35. Спиртовое брожение. В основе гликолитическое расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты

Отличия – конечный акцептор электронов. Другое решение регенерации НАДН: электроны и протоны от него принимает уксусный альдегид, который при этом восстанавливается до этилового спирта. Пируватдекарбоксилаза+ СН3-СО-СООН → СН3-СОН + СО2 ПВК→ уксусный альдегид; алькогольдегидрогеназа+ СН3-СОН + НАДН + Н+ → СН3-СН2-ОН + НАД+ Уксусный альдегид → этиловый спирт. Энергетический выход спиртового брожения такой же, как у молочнокислого – 2 АТФ на одну молекулу глюкозы Преимущество: отсутствие закисления среды.

Микроорганизмы, осуществляющие спиртовое брожение Бактерии: Sarcina ventriculi, Erwinia amylovora Sarcina ventriculi – грам(+) анаэробные кокки. Способны образовывать эндоспоры. Аэротолерантны. Сапротрофы. Кроме этанола и СО2 может выделятся уксусная кислота, Н2. Часть пирувата окисляется до ацетил-КоА. Бактерии Zymomonas mobilis, окисляют глюкозу по пути Энтнера-Дудорова, ПВК через декарбоксилрование восстанавливается в этанол. В Мексике используют для получения напитка – пульке. Анаэробы. В клетках обнаруживается каталаза, цитохромы, некоторые ферменты ЦТК. Дыхание утрачено вторично. Спиртовое брожение осуществляют дрожжи из рода Saccharomyces в бескислородной среде.

36. Пропионовокислое брожение Еще один способ акцептирования электронов, получил название гетеротрофной ассимиляции углекислоты. Начальный этап – гликолиз. В данном случае к ПВК присоединяется СО2, донором служит метилмалонил-КоА. Реакция катализируется биотинзависимой метилмалонил-КоА-карбокситрансферазой: СН3-СО-СООН + НООС-СН-СО~S-KoA →

→HOOC-CO-CH2-COOH + CH3-CH2-CO~S-KoA ЩУК → пропионил-КоА \CH3 Образующаяся ЩУК превращается в янтарную в реакциях, обратных ЦТК: малатдегидрогеназа + НООС-СО-СН2-СООН + НАДН + Н+ → НООС-СНОН-СН2-СООН + НАД+ ЩУК →малат; фумараза+НООС-СНОН-СН2-СООН → НООС-СН=СН-СООН + Н2О малат →фумарат;

Сукцинатдегидрогеназа +НООС-СН=СН-СООН + Е-ФАДН2 → НООС-СН2-СН2-СООН + Е-ФАД Затем сукцинат переносится на пропионил-КоА с освобождением пропионовой кислоты: НООС-СН2-СН2-СООН + СН3-СН2 -СО~S-KoA → НООС-СН2-СН2-СО~S-KoA + СН3-СН2-СООН сукцинат +пропионил-КоА→ сукцинил-КоА + пропионовая кислота . Пропионовая кислота выделяется, а сукцинил-КоА изомеризуется в метилмалонил-КоА. Другие продукты: уксусная, янтарная кислота, углекислый газ. Янтарная кислота может накапливаться в среде как конечный продукт, если высокое содержание СО2. Реакции ее образования начинаются с карбоксилирования ФЕП. ЩУК превращается в янтарную через яблочную и фумаровую и либо изомеризуется в метилмалонил-КоА, либо выделяется как конечный продукт.

Большинство бактерий: 2 молекулы ПВК восстанавливаются до пропионовой, 1 окисляется до уксусной кислоты и СО2. В продуктах брожения обнаруживаются молочная, муравьиная, изовалериановая кислоты, этиловый и пропиловый спирты, уксусный и пропиловый альдегиды, ацетоин, диацетил. Пропионовокислое брожение должно приводить к образованию четырех молекул АТФ при сбраживании 1,5 молекул глюкозы. Энергетический выход немного больше. Источник дополнительных молекул АТФ – фумаратредуктазная реакция: фумаратредуктаза мембраносвязана и образует комплекс с хиноном и ЦХ b (зачаток электронотранспортных дыхательных цепей). Пропионовокислые бактерии. Объединены в род Propionibacterium – грам(+), неподвижные, спор не образуют, палочковидные. Места обитания: кишечный тракт жвачных животных (сычуг), молоко. Участвуют в процессах сырообразования («сычужный фермент»), образующиеся уксусная, пропионовая и другие карбоновые кислоты придают сырам острый вкус.

37. Маслянокислое брожение. В основе также лежит гликолитическое расщепление . Акцептором служит С4-соединения. Продуктами являются различные соединения, наиболее типичным является масляная кислота.. ПВК превращается в ферридоксинредуктазном комплексе, при этом восстанавливается ферридоксин (железосерный белок): СН3-СО-СООН + ФДокисл.+ КоА-SH →СН3-СО~SH-KoA + ФД-Н2

Восстановленный ферридоксин передает электроны и протоны на фермент гидрогеназу с образованием молекулярного водорода: ФД-Н2 →ФДокисл. + Н2↑ А также при окислении ФД может происходить восстановление N2, CO2 или НАДФ+.

Превращения ацетил-КоА: СН3-СО~S-KoA + СН3-СО~S-KoA → CH3-CO-CH2-CO~S-KoA ацетоацетил-КоА + НАДН + Н+ → β-оксибутирил-КоА СН3-СНОН-СН2СО~S-KoA → Кротонил-КоА CH3-CH=CH-СО~S-KoA + НАДН + Н+ → Бутирил-КоА СН3-СН2-СН2-СО ~S-KoA → масляная кислота СН3-СН2-СН2-СООН + КоА~SН Продукты МКБ: Масляная кислота, масляный альдегид и бутиловый спирт. Некоторые клостридии могут накапливать в среде этиловый спирт, ацетон, изопропиловый спирт. Маслянокислые бактерии – клостридии. У клостридий, осуществляющих ацето-бутиловое брожение, масляная кислота образуется на первом этапе брожения.

38. Смешенный тип брожения (муравьинокислое брожение) Главным продуктом брожения является муравьиная кислота, хотя имеются и другие продукты. Осуществляют некоторые представители семейства Enterobacteriaceae (грам-, спор не образующие, подвижные). Конструктивный метаболизм сложен, могут расти на простых средах, содержащих глюкозу, аммоний, фосфаты. Для Escherichia coli характерно: (1) расщепление ПВК с образованием ацетил-КоА и муравьиной кислоты в пируватформиатлиазной реакции: формиатлиаза

+ СН3-СО-СООН + КоА-SH → СН3-СО~S-КоА + НСООН 2) расщепление муравьиновой кислоты с помощью формиатуглеродлиазы: НСООН + НАД+→ НАДН + Н+ + СО2 НАДН + Н+ → НАД+ + Н2 (3) восстановление ацетил-КоА в этанол: СН3-СО~S-КоА + НАДН + Н+ → СН3-СОН + НАД+ СН3-СОН + НАДН + Н+ → СН3-СН2-ОН + НАД+ (4) отсутствие способности образовывать ацетоин Часть ацетил-КоА может превращаться в уксусную кислоту с генерацией АТФ (через ацетилфосфат). Общий выход – три молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.

У представителей рода Shigella муравьиная кислота выделяется в кишечник, вызывая язвенный колит (дизентерия). Неполное окисление Конечным продуктом являются кетокислоты, оксикислоты: глюконовая, фумаровая и другие. Все брожения – неполные окисления, но не все неполные окисления – брожения. Неполные окисления – дегидрогеназное отщепление водорода от субстрата. Ацетогены – неполное окисление сахаров до кислот, отщепляемый водород служит донором электронов, а углекислый газ – акцептором. Роды: Acetobacter, Acetomonas – грам(-), подвижные палочки, кислотоустойчивые, пигментов не образуют. Живут на сладких выделениях растений. Бактерии, выделяющие уксусную кислоту как промежуточный продукт – peroxydans, конечный – suboxydans. Между крайними формами много переходных. Большинство ацетогенов нуждается в богатых органикой средах. Окисляют первичные спирты до соответствующих карбоновых кислот, многоатомные спирты – в альдозы и кетозы. Например: сорбит – в сорбозу. Это используют для ее получения. Альдегиды, альдозы и кетозы также окисляют до кислот: гликольальдегид → гликолевая кислота; L-ксилоза → L-ксилоновая кислота; D-глюкоза → D-глюконовая кислота Роды Gluconobacter, Acetobacter – уксуснокислые бактерии, осуществляющие неполное окисление ряда органических соединений. G.suboxydans окисляет глюкозу до глюконовой кислоты, этанол – до ацетата, который выделяется в окружающую среду.

39. Брожения не позволяют полностью использовать энергетические ресурсы окисляемого субстрата, поэтому Необходимо: Создание биохимического пути расщепления: ЦТК, окислительный ПФП и НАДФ-оксидазный путь, иметь дегидрогеназы, расщепляющие неорганические соединения Формирование структурно-организованную систему переносчиков электронов и протонов – дыхательные цепи ферментов

Создание системы сопряжения процесса переноса электронов с синтезом АТФ . Формирование цепей переносчиков электронов А. Переносчики-белки – флавопротеиды, железосерные белки (ферридоксины, рубредоксины), цитохромы. Флавиновые дегидрогеназы – сукцинатдегидрогеназы и НАДФ-дегидрогеназы. Восстановление флавина сопряжено с окислением НАДФН. Разнообразные железосерные белки входят в состав некоторых флавопротеиновых комплексов: СДГ, НАДФ-оксигеназ. НАДН-редуктаз. Переносчики-хиноны: убихиноны, менахиноны, пластохиноны, пластоцианы. Конечные переносчики: различные редуктазы и/или оксидазы. Большое разнообразие цитохромов классов b, a, c, d, o. Кислород – кислородное дыхание. Предполагает наличие цитохромоксидаз: a, a1, a1a3, o, d. Продукт – вода.

40. Сульфаты или молекулярная сера – сульфатное или серное дыхание. Наличие сульфатредуктаз. Продукт – сероводород. Нитраты – нитратное дыхание (денитрификация). Продукты: нитрит, окись азота, закись азота, молекулярный азот. Нитратредуктазы. Конечные акцепторы электронов: тиосульфат, сульфит, сульфат, реже молекулярная сера. Процесс включает три этапа: 1)Окисление субстратов и отрыв электронов; 2)Перенос электронов по дыхательной цепи;3)Акцептирование на окисленные формы серы. 1.Окислению подвергаются сахара, спирты, органические кислоты (в том числе и жирные), аминокислоты, ароматические соединения. Из окислительных процессов присутствует гликолиз, образование ацетил-КоА и ЦТК (замкнутый). У некоторых бактерий отрыв от энергетических субстратов катализируют различные субстратные дегидрогеназы: лактат-; пируват; этанол- и др. 2. Затем электроны передаются в дыхательную цепь. Компоненты дыхательной цепи: ферридоксины, рубредоксины, менахиноны, цитохромы b,c. Особенность – наличие большого количества цитохрома с3 с низким ОВП. Окисление водорода происходит на наружней стороне мембраны, а реакция восстановления сульфатов – на внутренней. Перенос электронов сопровождается генерацией ΔμΗ+. 3. Акцептирование электронов происходит с помощью специфических сульфатредуктаз. Различают ассимилиционную и диссимиляционную сульфатредукцию. Ассимиляционная сульфатредукция Осуществляется с помощью одного фермента: ассимиляционной сульфатредуктазы, которая переносит сразу 6е и 6 протонов на сульфит. Диссимиляционная сульфатредукция Катализируется тремя сульфатредуктазами. Сульфатредукторы встречаются в анаэробных условиях: пластовые воды, иловые массы, почвы. Денитрификация в мембране, дыхание, газы выделяются в окружающую среду. Ассимиляционная нитратредукция в цитоплазме, источник аммонийного азота в клетке. Полный процесс денитрификации включает четыре этапа, каждый катализирует специфическая мембраносвязанная редуктаза. По строению напоминают нитрогеназу, содержат Fe-S, Fe-Mo белки. Функционирует два генератора ΔμΗ+ вместо трех (в кислородном дыхании). Род Pseudomonas и кислородное и нитратное дыхание. Род Rhodopseudomonas – только нитратное дыхание. обитатели почв и водоемов (пресных и морских). Источник атмосферного азота.

42. Углекислый газ - карбонатное дыхание. Продукты: уксусная кислота, метан. Соответствующие редуктазы. Осуществляют метанообразующие архебактерии (метаногены). Облигатные анаэробы. Р.Methanobacterium, Methanosarcina, Methanoplasma (очень мелкие, не имеют клеточной стенки). Источники энергии и углерода – газовая смесь водорода и СО2. 50% -автотрофы, другие нуждаются в витаминах группы В, аминокислотах, пирувате или ацетате. Основная реакция: 4Н2 + СО2 → СН4 + 2Н2О или 4Н2 + 4СО →4СО2 + 4Н2О

А потом: 4Н2 + СО2 → СН4 + 2Н2О Электронотранспортная цепь включает мембраносвязанную гидрогеназу, фактор F420 (Ni-содержащий тертапиррол), НАДФ и конечные редуктазы. Перенос электронов сопровождается генерацией ΔμΗ+ и синтезом АТФ. Включение углекислого газа в органические соединения идет с помощью СО-дегидрогеназы. Образование метана связано с функционированием 12-ти необычных коферментов: Кофермент М – 2-меркаптоэтансульфоновая кислота; Фактор F420 – никельсодержащий тетрапиррол Фактор F430 – производное 5-деазофлавина Метаноптерин, метанофуран Производные цианкобаламина Метанообразующие бактерии обитают в желудке жвачных, в болотах, в грунтовых водах, пластовых водах, газоносных слоях. Используются в очистных сооружениях, образующийся метан добавляют к природному газу.

43. Азотофиксация - биологический процесс, и единственными организмами, способными его осуществлять, служат прокариоты (бактерии, цианобактерии, актиномицеты и архебактерии). Источник азота для них соли аммония, нитриты, нитраты и аминокислоты. При отсутствии связанных форм азота азотобактер фиксирует молекулярный азот. Семейство Azotobacteriaceae относется к отделу Gracilicutes, классу Scotobacteria, группе аэробных грамотрицательных палочек и кокков. В это семейство входят микроорганизмы, имеющие крупные, от палочковидной до овальной, формы клетки, подвижные с перитрихальным жгутикованием, не образующие спор. Характерные признаки- слизистая капсула, образование цисты. Хемоорганогетеротрофы. Прохлорофиты Отличаются от цианобактрий составом пигментов: отсутствуют фикобилипротеины и присутствует еще хлорофилл b Одноклеточные или нитчатые, подвижные и неподвижные. Клеточная стенка грам(-) типа. Тилакоиды располагаются концентрическими кругами. Фотосинтетические пигменты: хлорофиллы a, b и каротиноиды. Кроме фотоавтотрофии способны к фотогетеротрофии и росту в темноте за счет дыхания. Микроаэрофилы, фиксация СО2 в цикле Кальвина. Источник азота – аммоний и нитраты. Способны к фиксации молекулярного азота. Могут использовать ацетат с синтезом липидов Растут с симбиозе с асцидиями или свободно в толще воды. Возможные симбионты при возникновении первых хлоропластов растений. Представители: Prochloron – экзосимбионты; Prochlorococcus – свободно живущие морские микроорганизмы; Prochlorothrix – нитевидный прохлорофит.

44. Цианобактерии Осуществляют кислородный фотосинтез. Одноклеточные или нитчатые. Фотосинтетический аппарат – система тилакоидов. Могут осуществлять бескислородный фотосинтез при отключении фотосистемы 2. Тогда доноры электронов – соединения серы, сахара, кислоты.

Осуществляют гликолиз и кислородное дыхание. Некоторое время могут существовать в темноте за счет накопленного гликогена.

Характерен «разорваный ЦТК», выполняет биосинтетические функции. Скорость синтеза АТФ в процессах дыхания намного ниже, чем в процессах фотосинтеза. Конструктивный метаболизм очень сложен. Для построения всех веществ клетки им необходимы: СО2, аммиак, аммоний или N2, минеральные соли, фосфаты, сера, магний, железо, вода. Способность к азотфиксации определяется соотношением аммонийных/нитратных форм и кислорода, угнетающего нитрогеназную систему. Проблема решается двумя путями: разобщением во времени фотосинтеза и азотфиксации или в пространстве: специальные клетки – гетероцисты. Гетероцисты морфологически различаются: окружены тройной дополнительной оболочкой, затрудняющей проникновение газов. С вегетативной клеткой связаны системой микроплазмодесм. Фотомембраны реорганизуются, деградирует ФС 2, кислород не образуется. ФС 1 не может обеспечить достаточное количество восстановленных эквивалентов для фиксации азота. В гетероцисту поступает мальтоза, ее катаболизм в глюкозо-6-фосфат и окисление в ПФП, восстановление НАДФ+ и затем ферридоксина. Восстановление N2 в NH4+ заканчивается включением последнего в глутаминовую кислоту с образованием глутамина. Глутамин транспортируется в вегетативную клетку, где амидная группа передается на α-кетоглутаровую кислоту, одна молекула глутаминовой кислоты возвращается в гетероцисту.

45. Пурпурные бактерии Насчитывают около 50 видов. Одноклеточные с различной морфологией, длина от 1 до 20 мкм, диаметр от 0,3 до 6 мкм. Подвижные и неподвижные. Жгутики расположены полярно. Размножение: бинарное деление, почкование. Формируют агрегаты правильной формы. Грам(-). Характерна хорошо развитая система фотомембран в виде отдельных пузырьков, ламелл, трубочек. Содержат газовые вакуоли, живут в толще воды. Физиологически делят на две группы: (1) Серные пурпурные бактерии. Основной способ существования – фотолитоавтотрофия. Растут при освещении в анаэробных условиях. СО2 – единственный источник углерода, донор электронов – сера, сульфит, тиосульфит, водород. Гранулы серы откладываются в периплазматическом пространстве, впячиваниях ЦПМ. Высокочувствительны к О2. Некоторые могут осуществлять аэробный хемоорганогетеротрофный рост, используя органические вещества как источники углерода и энергии. (2) Пурпурные несерные бактерии. Фотоорганогетеротрофы. Доноры электронов и источник углерода – простые органические соединения: карбоновые кислоты, спирты, сахара, аминокислоты. Многие виды способны к фотолитоавтотрофному росту, источник электронов – водород, иногда сера. Сера не откладывается внутри клеток. Большое разнообразие метаболических путей: замкнутый ЦТК, гликолитический путь, пентозофосфатный путь. Имеют ферменты защиты от молекулярного О2, растут в микроаэрофильных условиях. Зеленые бактерии

Начало изучения – С.Н. Виноградский и К. ван Ниль. Небольшая группа, делят на две подгруппы: (1) зеленые серобактерии. Строгие анаэробы и облигатные фототрофы. Доноры электронов – сера и Н2S. Сера откладывается вне клетки. Одноклеточные. Грам(-). Неподвижные. (2) зеленые нитчатые бактерии. Образуют трихомы, покрытые слизистым чехлом. Грам(-), клеточная стенка гибкая, обеспечивает скользящее движение. Способность использования органических соединений ограничена несколькими сахарами, аминокислотами и карбоновыми кислотами. Нет защиты от молекулярного О2, рост в его присутствии ограничен.

46. Количественные соотношения цикла Кальвина : 6 молекул рибулозо-5-фосфата (30 атомов С) + 6 молекул СО2 (6 атомов С) →

12 молекул 3-ФГК (36 атомов С) → глюкозо-6-фосфат (6 атомов С) + 6 молекул рибулозо-5-фосфата (30 атомов С). Цикл Кальвина Основной механизм фиксации углекислого газа у большинства бактерий. Акцептор СО2 становится активированная пентоза. Основные реакции сформированы в окислительном ПФП. Восстановительный – появление новых ферментов: фосфорибулокиназы (трансфераза) и рибулозодифосфаткарбоксилазы (лиаза) Фосфорибулокиназа – катализирует второе фосфорилирование пентозофосфата

Рибулозодифосфаткарбоксилаза –карбоксилирование и расщепление гексозо-6-фосфата на 2 молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты.

47. цикл Арнона У зеленых серобактерий обнаружен циклический механизм фиксации СО2, в основе которого лежат реакции восстановительного карбоксилированияорганических кислот. Он получил название восстановительного ЦТК, или цикла Арнона ( рис. 76 ). В этом цикле углекислота фиксируется в четырех ферментативных реакциях, две из которых идут при участии фотохимически восстановленного ферредоксина , а одна - таким же путем образованного НАД*Н2. В результате одного оборота цикла из 4 молекул СО2 , 10 [Н] с использованием энергии (3 молекулы АТФ ) синтезируется молекула ЩУК - конечный продукт цикла. Описан и более короткий вариант цикла, в результате которого фиксируются 2 молекулы СО2 с использованием для их восстановления 8 [Н] и энергии в форме АТФ. Конечным продуктом в этом случае является ацетат в виде ацетил-КоA , использующийся для построения веществ клетки. Прежде всего все реакции, в которых происходит фиксация СО2 в цикле, функционируют как механизмы хемогетеротрофной фиксации СО2 или аналогичны им.

48. Рекомбинативная изменчивость прокариотов Все этапы рекомбинаций обеспечиваются рестриктазами и лигазами Три типа рекомбинаций: (1) общая; (2) «незаконная»; (3) сайт-специфическая. (1) требует присутствия гомологичных участков в ДНК; наиболее эффективна при внутривидовом генетическом обмене; (2) участвуют небольшие фрагменты ДНК, способные мигрировать по репликону: IS-элементы или транспазоны. Горизонтальный перенос информации между видами; (3) требует определенные последовательности ДНК и специальные ферменты. Происходит в менее протяженных участках генома. Включение профага в строго определенные участки ДНК хозяина. Трансформация Механизм – общая рекомбинация. Клетки доноры выделяют в окружающую среду транспазоны размером 3х106 Да, имеют особые концевые фрагменты, обеспечивающие встраивание в ДНК реципиента. Транпазоны накапливаются в периплазматическом пространстве, проникая через поры клеточной стенки. Далее должны попасть в мезосомные структуры, осуществить взаимодействие с мезосомой через определенные сайты нуклеотидов. Замена – на гомологичный фрагмент при выщеплении подобного рестриктазами. Путем трансформации переносятся признаки: капсулообразование, устойчивость к антибиотикам, синтез ферментов, патогенность. Видоспецифична. Трансдукция Передача фрагментов ДНК от донора к реципиенту при участии бактериофага. Осуществляется по механизму либо общей рекомбинации, либо сайт-специфической.

Неспецифическая (общая) рекомбинация обусловлена включением фрагмента ДНК донора в головку фага дополнительно к геному фага или вместо него, при этом образуются дефектные фаги. Сайт-специфическая – замещение некоторых генов фага генами хромосомы клетки-донора. Фаговая ДНК, несущая фрагменты ДНК клетки-донора, включается в строго специфические участки хромосомы клетки-реципиента. Сайт-специфическая трансдукция В хромосому клетки-реципиента привносятся гены ДНК донора и фага (в виде профага). Некоторое время реплицируются вместе с ДНК бактерий. Профаг – умеренный фаг, бактерия – лизогенная. Если фрагмент ДНК не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента и не реплицируется, но с него считывается информация и синтезируются белки – абортивная трансдукция. Рекомбинативная изменчивость бактерий Внутригеномные перестройки – самый эффективный механизм, обеспечивающий преобразование антигенных структур. Многие патогенные м/о приобрели способность приобретать новые антигенные структуры в ходе одного инфекционного процесса, что позволяет им избежать уничтожения иммунной системой хозяина: Borrelia recurentis – возбудитель возвратного тифа. Во время первого приступа формируются антитела к антигенным структурам бактерий, под их действием часть бактерий изменяет антигенный состав – наступает рецидив болезни. Антигенная изменчивость – необходимый элемент экологической адаптации м/о, она способствует сохранению, изменению и перераспределению генетической информации в популяциях.

49. Примеры модификационной изменчивости прокариот Клостридии. В молодой культуре клетки имеют вид прямых или слегка изогнутых палочек с перитрихиально расположенными жгутиками. По мере старения клетки теряют жгутики, накапливают гранулезу и переходят к спорообразованию. Ишерихии. Способны осуществлять рост на средах с уксусной кислотой в качестве источника углерода и могут использовать аммонийный азот. Однако, если в среде присутствуют сахара, то индуцируются пути их расщепления, а имеющиеся аминокислоты могут включатся сразу в синтез белков. Модификационная изменчивость прокариот Под действием условий среды происходят: Изменения морфологических характеристик в соответствии с нормой реакции: Размеры; 2. Форма клеток; 3. Наличие жгутиков,Изменения процессов жизнедеятельности в зависимости от фазы роста: Скорость процесса размножения; Скорость и переход к спорообразованию; Скорость и переход к цистообразованию; Изменения конструктивного и энергетического метаболизма Мутационная и рекомбинативная изменчивость бактерий Доказана мутационная природа S-R перехода бактерий: энтеробактерий, микобактерий, дрожжей и актиномицетов. Мутация включает сочетанное изменение антигенных структур, вирулентности, биохимических процессов. S-формы – гладкие колонии с ровным краем, блестящие. Клетки имеют жгутики, обычно более патогенны, легче фагоцитируются имеют четкий антигенный состав. R-формы – шероховатые, тусклые колонии с неровным краем, менее чувствительны к фагам, обычно менее патогенны. Исключения: иерсиния (чумная палочка), палочка сибирской язвы, туберкулеза, дифтерии. Мутации лежат в основе образования стойких L-форм (без клеточной стенки). Мутации по отдельным генам: утрата или приобретение возможности синтеза тех или иных соединений (обедняющие и обогащающие). Мутации – утрата или приобретение патогенности. Патогенность – потенциальная возможность микроорганизмов проникать в макроорганизм (инфективность) и размножаться в нем (инвазионность), вызывая комплекс патологических процессов. Вирулентность – мера патогенности (норма реакции).

50. Селекция и промышленная микробиология Промышленная микробиология – эта наука о важнейших микробиологических процессах и их практическом применении для получения ценных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, используемых в различных отраслях народного хозяйства и медицины. Основоположник – В.Н. Шапошников (1884-1968) Получают первичные продукты жизнедеятельности м/о – аминокислоты, белки, ферменты, пурины, пиримидины, витамины. Вторичные – антибиотики, токсины, алкалоиды, продукты брожений – молочная и масляная кислоты, этиловый и бутиловый спирт. Селекция микроорганизмов 1. Выбор исходного материала для селекции. Пригодность м/о проверяется введением нескольких определенных легко тестируемых мутаций, которые в теории должны обеспечить сверхпроизводство данного вещества. 2. Подготовка исходного штамма для работы. Изучение изменчивости данного штамма по уровню продукции выбранного соединения. Проводят рассев 100 клонов и селекцию наиболее продуктивных. Полученные субклоны рассевают и, используя стабилизирующий отбор, получают однородную по данному признаку популяцию. 3. Получение мутантов. Используют направленный мутагенез с помощью физических и химических мутагеном. При выборе дозы ориентируются на выживаемость. 4. Отбор мутантов с повышенной продукцией данного соединения. Проводится двумя путями: (1) отбор случайных мутаций; (2) отбор по данному признаку среди мутантов с определенным фенотипом. 5. Выбор условий культивирования, а также операций по выделению и очистке получаемого продукта.

51. Принципы структурной организации вирусов 1892 г. Д.И. Ивановский – вирус табачной мозаики; 1900 г. М. Бейеринк – вирус ящура; термин «вирус»; 1915 г. – открытие бактериофагов: Фредерик Уильям Творт и Феликс Губерт Дэрелль. Вирусы не являются живыми организмами: (1) отсутствие систем синтеза белков; (2) способ размножения – репродукция и самосборка. Для описания вирусных частиц используются термины: белковая субъединица – единая, уложенная определенным образом полипептидная цепь; Структурная единица – выступы или кластеры на поверхности частицы; капсид – белковая оболочка; суперкапсид – наружняя оболочка, включающая бислой липидов; Нуклеокапсид – комплекс капсида с нуклеиновой кислотой; вирион – целая частица. Два типа организации вирусных частиц: (1) частицы, имеющие суперкапсид; (2) частицы, не имеющие суперкапсида. Основу частицы составляет нуклеокапсид, который тоже имеет два типа строения:(1) Палочковидная или спиральная форма нуклеокапсида. Субъединицы белка связываются с нуклеиновой кислотой, располагаясь вдоль нее периодическим образом, накручиваясь на спираль. (2) Сферическая или икосаэдрическая форма. Способ упаковки нуклеиновой кислоты геометрически не связан с капсидом, который имеет вид многогранника. Спиральная симметрия описывается числом единиц на виток спирали, имеет значение также расстояние между единицами вдоль оси спирали. Число единиц на виток – U; расстояние между единицами p. Шаг спирали рассчитывается как произведение: T= U x p Спиральные структуры могут обладать поворотной осью симметрии, которая совпадает с осью спирали.Структуру со спиральной симметрией описывают также, используя понятие «поверхностной решетки», если каждая субъединица контактирует с двумя другими, расположенными на один оборот спирали выше или ниже ее. Спиральная структура образуется из плоской решетки замыканием ее в цилиндр. Пример: вирус табачной мозаики TMV. На один виток – 16 субъединиц; шаг спирали – 23 А. На каждой белковой субъединице – три нуклеотида РНК. Длина стержня 3000 А. Икосаэдрическая симметрия. Это самая эффективная симметрия для конструирования замкнутого чехла из отдельных субъединиц. На поверхности любой структуры с и.с. имеется 60 идентичных элементов, связанных друг с другом осями симметрии второго, третьего и пятого порядков. Если цепи генетически эквивалентны, чехол может иметь 60n идентичных структурных элемента. Среди контактов присутствуют связи трех типов: «голова к голове» - пара субъединиц; «спина к спине» - кольцо из трех элементов; «хвост к хвосту» - кольцо из пяти элементов. Каждая субъединица участвует во всех типах взаимодействий.Структурная организация фагов. У более сложных бактериофагов есть структурные компоненты: головка сферической или продолговатой формы, хвостовой отросток, хвостовые нити. Все структуры собираются независимо и строго в определенной последовательности.

52. 1.Типы взаимодействия вируса с клеткой Продуктивная инфекция – происходит в пермиссивных клетках и характеризуется продукцией инфекционного потомства. Абортивная инфекция - клетки восприимчивые, но не пермиссивные. Может быть также результатом заражения дефектными вирусами. Рестриктивная или ограниченная инфекция – клетки временно пермиссивные. Вирус сохраняется в клетках до того момента, когда они становятся пермиссивными. Интегративная инфекция – вирусный геном встраивается в геном клетки и воспроизводится только вместе с ДНК хозяина. Стадии взаимодействия вируса с клеткой Стадии включают адсорбцию, проникновение, раздевание, транскрипцию, трансляцию и сборку вирусов, выход из клетки. А. Прикрепление (адсорбция). Специфическое связывание вирионного белка с клеточным рецептором. Рецепторы – гликопротеины. Связывание требует определенной концентрации ионов в окружающей среде, достаточной для электростатического отталкивания, мало зависит от температуры и других видов энергии. Чаще прикрепление сопровождается необратимыми изменениями вириона, но иногда возможно отделение и прикрепление к другой клетке. Пара- и ортомиксовирусы – за счет нейраминидазы отщепляют нейраминовую килоту и отделяются от клетки. Б. Проникновение Зависимо от энергии и происходит после прикрепления в результате: (1) перемещения всего вируса через ЦПМ; (2) пиноцитоза вирусных частиц; (3) слияния плазматической мембраны с оболочкой вириона. Вирусы без суперкапсида проникают двумя первыми путями, с суперкапсидом – третьим. Энергия получается в гликолизе, так как его ингибирование NaF ведет к торможению проникновения вируса в клетки. В. Раздевание Процессы дезинтеграции капсида требует большого количества энергии, высокой температуры. В случае папова-, адено-, герпесвирусов – клеточные ферменты дезинтегрируют капсид, от вирусной частицы остается ДНК или комплекс ДНК-белок. Ретровирусы – удаляется только часть капсида. Поксвирусы – раздевание в две стадии: 1. ферменты хозяина удаляют наружное покрытие; 2. освобождение вирусных ДНК из сердцевины (требует участие вирусных белков, синтезированных после заражения).

53. ДНК-содержащие вирусы. 1. Семейство Poxviridae (поксвирусы) Вирионы крупные, форма параллепипеда или яйца. Имеют суперкапсид, нуклеокапсид – спирального типа, внутреннее тельце – ядро, состоящие из ДНК-сердцевины и одного или двух боковых белковых телец. Геном представлен одной молекулой двухцепочечной ДНК. М.М. 85-250 кДа, имеют более 30 структурных белков, несколько ферментов, включая ДНК-полимеразу. вирус оспы человека, оспы и других животных. Репликация и сборка происходит в цитоплазме клетки-хозяина.

Семейство Iridoviridae (иридовирусы) Имеют внешнюю оболочку – суперкапсид или не имеют ее. Нуклеокапсид – икосаэдрической формы. Диаметр вириона 125-300 нм. Геном представлен двухцепочечной молекулой ДНК с М.М. 100-250 нм. Вирусы имеют более 20 структурных белков и несколько ферментов. Репликация происходит в цитоплазме, хотя ядро необходимо для синтеза ДНК, вирионы освобождаются либо почкованием, либо после разрушения клетки. Возбудители чумы свиней, вирусы лягушек, насекомых, вирус лимфокистоза рыб. Семейство Herpesviridae (герпесвирусы) Вирионы герпесвирусов имеют внешнюю оболочку с внешними выступами, наружний слой из аморфного вещества, икосаэдрический нуклеокапсид, сердцевину, состоящую из фибриллярной катушки, на которую намотана ДНК. Общий размер – 100-200 нм. Геном представлен двухцепочечной ДНК, М.М. 80-150 кДа. 20 структурных белков. Репликация происходит в ядре. Внешняя оболочка – от внутренней ядерной мембраны. Вирусные частицы транспортируются в мембранных везикулах. Не имеют собственной ДНК-полимеразы, реплицируются вместе с ДНК хозяина. вирусы простого герпеса HSV типов 1 и 2, вирусы ветряной оспы и опоясывающего лишая, цитомегаловирус человека, вирус Эпштейна-Барр (мононуклеоз). Многие вирусы способны вызывать неоплазию. Онкогенность составляет около 5%. Семейство Adenoviridae (аденовирусы) Нет внешней оболочки. Икосаэдрический нуклеокапсид. Диаметр вириона от 70 до 90 нм. 252 капсомера, 12 из них, расположенных на вершинах – продолговатые выросты, которые несут главные видоспецифические и минорные эпитопы.

Геном – одна молекула 2-х цепочечной ДНК с М,М. 20-25 кДа. Вирусы имеют около 10 структурных белков. Репликация и сборка – в ядре, синтез белков в цитоплазме, вирионы освобождаются при разрушении клетки. Возбудители ORV. Обладают слабовыраженной онкогенной способностью около 5%. Семейство Papovaviridae (паповавирусы) Лишены внешней оболочки. Икосаэдрический нуклеокапсид, диаметр вириона от 45 до 55 нм. Вирионы состоят из 72 капсомеров. Геном – одна кольцевая молекула 2-х цепочечной ДНК с М.М. 3-5 кДа. Вирусы имеют от до 7 структурных белков. Репликация и сборка происходит в ядре, а вирионы освобождаются при разрушении клеток. У человека: 9 вирусов папилломы; у других животных – вирусы папилломы кроликов, макак и др. Онкогенность 20-40%, у человека – рак шейки матки.

Семейство Hepadnaviridae (гепадновирусы) Имеют внешнюю оболочку и сферический нуклеокапсид. Диаметр вириона – 42 нм., нуклеокапсида – 18 нм. Геном – одна кольцевая молекула 2-х молекула ДНК с М.М. 1,6 кДа, в ней имеется один разрыв и одноцепочечный участок. Содержат два главных полипептида. Репликация осуществляется в ядрах гепатоцитов. Белки синтезируются в большом количестве и могут выходить из клетки экзоцитозом, вызывая аллергию. У человека: вирус гепатита. Семейство Parvoviridae (парвовирусы) Дефектные, аденоассоциированные вирусы. Нет суперкапсида, нуклеокапсид икосаэдрической симметрии, диаметр – 18-26 нм, 32 капсомера. Геном – одноцепочечная линейная молекула ДНК с М.М. 1,5-2,0 кДа. Вирусы имеют три главных полипептида. Репликация и сборка происходят в ядре при содействии хозяйской клетки. Не могут реплицироваться в отсутствии помощника – аденовируса. Стабильны к изменениям рН и нагреванию. вирус гастроэнтерита, ОРВ.

54. РНК-содержащие вирусы эукариотов. Семейство Reoviridae (реовирусы) Обычно лишены суперкапсида, но имеют два капсида, каждый икасаэдрического типа. Диаметр вирионов – 60-80 нм. Геном состоит из 10-12 сегментов 2-х цепочечной РНК с общей М.М. 12-20 кДа. Содержат от 6 до 10 вирионных полипептидов, включая транскриптазу и другие ферменты. Репликация и сборка происходят в цитоплазме. Часть вирусов имеет промежуточного переносчика – членистоногих. вирус Колорадской клещевой лихорадки, вирус лихорадки Орунго, вирус африканской чумы лошадей. Семейство Togaviridae (тогавирусы) Вирионы имеют суперкапсид с поверхностными выступами, нуклеокапсид с икосаэдрической симметрией. Диаметр вириона от 40 до 70 нм. Геном содержит одноцепочечную позитивную РНК с М.М. 4х106Да. 3-4 главных полипептида, один или два из них гликозилированы. Репликация происходит в цитоплазме, сборка включает этап отпочковывания от мембраны хозяйской клетки. вирус клещевого энцефалита, вирус краснухи. Семейство Coronaviridae Вирионы короновирусов имеют плеоморфную липидсодержащую оболочку с большими булавовидными выростами. Нуклеокапсид спиральный , диаметр 11-13 нм. Диаметр всей частицы – 75-160 нм. Геном состоит из одной молекулы позитивной РНК с М.М. 5,5-8,1 кДа. Частицы содержат от 4-х до 6-ти главных структурных вирусных полипептидов, два из которых гликозилированы. Репликация происходит в цитоплазме, а сборка идет путем отпочковывания от плазматической мембраны. тяжелый насморк (ОРВ), пневмония и гастроэнтерит; вирус инфекционного бронхита птиц. Семейство Paramyxoviridae (парамиксовирусы) Вирионы имеют плейоморфную липидную оболочку с крупными выступами, внутри спиральный нуклеокапсид диаметром 12-17 нм. Диаметр вириона – 150-300 нм. Геном – одна молекула негативной РНК с М.М. 5-8 кДа. Некоторые частицы могут иметь плюс-цепи РНК. Имеют от 5 до 7 полипептида, в том числе транскриптазу и нейраминидазу. Обнаруживают гемагглютинирующую активность за счет поверхностного гликопротеина HN. Репликация – в цитоплазме, сборка – отпочковывание от плазматической мембраны. вирусы парагриппа типов 1,2,3 и 4; вирус паратита, вирус кори. вирус чумы КРС. Семейство Rhabdoviridae (рабдовирусы) Вирионы имеют пулевидную форму, у растений – бацилловидную форму. Диаметр составляет от 50 до 95 нм, длина 130-380 нм. Суперкапсид с поверхностными выступами, нуклеокапсид – спиральный. Геном – одна молекула негативной РНК с М.М. 3,5-4,6 кДа. Ви русы содержат от 4 до 6 главных полипептида, включая транскриптазу. Могут проявлять гемагглютинирующую активность из-за наличия поверхностного гликопротеина. Репликация происходит в цитоплазме, а сборка осуществляется с помощью отпочковывания от внутрицитоплазматических мембран. вирусы везикулярного стоматита, вирус бешенства (случайная тупиковая инфекция). вирус табачной мозаики и других болезней растений. Семейство Orhtomyxoviridae (ортомиксовирусы) Вирионы имеют плеоморфный суперкапсид с поверхностными выступами, спиральный нуклеокапсид диаметром 9-15 нм., диаметр вириона – 100-120 нм. Геном состоит из 8-ми молекул линейной негативной РНК с суммарной М.М. 5 кДа. 7-9 главных полипептидов, включая транскриптазу и нейраминидазу. Вирусы обладают гемагглютинирующей активностью за счет гликопротеинового комплекса выступов НА1НА2. Репликация – в ядре и цитоплазме, а сборка включает этап отпочковывания от плазматической мембраны. Сборка РНК идет сегментами. При смешанном заражении идет обмен сегментами. вирусы гриппа А и В. Семейство Bunyaviridae (буньявирусы) Вирионы имеют суперкапсид и поверхностными выступами, который окружает три спиральных нуклеокапсида, каждый диаметром 2-2,5 нм. Диаметр вирионов – 90-120 нм. Геном – три кольцевых молекул негативной РНК с суммарной М.М. 4,5-7 кДа. Вирионы имеют 4 главных полипептида, включая транскриптазу. Поверхностный гликопротеид проявляет гемагглютинирующую активность. Репликация – в цитоплазме. Сборка включает отпочковывание от мембран аппарата Гольджи. вирусы лихорадки спочечным синдромом, вирус крымской гемморагической лихорадки. Семейство Arenaviridae (ареновирусы) Имеют плейоморфную липидсодержащую оболочку с большими поверхностными выступами. Внутри заключены два сферических или спиральных нуклеокапсида и разное число рибосомоподобных частиц. Диаметр вирионов от 50 до 300 нм. Геном – две молекулы линейной или кольцевой негативной РНК с суммарной М.М. 3,2-4,8 кДа. Три главных полипептида, включая транскриптазу.Репликация осуществляется в цитоплазме, а сборка включает отпочковывание от плазматической мембраны.

вирус аргентийской геморрагической лихорадки. Семейство Retroviridae (ретровирусы) Вирионы имеют суперкапсид с большими выступами, вероятно, икосаэдрический нуклеокапсид. Диаметр вирионов 80-100 нм. Геном представлен инвертированным димером линейной позитивной РНК с суммарной М.М. 6 кДа. 7 главных полипептида, включая обратную транскриптазу. Репликация происходит в ядре, а сборка включает отпочковывание от плазматической мембраны. онкогенны, вызывают лейкозы, лимфомы, опухоли молочных желез и опухоли нервной ткани. Онкогенность достигает 40, а иногда и 60%. Т-лимфоцитарные вирусы человека: лейкозы. ВИЧ, лимфомы, саркомы. Семейство Picornoviridae (пикорновирусы) Вирионы пикорновирусов не имеют внешней оболочки и обладают икосаэдрической симметрией. Диаметр вириона 22-30 нм.

Геном представлен одной молекулой позитивной РНк с М.М. 2,5 кДа. Репликация включает трансляцию гигантского полипептида и его посттрансляционное расщепление на функциональные пептиды. Репликация и сборка происходят в цитоплазме, вирусные частицы высвобождаются из клетки при разрушении последней. вирусы полиомеилита, гепатита А, риновирусы человека (насморк, инфлюэнция).

Семейство Caliciviridae (калицивирусы) Вирионы не имеют внешней оболочки, нуклеокапсид икосаэдрический, 32 чашевидных вдавления на поверхности. Геном – позитивная РНК, одна молекула с М.М. 2,6-2,8 кДа. Имеют один главный полипептид и два минорных. Репликация и сборка происходит в цитоплазме, а вирусные частицы освобождаются при разрушении клетки. вирусы гастроэнтерита. Гепатит С, D,Е.

55. Вирусы, содержащие РНК Делят на четыре подгруппы:1) (+) РНК геном – пикорно- и тогавирусы 2)(-) РНК геном – орто и парамиксовирусы, буньявирусы, рабдовирусы 3)РНК – линейный, позитивный, одноцепочечный димер – ретровирусы 4)Двуцепочечная РНК – реовирусы

1)Пикорновирусы. После проникновения в клетку РНК сразу связывается с рибосомой и полностью транслируется. Затем продукт трансляции – полипротеин – расщепляется. Тогавирусы. Для трансляции в первом цикле доступна только часть РНК. Синтезируются транскриптазы. (-) РНК – матрицы для синтеза 2-х типов (+)РНК, различающихся по размеру. 1 – мРНК, не считавшаяся в первом цикле. 2 – (+)РНК потомства

2)-РНК. Все вирионы содержат в своем составе тринскриптазу. Транскрипция – первое событие. Результат – накопление активных моноцистронных мРНК (+ цепей). Затем другая, вновь синтезированная транскриптаза реплицирует (-) цепь потомства. Пара- ортомиксовирусы, буньявирусы, рабдовирусы. 3)Ретровирусы Функции РНК – матрица для синтеза ДНК. Вирион содержит РНК-зависимую ДНК-полимеразу (обратную транскриптазу), а также смесь тРНК хозяина, одна служит в качестве затравки. Этапы репродукции вирусов: (1) связывание комплекса тРНК-обратная транскриптаза с геномной РНК; (2) синтез ДНК-копии, комплементарной по отношению к РНК, с переходом полимеразы с одной молекулы РНК на другую, результат – образование кольцевой одноцепочечной ДНК, связанной с РНК водородными связями; (3) расщепление РНК нуклеазой, атакующей только РНК вирионного происхождения; (4) синтез второй комплементарной цепи ДНК; (5) перемещение ДНК вируса в ядро и интеграция в геном хозяина; (6) экспрессия ДНК полимеразой хозяина; (7) образование мРНК; (8) трансляция полипротеинов, расщепляющихся с образованием белков вириона; (9) транскрипция РНК потомства; (10) сборка вирионов.4)Реовирусы Двухцепочечная сегментированная РНК. Транскрипция осуществляется собственной транскриптазой внутри частично «раздетого» капсида. Через открытые вершины капсида выходят 10 мРНК – (+) транскрипты 10 генов. Они выполняют две функции (1) они транслируются, обеспечивая синтез вирусных белков; (2) включаются в состав частиц-предшественниц. Каждая мРНК служит в частицах-предшественницах матрицей для синтеза комплементарной цепи, что ведет к образованию 2-х цепочечных сегментов генома

56. Репликация ДНК-содержащих вирусов. Делят на 4 подгруппы (1) папова-; адено-; и герпесвирусы. Транскрибируются в ядре и могут использовать для синтеза мРНК ферменты транскрипции хозяина. ДНК вирусов инфекционна. Воспроизводство вирусов многоэтапный процесс.

2. Поксвирусы. Начальные этапы транскрипции невыяснены. В ядре обнаруживается ДНК вирусов, хотя репликация идет в цитоплазме. Сборка сложный, многоэтапный процесс. 3. Парвовирусы. Дефектные ИЧ, нуждаются в аденовирусах или вирусах простого герпеса. Требуется синтез в ядре клетки ДНК-цепи, комплементарной геномной ДНК, затем транскрипции в мРНК и синтез белков. 4. Вирус гепатита В. ДНК достраивается с помощью ДНК-полимеразы вируса, образуется сверхспираль ДНК. Транскрибируется в РНК 2-х типов: мРНК, кодирующую белки; геномная РНК, которую транскрибирует обратная транскриптаза в геномную ДНК. Интеграция в геном хозяина редкое событие.

57. Этапы инфекционного процесса 1. Заражение. Спектр хозяев варьирует, одни имеют широкий спектр, другие узкий. Способность клетки заражаться – восприимчивость. Способные воспроизводить вирус клетки: восприимчивые и пермиссивные.2. Вирус должен ввести в клетку свой материал: Нуклеиновую кислоту и белки. Все вирусы кодируют белки, обеспечивающие функции трех типов: (1) репликацию вирусного генома; (2) упаковку генома в вирусные частицы; (3) изменение структуры и функций зараженных клеток. Цикл репродукции вирусов. Общие черты: (А) Эклипсная фаза. В течение нескольких часов вирус обнаруживается только в небольшом количестве (родительская форма) (Б) Фаза созревания. Вирионы накапливаются внутри и вне клеток с экспоненциальной скоростью (В) Инактивация или потеря вируса. Часть уничтожается иммунными механизмами хозяина. Формирование и репликация дефектных вирусных геномов Дефектный вирусный геном – это любой вирусный геном, в котором один или несколько генов утратили свою функцию, необходимую для автономной репликации вируса. Вирусы часто становятся настолько дефектными, что утрачивают биологические функции. Рассмотрим дефектные вирусные геномы, сохранившие свои биологические функции: (1) Дефектные вирусные геномы, зависящие от вирусов-помощников ДИЧ – дефектные интерферирующие частицы. Субгеномные деляционные мутанты, потерявшие существенный участок генома. ДИЧ становятся при этом зависимыми от вируса-помощника, обычно родственного. ДИ-частицы угнетают репликацию инфекционного вируса-помощника (интерферируют), используя продукты его генов для своей репликации. Пример: аденоассоциированные вирусы – парвовирусы. Большая часть ДИ-частиц эффективно интерферируют с вирусом-помощником, но есть и слабо интерферирующие. Пример: вирусы, ассоциированные с вирусом полиомиелита и другими пикорновирусами. Б. Интегрированные дефектные вирусные геномы Вирусы играют важную роль в эволюции клеток хозяина путем ограниченной индукции – то есть переноса ограниченного числа генов из клетки в клетку. Дефектные вирусы переносят как свои гены, так и гены клетки-хозяина, при этом происходит интеграция генома вируса в геном хозяина. Вирусные гены могут инактивировать гены клетки-хозяина или способствовать их экспрессии, устранять или перемещать регуляторные элементы.Дефектными являются большая часть РНК-содержащих онкогенных вирусов. Их воспроизводство зависит от вирусов-помощников. В других случаях интеграция дефектных ретровирусов приводит к образованию IS-элементов, перемещение их приводит к активации онкогенов.Многие дефектные вирусы приобретают онкогены клетки-хозяина и при заражении переносят их в другие клетки, где они могут попасть в зону активной экспрессии. По-видимому, дефектные гены – часть потерянного генофонда клетки. Дефектные фаги – «молчащие» фаги, которые можно индуцировать митомицином С, УФ-лучами. При сборке они захватывают часть генома хозяина (трансдукты) и влияют на выживаемость и эволюцию клеток-хозяев. В. Вирусы-сателлиты Крайняя форма паразитизма. Вирусы, паразитирующие на генных продуктах, образованных другими, чаще неродственными вирусами. Подобно ДИЧ, они интерферируют со своими вирусами-помощниками. Их возникновение не связано с утратой генов, НК вирусов-помощников не имеют гомологии, но их ферменты и структурные белки необходимы для воспроизводства и сборки вирусов-сателлитов. Г. Псевдовирионы – частицы, содержащие нуклеиновые кислоты клетки-хозяина, полностью заменившие вирусный геном. Фаги у бактерий, которые осуществили генерализованную трансдукцию. У эукариотов роль невыяснена, но псевдовирионы составляют значительную часть от образовавшихся в клетке вирионов. Д. Условно-дефектные вирусы – мутантные геномы, дефектные только в определенных условиях. Наиболее важны температурно-чувствительные мутанты и мутанты по спектру хозяев. Некоторые способны интерферировать с вирусами «дикого» типа.

58. Все фаги содержат ДНК в качестве наследственного материала Делят на группы: 1. Безотростчатые; 2. Фаги с отростками; Безотростчатые фаги 1. Семейство Microviridae. Икосаэдрический нуклеокапсид. Геном – кольцевая одноцепочечная ДНК, М.М. 1,7 кДа, 5‘-концевой белок составляет 25% от всей массы вириона. Содержат 4 типа белков, всего 60 молекул. Икосаэдр с диаметром 27 нм, состоит из 12 капсомеров, по углам образования в виде узлов. Репликация идет полуконсервативным путем с образованием интермедиата в виде 2-х нитевой ДНК. Транслируется 9 белков. Один из белков-ферментов – эндонуклеаза, разрывает 2-х цепочечную ДНК, способствует образованию 2-х дочерних молекул. Многочисленная группа (25 фагов), поражают энтеробактерий. 2. Семейство Plasmoviridae Небольшое семейство, включает 8 фагов микоплазм. Обладают геномом в виде двунитевой ДНК М.М. 7,6 кДа. Плотный икосаэдрический нуклеокапсид. Вирионы содержат 7 белков. Фаги имеют липидсодержащий суперкапсид. Фаги с отростками Большая высокоспециализированная группа фагов и низших эукариотов (грибов)

Делят на три семейства: Mioviridae, Styloviridae, Podoviridae. Все вирусами с крупными геномами в виде 2-х цепочечной линейной или кольцевой ДНК.1. Семейство Mioviridae. Фаги с изометрической (диаметр 40-180 нм) или продолговатой головкой (размер 100х80 нм), отросток состоит из шейки, трубки, сократительного чехла и фибрилл. Геном имеет 10 генов, в составе вирионов 15-20 белков. Размер генома 120 кДа.

При взаимодействии с бактериями фаг прикрепляется отростком с фибриллами. Имеющийся на конце лизоцим разрушает клеточную стенку, чехол сокращается и отросток проникает в цитоплазму, формируя канал, по которому поступает ДНК фага. Репликация и сборка – сложный и строго регулируемый процесс. Выход вирионов – после лизиса клетки.Кроме литического взаимодействия может происходить интеграция в геном с образованием профага (умеренный фаг). Могут существовать в клетке в виде плазмид. В группу входят сотни фагов, поражающих многие бактерии и грибы. 2. Семейство Styloviridae. Фаги с изометрической или продолговатой головкой. Отросток не снабжен сокращающимся чехлом. Размер генома 33 кДа. ДНК с липкими концами, вирионы содержат около 10 структурных белков. Многочисленная группа, вызывают как литическую, так и интегративную инфекцию.Семейство Podoviridae. Имеют короткий отросток (17 нм) и фибриллы. Есть фаги с изометрической и продолговатой головкой. Цикл репликации фаговых ДНК всех трех семейств обеспечивается ферментами фагови аналогичен синтезу ДНК бактерий. В процессе формирования фагов участвуют 14 белков, процесс сложный , многоэтапный. Изучен на модели фага Т4.

59. Вироиды Относятся возбудители болезней растений: веретеновидности клубней картофеля, болезни цитрусовых. Небольшие, ковалентно замкнутые молекулы однонитевой РНК с М.М. 100-200 Да. Замыкание РНК в кольцо и сложность вторичной структуры обеспечивают необычную устойчивость вироидов.На РНК не записан не один белок – короткая. Вироиды не имеют собственных ферментов репликации, полностью зависят от клеточных систем. Вироиды – автономные фрагменты генетического материала клеток, транскрибированного в однонитевую РНК. Сложная вторичная структура – многочисленные комплементарные участки, формирование димеров. РНК включает 5 доменных участков: консервативного центрального, патогенного вариабельного и двух терминальных. Сложность вторичной структуры – защита от нуклеаз, возможность молекулярной эволюции. Вироиды произошли от интронов или транспазонов – структурно схожи. Основа патогенности неизвестна.

Прионы Особый класс инфекционных белков Уникальная особенность – возникновение тремя путями: (1) спорадический (случайная мутация); (2) наследственный; (3) инфекционный Прионные заболевания: (1) губкообразные повреждения головного мозга у овец, коров, коз; (2) описаны 4 заболевания человека: болезнь Куру(смеющегося человека); болезнь Крейцфельда-Якоба; синдром Герстманна-Штраусслера; фатальная семейная инсомия. Важная особенность прионов – неабсолютность видовых барьеров. Проницаемость видовых барьеров – потенциальная возможность передачи инфекции от коров, коз, овец к человеку. Возбудители прионных заболеваний – белки, с М.М. около 30 кДа. Устойчивы к действию протеаз и детергентов, температурной денатурации, излучениям. Отличаются плохой растворимостью, склонностью к агрегации.

Прионы имеют β-складчатую структуру, несущую в себе информацию к агрегационному взаимодействию. Прион путем белок-белковых взаимодействий способен превратить гомологичный белок в прионный. Существование наследственных форм объясняется повышенной способностью мутантных белков к спонтанному превращению в прионные, патогенные формы. Предложены две модели возможных превращений белков в прионы: (1) Гетеромерная . Индукционное превращение при связывании прионного белка с обычной формой этого белка.

. Полимерная. Превращение путем последовательной агрегации(присоединения) к олигомеру. Идентифицирован эволюционно консервативный ген PRNP – кодирует прионный белок. Экспрессируется как больными, так и здоровыми. Роль неясна, мутации с делецией этого гена – устойчивость к прионной инфекции. Прионы – общебиологическое явление. Прионоподобные белки обнаружены у грибов рода Podospora – наследуемое переключение активности белков, имеет адаптивное значение. Переход происходит с большей частотой, чем мутация. Временная коррекция фенотипа в ответ на вариабельность условий среды. Механизмы репродукции прионов (гипотеза): Допущение существования молчащего гена, кодирующего белки-прионы. При попадании в клетку чужого приона – инактивация репрессора – включение репрессированного гена. Синтез собственного приона. Неограниченный синтез приона. Агрегация прионных белков – агрегаты (амилоиды) .Утрата клетками функций – тяжелое заболевание. «Конформационные» болезни (Альцгеймера, Паркинсона, амилоидозы). Возможность ликвидации агрегантов – убиквитин-протеасомная система клеток.

60. Гипотезы происхождения вирусов Три основные гипотезы: (1) Вирусы являются потомками бактерий или других одноклеточных организмов, претерпевших дегенеративную эволюцию. Возможность дегенеративной эволюции доказывает происхождение некоторых клеточных органелл: митохондрий, хлоропластов из бактерий. (2) Вирусы являются потомками древних, доклеточных форм жизни, перешедших к паразитическому способу существования.3) Вирусы являются вариантами клеточных структур ставших относительно автономными но сохранившими зависимость от клетки.