Вирустар, бактериофагтар, олардың құрылысы мен құрылымдары

Қазақстан Республикасының білім және ғылым Министрлігі

Қостанай мемлекеттік педагогикалық институты

Сырттай оқыту бөлімі

Биология кафедрасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

Вирустар, бактериофагтар, олардың құрылысы мен құрылымдары

 

 

 

 

 

 

 

 

ОРЫНДАҒАН: Ержанова Ж.Т.– 3 курс

Биология (қысқартылған)

 

Тексерген: Божекенова Женискуль Турсынбаевна

оқытушы, биология магистрі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қостанай 2014 ж.

 

Жоспар

Кіріспе ...................................................................................................................3

1. Вирустар – жасушасыз тіршілік.
1. Вирустардың құрылысы.................................................................................4
2. Вирустардың тіршілік процестері мен ерекшеліктері..............................6
2. Вирустардың түрлері, қасиеттері.
1. Вирустардың пайда болуы.............................................................................9
2. Бактериофагтар – вирустардың ерекше түрлері........................................12

Қорытынды............................................................................................................14

Пайдаланылған әдебиеттер..................................................................................16

 

 

Кіріспе.

Дүниежүзілік микробиология тарихында орыс ғалымы Д.И.Ивановскийдің алатын орны ерекше. Ол XIX ғасырдың соңында темекі теңбілі ауруын зерттеп, ол аурудың қоздырғыштары бактериялардан да ұсақ тіршілік иесі екенін тапқан. Д.И.Ивановский ауруға шалдыққан жапырақты жуып, ол жуындыны бактерияларды сүзетін сүзгіден өткізгенде одан өтіп кеткен. Осы сұйықтықты темекіге жұқтырғанда, оның жапырағы қайтадан сарғайып, ауруға ұшыраған. Зақымданған темекі жапырағын үлкейткіш құралдармен тексергенде кристалдар байқалған. Кейіннен 1935 жылы америкалық ғалым У.Стенли бұл кристалдардың темекі теңбілі вирустарының шоғырланған жиынтығы екенін тапты.

XIX ғасырдың соңында Д.И.Ивановский ашқан өте ұсақ тіршілік иесінің вирустар екендігі дәлелденді.

Вирус-тірі организмдердің ішіндегі жасушасыз тіршілік иесі. Олар рибонуклеин қышқылының немесе дезоксирибонуклеин қышқылынан құралған нуклеопротеидтерден, сондай ақ ферментті нәруызбен қапталған қабықшадан-капсидтерден тұрады. Бұл қабықша вирустың құрамындағы нуклеин қышқылдарын сыртқы ортаның қолайсыз жағдайларынан қорғайды. Кейбір вирустардың құрамында нуклеин қышқылдарынан басқа көмірсулар, май текті заттар, биотин және мыс молекулалары кездеседі. Вирустар тек тірі жасушада өсіп-өнуге, көбеюге бейімделген. Электрондық микроскоппен 300 мың есе үлкейтіп қарағанда, оның пішіні таяқша тәрізді, жіп тәрізді немесе іші қуыс цилиндр тәрізді болатыны дәлелденді. Вирустар тірі организмдердің барлығын уландырады. Қазіргі кезде вирустардың жылықанды омыртқалыларды уландыратын 500-дей, ал өсімдіктерді уландыратын 300-ден астам түрі белгілі.

 

 

 

 

1. Вирустардың құрылысы.

Вирустар – клеткасыз организмдер. Олар негiзiн құрайтын ДНҚ немесе РНҚ және оны қоршап тұрған белокты капсидтен тұрады. Вирустар бактериялардан миллион есе кiшi және оны 40000 есе үлкейтетiн электрондық микроскоп арқылы көруге болады.

Көптеген зерттеушiлер, вирустарды тiрi организмдер емес, олар тек күрделi құрылысты химиялық заттар деп есептейдi. Бiрақ вирустың ДНҚ молекулалары өзiн-өзi өндiре алады, бұл қасиет ДНҚ тән, сондықтан вирустық РНҚ генетикалық информацияның көзi және РНҚ өзi бола алады. Зақымданған клеткада вирустың нуклеин қышқылдарының бағдарламасы бойынша, иесiнiң рибосомаларында спецификалық вирусты ақуыздар синтезделедi және нуклеин қышқылдарынан жаңа вирустың бөлiмдерi түзiледi.

Осы топтың барлық түрi сияқты қызылша вирусы өзiн-өзi өмiрлiк қажеттiлiкпен қамтамасыз ете алмайды. Ол тiрi организмнiң клеткаларын бағындырып, көптеген вирусты бөлiмдерiн тудырады. Бiрнеше уақыт өткеннен кейiн вирустық клетка өледi де, вирустар басқа жаңа клеткаларды зақымдайды.

Тұмау вирусының көптеген түрлерi бар. Вирустар бiрте-бiрте өзгерiп жаңа қасиеттерге ие болады, сондықтан ғалымдар вирустың жаңа түрлерiн анықтауда. Микроскоптың көмегiмен тұмау вирустарын зерттеп, ғалымдар адамдарды аурудан сақтайтын арнайы препараттарды шығаруда. Бұл препараттар вакцина деп аталады.

Адам организмiнде мұрны мен тамағының сiлекейлi қабықшасын зақымдайтын суық тигiзетiн вирустар бар.

Ең қауiптi вирус, бұл қанның ақ түйiршiктерiн Т-лимфоциттердi зақымдайтын СПИД немесе ВИЧ вирусы. Организм антидене түзу және ауруларға қарсы тұру қабiлетiнен айырылады.

Қазiргi уақытта СПИД вирусы адамзатқа үлкен қауiп туғызады, себебi осы вирусты тасымалдаушылардың саны күннен – күнге өсуде. Суретте үлкейтiлген Т лимфоцитi көрсетiлген, қызыл түспен ВИЧ вирусы боялған.

Вирустар – бұл көлемi шамамен 20 нм – ден 300 нм – ге дейiн болатын өте ұсақ тiрi организмдер; орташалап алғанда олар бактериялардан 50 есе кiшi. Жоғарыда айтылғандай вирустарды жарықтық микроскоптың көмегiмен көру мүмiн емес (себебi олардың көлемi жарық толқынының жартылайұзындығынан кiшi) және олар бактерия клеткаларын ұстап қалатын сүзгiштен өтiп кетедi.

“Вирустар тiрi ме?” деген сұрақтар жиi қойылады. Егер тiрi деп, генетикалық материалдары (ДНҚ немесе РНҚ) бар және өзiн — өзi өндiру қабiлетi бар құрылымды есептесек, вирустарды тiрi деуге болады. Ал егерде тiрi деп, клеткалық құрылымды есептесек, жауап керi болу керек. Тағы да айта кететiн жәйт, вирустар қожайын-клеткасыз өмiр сүре алмайды. Олар өзiн-өзi тек қана тiрi клетканың iшiнде өндiре алады, сондықтан олар облигатты паразиттер болып табылады. Әдетте олар аурудың айқын белгiлерiн көрсетедi. Қожайын клетканың iшiне кiрген соң, олар қожайынның ДНҚ-ын “жойып” және өзiнiң ДНҚ немесе РНҚ пайдаланып, клеткаға вирустың жаңа көшiрмелерiн түзуге бұйрық бередi. Вирустар клеткадан клеткаға инерттi бөлшектер ретiнде жеткiзiледi. Вирустың құрылымы өте қарапайым. Олар вирустың өзегiн құрайтын генетикалық материалдан ДНҚ немесе РНҚ және оны қоршап тұрған капсид деп аталатын қорғаныс белок қабықшасынан тұрады. Толығымен қалыптасқан инфекциялық бөлшек вирион деп аталады. Герпес немесе грипп вирустары сияқты кейбiр вирустарда, қожайын – клетканың плазмалық мембранадан пайда болған қосымша қабықшалары болады. Басқа барлық организмдерден айырмашылығы, вирустарда клеткалық құрылым болмайды.

Жиi вирустың қабықшасы ұқсас қайталанатын субъбiрлiктер – капсомерлерден құралады. Капсомерлер де кристалдануға қабiлеттi, симметрияның жоғары дәрежесi бар жүйелер құрылады. Бұл рентгендiк сәулелердi қолдануға негiзделген, кристаллографикалық әдiстермен электрондық микроскопия көмегiмен, олардың құрылымы туралы мағлұмат алуға мүмкiндiк бередi. Қожайын клеткасында вирустың субъбiрлiгi пайда болысымен, олар бүтiн вирусты түзуге қабiлеттерi көрiнiс табады. Өзiн-өзi түзеу басқа да көптеген биологиялық жүйелерге тән, бұл биологиялық құбылыстарда iргелi маңызы бар.

Мысалға аденовирусында, полиома вирусында (папилломалар, полиомелит вирусы) икосаэдролар мен додекаэдрлар. Икосаэдраның 20 үшбұрышты қыры, 12 шыңдары және 30 қабырғасы бар. Аденовирустың әр 20 қыры бiрқатар капсомерлерден тұрады. Қосындысында капсомерлер саны 252 (240 алтыбұрышты және 12 бесбұрышты, икосаэдраның шыңдарында). Әртүрлi вирустарда бұл сандар өзгерiп тұрады. Мысалы: рХ174 бактерияларында 12-ге тең, герпес вирусында – 162, полиома вирусында – 42. Бұл вирустардың барлығында 12 бесбұрышты капсомерлер бар, соның өзiнде бактериофагта алтыбұрышты капсомерлер мүлдем жоқ және додекаэдр деп аталатын жүйе құрылады.

Спиральдi симметрияның ең жақсы суреттемесi болып РНҚ құрамдас темекi теңбiлi болып табылады. 2130 бiркелкi белок субъбiрлiктерi РНҚ мен қоса бүтiн жүйе – нуклеокапсидтi құрайды. Мысалы грипп вирусында нуклеокапсид қабықшамен қапталған.

2. Вирустардың тіршілік процестері мен ерекшеліктері.

Табиғатта вирустар бірнеше жағдайда тіршілік етеді.

1. Клеткалардың ішінде кездесетін вегетациялық немесе көбею түрлері. Мұндай вирустарға «вирус — клетка кешені» деген синоним қолданылады.

2. Клетканың сыртындағы көбеймей, жай тұрған түрі. Бұл жағдайда «вирион» деген ұғым қолданылады. Вирустар тек қана клетка ішінде өсіп жетілетін арамтамақтар және бір иеден екінші иеге ауысып отырады. Вирустар тек клетка ішінде ғана өсіп-өнеді.

Вирустардың тек клеткада ғана өсетін себебі не?

Себебі вирустардың құрамы өте қарапайым: нуклеин қышқылы, белок, қант және май, тек кейбір күрделі вирустардың ғана ферменттері болады.

Осындай құрамы қарапайым вирустар көбею үшін клетканың материалдарын пайдалануға мәжбүр болады. Олар: рибосомалар, клетка мембранасы, ферменттер, энергия тудыратын жүйелер. Вирустарда ядро да, клеткаға тән заттар да жоқ. Дегенмен, вирустардың көбеюіне әсер ететін клетканың заттары қажет. Бұл жағдай қарақшылар басып алған кеме секілді. Өйткені, вирустар өз дегенін істету үшін байланыс органдарын қолына алып өз үкімін жүргізеді.

Демек, вирустар өздеріне қоректі заттарды өздері құрамай тек қана нұсқау арқылы торшаны өзіне бағындырып, жұмыс істетеді. Ол «нұсқауды» вирустың нуклеин қышқылы береді. Вирустар табиғаттағы барлық жаны бар заттардан ерекше болады.

Вирустардың негізгі ерекшеліктері

1. Вирустың қүрамында тек бір нуклеин қышқылы ғана бар: РНҚ (рибонуклеин қышқылы) немесе ДНҚ (дезо-ксирибонуклеин қышқылы). Сондықтан да вирустар құрамында РНҚ-лы немесе ДНҚ-лы бар вирустар болып бөлінеді. Ең негізгісі РНҚ-лы бар вирустардың барлық генетикалық ақпараты осы РНҚ-да. Мұндай жағдай биологияда тіпті де кездеспейді.

2. Вирустар тек клетка ішінде ғана тіршілік ететін арамтамақтар, демек тек клетка ішінде ғана көбейеді.

3. Вирустардың көбею ерекшеліктерін «дисьюнктивтік» түрге жатқызады. Себебі барлық жанды дүние екіге бөліну, бүршіктену, спора арқылы көбейсе, вирустардың өсіп-өнуі одан да ерекше.

Вирустар клетка ішінде болады да жоғалып кетеді. Себебі вирус бөлшектерін, серологиялық не микроскоп әдістері арқылы клетка ішінен кездестіре алмаймыз, клетка ішінде белок пен нуклеин қышқылына бөлініп кетеді. Ал болашақ вирустың компоненттері клетканың әр жерінде пайда болады: нуклеин қышқылы — ядрода, цитоплазмада, белоктары — цитоплазмада, содан кейін барып вириондар кұралады.

Күрделі вирустардың өсіп-жетілуі бұдан көп ерекше. Олар уақыт және кеңістікте бірнеше сатыға бөлінеді. Себебі олардың, көбеюі де бірнеше сатыдан тұрады.

4. Вирустардың белок құрайтын жүйесі — рибосомдары жоқ. Демек вирустар өздері белок құрай алмайды.

5. Вирустар — генетикалық деңгейдегі арамтамақтар. Вирустар жасанды орталарда (ЕПА, ЕПС) өспейді. Себебі оларда ассимиляция, диссимиляция, тыныс алу деген жоқ, қоректенбейді, ештеңе бөлмейді. Вирустардың көбеюі үшін тек қана тірі клетка керек, тек клетканың ішінде ғана, клетка материалдарын пайдаланып қана көбейе алады. Вирустар өзінің геномымен (РНҚ не ДНҚ) клетка геномына әсер етіп белгілі бір байланысқа түседі. Осылайша клетка бірге жұмыс істейтін күйге түседі, мысалы, рак ауруының вирустары. Осының салдарынан торшаның өлуі де мүмкін, себебі торша геномы зақымдалады, сондықтан торшалық РНҚ-лы құралмай, вирус геномы рибосомға еніп, оны жеңіп шығуы мүмкін.

Осындай зақымға ұшыраған клеткаларда вирустар көбейе бастайды. Демек вирустар клетканың генетикалық аппаратына «өз дегенін» істетіп көндіреді.

6. Вирустардың ендігі бір ерекшелігі ол өте ұсақ. Олар нанометрмен өлшенеді. 1 нм — метрдің миллиардтан бір бөлігі 1/1000000000 м. Демек 1 метрде — 1 000 000 000 нм, ал 1 мм — 1 000 000 нм, 1 мкм — 1 000 нм, 1 нм — 10 А°.

Мысалы, ең ірі деген шешек ауруы вирусының мөлшері жөнінен бактерияға жақындайды. Үлкендігі 250 — 350 нм. Ең кіші вирустың ірілігі (мысалы, аусыл ауруын қоздыратын вирус) 20 — 30 нм. Осындай өте ұсақ вирусты тек электрондық микроскоппен ғана көруге болады. Себебі ондай микроскоп 200000 — 500000, не 1 — 2 млн рет үлкейтіп көрсетеді. Вирустардың осындай ұсақ болуына байланысты оларды зерттеу үшін сүзгіден өткізу тәсілдері қолданылады. Сондықтан да уақытында » Сүзгіден өтетін вирус» деген ұғым пайда болды. Қазіргі кезде «Вирус» деген ұғым ғана қолданылады.

7. Вирустардың тағы бір ерекшелігі — олар кристалл ретінде де кездеседі. Мұндай қасиет тек өлі дүниеде ғана болады (минералдарда). Темекі жапырақтарының ауруын қоздыратын вирусты кристалл түріндегі вирусты американдық ғалым — биохимик, вирусолог Уэнделл Стенли алған еді. Оған сол еңбегі үшін Нобель сыйлығы берілді.

1955 жылы полиомиелит (балалардың сал ауруы) вирусының кристалл түрі алынды. Вирустардың кристалл түрін жай микроскоппен де көруге болады. Бір кристалда бірнеше миллион вирус болады. Кристалдар оншақты жыл бойы сақталуы мүмкін. Дегенмен кез келген уақытта олардың өсіп-өніп миллиондап көбейіп кетуі де мүмкін.

8. Вирустардың кейбір түрлері торша ішінде «денешіктер», «қосылыстар» ретінде кездесуі мүмкін және олар торшада өздері өсіп көбейген жерде ғана болады. Мысалы: құтырық жұқтыратын вирус — цитоплазмада, аденовирустар — ядрода болады.

Вирустардың тағы бір айта кететін ерекше қасиеті бар — ол тек белгілі органдар клеткаларында және клетка ішіндегі органеллаларда өніп-өседі. Демек, вирустар клетка ішіндегі ядрода, ядрошықтар мен рибосомдарда, митохондрияларда кездеседі.

Осы айтқандардан нендей шешімге келуге болады? Вирус дегендер қандай заттар? Оларды тірі организмге жатқызуға бола ма немесе олардың табиғаты қандай?

1. Вирустардың пайда болуы

Ең шынайы және қолайлы гипотеза болып вирустың “қашқын” нуклеин қышқылынан пайда болуы, яғни нуклеин қышқылының өзi шыққан клеткадан тәуелсiз репликациялануға қабiлеттенуi, бiрақ мұндай ДНҚ осы немесе басқа клеткаларды пайдалануымен (паразиттiк) репликацияланады. Сол себептен вирустар клеткалық организмдерден шыққан болу керек, және оларды клеткалық организмдердiң ата-тегi деп қарастыруға болмайды.

Вирустарды жай, майда торша ретінде қарауға болмайды. Вирустар — клеткаға дейін пайда болған нәрселер. Оларды организм ретінде де қарауға болмайды. Себебі организм дегеніміз (А. Львовтың айтуы бойынша) — өзімен-өзі байланысып жатқан кейбір ерекше құрамдар мен қозғалыстар. Мысалы, ит — жүгіреді, үреді, тірі; құрбақа — секіреді, құрылдайды, тірі. Олардың денесі өзара байланысқан құрама қозғалыстардан тұрады. Бұл — организмдер. Бір торшадан тұратын қарапайымдылар (амебалар)—организмге жатады, ал торша ішіндегі органеллалар (хромосомдар, митохондриялар) организмге жатпайды. Себебі олар өздігінше тіршілік ете алмайды. Демек, вирустарды организм деуге болмайды. Өйткені, олар өздігінен тіршілік етпейді, олардың өсіп-өнуіне торша керек. Сонда вирустарды қайда жатқызуға болады: жануарлар әлеміне ме немесе жансыздар әлеміне ме?

Вирустардың табиғаты ерекше. Оларда әрі тірі жануар дүниесінің қасиеттері бар, яғни көбейеді, нәсілдік және өзгеру ерекшеліктері тағы бар. Ал сонымен бірге вирустарда тірі жандар дүниесінде жоқ қасиеттер де кездеседі: вирустардың кристалл ретінде болуы, кебеюінің ерекшеліктері (дисьюнктивті түрі), нуклеин қышқылының бір түрінің ғана кездесуі. Тіпті вирустар қоректенбейді, қозғалмайды, тыныс алмайды, ештеңе бөлмейді. Осының бәрі вирустардың өлі және тірі дүние арасында тұратынын дәлелдейді. Вирустарды тірі дүниеге жатқызуға 1915-1917 жылдардағы бактериофагтың — бактериялар вирусының ашылуы әсер етті (ағылшын ғалымы бактериолог Туорт пен канадалық микробиолог Д’Эррель).