реплікація відбувається за тета-механізмом (симетрично та двонаправлено).

4. Парвовіруси мають одноланцюгову ДНК (позитивну або негативну), тому їх реплікація починається, коли два ланцюги (+ і -) з різних вірусних частинок формують дуплексну спіраль ДНК.

5. Поксвіруси мають незвичну дволанцюжкову ДНК, кінці якої пов'язані. Їх проміжні репліковані ДНК, що виявляються в цитоплазмі, є конкатемерами, з'єднаними «голова-к-голові» або «хвіст-до-хвосту».

6. Гепаднавіруси, як, наприклад, вірус гепатиту B, використовують зворотну транскрипціюдля реплікації. Їх геном складається з частково дволанцюгової кільцевої ДНК з повним негативним ланцюгом і неповним позитивним. Після потрапляння в клітину позитивний ланцюг добудовується та транскрибується. Транскрипти РНК стають матрицею для синтезу ДНК під час зворотної транскрипції з допомогою вірусних ферментів.

Реплікація вірусів 101

Б Реплікація геному РНК-вірусів

РНК-віруси можна розділити на 4 групи (див. мал. 71 ▼ ):

1. Віруси з позитивною одноланцюжковою РНК (оцРНК+).

2. Ретровіруси (різновид оцРНК +).

3. Віруси з негативною одноланцюжковою РНК(ОцРНК-).

4. Віруси з дволанцюжковою РНК (дцРНК).

Одноланцюжкова РНК, здатна бути матрицею в біосинтезі білка (тобто виконувати роль мРНК), називається позитивної РНКчи РНК+ . Відповідно, негативна РНКабо РНК - не здатна служити матрицею в синтезі білка.

Реплікація вірусів з оцРНК+ . Як тільки віруснаоцРНК+ потрапляє в клітину господаря, вона одразу транслюється на білок рибосомами. У ній закодовані білки капсиду та вірусна.РНК-полімераза. Безпосередньо реплікація вірусної оцРНК+ йде у два етапи:

1. Спочатку на матриці позитивної вірусної оцРНК+ синтезується комплементарний ланцюгнегативної РНК(ОцРНК-). Цей синтез здійснює вірусна РНК-полімераза.

2. Потім така негативна РНК транскрибується та утворюються нові молекули.позитивної оцРНК+. Вони й беруть участь у складання віріо-

новий. Цей процес унікальний для вірусів, оскільки жодна клітина не транскрибує РНК із РНК.

Прикладом вірусу з оцРНК є поліовірус (вірус поліомієліту). Реплікація ретровірусів. Ретровіруси також містять оцРНК+. Однак у від-

На відміну від інших подібних вірусів, вони не використовують її як мРНК. Реплікація ретровірусів триває так:

1. Зворотня транскриптазавірусу, що міститься усередині його капсиду, синтезує ДНК на матриці оцРНК+.

2. Потім ця ДНК потім служить матрицею у синтезі новихоцРНК+ , що виступають як мРНК і одночасно утворюють нові віріони.

Приклад ретровірусу є ВІЛ.

Реплікація вірусів зоцРНК-. РНК цих вірусів не може транслюватися на білок безпосередньо, оскільки не впізнається рибосомами. У цих вірусів реплікація відбувається за допомогою власної РНК-залежної. РНК-транскриптази(перебуває всередині капсиду і потрапляє в цитоплазму разом з вірусним геномом після проникнення в клітину):

1. РНК-транскриптазасинтезує оцРНК+ на матриці вірусної оцРНК-.

2. Синтезована оцРНК+ виступає у ролі мРНК і є матрицею у синтезі новихоцРНК-. Останні включаються до складу віріонів.

Прикладами вірусів з оцРНК є віруси грипу і сказу. Реплікація вірусів із дцРНК. Дволанцюжкова РНК цих вірусів складається з

РНК+ та РНК-ланцюгів. Їхня реплікація йде за наступним сценарієм:

1. Після влучення в цитоплазму віруснаРНК-полімераза використовує дцРНК для синтезу оцРНК+ (матрицею служить негативний ланцюг РНК). ОцРНК+ ланцюг виконує роль мРНК, тобто. транслюється рибосомами на