19. Химический состав вирусов: белки, липиды, углеводы, другие компоненты.

Ответ. Химический состав. Нуклеиновые кислоты впервые обнаружены в ядре и бывают двух типов – полинуклеотиды и мононуклеотиды. Полинуклеотиды (ДНК и РНК) определяют синтез белков и передачу наследственной информации (закодирована первичная структура полипептидной цепи – последовательность аминокислот). ДНК и РНК полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды, состоящие из: молекулы фосфорной кислоты; углевода дезоксирибозы или рибозы; азотистого основания, которые бывают двух типов: пуриновые – аденин, гуанин; пиримидиновые – тимин (урацил), цитозин. Они определяют название соответствующего нуклеотида: адениловый (А), гуаниловый (Г), тимидиловый (Т) или урациловый (У) и цитидиловый (Ц). Каждая цепь нуклеиновой кислоты состоит из нуклеотидов, соединенных прочной ковалентной связью между фосфорной кислотой и углеводом – дезоксирибозой или рибозой. Нуклеиновая кислота вируса занимает центральное положение в вирионе и упакована в белковый чехол. Белки присутствуют в составе вирусов. Небольшое количество белка вместе с нуклеиновой кислотой сосредоточены в центре вириона и большая часть белка – в капсиде. В состав белков вирусов входят те же аминокислоты, что и в состав остальных белков и построены по тому же принципу. Белки вирусов выполняют различные функции: рецепторы к чувствительным клеткам, структурная функция и учатсвуют в репликации вирусной нуклеиновой кислоты. В зараженной клетке вирусный геном кодирует синтез двух групп белков: структурные, которые входят в состав вирусных частиц потомства; 2) неструктурные, которые обслуживают процесс внутриклеточной репродукции вируса на разных его этапах, но в состав вирусных частиц не входят. Количество структурных белков в составе вирусной частицы может быть разное. Наиболее «просто» организованный вирус табачной мозаики содержит всего один небольшой белок. Некоторые фаги содержат 2-3 белка, «просто» организованные вирусы животных – 3-4 белка, а сложно устроенные вирусы (напр. вирус оспы) более 30 структурных белков. Структурные белки делятся на 2 группы: капсидные белки подразделяются на: непосредственно образующие капсид для нуклеиновой кислоты вируса. Их основной функцией является защита вирусного генома от воздействий внешней среды. Геномные белки – нуклеопротеиды. Обеспечивают репликацию вирусных нуклеиновых кислот и процессы репродукции вируса. Это ферменты, за счет которых происходит увеличение количества копий материнской молекулы, или белки, с помощью которых на матрице нуклеиновой кислоты синтезируются молекулы, обеспечивающие реализацию генетической информации; ферменты в составе капсида некоторых сложных вирусов являются ДНК- или РНК-полимеразами (осуществляют транскрипцию и репликацию вирусного генома), у других они участвуют в модификации концов иРНК. Суперкапсидные белки входят в состав наружной вирусной оболочки (суперкапсида). Суперкапсидные белки располагаются в липопротеидной оболочке сложных вирусов. Они или пронизывают насквозь липидный бислой, или не доходят до внутренней поверхности. Пепломеры являются типичными внутримембранными белками и имеют много общего с клеточными мембранными белками. Как и последние они обычно гликозилированы. Гликозилирование осуществляют клеточные ферменты, поэтому один и тот же вирус, продуцируемый разными видами клеток, может иметь разные углеводные остатки. Варьировать может: состав углеводов; длина углеводной цепочки; место прикрепления ее к полипептидному остову. У большинства вирусов гликопротеиды, на поверхности формируют «шипы», длиной до 7-10 нм. Они построенные из нескольких молекул одного и того же белка. Например: вирусы гриппа и парамиксовирусы имеют два типа шипов, рабдовирусы имеют только один тип шипов. Гликопротеиды состоят из наружной, гидрофильной части, которая содержит на конце аминогруппу (N-конец), и погруженной в липидный бислой, гидрофобной части, которая содержит на погруженном конце карбоксильную группу (С-конец). Этим концом полипептид «заякоривается» в липидном бислое. Хотя есть и исключения из этого общего положения: нейраминидаза вируса гриппа взаимодействует с липидным бислоем не С-, а N-концом. В зависимости от выполняемой функции суперкапсидные белки делят на: прикрепительные - взаимодействуют с рецепторами клеточной поверхности, распознавание клетки-хозяина и прикрепление к ней вирусной частицы (адсорбция); белки слияния - участвуют в проникновении вирусных частиц в клетку (т.е. обеспечивают слияние вирусной и клеточной мембран). Неструктурные белки выделяют из зараженных клеток, а не из очищенных препаратов вирусов. При их идентификации и очистке от клеточных белков возникают трудности, поэтому они изучены гораздо хуже, чем структурные. К неструктурным белкам относятся: предшественники вирусных белков, которые отличаются от других неструктурных белков нестабильностью в зараженной клетке в результате быстрого нарезания на структурные белки; РНК- и ДНК-полимеразы - ферменты синтеза РНК и ДНК, обеспечивающие транскрипцию и репликацию вирусного генома; ферменты, модифицирующие вирусные белки, например, протеиназы и протеинкиназы. Многие неструктурные белки при ряде вирусных инфекций еще не идентифицированы и функции их не определены. Липиды обнаружены у сложноорганизованных вирусов и в основном находятся в составе липопротеидной оболочки (суперкапсида), формируя ее липидный бислой, в который встроены суперкапсидные белки. Все сложноорганизованные РНК-содержащие вирусы имеют в своем составе значительное количество липидов (от 15 до 35% от сухого веса). Из ДНК-содержащих вирусов липиды содержат вирусы оспы, герпеса и гепатита В. Примерно 50-60% липидов в составе вирусов представлено фосфолипидами, 20-30% составляет холестерин. Липидный компонент стабилизирует структуру вирусной частицы. Экстракция липидов органическими растворителями или липазами приводит к деградации вирусной частицы и потере инфекционной активности. Вирусы, содержащие липопротеидную мембрану, формируются путем почкования на плазматической мембране клеток (или на мембранах эндоплазматической сети с выходом во внутриклеточные вакуоли). Поэтому липопротеидная оболочка этих вирусов представляет собой мембрану клетки-хозяина, модифицированную за счет наличия на ее наружной поверхности вирусных суперкапсидных белков. К почкующимся вирусам относятся крупные РНК-содержащие вирусы: ортомиксо-, рабдо-, тога-, ретро-, бунья-, арено-, парамиксо-, флави-, рео-, фило-, борна- и коронавирусы. В связи с клеточным происхождением липидов общий состав липидной фракции и содержание ее отдельных компонентов у одного и того же вируса могут существенно различаться в зависимости от клетки-хозяина, где происходила репродукция вируса. Наоборот, если разные почкующиеся вирусы репродуцировались в одних и тех же клетках, их липиды оказываются более или менее сходными. У вирусов оспы липиды не образуют дифференцированной оболочки (т.к. они не почкуются через плазматическую мембрану). Обработка вируса осповакцины эфиром не приводит к потере инфекционной активности. Вирус герпеса формируется путем почкования через ядерную оболочку, поэтому в его составе есть липиды ядерной оболочки. Липиды вируса гепатита В и его НВ s-антигена образуются путем инвагинации мембран эндоплазматической сети, а буньявирусы почкуются на мембранах аппарата Гольджи. Углеводный компонент вирусов находится в составе гликопротеидов. Количество сахаров в составе гликопротеидов может быть достаточно большим, достигая 10-13% от массы вириона. Химическая специфичность их полностью определяется клеточными ферментами, обеспечивающими перенос и присоединение соответствующих сахарных остатков. Обычными сахарными остатками, обнаруживаемыми в вирусных белках, являются фруктоза, сахароза, манноза, галактоза. Углеводный компонент, подобно липидам, определяется клеткой-хозяином. Один и тот же вирус, выращенный в клетках разных видов, может различаться по составу сахаров. Углеводный компонент гликопротеидов играет важную роль в структуре и функции белка. Он обеспечивает сохранение конформации белковой молекулы и обусловливает защиту молекулы от клеточных протеаз. Возможные другие функции углеводов, пока достоверно не установленные. Компоненты клетки-хозяина могут находиться в составе вирионов (белки, и даже целые клеточные структуры). Например, в составе ряда оболочечных вирусов может находиться белок цитоскелета актин, в составе паповавирусов содержатся клеточные гистоны. Ряд вирусов содержит клеточные ферменты, например, протеинкиназы. В составе аденовирусов обнаружены рибосомы. Клеточные компоненты могут включаться в вирион случайно или закономерно. В некоторых случаях они играют существенную роль в репродукции вируса, как, например, гистоны в репродукции паповавирусов. Минеральные вещества также входят в состав вирионов. Чаще других обнаруживаются ионы калия, натрия, кальция, железа, а иногда и некоторые другие. Они участвуют в образовании связей между белками и нуклеиновой кислотой.