همانندسازی مولکول های RNA ویروسی مراحل تکثیر RNA ژنوم ویروس ها. VIVOS VOCO: A.S. اسپیرین، "ریبونوکلئیک اسیدها به عنوان پیوند مرکزی ماده زنده" B همانند سازی ژنوم ویروس های RNA

این مرحله چهارم تولید مثل ویروس است: سنتز پروتئین های ویروسی و تکثیر اسیدهای نوکلئیک.

1. RNA پیکورناویروس به عنوان mRNA عمل می کند، به ریبوزوم ترجمه می شود و به عنوان الگویی برای تشکیل یک پلی پپتید غول پیکر عمل می کند. دومی به چندین پروتئین تقسیم می شود که یکی از آنها پلیمراز است. همانندسازی همان RNA آزاد شده از ریبوزوم ها آغاز می شود.

2. RNA سایر ویروس ها به عنوان الگویی عمل می کند که mRNA روی آن رونویسی می شود. به ریبوزوم ترجمه می شود، پروتئین های ویروسی خاصی تشکیل می شود که یکی از آنها پلیمراز است. در مرحله بعد، تکثیر RNA ویروسی اتفاق می افتد و در ابتدا شکلی از 2 رشته تشکیل می شود.

3. در ویروس های حاوی RNA انکوژنیک، سنتز به طور متفاوتی انجام می شود. یک کپی DNA از الگوی RNA تشکیل می شود که دارای 1 رشته DNA است. این فرآیند شامل ترانس کریپتاز معکوس است که در ویریون وجود دارد. سپس این رشته DNA همانند سازی می شود، 2 رشته تشکیل می شود. مولکول های RNA روی الگوی این کپی DNA سنتز می شوند.

54. تفاوت بین گونه های (+) و (-) ژنوم های RNA 1 رشته ای چیست؟

RNA های ویروسی به رشته های + و رشته های RNA - تقسیم می شوند.

+RNAتوسط زنجیرهای منفرد با "کلاه"های مشخصه در انتها برای تشخیص ریبوزوم ها نشان داده می شوند. این گروه شامل RNA هایی است که قادر به ترجمه مستقیم اطلاعات ژنتیکی روی ریبوزوم های یک سلول آلوده، یعنی انجام f- و m-RNA هستند. F-و + موضوعات: به عنوان mRNA برای سنتز پروتئین های ساختاری، الگویی برای تکثیر RNA، در یک کپسید بسته بندی می شوند تا یک جمعیت دختر را تشکیل دهند.

-RNAقادر به ترجمه اطلاعات ژنتیکی روی ریبوزوم نیست. به عنوان یک الگو برای سنتز mRNA استفاده کنید.

ماهیت روش رادیو ایمنی.

نقره خالص و غلیظ شده و AT نشاندار شده با رادیوایزوتوپ (ید) استفاده می شود.

برای تشخیص AT- با برچسب Ag به سرم آزمایش اضافه می شود. تیتر آنتی بادی سرم با کاهش نقره نشاندار آزاد تعیین می شود.

برای تشخیص فشار خون بالا- ماده آزمایش با آنتی سرم مخلوط می شود، سپس Ag با برچسب همولوگ اضافه می شود. اگر برچسب Ag آزاد باقی بماند، واکنش مثبتاز آنجایی که Ag مورد مطالعه با سرم تماس گرفت. اگر برچسب Ag کاهش یابد، به این معنی است که با سرم - واکنش تعامل دارد منفی.

استفاده کنیدبرای تشخیص هپاتیت ویروسی

عفونت HIV چگونه رخ می دهد؟

عفونت HIV یک آنتروپونوز معمولی است، امکان تکثیر بیماری در حیوانات وجود ندارد. مخزن ویروس یک فرد آلوده است. مسیرهای انتقال:

1. جنسی - از طریق آسیب به غشاهای مخاطی.

2. استفاده از همان سوزن ها و سرنگ ها توسط معتادان متجاهر.

3. انتقال خون - انتقال خون و آماده سازی آن.

4. انتقال با اعضای اهدا کننده.

HIV به دماهای بالا، اتانول، اتر حساس است. در مواد بیولوژیکی در دمای اتاق، برای چند روز زنده است.

چه سلول هایی تحت تأثیر HIV قرار می گیرند و این سلول ها چه گیرنده ای دارند؟ توسعه Meh-m HIV.

اهداف HIV عبارتند از T-helpers، مونوسیت ها، ماکروفاژها، سلول های میکروگلیال.

پاتوژنزضایعات: آسیب انتخابی به سلول های CD4 +، زیرا ویروس از CD4 به عنوان گیرنده استفاده می کند. در پاتوژنز 4 مرحله:

من. آپوپتوز- مرگ سلولی "برنامه ریزی شده" - هنگامی که ویروس ها با سیستم گیرنده ماکروفاژها تعامل دارند، "شناخت" ویروس به عنوان یک آنتی ژن خارجی مختل می شود.

II. تشکیل سنسیشیا- ویروس ها وارد جریان خون شده و به لنفوسیت های جدید غیر عفونی حمله می کنند. لنفوسیت های سالم به لنفوسیت های آسیب دیده می چسبند. فعالیت لنفوسیت ها تحت دوز سموم تشکیل شده در طول مرگ سلولی کاهش می یابد.

III. واکنش های خود ایمنی- ظهور گلیکوپروتئین های ویروسی بر روی غشاهای T-helpers منجر به فعال شدن T-killers می شود. سیستم ایمنی حتی نمی تواند در برابر فلور ساپروفیت مقاومت کند. عفونت های فرصت طلب رخ می دهد.

IV. عفونت سلول های پیش ساز- با ایمنی طبیعی، این سلول ها از بین می روند و در شرایط نقص ایمنی به طور فعال تکثیر می شوند. بیماری های رشد بدخیم وجود دارد - سارکوم کاپوزی.

"عفونت های فرصت طلب- بیماری های ناشی از یک میکروارگانیسم که فقط می تواند افراد دارای نقص ایمنی را مبتلا کند.

HIV چگونه سازماندهی می شود؟

HIV بخشی از رتروویروس ها است. مشخصه: ساختار منحصر به فرد ژنوم و وجود ترانس کریپتاز معکوس. رونوشت معکوس جهت معکوس جریان اطلاعات ژنتیکی را تضمین می کند - از RNA به DNA (از این رو نام آن).

ژنوم: 2 مولکول یکسان +RNA 1 رشته ای بدون قطعه.

در طی تولید مثل، محصولات میانی DNA تشکیل می شوند - ویژگی های تولید مثل رتروویروس ها. HIV-I و HIV-II را اختصاص دهید.

ویریون های بالغ: شکل کروی، d = 120 نانومتر، در ژنوم 2 رشته + RNA، کپسید، سوپر کپسید از یک لایه لیپیدی مضاعف، که توسط خوشه های گلیکوپروتئین سوراخ می شود. این سنبله ها با مولکول های CD4 روی غشای سلولی تعامل دارند.

در زیر مقاله ای از برنده مدال طلای بزرگ به نام V.I. M.V. لومونوسوف 2002، که بر اساس گزارشی که در 15 می 2002 در نشست عمومی آکادمی علوم روسیه در هنگام اهدای این جایزه خوانده شد، نوشته شد.

A. S. Spirin
اسپرین الکساندر سرگیویچ- آکادمیک، مشاور آکادمی علوم روسیه.

در دهه 30 قرن گذشته، معلم من آندری نیکولاویچ بلوزرسکی موفق شد به اختلافات طولانی در مورد تعلق دو نوع مختلف اسید نوکلئیک - ریبونوکلئیک (RNA) و دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) - به پادشاهی گیاهی یا حیوانی پایان دهد. جهان هستی. در آن زمان، هیچ چیز در مورد عملکرد ژنتیکی هر دو اسید نوکلئیک شناخته شده نبود. برای مدت طولانی، RNA جزء گیاهان، از جمله قارچ ها، و DNA به عنوان یک جزء معمولی از سلول های حیوانی، به عنوان "اسید نوکلئیک حیوانی" در نظر گرفته می شد که اغلب "اسید تیمونوکلئیک" نامیده می شد. تیموس- نام لاتین تیموس که از آن جدا شده است). سپس مشخص شد که RNA به همراه DNA به طور گسترده در حیوانات توزیع شده است. با این حال، تردیدهای زیادی در مورد وجود DNA در سلول های گیاهی وجود داشت: هیچ داده مستقیمی وجود نداشت، و تنها نشانه غیرمستقیم - یک واکنش سیتوشیمیایی رنگی مثبت Feilgen، که توسط هسته سلول های گیاهی شناسایی شد - نمی تواند شواهد قابل اعتمادی در نظر گرفته شود. A.N. بلوزرسکی ابتدا تیمین، مشخصه‌ترین جزء DNA را از دانه‌های نخود جدا کرد و شناسایی کرد، و سپس خود DNA به طور آماده‌سازی از دانه‌های شاه بلوط اسب جدا شد. بنابراین، درک نهایی ثابت شد که هم RNA و هم DNA دو نوع جهانی از اسیدهای نوکلئیک هستند که در تمام پادشاهی های جهان زنده ذاتی هستند.

در دهه 40، بر اساس مشاهدات و تجزیه و تحلیل های مختلف سیتولوژیکی و بیوشیمیایی، این ایده شروع به ظهور کرد که DNA، که به طور مداوم در هسته سلول ها، در کروموزوم های آنها قرار دارد، بیشترین ارتباط را با دستگاه وراثت و RNA دارد. جزء اجباری سیتوپلاسم سلولی است که مسئول بیوسنتز پروتئین است [،]. آزمایش های مستقیم تی اوری با همکارانش ثابت کرد که DNA خالص و جدا شده می تواند حامل ویژگی های ارثی ارگانیسم باشد. (برای جزئیات بیشتر در مورد این آزمایش ها، و همچنین در مورد ترکیب و ساختار DNA، به بررسی مراجعه کنید). تعداد فزاینده‌ای از محققین، عمدتاً بیوشیمی‌دانان و سیتولوژیست‌ها، شروع به گرایش به این ایده کردند که DNA یا کمپلکس‌های آن با پروتئین‌ها می‌توانند حامل اصلی اطلاعات ژنتیکی باشند و RNA واسطه‌ای است که این اطلاعات را از DNA دریافت می‌کند و آن را به شکل پیاده‌سازی می‌کند. بیوسنتز پروتئین

با آغاز دهه 1950، E. Chargaff واقعیت خاصیت گونه ای ترکیب DNA را ثابت کرد و نشان داد که نسبت چهار نوع مونومر آن - گوانیل (G)، آدنیل (A)، سیتیدیل (C) و تیمیدیل است. (T) - در انواع مختلف موجودات [ , ] متفاوت است. این واقعیت مستقیماً با نقش ژنتیکی فرضی DNA مطابقت داشت. در همان زمان، الگوهای شگفت انگیزی در ترکیب نوکلئوتیدی DNA به نام "قوانین چارگاف" یافت شد: صرف نظر از تفاوت گونه ها، در تمام DNA مقدار G برابر با مقدار C و مقدار A برابر بود. به مقدار T (G = C، A = T). در سال 1953، J. Watson و F. Crick، با استفاده از این داده های تجربی در مورد ترکیب شیمیایی DNA، و همچنین نتایج تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس رشته های DNA جهت دار، که ماهیت مارپیچی انباشته شدن مولکول های DNA پلیمری را نشان می دهد. ، ]، مدلی از ساختار ماکرومولکولی DNA ارائه کرد . این یک مارپیچ دوتایی بود، که در آن دو رشته پلیمر DNA نسبت به یکدیگر حول یک محور مشترک پیچ خورده و به دلیل برهمکنش های جفتی G با C و A با T در کنار هم قرار می گیرند. حدس آنها عالی بود: مکانیسم بازتولید دقیق آن. به طور مستقیم از ساختار، که برای اولین بار توضیحی درباره بازتولید ساختارهای مشابه در فرآیندهای تولید مثل و وراثت داد. بنابراین نیم قرن پیش علم جدیدی متولد شد - زیست شناسی مولکولی.

طبیعتاً زیست شناسی مولکولی با عصر DNA آغاز شد. DNA به عنوان "مولکول اصلی زندگی"، "رشته حیات"، آغاز آغاز و اساس همه موجودات زنده اعلام شد. پروتئین‌ها، که قبلاً جزء اصلی سیستم‌های زنده در نظر گرفته می‌شدند، اکنون از تمام پست‌های رهبری «اخراج» شده و به نقش‌های ثانویه کاتالیزورهایی که وجود DNA را خدمت می‌کنند، «انتصاب» می‌شوند. نقش نوع دیگری از اسیدهای نوکلئیک - RNA - به عملکرد واسطه های تولید شده بر روی الگوهای DNA و هدایت سنتز پروتئین ها کاهش یافت. طرح "DNA->RNA->پروتئین" با برگشت ناپذیری فرآیندهای انتقال اطلاعات، که با فلش نشان داده شده است، "دگم مرکزی زیست شناسی مولکولی" نامیده می شود (برای جزئیات، [،13] را ببینید).

RNA: همانندسازی DNA و عملکرد ژنتیکی

بازتولید (تکثیر) ساختار DNA بر اساس اصل مکمل بودن است: در یک مارپیچ دوگانه، دو زنجیره پلیمری DNA به دلیل تشکیل جفت های G-C، C-G، A-T و T-A در کنار هم توسط پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می شوند. (شکل 2 و 3 را ببینید). اگر دو زنجیره از مارپیچ دوتایی از هم جدا شوند، می توان روی هر یک از آنها یک زنجیره جدید (پلیمریزه) ساخت. مکملیک زنجیره، به طوری که در مقابل G زنجیره اصلی، C از زنجیره جدید، در مقابل C از زنجیره قدیمی - G از زنجیره جدید، در مقابل A-T، و در مقابل T-A ایجاد می شود. در نتیجه، دو مارپیچ دوگانه کودک به دست می‌آیند که کاملاً مشابه والد اصلی هستند (شکل 4 را ببینید).

RNA از نظر شیمیایی شبیه به DNA است. در هر دو مورد، اینها پلیمرهای خطی و بدون انشعاب از نوکلئوتیدها با ستون فقرات پنتوز فسفات و چهار نوع پایه نیتروژنی (پورین و پیریمیدین) به عنوان گروه های جانبی هستند (شکل 1). تنها دو تفاوت کوچک بین یک رشته RNA و یک رشته DNA وجود دارد:

1) قند پنج کربنه (پنتوز) در RNA با ریبوز و در DNA - با مشتق آن 2 "-دئوکسی ریبوز نشان داده می شود.

2) یکی از دو نوکلئوتید پیریمیدین در RNA با یک باقیمانده یوریدیل (U) به جای مشتق متیله T در DNA نشان داده می شود.

به عنوان کپی از بخش های عملکردی خاصی از زنجیره DNA - ژن ها، زنجیره های RNA به عنوان الگوهایی برای سنتز نوع دیگری از پلیمر - زنجیره های پلی پپتیدی پروتئین ها طراحی شده اند. از آنجایی که پروتئین ها از بیست نوع مختلف مونومر (اسیدهای آمینه) و RNA - تنها چهار نوع مونومر (نوکلئوتید) تشکیل شده اند، تعیین توالی اسید آمینه یک زنجیره پلی پپتیدی توسط توالی نوکلئوتیدی RNA مستلزم کدگذاری هر اسید آمینه است. با ترکیبی از چندین - حداقل سه - نوکلئوتید. این کد سه گانه بود که ابتدا بر اساس ملاحظات نظری فرض شد و سپس به صورت تجربی اثبات شد. برای RNA به طور محکم نقش ژنتیکیواسطه ای بین ژن ها و پروتئین ها: از یک طرف، RNA به عنوان مجموعه ای از نسخه های ژن، یعنی نسخه هایی از بخش های DNA، و از سوی دیگر، به عنوان الگوهای مستقیم، که توالی های سه گانه نوکلئوتیدی رمزگشایی می شوند، ارائه شد. به دنباله های آمینو اسیدی زنجیره های پلی پپتیدی در فرآیند سنتز پروتئین.

بر اساس این ایده ها، در سال 1956 من، دانشجوی کارشناسی ارشد A.N. بلوزرسکی در مؤسسه بیوشیمی آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، کار بر روی تأیید تجربی مطابقت بین DNA و RNA آغاز شد. اول، ما نشان دادیم که ترکیب نوکلئوتیدی (نسبت چهار نوع نوکلئوتید) DNA می‌تواند در انواع مختلف ارگانیسم‌ها، به ویژه در باکتری‌های گروه‌های طبقه‌بندی مختلف، بسیار متفاوت باشد. علاوه بر این، ما از این واقعیت شروع کردیم که اگر RNA کپی DNA باشد، ترکیب نوکلئوتیدی این دو نوع اسید نوکلئیک باید مطابقت داشته باشد یا حداقل مشابه باشد. تجزیه و تحلیل ما یک نتیجه کاملا غیرمنتظره به دست داد: با تغییرات شدید در ترکیب DNA، نسبت نوکلئوتیدها در RNA کل گونه های مختلف به طرز شگفت انگیزی محافظه کار بود (جدول). در عین حال، تجزیه و تحلیل آماری این داده ها نشان داد که یک همبستگی مثبت قابل اعتماد بین ترکیب RNA و ترکیب DNA وجود دارد، اگرچه با مقدار رگرسیون کوچک (شکل 3). داده‌ها به گونه‌ای تفسیر شدند که در برابر پس‌زمینه انبوهی از RNA‌های حفظ‌شده از نظر تکاملی، مشابه در انواع مختلف RNA، بخش نسبتاً کوچکی از RNA خاص گونه‌ای وجود دارد که DNA را کپی می‌کند.

در سال 1959، F. Crick این دوره اولیه در تاریخ زیست شناسی مولکولی را به شرح زیر توصیف کرد:

"مسئله کدگذاری تاکنون سه مرحله را پشت سر گذاشته است. در مرحله اول، مرحله سرگردان، فرضیات مختلفی مطرح شد، اما هیچ یک به اندازه کافی دقیق نبود که رد شود. مرحله دوم، مرحله خوش بینانه، در سال 1954 توسط Gamow آغاز شد. که کاملاً جسور بود، یک کد نسبتاً دقیق ارائه دهد. این امر تعدادی از محققین را تحریک کرد که به دنبال نشان دادن اشتباه بودن فرضیات او بودند و با انجام این کار تا حدودی دقت تفکر در این زمینه را افزایش دادند. مرحله سوم - مرحله سردرگمی - توسط مقاله ای توسط بلوزرسکی و اسپرین در سال 1958 آغاز شد... داده های ارائه شده در آنجا نشان داد که دیدگاه های ما از بسیاری جهات مهم بیش از حد ساده انگارانه بودند." .

کمی قبل از این، مشخص شد که RNA شبه DNA زمانی تشکیل می شود که باکتری ها با یک ویروس (باکتریوفاژ) آلوده می شوند: ورود یک ماده ژنتیکی جدید - DNA ویروس - به داخل سلول باعث سنتز RNA شد که از نظر ترکیب مشابه DNA ویروسی است. و بدیهی است که سنتز پروتئین های ویروسی را تعیین می کند. در کار ما، برای اولین بار نشان داده شد که کسر RNA شبه DNA جزء طبیعی سلول های عادی و غیر آلوده است، جایی که ظاهراً وظیفه انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA خود را برای تعیین سنتز پروتئین های خود انجام می دهد. . بعداً این کسر RNA نامگذاری شد پیام رسان RNA RNA پیام رسان (mRNA)، یا RNA پیام رسان.

مطالعات بیشتر mRNA در گروه من (از سال 1960 - آزمایشگاه) در مؤسسه بیوشیمی آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی و انتقال از مطالعه میکروارگانیسم ها به موجودات بالاتر منجر به کشف دیگری شد. معلوم شد که در سلول های موجودات بالاتر - حیوانات و گیاهان عالی - mRNA به شکل آزاد وجود ندارد، به شکل ذرات ریبونوکلئوپروتئین (ذرات mRNP) ارائه می شود که ما آن را نامیدیم. انفورموزوم ها[ , ].

این نوع جدید از ذرات درون سلولی با تعدادی از خواص فیزیکوشیمیایی منحصر به فرد، و به ویژه، نسبت ثابت پروتئین ساختاری و mRNA با غلبه قابل توجهی از جزء پروتئین مشخص شد. نقش شکل نوکلئوپروتئینی وجود mRNA در سلول‌های موجودات بالاتر متعاقباً توسط بسیاری از محققان در ارتباط با مکانیسم‌های تنظیم سنتز پروتئین در سطح ترجمه مورد مطالعه قرار گرفت. این آثار کلید درک تعدادی از مکانیسم‌های مولکولی اووژنز، اسپرم‌زایی و جنین‌زایی اولیه، تمایز سلولی و مورفوژنز، erythropoiesis، و سایر فرآیندها در فعالیت حیاتی موجودات چند سلولی، از جمله انسان‌ها را فراهم کردند (به بررسی‌ها مراجعه کنید [، ]).

RNA ساختاری

پس از سال 1958، تلاش اصلی گروه من به سمت مطالعه RNA غیر ژنتیکی حفاظت شده، که بخش عمده RNA سلولی کل را تشکیل می دهد، انجام شد. به سرعت مشخص شد که بخش غالب آن (حدود 90٪) جزء ریبوزوم ها - ذرات ریبونوکلئوپروتئین داخل سلولی است که "کارخانه های" مولکولی برای تولید پروتئین ها هستند. در مجموعه ای از کارهای درخشان توسط محققان انگلیسی، فرانسوی و آمریکایی [-] ثابت شد که ریبوزوم ها و RNA ریبوزوم خود حامل اطلاعات ژنتیکی برای سنتز پروتئین نیستند، بلکه به عنوان یک دستگاه جهانی و غیر اختصاصی عمل می کنند که باید توسط پیام رسان برنامه ریزی شود. RNA (mRNA) به منظور سنتز پروتئین های خاص تعیین شده توسط ژن های مربوطه.

اولین مطالعات RNA ریبوزومی در آزمایشگاه ما نشان داد که اینها ماکرومولکول های بزرگی هستند (وزن مولکولی حدود 106) که هر کدام از آنها یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی پیوسته کووالانسی [ , ] است، برخلاف ایده قبلی ارائه شده در مورد ماهیت زیر واحد ساختار مولکول های RNA ریبوزومی. کمی زودتر، هنگام مطالعه RNA بیولوژیکی فعال (عفونی) با پلیمر بالا از ویروس موزاییک تنباکو، ما قادر به تشخیص توانایی آن در تشکیل ساختارهای ثانویه و سوم، یعنی تا کردن و تا کردن زنجیره پلی نوکلئوتیدی آن به ساختارهایی با نزدیک و دور بودیم. تعاملات درون زنجیره ای [،30]. نشان دادن رفتار مشابه در مورد RNA های ریبوزومی در محلول ممکن است [،]. با هم، مطالعات خواص فیزیکوشیمیایی و ویژگی‌های ساختاری RNAهای جدا شده با پلیمر بالا در محلول، که در سال‌های 1958-1962 انجام شد، منجر به فرمول‌بندی اصول کلی زیر برای سازماندهی فضایی آنها شد:

RNA بر خلاف DNA است پلیمر تک رشته ای

RNA تشکیل می شود ساختار ثانویه- مجموعه ای از بخش های مارپیچ کوتاه - عمدتاً به دلیل جفت شدن مکمل ضد موازی بخش های زنجیره ای مجاور.

RNA قادر به تشکیل است ساختار سومبه دلیل فعل و انفعالات مکمل طولانی مدت در زنجیره و تعاملات بین مارپیچ.

RNA پلیمری بالا می تواند تا شود ذرات فشرده؛

RNA قابل توجه است تحرک ساختاری(شکل 4).

این مشاهدات با آزمایش‌های ما بر روی دگرگونی‌های ساختاری القایی ریبوزوم‌ها، مانند باز شدن ذرات ریبوزومی به رشته‌های ریبونوکلئوپروتئین بدون از دست دادن پروتئین‌های ریبوزومی [،] و همچنین جداسازی و خودآرایی معکوس پروتئین‌های ریبوزومی روی هسته RNA انجام شد. (بازسازی ریبوزوم)، که ثابت کرد RNA برای تشکیل چارچوب ذرات ریبوزومی عمل می کند. بررسی پراکندگی نوترونی ریبوزوم ها همراه با گروه I.N. Serdyuk در موسسه پروتئین آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی (نگاه کنید به) شواهد فیزیکی بیشتری از آرایش متقابل RNA و پروتئین ها در ذرات ریبوزومی ارائه کرد. به طور کلی، همه اینها امکان فرموله کردن سه اصل کلی ساختار ریبوزوم را فراهم کرد:

ریبوزوم از دو زیر واحد نابرابر قابل جداسازی - زیر واحدهای ریبوزومی کوچک و بزرگ ساخته شده است.

دو RNA با پلیمر بالا به طور خاص تا شونده - RNA های ریبوزومی - هسته های ساختاری فشرده ای از دو زیر واحد ریبوزومی را تشکیل می دهند.

پروتئین‌های ریبوزومی مختلف و گروه‌های آن‌ها به طور خاص بر روی ستون فقرات RNA‌های ریبوزومی، عمدتاً در حاشیه این هسته‌های فشرده، جمع شده‌اند.

علاوه بر اطلاعات در مورد ساختار دقیق ریبوزوم، نتایج به‌دست‌آمده، اصول کلی ساختار آن را کاملاً تأیید می‌کند، و اول از همه، این واقعیت که شکل زیر واحدها توسط RNA فشرده آنها تعیین می‌شود و پروتئین‌های ریبوزومی در آن قرار دارند. در حاشیه این هسته ها. یک ریبوزوم کامل، پیوندی از دو RNA مختلف، فشرده و خاص تا شده است که فقط در بخشی از سطح "تزیین شده" با پروتئین است. مهم است که RNA ریبوزومی است که، همانطور که مشخص شد، مراکز اصلی عملکرد ریبوزوم را تشکیل می دهد و ساختار اساسی ریبوزوم را به عنوان یک ماشین مولکولی که سنتز پروتئین را طبق برنامه ثبت شده در mRNA انجام می دهد، تعیین می کند. این احتمال وجود دارد که در طلوع زندگی، ریبوزوم فقط از RNA تشکیل شده باشد، و پروتئین های ریبوزومی یک اکتساب تکاملی بعدی برای تثبیت RNA ریبوزومی یا بهبود عملکرد آن هستند.

RNA بسیار قدرتمند

توانایی RNA برای تشکیل ساختارهای سه بعدی فشرده، مانند پروتئین ها، زمینه را برای برهمکنش های خاص با مولکول های دیگر - ماکرومولکول ها و لیگاندهای کوچک فراهم می کند. برای مولکول های RNA که در یک گلبول خاص تا شده اند، که به دلیل آن یک الگوی فضایی منحصر به فرد بر روی سطح آن ایجاد می شود، لازم است مانند پروتئین ها، امکان عملکرد شناسایی مولکولی را بپذیریم. به نوبه خود، تشخیص بسیار انتخابی منجر به امکان کاتالیز خاص واکنش های شیمیایی به روش کاتالیز آنزیمی واکنش ها توسط پروتئین ها می شود.

شاید بتوان اولین RNA های "شناسایی" شناخته شده را به اصطلاح RNA های "حمل و نقل" یا tRNA ها در نظر گرفت که نقش تطبیقی ​​در بیوسنتز پروتئین ایفا می کنند (شکل 1 را ببینید). این RNA های نسبتاً کوچک (وزن مولکولی حدود 30000) مولکول های فشرده چین خورده با ساختار فضایی یکسان هستند (شکل 3 را ببینید). هدف آنها انتقال اسیدهای آمینه از حالت آزاد به ترکیب زنجیره پلی پپتیدی پروتئینی است که توسط ریبوزوم سنتز می شود. برای انجام این کار، tRNA باید به نوبه خود و به طور بسیار انتخابی با تعدادی از ساختارهای ماکرومولکولی در سلول تعامل داشته باشد: ابتدا با یک پروتئین آنزیمی (آمینواسیل-tRNA سنتتاز) حامل یک اسید آمینه فعال خاص، سپس، حامل یک اسید آمینه متصل کووالانسی، با پروتئین دیگری (فاکتور افزایش طول EF-Tu) که با آن وارد ریبوزوم می شود و سپس همزمان با RNA ریبوزومی و mRNA در ریبوزوم وارد می شود. اگرچه عملکردهای شناسایی ویژه سایر مولکول‌های درشت مولکول توسط مولکول‌های tRNA بدون شک در این مسیر تحقق می‌یابد، اما برای مدت طولانی به طور ضمنی پذیرفته شد که نقش اصلی توسط شناسایی tRNA توسط پروتئین‌ها - آنزیم‌ها، عوامل ترجمه و پروتئین‌های ریبوزومی ایفا می‌شود. برعکسش صادق نیست.

دانشمند انگلیسی E. Candliffe اولین کسی بود که به وضوح و به طور قطعی توانایی مناطق ساختار یافته RNA ریبوزومی را برای تشخیص خاص لیگاندهای کوچک با طبیعت غیر هسته ای و غیر پروتئینی اعلام کرد. او داده های تجربی را به نفع تعامل انتخابی (پیوند) بخش های RNA دقیقاً تا شده، و نه پروتئین ها، با تعدادی از آنتی بیوتیک های ریبوزومی - تیوسترپتون، اریترومایسین، آمینوگلیکوزیدها (استرپتومایسین، کانامایسین، نئومایسین) ارائه کرد. ده سال بعد، دانشمندان دیگر داده های ساختاری مستقیمی را در مورد اتصال خاص آنتی بیوتیک های آمینوگلیکوزید به ناحیه کوچک (16S) RNA ریبوزومی ارائه کردند (همچنین به بررسی مراجعه کنید).

شناخت نهایی RNA از توانایی تشخیص طیف گسترده ای از مولکول ها و برهمکنش با آنها به روشی بسیار خاص به لطف آپتامرها - RNA مصنوعی با اندازه کوچک که با انتخاب از انواع مختلفی از توالی های نوکلئوتیدی با استفاده از روش های مشابه به دست می آید، به دست آمد. به نام "تکامل بدون سلول"، "تکامل در یک لوله آزمایش" [ , ]. مشخص شد که امکان انتخاب و تکثیر RNAهایی وجود دارد که توانایی اتصال انتخابی تقریباً هر نوع مولکولی را دارند، از ترکیبات آلی با وزن مولکولی کم گرفته تا پپتیدها و پروتئین‌های مختلف (به بررسی [،] مراجعه کنید). به عبارت دیگر، RNA، مانند پروتئین ها، در واقع می تواند به طور کامل دارای عملکرد شناسایی مولکولی خاص باشد.

حتی قبل از این مطالعات، در اوایل دهه 80 قرن گذشته، در آزمایشگاه های تی چک و اس. آلتمن در ایالات متحده، یک کشف هیجان انگیز انجام شد که بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی را متحول کرد: نشان داده شد که RNA می تواند یک ماده خاص باشد. کاتالیزور برای واکنش های بیوشیمیایی [.47]. در طول کل تاریخ بیوشیمی، برای دهه‌ها بحث شده است که کاتالیز بیوشیمیایی «محصول» آنزیم‌های پروتئینی است. بنابراین، تمام تئوری‌های منشأ حیات مجبور شدند از اولویت پروتئین‌ها به عنوان ماکرومولکول‌ها، که کاملاً برای ظهور متابولیسم بیوشیمیایی (متابولیسم) ضروری است، نشات بگیرند. کشف عملکرد کاتالیزوری RNA تمام ایده‌های قبلی در مورد نقش انحصاری پروتئین‌ها را نه تنها در منشأ حیات، بلکه در درک خود پدیده حیات را وارونه کرد.

بر اساس قیاس با پروتئین - آنزیم - آنزیم ها - RNA های کاتالیزوری نامگذاری شده اند ریبوزیم هاظاهراً تقریباً تمام ریبوزیم هایی که به طور طبیعی در طبیعت زنده در سلول های موجودات مدرن وجود دارند به نوعی در فرآیندهای مرتبط با تبدیل زنجیره های پلی نوکلئوتیدی خود RNA نقش دارند. با این حال، معلوم شد که امکان ایجاد ریبوزیم های مصنوعی با طیف وسیع تری از واکنش های کاتالیز شده وجود دارد. علاوه بر این، همانطور که از مجموع داده های مربوط به ساختار ریبوزوم ها و ویژگی های واکنش تشکیل پیوند پپتیدی کاتالیز شده توسط ریبوزوم در طول بیوسنتز پروتئین مشخص می شود، مرکز کاتالیزوری این واکنش (مرکز پپتیدیل ترانسفراز ریبوزوم) تشکیل می شود. توسط دامنه معینی از RNA ریبوزومی بزرگ، بدون مشارکت اساسی پروتئین‌های ریبوزومی، ماهیتی ریبوزیمی دارد [50].

بنابراین، پس از کشف عملکرد کاتالیزوری RNA بود که پارادایم تغییر کرد و چشم زیست شناسان به RNA معطوف شد. در واقع، مولکول‌های RNA قادر به انجام هر کاری هستند که پروتئین‌ها انجام می‌دهند: تا کردن در ساختارهای خاص و تعیین تشکیل ذرات بیولوژیکی، شناسایی سایر ماکرومولکول‌ها و لیگاندهای کوچک با دقت بسیار و تعامل با آنها، و در نهایت، کاتالیز کردن دگرگونی‌های کووالانسی مولکول‌های قابل تشخیص. البته، پروتئین ها همه این کارها را با کارایی بیشتر و به روشی متنوع تر از RNA انجام می دهند. اما از سوی دیگر، پروتئین ها، در اصل، "نمی توانند" خود را بازتولید کنند - هیچ مکانیسم پروتئینی مناسبی برای بازتولید ساختار آنها وجود ندارد، مگر از طریق RNA. در عین حال، RNA شامل تمام پیش نیازهای ساختاری لازم برای بازتولید دقیق ساختار خود است.

RNA آنالوگ نزدیک DNA، "ماده وراثت" مدرن است. از نظر ساختاری، با رعایت کامل اصل مکمل بودن به دلیل تشکیل جفت های G-C، C-G، A-U و U-A بین دو زنجیره پلی ریبونوکلئوتیدی، هیچ چیز مانع از تشکیل مارپیچ های دوگانه بر اساس نوع DNA نمی شود. در این مورد، تولید مثل (تکثیر) RNA روی RNA یک فرآیند کاملا مجاز به نظر می رسد. در واقع، به خوبی می‌دانیم که مارپیچ‌های دوگانه RNA در طبیعت، عمدتاً به‌عنوان ژنوم‌های مستقل RNA در برخی ویروس‌ها (به عنوان مثال، ریو ویروس‌های حیوانی و انسانی و روتا ویروس‌ها) وجود دارند. به طور کلی، ژنوم ها به شکل RNA به جای DNA در بین ویروس های حیوانی و گیاهی و همچنین ویروس های باکتریایی (باکتریوفاژها) کاملاً رایج هستند، اما در اکثر موارد RNA ژنومی آنها با یک رشته RNA منفرد نشان داده می شود. که تنها پس از ورود ویروس به سلول زنجیره تکمیلی ساخته می شود.

به هر حال، ویروس شناسی مدت هاست وجود همان عملکردهای همانندسازی ژنتیکی را در RNA ثابت کرده است، که مشخصه DNA در موجودات سلولی است.

ظاهراً، ارگانیسم‌های سلولی مدرن نمی‌توانستند بدون «فرمان یک نفره» ژنتیکی DNA وجود داشته باشند، و ممنوعیت شدیدی بر تولید مثل مستقل RNA از طریق تکامل اعمال شد، در غیر این صورت فعالیت ژن‌ها در ارگانیسم‌ها بی‌نظم‌زدایی می‌شد، که نقض قوانین است. تعادل محصولات و فرآیندهای کنترل شده توسط ژن ها در سلول، و زندگی ناسازگاری کامل. با این وجود، همانندسازی RNA به RNA در موارد خاص می تواند در سلول های طبیعی رخ دهد. این را آخرین اکتشافات کلاس های جدید RNA های غیر ژنتیکی کوچک در سلول های حیوانی و گیاهی - به اصطلاح RNA های مداخله گر - نشان می دهد. (siRNA)و microRNA (miRNA)-با فعالیت تنظیمی و ضد ویروسی: عملکرد و تولیدمثل این RNA ها نیاز به خود همانندسازی آنها دارد.

جهان RNA - باستان و مدرن

بنابراین، به نظر می رسد RNA خودکفاترین ماده از ماده زنده است. این ماده اساساً قادر به انجام تمام یا تقریباً تمام عملکردهای مشخصه پروتئین ها از جمله شکل دهی و کاتالیز بیوشیمیایی است و در عین حال می تواند یک ماده ژنتیکی کامل با عملکردهای همانندسازی و کدگذاری خود باشد. تحقق این حقایق، زیست‌شناسان، شیمی‌دانان و زمین‌شناسان را به فرضیه «دنیای RNA» باستانی سوق داد که از نظر تکاملی پیش از حیات کنونی DNA-RNA-پروتئین ما بوده است (برای جزئیات بیشتر، نگاه کنید به). در دنیای RNA، نه پروتئین وجود داشت و نه DNA، بلکه تنها مجموعه‌ای از مولکول‌های مختلف RNA وجود داشت که عملکردهای مختلفی را انجام می‌دادند. اینها به احتمال زیاد بود سیستم های بدون سلولشکل گیری ساختارهای سلولی البته مستلزم مشارکت حداقل پروتئین ها و لیپیدها است که هنوز چنین نشده است. بخش‌بندی مجموعه‌های RNA به شکل قطرات coacervate نیز به دلیل عدم وجود پلی پپتیدها، پلی ساکاریدها و سایر پلیمرهایی که قادر به coacervation هستند بعید بود. با این وجود، برای اینکه هر مجموعه RNA به عنوان یک سیستم وجود داشته باشد، صفات اکتسابی مفید برای کل سیستم را به ارث ببرد و تکامل یابد، کپی های RNA آن، RNA های متصل به لیگاند، سنتتازهای RNA و محصولات سنتز بدیهی است که سپس در فضا متحد شوند. بنابراین، در بیشتر نظریه‌های منشأ حیات، ظهور غشاهای محدودکننده، یا حداقل فصل مشترک، به عنوان شرط ضروری برای شروع تکامل، از جمله تکامل مجموعه‌های RNA فرض می‌شود (برای مثال، نگاه کنید به).

با این حال، یک جایگزین وجود دارد، به نظر من، حتی محتمل تر. حدود ده سال پیش در موسسه تحقیقات پروتئین، آکادمی علوم روسیه، دانشجوی من A.B. Chetverin و همکارانش به طور تجربی توانایی مولکول های RNA را برای تشکیل نشان دادند کلونی های مولکولیروی ژل ها یا سایر محیط های جامد، در صورتی که شرایط تکثیر روی این محیط ها فراهم شده باشد [،55] (شکل 5). کلونی های RNA را روی سطوح جامد یا نیمه جامد مخلوط کردند و می توانند اولین گروه های بدون سلول در حال تکامل باشند، که در آن برخی از مولکول ها عملکردهای ژنتیکی را انجام می دادند (تکثیر مولکول های RNA کل مجموعه)، در حالی که برخی دیگر ساختارهای لازم برای وجود موفقیت آمیز را تشکیل می دادند (به عنوان مثال). آنهایی که مواد لازم را از محیط جذب می کنند) یا ریبوزیم هایی هستند که مسئول سنتز و آماده سازی بسترهای سنتز RNA هستند. چنین وضعیتی بدون سلول شرایطی را برای تکامل بسیار سریع ایجاد کرد: مستعمرات RNA از محیط بیرونی محصور نشدند و به راحتی می توانستند مولکول های خود - مواد ژنتیکی خود را مبادله کنند. انتشار آسان مولکول های RNA از طریق یک محیط، از جمله اتمسفر، نیز در آزمایش های مستقیم نشان داده شده است. علاوه بر این، همانطور که توسط آزمایش های اخیر توسط همان گروه از محققان نشان داده شده است، مولکول های RNA در هنگام برخورد در یک محیط آبی می توانند به طور خود به خود قطعات را مبادله کنند، یعنی توانایی نوترکیبی غیر آنزیمی را دارند.

برنج. 5.کلونی های تکثیر مولکول های RNA روی ژل آگارز [ , ]
ترک کرد- کلنی های RNA روی یک ظرف پتری بسته رشد کرده اند
به مدت یک ساعت در دمای 25 درجه سانتیگراد
سمت راست- کلنی های RNA که در یک ظرف پتری باز در شرایط یکسان رشد می کنند
(عفونت با مولکول های RNA از هوا)

اینها شرایطی است که توسط K. Vuz برای ظهور پیشرو جهانی موجودات زنده بر روی زمین فرض شده است: سطح بالایی از جهش (خطاهای تکراری) به دلیل بدوی بودن و ناقص بودن مکانیسم های تکثیر مواد ژنتیکی، تبادل آزاد مواد ژنتیکی بین پیش سازهای سلولی - "پروژنوت ها" - و ماهیت اشتراکی بودن این پیشینیان، زمانی که هر محصول و نوآوری برخی به مالکیت همگان تبدیل شد ("از هرکس به اندازه تواناییش - به هرکس بنا به نیازش"). با این حال، بر خلاف فرضیه K. Vuz، من ترجیح می دهم نقش پیشرو جهانی را به پیش سلولی بدهم - بدون سلول -شکل وجود جهان RNA، زمانی که نه DNA وجود داشت و نه مکانیسم های سنتز پروتئین. پیش ساز جهانی می تواند فقط یک جامعه مشترک از مجموعه های مستعمره RNA باشد که بر روی سطوح جامد یا ژل مانند زمین اولیه وجود دارند و در حال تکثیر هستند، از نظر فیزیکی توسط هیچ غشاء و تقسیم فاز محدود نمی شوند و بنابراین آزادانه مواد ژنتیکی و محصولات واکنش های کاتالیز شده را مبادله می کنند. .

این شکل اشتراکی وجود جهان RNA - نوعی سولاریس - همانطور که قبلاً اشاره شد، باید خیلی سریع تکامل می یافت. در هر صورت، کل مسیر تکامل به ارگانیسم‌های منفرد با ساختار سلولی، DNA و دستگاه مدرن سنتز پروتئین ظاهراً در کمتر از نیم میلیارد سال (دوره بین 4 میلیارد تا 3.5 میلیارد سال پیش) پوشش داده شده است. بهبود مجموعه‌های کلنی RNA به دلیل انتخاب طبیعی باید در جهت بهبود مکانیسم‌های کاتالیزوری و افزایش دقت همانندسازی و وراثت صورت می‌گرفت. مستعمرات RNA که چگونه ساخت کاتالیزورهای پروتئینی را "یاد گرفتند" به طور طبیعی نسبت به دیگران در سرعت و کیفیت واکنش های کاتالیز شده مزیت بزرگی به دست آوردند و بنابراین به سرعت واکنش های "نادرست" را هم به دلیل رقابت و هم با انتقال این توانایی به آنها، حذف کردند. بر اساس RNA، دستگاه سنتز پروتئین ظاهر شد و بهبود یافت، و با توجه به ماهیت عمومی و همه‌گیر دنیای RNA، یک کد ژنتیکی جهانی ایجاد شد.

با این حال، سنتز کدگذاری شده پروتئین ها نیازمند افزایش وفاداری در همانندسازی مواد ژنتیکی و ترتیب تولید پروتئین های مختلف بود. این امر منجر به نیاز به تمایز بخشی از RNA (RNA ژنتیکی) و تغییر آن به DNA شد که توانایی کپی دقیق‌تر و علاوه بر این، پایداری شیمیایی قابل توجهی نسبت به RNA دارد. در نهایت، کارایی و پایداری چنین سیستم‌هایی به دلیل جدا شدن از محیط می‌تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد و آنها توسط غشاهایی با ماهیت پروتئینی-لیپیدی احاطه شده‌اند. جهان جمعی به سلول‌های فردی، اما بسیار مؤثر تقسیم می‌شود - سلول‌ها، افراد، ارگانیسم‌ها، و تکامل خودشان و شجره‌نامه‌های خودشان آغاز می‌شود. از پیش‌ساز جهانی مشترک، دو شاخه اصلی میکروارگانیسم‌ها پدید می‌آیند - باکتری‌ها (یوباکتری‌ها) و آرکی‌ها (آرکائ‌باکتری‌ها)، جوامع سلولی آنها بر اساس برهمکنش متابولیسم‌هایشان شکل می‌گیرد و سپس روابط همزیستی آنها منجر به پیدایش کایمراها می‌شود. اولین یوکاریا ظاهر می شود - پیش سازهای موجودات یوکاریوتی بالاتر.

پس از فروپاشی کمون چه اتفاقی برای جهان RNA افتاد؟ اگرچه کمون از هم پاشید، اما دنیای RNA در هر سلول از هر موجود زنده باقی ماند. اساس زندگی مدرن، بیوسنتز ارثی پروتئین ها است که تمام ویژگی های موجودات زنده موجود را تعیین می کند. پیوند مرکزی در این فرآیند بیوسنتز پروتئین مجموعه ای از انواع مختلف مولکول های RNA است که با یکدیگر تعامل دارند، در درجه اول RNA ریبوزومی، که دستگاه سنتز پروتئین، tRNA را تشکیل می دهد، که اسیدهای آمینه فعال شده را به ریبوزوم می رساند تا زنجیره های پلی پپتیدی بسازد. پروتئین ها، و mRNA، که در برنامه توالی نوکلئوتیدی خود برای سنتز پروتئین حمل می کند (شکل 1 را ببینید). علاوه بر این سه نماینده اصلی دنیای RNA درون سلولی، تعدادی RNA کوچک نیز یافت شده است که فرآیندهای تکثیر و وراثت DNA، کپی ژن و تشکیل را فراهم می کند.

mRNA، تنظیم سنتز پروتئین، انتقال پروتئین از طریق غشا، تنظیم جنین زایی و تمایز سلولی، تعیین طول عمر و غیره. هر ساله انواع جدیدی از RNA های فرعی در سلول های موجودات مدرن کشف می شود و مهمترین نقش آنها در زندگی موجودات آشکار می شود.

تا همین اواخر، ما اطلاعات کمی در مورد دنیای درون سلولی RNA داشتیم، و اکنون یک ارزیابی مجدد جدی از سهم نسبی RNA های غیر ژنتیکی در عملکرد سیستم های زنده وجود دارد. می توان گفت که کلیت مولکول های RNA - دنیای RNA - هنوز هسته حیات را تشکیل می دهد. زندگی مدرن RNA است. انتقال بخشی از عملکردهای ژنتیکی خود به پلیمر مربوط به خود - DNA، و سنتز پروتئین ها برای عملکرد موثر جامع بخش های آن - سلول ها و موجودات چند سلولی.

ادبیات

1. کیزل آ.، بلوزرسکی آ. Uber die Nucleinsaure und die Nucleoproteide der Erbsenkeime // Hoppe-Seyler's Z. physiol. Chemie. 1934. Bd. 229. H. 4-6. S. 160-166.

2. Belozersky A.H., Dubrovskaya I.I.درباره پروتئین ها و اسید تیمونوکلئیک دانه های شاه بلوط اسب // بیوشیمی. 1936. T. 1. S. 665-675.

3. کاسپرسون تی.، لندستروم-هایدن اچ.، آکیلونیوس ال.سیتوپلاسمانوکیئوتید در eiweissproduzierenden Drusenzellen//کروموزوم. 1941. Bd. 2. S. Ill-131.

4. براکت جی.تشخیص هیستوشیمیک و ریز دوز اسیدهای پنتوسنوکلئیک // آنزیمولوژی. 1941-1942، V. 10. P. 87-96.

5. Avery O.T.، MacLeod CM.، McCarty M.مطالعات در مورد ماهیت شیمیایی ماده تحریک کننده تبدیل انواع پنوموکوکی // J. Exp. پزشکی 1944. ج 78. ص 137-158.

6. اسپرین A.S.بیولوژی مدرن و ایمنی بیولوژیکی // بولتن آکادمی علوم روسیه. 1997. شماره 7.

7. چارگاف ای.ویژگی شیمیایی اسیدهای نوکلئیک و مکانیسم تجزیه آنزیمی آنها // Experientia. 1950. V. 6. P. 201-209.

8. چارگاف ای.ساختار و عملکرد اسیدهای نوکلئیک به عنوان اجزای سلولی // Federation Proc. 1951. ج 10. ص 654-659.

9. Wilkins M.F.H.، Stokes A.R.، Wilson H.R.ساختار مولکولی اسیدهای نوکلئیک دئوکسی پنتوز // طبیعت. 1953. ج 171. ص 738-740.

10. فرانکلین آر. ای.، گاسلینگ آر.جی.پیکربندی مولکولی در تیمونوکلئات سدیم // طبیعت. 1953. ج 171. ص 740-741.

11. واتسون جی دی، کریک اف اچ سی.ساختار مولکولی اسیدهای نوکلئیک: ساختاری برای اسیدهای نوکلئیک دئوکسی ریبوز // طبیعت. 1953. ج 171. ص 737-738.

12. واتسون جی دی، کریک اف اچ سی.پیامدهای ژنتیکی ساختار اسید نوکلئیک دزوکسی ریبوز // طبیعت. 1953. ج 171. ص 964-967.

13. اسپرین A.S.بیوسنتز پروتئین ها، دنیای RNA و منشاء حیات // بولتن آکادمی علوم روسیه. 2001. شماره 4.

14. Spirin A.S.، Belozersky A.N.، Shugaeva N.V.، Vanyushin B.F.مطالعه ویژگی گونه اسیدهای نوکلئیک در باکتری ها // بیوشیمی. 1957. T. 22. S. 744-754.

15. بلوزرسکی A.N.، Spirin A.S.ارتباط بین ترکیبات اسیدهای دزوکسی ریبونوکلئیک و ریبونوکلئیک // طبیعت. 1958. ج 182. ص 111-112.

16. کریک F.H.C.موقعیت کنونی مسئله کدگذاری // سمپوزیوم بروکهاون در زیست شناسی. 1959. شماره 12. ص 35-39.

17. Volkin E.، Astrachan L.ترکیب فسفر در اشرشیاکلیاسید ریبونوکلئیک پس از عفونت با باکتریوفاژ T2 //ویروسولوژی. 1956. V. 2. P. 149-161.

18. جیکوب اف.، مونود جی.مکانیسم های تنظیمی ژنتیکی در سنتز پروتئین ها // J. Mol. Biol. 1961. ج 3. ص 318-356.

19. Spirin A.S.، Belitsina N.V.، Aitkhozhin M.A. RNA های پیام رسان در جنین زایی اولیه // مجله زیست شناسی عمومی. 1964. T. 25. S. 321-338.

20. اسپرین A.S. Informosomes // European J. Biochem. 1969. ج 10. ص 20-35.

21. اسپرین A.S.در مورد اشکال "نقاب دار" RNA پیام رسان در جنین زایی اولیه و در سایر سیستم های تمایز // موضوعات فعلی در زیست شناسی رشد. 1966. V. 1. P. 1-38.

22. اسپرین A.S.ریبونوکلئوپروتئین های پیام رسان پوشانده و قابل ترجمه در یوکاریوت های بالاتر // کنترل ترجمه / ویرایش. Hershey J.W.B., Mathews M.B., Sonenberg N., N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1996. ص 319-334.

23. برنر اس.، جیکوب اف.، مسلسون ام.یک واسطه ناپایدار حامل اطلاعات از ژن ها به ریبوزوم ها برای سنتز پروتئین // طبیعت. 1961. ج 190. ص 576-581.

24. گروس اف.، گیلبرت دبلیو.، هیات اچ و همکاران.اسید ریبونوکلئیک ناپایدار با برچسب زدن پالس اشریشیا کلی // طبیعت. 1961. ج 190. ص 581-585.

25. اشپیگلمن اس.رابطه RNA اطلاعاتی با DNA // Cold Spring Harbor Symp. مقدار Biol. 1961. ج 26. ص 75-90.

26. بوگدانوا E.G.، Gavrilova L.P.، Dvorkin G.A.، Kiselev N.A.، Spirin A.S.مطالعه ساختار ماکرومولکولی یک اسید ریبونوکلئیک بسیار پلیمری (ریبوزومی) از اشرشیاکلی// بیوشیمی. 1962. T. 27. S. 387-402.

27. اسپرین A.S.برخی از جنبه های ساختار ماکرومولکولی RNA با پلیمر بالا در محلول // اسیدهای ریبونوکلئیک و پلی فسفات ها: ساختار، سنتز و توابع / ویرایش. Ebel J.P.، Grunberg-Manago M. Paris: Editions du CNRS, 1962. P. 73-87.

28. سالن B.D.، Doty P.تهیه و خواص شیمیایی فیزیکی اسید ریبونوکلئیک از ذرات میکروزومی // J. Mol. Biol. 1959. ج 1. ص 111-126.

29. Spirin A.S.، Gavrilova L.P.، Bresler S.E.، Mosevitsky M.I.مطالعه ساختار ماکرومولکولی اسید ریبونوکلئیک عفونی از ویروس موزاییک تنباکو // بیوشیمی. 1959. T. 24. S. 938-947.

30. اسپرین A.S.در مورد ساختار ماکرومولکولی ریبونوکلئیک اسید بومی با پلیمر بالا در محلول // J. Mol. Biol. 1960. V. 2. P. 436-446.

31. واسیلیف V.D.، Selivanova O.M.، Koteliansky V.E.خود بسته بندی خاص RNA ریبوزومی 16S // حروف FEBS. 1978. ج 95. ص 273-276.

32. واسیلیف V.D.، Serdyuk I.N.، Gudkov A.T.، Spirin A.S.خود سازماندهی RNA ریبوزومی // ساختار، عملکرد و ژنتیک ریبوزوم ها / ویرایش. هاردستی بی، کرامر جی. N.Y.: Springer-Verlag, 1986. P. 128-142.

33. Spirin A.S.، Kiselev N.A.، Shakulov R.S.، Bogdanov A.A.مطالعه ساختار ریبوزوم ها: باز شدن برگشت پذیر ذرات ریبوزومی به رشته های ریبونوکلئوپروتئین و یک مدل تاشو // بیوشیمی. 1963. T. 28. S. 920-930.

34. Lerman M.I.، Spirin A.S.، Gavrilova L.P.، Golov V.F.مطالعات در مورد ساختار ریبوزوم: II. تفکیک مرحله ای پروتئین از ریبوزوم ها توسط کلرید سزیم و جمع آوری مجدد ذرات ریبوزوم مانند // J. Mol. Biol. 1966. ج 15. ص 268-281.

35. Gavrilova L.P.، Lvanov D.A.، Spirin A.S.مطالعات ساختار ریبوزوم ها: III. باز شدن گام به گام ذرات 50S بدون از دست دادن پروتئین ریبوزومی // J. Mol. Biol. 1966. ج 16. ص 473-489.

36. Wimberly B.T.، Brodersen D.E.، Clemons W.M. و همکارانساختار زیرواحد ریبوزومی 30S // طبیعت. 2000. ج 407. ص 327-339.

37. Schlunzen F.، Tocilj A.، Zarivach R. و همکاران.ساختار زیر واحد ریبوزومی کوچک فعال شده با وضوح 3.3 آنگستروم // سلول. 2000. ج 102. ص 615-623.

38. Ban N.، Nissen P.، Hansen J. و همکاران.نسخه های CNRS، ساختار اتمی کامل زیرواحد ریبوزومی بزرگ با وضوح 2.4 E // علم. 2000. V. 289. ص 905-920.

39. Yusupov M.M.، Yusupova G.Zh.، Baucom A. و همکاران.ساختار کریستالی ریبوزوم با وضوح 5.5 A // علم. 2001. ج 292. ص 883-896.

40. کندلیف ای.دخالت خصوصیات RNA ریبوزومی در عملکردهای ریبوزومی تعریف شده: مطالعه ای با استفاده از آنتی بیوتیک ها // ساختار، عملکرد و ژنتیک ریبوزوم ها / ویرایش. هاردستی بی، کرامر جی. N.Y.: Springer-Verlag, 1986. P. 586-604.

41. Fourmy D.، Recht M.I.، Blanchard S.C.، Puglisi J.D.ساختار سایت A از E. coli 16S rRNA کمپلکس با آنتی بیوتیک آمینوگلیکوزید // علم. 1996. ج 274. ص 1364-1371.

42. Puglisi J.D., Williamson J.R.تعامل RNA با لیگاندها و پپتیدهای کوچک // دنیای RNA، ویرایش دوم / ویرایش. Gesteland R.F.، Cech T.R.، Atkins J.F. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999. P. 403^25.

43. الینگتون ا.، زوستاک جی.انتخاب در شرایط آزمایشگاهی مولکول های RNA که لیگاندهای خاص را متصل می کنند // طبیعت. 1990. ج 346. ص 818-822.

44. تورک اس.، گلد ال.تکامل سیستماتیک لیگاندها با غنی سازی نمایی // علم. 1990. V. 249. ص 505-510.

45. Gold L.، ​​Polisky B.، Uhlenbeck 0.، Yarus M.تنوع توابع الیگونوکلئوتیدی // بررسی سالانه Biochem. 1995. ج 64. ص 763-797.

46. کروگر ک.، گراهوسکی پی.جی.، زاگ ا.ج. و همکاران RNA خودجوش: برداشتن خودکار و اتوسیکلیزاسیون توالی مداخله گر RNA ریبوزومی تتراهیرننا// سلول. 1982. ج 31. ص 147-157.

47. Guerrier-Takada C.، Gardiner K.، March T. و همکاران.بخش RNA ریبونوکلئاز P زیرواحد کاتالیزوری آنزیم // سلول است. 1983. ج 35. ص 849-857.

48. چک تی آر، گلدن بی.ال.ساخت یک سایت فعال کاتالیزوری تنها با استفاده از RNA // دنیای RNA. ثانیه ویرایش/ویرایش. Gesteland R.F.، Cech T.R.، Atkins J.F. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999. P. 321-347.

49. نولر اچ.اف.، هافارت وی.، زیمنیاک ال.مقاومت غیرمعمول پپتیدیل ترانسفراز به روش های استخراج پروتئین // علم. 1992. ج 256. ص 1416-1419.

50. Nissen P., Hansen J., Ban N. et al.اساس ساختاری فعالیت ریبوزوم در سنتز پیوند پپتیدی // علم. 2000. V. 289. ص 920-930.

51. اهلکویست پ. RNA پلیمراز وابسته به RNA، ویروس ها و خاموش کردن RNA // علم. 2002. ج 296. ص 1270-1273.

52. گیلبرت دبلیو.جهان RNA // طبیعت. 1986. ج 319. ص 618.

53. گیلبرت دبلیو، د سوزا اس جی.اینترون ها و جهان RNA // دنیای RNA. ثانیه ویرایش/ویرایش. Gesteland R.F.، Cech T.R.، Atkins J.F. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999. P. 221-231.

54. Chetverin A.B.، Chetverina H.V.، Munishkin A.V.در مورد ماهیت سنتز RNA خود به خودی توسط Q(3 replicase // J. Mol. Biol. 1991. V. 222. P. 3-9.

55. Chetverina H.V.، Chetverin A.B.شبیه سازی مولکول های RNA درونکشتگاهی// تحقیقات اسیدهای نوکلئیک. 1993. V. 21. P. 2349-2353.

56. Chetverina H.V.، Demidenko A.A.، Ugarov V.I.، Chetverin A.B.بازآرایی های خود به خودی در توالی های RNA // حروف FEBS. 1999. ج 450. ص 89-94.

57. وای سی.آر.جد جهانی // Proc. Natl. آکادمی علمی ایالات متحده آمریکا. 1998. ج 95. ص 6854-6859.

58. استورز جی.جهان در حال گسترش RNA های غیر کد کننده // علم. 2002. ج 296. ص 1260-1263.

صفحه فعلی: 5 (کل کتاب دارای 45 صفحه) [گزیده خواندنی قابل دسترس: 11 صفحه]

فونت:

100% +

سیگنال های عامل سیس و ویژگی همانندسازی تکثیر و بسته بندی RNA های ویروسی به طور شگفت انگیزی فرآیندهای خاص هستند. هر دوی این فرآیندها مولکول های ویروسی صحیح را از میان هزاران اسید ریبونوکلئیک موجود در سلول به دقت انتخاب می کنند. این عمدتاً به دلیل وجود سیگنال‌های فعال سیس است که به طور انتخابی تکثیر RNA ویروسی و مونتاژ ویریون را تعیین می‌کنند، اما این سیگنال‌ها به وضوح در اکثر ژنوم‌های RNA ویروسی شناسایی نمی‌شوند.

سیگنال‌هایی که مشخص شده‌اند شامل توالی‌های نوکلئوتیدی خطی نیستند، بلکه ساختارهای ثانویه به شکل حلقه‌ها، ساختارهای tRNA مانند و گره‌های کاذب را شامل می‌شوند که اشکال مولکولی سه‌بعدی خاصی ایجاد می‌کنند که فقط با آنزیم‌های ویروسی و پروتئین‌های ساختاری ویروس تعامل دارند. . با این حال، درک مبنای مولکولی برای ویژگی همانندسازی RNA و مونتاژ ویریون به دلیل عدم آگاهی از ساختارهای سه بعدی RNA ویروسی و سیگنال‌های فعال سیس آن محدود شده است.

پروتئین های ساختاری و غیر ساختاری ویروس ها. طبق تعریف، پروتئین‌های ساختاری ویژه ویروس در ذرات ویروسی گنجانده می‌شوند، در حالی که پروتئین‌های غیرساختاری فقط در سلول‌های آلوده یافت می‌شوند. با این حال، ویروس‌هایی با ژنوم‌های RNA منفی، دوقطبی و دو رشته‌ای شامل RdRp و آنزیم‌های مرتبط در نتاج ویریون خود هستند و بنابراین عمدتاً یا منحصراً برای پروتئین‌های ساختاری کد می‌کنند. علاوه بر پلیمراز، آنزیم های کدگذاری شده ویروسی اغلب شامل یک یا چند پروتئاز، RNA هلیکاز، گوانیلیل- و متیل ترانسفرازها، پلی-A پلیمراز، گاهی نوکلئاز و در مورد رتروویروس ها، DNA اینتگراز هستند. در همان زمان، چندین ویروس RNA در چرخه تکثیر آنزیم های سلول میزبان نقش دارند.

پروتئازها محصول ترجمه اولیه را که بخشی از آن هستند در توالی‌های (محل‌های) بسیار تعریف شده می‌شکافند. در برخی از سلول‌های آلوده به پیکورناویروس‌ها، آنها همچنین به طور انتخابی سنتز پروتئین سلول میزبان را با پروتئولیز پروتئین اتصال دهنده کلاهک سلولی مهار می‌کنند. هلیکازها توسط ویروس‌های RNA بزرگ برای ایجاد اختلال در جفت شدن بازهای درون مولکولی در طول سنتز RNA مورد نیاز هستند، اگرچه برخی از RdRp قادر به باز کردن دوبلکس‌های RNA بدون کمک آن هستند. گوانیلیل و متیل ترانسفرازها تقریباً در همه ویروس‌های RNA یوکاریوتی، یک کلاهک 5' روی mRNA می‌سازند، به جز پیکورناویروس‌ها، که RNA آنها درپوش نیست، و ویروس‌های ارتومیکسو و بونیا، که از طریق یک اندونوکلئاز مخصوص کلاهک، کلاهک را از mRNA‌های سلولی می‌دزدند. mRNA اکثر ویروس های حیوانی دارای یک مسیر poly-A در انتهای 3' است، در حالی که ویروس های RNA گیاهی معمولاً ساختاری شبیه به tRNA دارند. پلی آدنیلاسیون معمولاً در نتیجه واکنش جانبی (لغزش) RdRp ویروسی رخ می دهد و نه در نتیجه کار پلی مراز پلی-A، مانند ویروس های آبله.

پروتئین های سلول میزبان نقش اساسی در تکثیر ویروس های حاوی RNA می تواند توسط پروتئین های سلول میزبان ایفا شود. لازم به ذکر است که پروتئین های سلولی مختلف در سیستم های ویروسی مختلف در این فرآیند نقش دارند. بارزترین مثال، کپی RNA باکتریوفاژهای Qb و MS2 است که علاوه بر یک پلی پپتید اختصاصی فاژ، به چهار زیر واحد سلولی برای ارائه فعالیت پلیمراز نیاز دارند: پروتئین ریبوزومی S1. E.coli، دو عامل افزایش طول ترجمه و یک پروتئین اتصال دهنده به RNA. در برخی از ویروس های یوکاریوتی، فاکتورهای ترجمه میزبان نیز ممکن است در همانندسازی RNA دخیل باشند. به عنوان مثال، در بروموویروس ها (ویروس های گیاهی)، زیر واحد آغازگر eIF-3 به RdRp متصل می شود و فعالیت آن را افزایش می دهد. در سلول‌های آلوده، چندین پروتئین میزبان دیگر با توالی‌های نوکلئوتیدی انتهایی RNA ویروسی تعامل دارند. از جمله پروتئین های متصل شونده به پلی-A و پلی پیریمیدین، کارلتیکولین و پروتئین های Ro و L هستند که با RNA های هسته ای کوچک در تعامل هستند. اگرچه باید توجه داشت که تشخیص فعل و انفعالات تصادفی از آنهایی که نقش های عملکردی دارند، اغلب دشوار است.

غشای سلول میزبان برخلاف رپلیکازهای فاژ، RdRp ویروس‌های یوکاریوتی همواره با ساختارهای فوق مولکولی مرتبط است: غشای سلول میزبان در ویروس‌های (+)RNA، نوکلئوکپسیدها در ویروس‌های (-)RNA، و ذرات زیر ویروسی در ویروس‌های lncRNA. غشاهای درون سلولی سلول‌های آلوده به ویروس‌هایی با ژنوم RNA (+) به سرعت در معرض توزیع مجدد قرار می‌گیرند و مکان‌هایی را برای مجتمع‌های تکثیر ویروسی تشکیل می‌دهند. هنگامی که این کمپلکس ها از غشاها جدا می شوند، توانایی خود را برای کاتالیز همانندسازی RNA واقعی از دست می دهند، اگرچه اغلب توانایی محدودی برای کپی کردن الگوی RNA را حفظ می کنند. در مطالعه عفونت نوداویروس، فعالیت واقعی RNA replicase RdRp تا حدی خالص شده با افزودن فسفولیپیدهای گلیسرول به عصاره بدون سلول بازسازی شد. این نتایج از این ایده حمایت می کند که سازمان غشاء نقش مرکزی را در تکثیر (+) RNA ایفا می کند. زمانی که برفلدین A تکثیر RNA ویروس فلج اطفال را مهار کرد، به همین نتیجه رسید که برهمکنش‌های غشای داخل سلولی را مسدود می‌کند. اگرچه نقش خاص غشاها مشخص نیست، اما به احتمال زیاد آنها می توانند با کاهش زمان فرآیند و جداسازی مولکول های دختر از قالب ها، مونتاژ کمپلکس های همانندسازی را تسریع بخشند.

مکانیسم های تکثیر ژنوم RNA همانطور که قبلا ذکر شد، تکثیر ژنوم های RNA توسط RdRp مخصوص ویروس انجام می شود که می تواند بخشی از ویریون باشد یا توسط ژنوم تعیین شود. برخلاف آنزیم‌هایی که DNA را با استفاده از پرایمر کپی می‌کنند، اکثر RdRp می‌توانند سنتز RNA را آغاز کنند از نو. یک استثناء Picornavirus RdRp است که از یک پروتئین ویروسی کوچک (VPg) که به طور کووالانسی به اوراسیل متصل است برای شروع سنتز استفاده می کند. VPg در طول ترجمه ژنوم حذف می شود، اما هنگامی که محصور می شود، حفظ می شود.

جالب توجه است، در توگا ویروس ها (ویروس Sindbis)، همانندسازی (+)RNA در مرحله سنتز منهای رشته (تشکیل RF) تنها توسط نسخه انتقالی RdRp انجام می شود که متعاقباً به صورت پروتئولیتی پردازش می شود، که ویژگی ماتریس را تغییر می دهد. RdRp برای سنتز رشته های مثبت.

تکثیر (+)RNA فلج اطفال .

فلج اطفال ویروس های کوچک (27 نانومتر) ایکوسادرال بدون پوشش هستند که مهره داران را آلوده می کنند. ژنوم یک RNA خطی تک رشته ای با قطبیت مثبت است. در انتهای 5'، RNA از طریق باقیمانده تیروزین به پروتئین ژنومی انتهایی پیوند کووالانسی دارد؛ انتهای 3' پلی آدنیله شده است (شکل 8).

همانندسازی/رونویسی ژنوم توسط RNA پلیمراز تعیین شده توسط انتهای 3' ژنوم انجام می شود که بلافاصله پس از ورود ویروس به سلول ترجمه می شود.

شکل 8 - طرح تکثیر RNA ویروس فلج اطفال

علاوه بر RNA پلیمراز، یک پروتئین با وزن مولکولی پایین پایانی مخصوص ویروس (VPg) در سلول سنتز می شود که از طریق تیروزین به مولکول اوراسیل متصل می شود. این ساختار توسط RNA پلیمراز به عنوان یک آغازگر استفاده می شود - یعنی شروع نهایی با استفاده از یک آغازگر نوکلئوتیدی-پروتئینی رخ می دهد. سنتز با جابجایی زنجیره ادامه می یابد. مولکول های (+)RNA حاصل به عنوان mRNA استفاده می شود تا زمانی که مقدار کافی از پروتئین های ویژه ویروس انباشته شود، پس از آن شروع به محصور شدن در یک ذره ویروسی می کنند.

لازم به ذکر است که الگوی ارائه شده از تکثیر ژنومی (+)RNA ویروس های فلج اطفال جهانی نیست. ژنوم‌های RNA ویروسی (+) در سازماندهی ساختارهای پایانی 5' و 3' متفاوت هستند، که ویژگی‌های همانندسازی آنها را با شروع سنتز تعیین می‌کند.

همانندسازی ژنوم های (-)RNA .

ژنوم های RNA ویروسی (-) می توانند پیوسته یا قطعه بندی شوند. در همه موارد، RNA بخشی از یک ریبونوکلئوپروتئین است که ویژگی های همانندسازی آن را تعیین می کند، زیرا RNA پروتئین زدایی شده نمی تواند به عنوان الگویی برای پلیمراز عمل کند. همه ویروس‌های دارای ژنوم (-)RNA دارای RNA پلیمراز وابسته به RNA خود هستند که بخشی از RNP است. برای به دست آوردن یک ژنوم تمام قد، ​​باید یک رشته به علاوه تمام طول همانندسازی شونده سنتز شود. با این حال، در مرحله اول چرخه تولید مثل، RNA ژنومی (-) به عنوان الگویی برای رونویسی عمل می کند، که با پردازش mRNA بعدی ادامه می یابد و نمی تواند به عنوان الگویی برای سنتز یک کپی تمام طول عمل کند. سنتز RNA تمام قد (+) همانندسازی کننده تنها پس از انباشته شدن پروتئین های ویروسی مربوطه شروع می شود که پایان زودرس RNA را در نواحی داخلی الگو سرکوب می کند. چگونگی این اتفاق هنوز ناشناخته است. سنتز RNA آنتی ژنومیک و ژنومیک به عنوان بخشی از RNP رخ می دهد.

تکثیر LncRNA از reoviruses .

Reoviruses ذرات دو کپسیدی (60-75 نانومتر) با یک نوع تقارن ایکو وجهی هستند که مهره داران، بی مهرگان و گیاهان را آلوده می کنند. ژنوم از 10-12 قطعه lncRNA تشکیل شده است.

تکثیر LncRNA به طور جدایی ناپذیری با رونویسی پیوند خورده است که اولین گام آن است.

1 سنتز (+)RNA روی یک الگوی دو رشته‌ای طبق یک نوع محافظه کارانه بدون جابجایی زنجیره انجام می‌شود و به عنوان بخشی از یک ذره ویروسی تک کپسید با مشارکت پروتئین‌های هسته - RNA پلیمراز وابسته به RNA ویروسی (VP2) و گوانیدیل ترانسفراز (VP3). mRNA ها از طریق منافذ کپسید داخلی ذره را ترک می کنند.

2 رشته بعلاوه RNA با پروتئین های هسته تازه سنتز شده و پروتئین های غیر ساختاری (NS) ترکیب می شوند. در طول بلوغ ویریون، RNA پلیمراز سنتز رشته‌های منفی روی الگوی (+)RNA را با مکانیسم ترمیم انجام می‌دهد و آن را به داخل کپسید تشکیل‌دهنده می‌کشد. ذره تک کپسید تشکیل شده دوباره می تواند سنتز رشته های بعلاوه RNA را آغاز کند.

همانطور که در مورد فلج اطفال، روش ارائه شده برای تکثیر ژنوم reovirus برای ویروس های دارای ژنوم lncRNA جهانی نیست. به عنوان مثال، در فاژ φb، سنتز رشته‌های بعلاوه روی دوبلکس والدین طبق یک مدل نیمه محافظه‌کار اتفاق می‌افتد و همیشه با جابجایی رشته RNA قبلی (+) همراه است.

در فرآیند تکثیر، ویروس های حاوی DNA چندین مرحله را انجام می دهند که ویروس های ژنومی RNA انجام نمی دهند. برای اکثر ویروس های حاوی DNA، استراتژی های ژنتیکی عبارتند از: انتقال DNA ویریون به هسته سلول، شروع رونویسی از این DNA، القای رونویسی ژن های ویروسی اضافی، آماده سازی سلول برای تکثیر DNA ویروسی، تکثیر ژنوم DNA، بسته بندی DNA به ویریون ها و آزادسازی ذرات ویروسی از هسته ها. علاوه بر این، بسیاری از ویروس های DNA مکانیسم های منحصر به فردی را برای فرار از دفاع ایمنی بدن و توانایی ایجاد تومور در حیوانات ایجاد کرده اند. در روابط صمیمانه با میزبان خود، ویروس ها از سیستم های تنظیم کننده سلولی کلیدی بهره برداری می کنند و فرآیندهای سلولی مهم را غصب می کنند. در این راستا، مطالعه جنبه‌های مختلف تکثیر ویروس DNA، دانش بنیادی جدیدی را در مورد فرآیندهای مولکولی که در سلول اتفاق می‌افتد، از جمله بیان ژن، همانندسازی DNA و کنترل چرخه تقسیم سلولی ارائه می‌دهد.

آماده سازی سلول ها برای تکثیر DNA ویروسی. در طول یک عفونت ویروسی مولد، بسیاری از ویروس‌های DNA می‌توانند 100000 نسخه یا بیشتر از ژنوم را از یک مولکول ژنوم در عرض چند روز بسازند. این امر مستلزم کار بسیاری از پروتئین‌ها، از جمله پروتئین‌های متصل به DNA و پلیمرازها، و همچنین عرضه فراوان نوکلئوتید است. برخی از ویروس های DNA تنها در سلول هایی تکثیر می شوند که به طور طبیعی DNA خود را تکثیر می کنند، بنابراین محیط سلولی لازم را برای تکثیر DNA ویروسی فراهم می کنند. سایر ویروس‌های DNA نیز به شدت به سیستم‌های تکثیر DNA سلولی وابسته هستند، اما این ویروس‌ها پروتئین‌هایی را کد می‌کنند که چرخه تقسیم سلول را تحریک می‌کنند. در نهایت، برخی از بزرگترین ویروس‌های DNA از ماشین‌های تکثیر سلولی استفاده محدودی می‌کنند خود نسخه های ویروسی بسیاری از پروتئین های ضروری را کد می کنند.

اولین گروه از ویروس ها شامل ساده ترین ویروس های حاوی DNA از خانواده است Parvoviridaeکه دارای ژنوم تک رشته ای خطی هستند. پاروویروس‌ها فقط می‌توانند DNA خود را تکثیر کنند و یک چرخه عفونی کامل را فقط در سلول‌هایی انجام دهند که در مرحله تکثیر DNA هستند - یعنی در فاز S چرخه سلولی.

در واقع، بیان ژن ویروسی تا زمانی که سلول وارد فاز S نشده و ژنوم DNA ویروسی به یک RF دو رشته‌ای که الگویی برای رونویسی است تبدیل نشود، فعال نمی‌شود. با این حال، برخلاف سایر ویروس‌ها که به سلول‌ها نیاز دارند تا به طور فعال DNA خود را کپی کنند، پاروویروس‌ها قادر به تحریک سلول برای ورود به فاز S نیستند. در این راستا، آنها تنها در صورتی می توانند با موفقیت تولید مثل کنند که وارد سلولی شوند که در حال حاضر سنتز DNA را انجام می دهد. برخی از پاروویروس‌ها، به‌ویژه ویروس مرتبط با آدنا (AAV)، نیازهای سخت‌گیرانه‌تری دارند و فقط می‌توانند در حضور یک کمک کننده، آدنوویروس یا هرپس ویروس که محصولات ژنی آن بیان ژن پاروویروس و تکثیر DNA را فعال می‌کند، تکثیر شوند.

سایر ویروس های DNA به منظور ایجاد شرایط برای تکثیر DNA خود، سلول ها را برای تقسیم تحریک می کنند. برای این ویروس‌ها، تکثیر DNA ویروسی نتیجه تعامل بین پروتئین‌های تکثیر سلولی و پروتئین‌های ویروسی است که مستقیماً در تکثیر نقش دارند و همچنین پروتئین‌های آغازگر که در مبدا تکثیر دستگاه تکثیر ویروسی قرار دارند. این ویروس‌های DNA، دستگاه تکثیر سلولی را برای تکثیر ویروسی با مشارکت در برهمکنش‌های پروتئین-پروتئین با مولکول‌های کلیدی تنظیم‌کننده سلولی، بازآرایی می‌کنند، که برخی از آنها به‌عنوان چاپرون عمل می‌کنند، که به آنها اجازه می‌دهد مجتمع‌های پروتئینی را تثبیت کنند. اغلب، این فعل و انفعالات منجر به خنثی شدن پروتئین های سرکوبگر تومور سلولی مانند فاکتور رونویسی p53 و اعضای خانواده پروتئین رتینوبلاستوما (Rb) و در نتیجه، فعال شدن رشد سلولی می شود.

پروتئین های ویروسی که حالت تکثیر سلولی را تحریک می کنند، معمولا اعضای خانواده Rb P105Rb، p107 و p130 را غیرفعال می کنند. غیرفعال سازی Rb از سرکوب تقسیم سلولی جلوگیری می کند و اجازه رونویسی با واسطه E2F را می دهد، که بیان پروتئین های سلولی متعدد مورد نیاز برای فاز S را تحریک می کند، از جمله DNA پلیمراز α، تیمیدین کیناز، ریبونوکلئوتید ردوکتاز، و تیمیدیلات سنتاز. برخی از پروتئین های ویروسی مانند آدنوویروس E1A و ویروس پاپیلومای انسانی E7 مستقیماً به پروتئین های Rb متصل می شوند و عملکرد آنها را مهار می کنند و در نتیجه E2F را فعال می کنند. سایر پروتئین‌های ویروسی فعالیت کینازهای وابسته به سیکلین (Cdks) را تنظیم می‌کنند که فسفوریلاسیون Rb را کاتالیز می‌کنند و منجر به فعال‌سازی E2F و رونویسی ژن‌های تنظیم‌شده با E2F می‌شوند. تعدادی از پروتئین های ویروسی می توانند به طور غیر مستقیم بر تنظیم چرخه تقسیم سلولی تأثیر بگذارند. برای مثال، پروتئین‌های E1B-55KB و E4orf6 آدنوویروس‌ها و E6 ویروس‌های پاپیلومایی از طریق تعامل با CBP/p300، که یک هم‌فعال‌کننده ژن p53 است، از عملکرد فاکتور رونویسی p53 جلوگیری می‌کنند. لغو عملکرد p53 منجر به کاهش بیان بازدارنده تقسیم سلولی p21 (یک سرکوب کننده کمپلکس Cdk-cyclin) می شود، بنابراین Cdk فعال می شود و بر این اساس، انتقال سلول ها به فاز S می شود. به طور مشابه، آدنوویروس E1A به p27 که یک مهارکننده Cdk است متصل می شود و اثرات آن را خنثی می کند. آنتی ژن T بزرگ ویروس سیمیان SV40 نه تنها Rb و p53 را متصل و غیرفعال می کند، بلکه چندین عملکرد را که مستقیماً برای تکثیر DNA ویروسی لازم است را انجام می دهد. مکانیسم دیگر از آنتی ژن T میانه پلیوماویروس و پروتئین E5 ویروس پاپیلومای گاوی استفاده می کند. این پروتئین ها آبشار سیگنالینگ را با واسطه گیرنده فاکتور رشد فعال می کنند و احتمالاً بیان زیرواحد تنظیم کننده Cdk، سیکلین D را تحریک می کنند، بنابراین فعالیت Cdk و فسفوریلاسیون پروتئین های خانواده Rb را تحریک می کنند. برخی از پروتئین‌های تبخال و هپادناویروس نیز با فعال کردن پروتئین‌های انتقال سیگنال درون سلولی NFKB، P21ras و pp60c-src، آبشارهای سیگنالینگ را تحریک می‌کنند.

القای مجموعه ای از پروتئین های تکثیر سلولی عواقب عمیقی بر سلول میزبان دارد که به اجبار برای تکثیر DNA القا می شود. هنگامی که سیگنال تکثیر به طور پایدار حفظ می شود، به عنوان مثال در سلول های غیر مجاز که قادر به پشتیبانی از تکثیر DNA ویروسی نیستند، سلول ها می توانند دچار دگرگونی سرسختانه شوند. بنابراین، بسیاری از ویروس‌های DNA نه تنها سلول‌های ساکن را برای تکرار چرخه‌های تقسیم تحریک می‌کنند، بلکه سلول‌ها را در کشت تبدیل می‌کنند و باعث ایجاد تومور در حیوانات می‌شوند. توانایی در نظر گرفته شده بسیاری از ویروس‌های DNA تومورزا برای تحریک رشد نامحدود سلولی، ویژگی تکثیر ویروسی طبیعی نیست، بلکه نشان‌دهنده پاسخ ناهنجار سلولی به عفونت ویروسی است. بر این اساس، پاروویروس‌ها که قادر به تحریک تکثیر DNA سلولی نیستند، از معدود ویروس‌های حاوی DNA هستند که سلول‌ها را تبدیل نمی‌کنند. با این حال، توانایی ویروس ها برای تحریک سنتز DNA سلولی همیشه با توانایی آنها در تبدیل سلول ها مرتبط نیست. به عنوان مثال، برخی از ویروس‌های تبخال سنتز DNA را تحریک می‌کنند، برخی دیگر این کار را انجام نمی‌دهند و با این حال در واقع از تقسیم سریع سلولی جلوگیری می‌کنند. چنین ویروس های بزرگی با ظرفیت رمزگذاری زیاد خود قادرند محیط مناسبی را برای تکثیر DNA ویروسی بدون فعال کردن دستگاه تکثیر سلولی ایجاد کنند.

نیاز به نوکلئوتید برای همانندسازی DNA همانطور که در بالا توضیح داده شد، تکثیر پاروویروس نیاز به سلول‌ها در فاز S دارد و پاپیلوماویروس‌ها، پلیوماویروس‌ها و آدنوویروس‌ها سلول‌ها را برای ورود به فاز S تحریک می‌کنند که به غلظت بالایی از تری فسفات‌های دئوکسی نوکلئوزید (dNTPs) برای سنتز DNA نیاز دارد. از طریق قرار گرفتن در معرض اعضای خانواده پروتئین Rb و E2F، پاپیلوماویروس ها و آدنوویروس ها سنتز آنزیم ریبونوکلئوتید ردوکتاز را تحریک می کنند، که برای حفظ سطح dNTP کافی برای تکثیر ویروسی لازم است. در مقابل، ویروس های تبخال و ویروس های آبله قادر به تکثیر در سلول های در حال استراحت هستند. یکی از دلایلی که این ویروس ها می توانند نیاز فاز S را دور بزنند، توانایی آنها در رمزگذاری آنزیم های سنتز dNTP، ریبونوکلئوتید ردوکتاز و تیمیدین کیناز است. در موارد ویروس هرپس و ویروس زوستر/واریسلا، تیمیدین کیناز ویروسی نکته کلیدی برای شیمی درمانی ضد ویروسی است زیرا این آنزیم ویروسی آنالوگ های نوکلئوزیدی مانند آسیکلوویر را به طور موثرتری نسبت به آنزیم های سلولی فسفریله می کند. این آنالوگ های dNTP که به فرم فسفات تبدیل شده اند، به طور انتخابی با تکثیر DNA ویروس هرپس تداخل می کنند.

صرف نظر از نوع ژنوم DNA، واحد همانندسازی آن به اصطلاح است replicon واحدی از ژنوم که قابلیت تکثیر مستقل را دارد. رپلیکون یک توالی نوکلئوتیدی است که بین مبدأ همانندسازی (منشا یا اوری) و انتهای همانندسازی (پایانه) قرار دارد. فرآیند تکثیر DNA به سه مرحله تقسیم می شود: شروع زنجیره، طویل شدن زنجیره و پایان سنتز. ویروس‌هایی با انواع مختلف ژنوم DNA، استراتژی‌های تکثیر اصلی را اجرا می‌کنند. در این مورد، ویژگی های اصلی در هنگام شروع سنتز مشاهده می شود.

اصول اساسی همانند سازی ژنوم DNA ویروس ها.

شروع سنتز DNA بیشتر DNA ویروس یوکاریوتی (به جز ویروس های آبله) ژنوم آنها را در هسته تکثیر می کند. تکثیر ژنوم DNA ویروس ها در نقاط خاصی آغاز می شود.

برخلاف منشاهای سلولی که یک بار در طول چرخه سلولی فعال می شوند، نقاط اوری ویروسی می توانند در طول یک چرخه تکثیر بارها شلیک کنند. شروع سنتز زنجیره DNA تنها می تواند در حضور پرایمر DNA پلیمراز رخ دهد. نوع بذر و روش تشکیل آن در ویروس های مختلف متفاوت است و منحصر به فرد بودن سیستم های تکثیر ویروسی را تعیین می کند. سه راه اصلی برای شروع سنتز DNA وجود دارد (به پاراگراف 3.7.1.1، ص 63 مراجعه کنید).

طویل شدن زنجیره در طول تکثیر ژنوم های ویروسی اساساً با روند سنتز DNA سلولی تفاوت ندارد. از آنزیم ها، پروتئین های کمکی و پروتئین های تکثیر متعلق به سلول میزبان و ویروس استفاده می شود. سنتز DNA، به عنوان یک قاعده، توسط DNA پلیمراز α وابسته به DNA انجام می شود. خاصیت اصلی سنتز قطبیت آن است که در آن نوکلئوتید بعدی به انتهای 3' زنجیره در حال رشد متصل می شود. یعنی جهت سنتز از 5'- به انتهای 3' می رود، قرائت از 3'- به انتهای 5' است. ویژگی های سنتز رشته های مکمل با روش شروع همراه است. در ماتریس dsDNA، سنتز از طریق تشکیل یک چنگال همانندسازی (شکل 9) یا با جابجایی رشته، در ماتریس ssDNA، توسط مکانیسم تعمیر انجام می‌شود.

در فورک های تکرار، یک رشته (لیدر) به طور مداوم در جهت از 5'- تا انتهای 3' کپی می شود. از آنجایی که رشته دیگر (موقع) نیز باید از انتهای 5'– تا 3' سنتز شود، به طور متناوب کپی می‌کند و مکرراً شروع به سنتز می‌کند و قطعات کوتاه اوکازاکی را به هم متصل می‌کند. سنتز DNA در چنگال همانندسازی توسط مجموعه کاملی از پروتئین های آنزیمی که ممکن است منشأ متفاوتی داشته باشند، فراهم می شود. ویروس های کوچک حاوی DNA از پروتئین های تکثیر شونده سلولی استفاده می کنند. تکثیر پلیوماویروس SV40 به بهترین وجه مورد مطالعه قرار گرفته است، جایی که پروتئین های تکثیر شونده در یک سیستم عاری از سلول شناسایی شده اند. درونکشتگاهی.

شکل 9 - طرح تکثیر DNA با استفاده از چنگال همانندسازی

مشخص شده است که 10 پروتئین در همانندسازی DNA SV40 نقش دارند. 9 مورد از آنها منشأ سلولی دارند: DNA پلیمراز α (مسئول شروع سنتز DNA در نقطه اوری و سنتز رشته عقب مانده). پریماز (مرتبط با DNA پلیمراز و سنتز قطعات اوکازاکی را آغاز می کند). DNA پلیمراز d (مسئول سنتز رشته اصلی و تکمیل سنتز قطعات اوکازاکی)؛ آنتی ژن هسته ای سلول پرولیفراتیو (PCNA)، که به DNA پلیمراز d متصل می شود و حلقه ای را در اطراف DNA تشکیل می دهد و فرآیند پلیمراز را افزایش می دهد. فاکتور همانندسازی هتروپنتامری C - RF-C (حلقه PCNA را به DNA متصل می کند و پلیمراز d را تحریک می کند). RPA، پروتئین اتصال دهنده ssDNA؛ RNase H (همه ریبونوکلئوتید پرایمر RNA به جز یک را حذف می کند). اگزونوکلئاز FEN-1، همچنین به عنوان MF-1 شناخته می شود (ریبونوکلئوتید باقیمانده را حذف می کند). DNA لیگاز I (قطعات اوکازاکی را پیوند می دهد). توپوایزومراز I و/یا توپوایزومراز II (سوپرپیچ ها را در طول سنتز از بین می برد). تنها پروتئین ویروسی مورد نیاز برای تکثیر DNA SV40 آنتی ژن T بزرگ است که دارای خواص هلیکاز است و اجازه می دهد تا ساختار دو رشته ای در چنگال همانندسازی باز شود.

سایر ویروس ها خود تقریباً تمام پروتئین های چنگال تکثیر را فراهم می کنند. به عنوان مثال، فاز طویل شدن تکثیر DNA آدنوویروس در شرایط آزمایشگاهی توسط یک زیرواحد DNA پلیمراز آدنوویروسی، یک پروتئین اتصال به DNA تک رشته‌ای آدنوویروسی که می‌تواند فرآیند پلیمراز را افزایش دهد و توپوایزومراز سلولی I یا II فراهم می‌کند. این سادگی تا حدودی به دلیل ماهیت غیرعادی تکثیر DNA آدنوویروس است که فاقد سنتز رشته عقب مانده است.

ویروس‌های DNA بزرگ به میزان بیشتری آنزیم‌های همانندسازی را برای خود فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، ویروس های تبخال یک DNA پلیمراز، یک عامل افزایش طول، یک کمپلکس پریماز-هلیکاز، یک پروتئین تک رشته ای متصل شونده به DNA، و احتمالا تعدادی از پروتئین های ویروسی دیگر که شناسایی نشده اند را رمزگذاری می کنند.

خاتمه سنتز در مورد ژنوم های دایره ای، پایان سنتز و واگرایی ژنوم ها ساده می شود، زیرا سنتز رشته دختر به صورت دایره ای و در انتهای یک چرخش کامل در نقطه اوری یا در طول همانندسازی دو طرفه در وسط انجام می شود. حلقه، انتهای 3' و 5' رشته تازه سنتز شده با هم ترکیب شده و بسته می شوند. حلقه های بهم پیوسته توسط توپوایزومراز جدا می شوند. در DNA خطی سنتز شده با استفاده از آغازگرهای RNA، همه چیز پیچیده تر است. حذف پرایمر RNA منجر به یک مولکول DNA با انتهای 3' آویزان و یک شکاف در انتهای 5' می شود. دو راه برای تکمیل تکثیر با تشکیل یک کپی کامل از زنجیره الگو پیشنهاد شده است: استفاده از concatamers یا از طریق تشکیل یک سنجاق سر.

الگوهای تکثیر اولیه ویروس های ژنومی DNA.

1 شروع ترمینال با استفاده از مکانیزم خود پرایمینگ.

2 شروع پایانی با پرایمر پروتئین نوکلئوتیدی (B-N).

3 مکانیزم حلقه نورد.

4 طرح کرنز.

5 تکرار از طریق یکپارچه سازی.

1 همانندسازی با استفاده از شروع ترمینال با استفاده از مکانیزم خود پرایمینگ (شکل 10). پاروویروس‌ها دارای این نوع تکثیر DNA ژنومی هستند که در آن ژنوم با یک ssDNA خطی نشان داده می‌شود که دارای توالی‌های خود تکمیلی در هر دو انتها است که ساختارهای سنجاق سر را تشکیل می‌دهند. انتهای 3' DNA دارای یک توالی 125 نوکلئوتیدی منحصر به فرد است که ساختار سنجاق سر T شکل دو رشته ای را تشکیل می دهد که به عنوان آغازگر DNA پلیمراز عمل می کند.

در نتیجه سنتز ترمیم رشته مکمل، DNA پلیمراز یک دوبلکس را دوباره ایجاد می کند که هر دو رشته آن به صورت کووالانسی در یک انتها به هم متصل شده اند. در این مورد، بخش 3'-پایانه ژنوم والدین به عنوان یک الگو استفاده نمی شود. در نتیجه، تولید مثل کامل ژنوم ویروسی هنوز اتفاق نیفتاده است. در مرحله بعدی، آنزیم اختصاصی ویروس یک گسست در زنجیره والد در مرز بین بخش های تکرار شده و تکرار نشده توالی (بین 125 تا 126 نوکلئوتید) ایجاد می کند.

شکل 10 - طرح مراحل اول تکثیر DNA تک رشته ای پاروویروس ها

نوکلئوتیدهای پایانی 125 ژنوم والدین به بخشی مشروط از زنجیره تازه سنتز شده تبدیل می شوند و انتهای 3' زنجیره والدینی که به این ترتیب تشکیل شده است برای بازسازی آن استفاده می شود. در نتیجه این واکنش ها، یک شکل تکثیر شونده پراکنده دو رشته ای از DNA ویروسی ایجاد می شود (شکل 10). به دنبال آن زنجیره ای از واکنش ها، از جمله تشکیل یک پرایمر DNA به شکل "گوش های خرگوش" در یک انتها، سنتز یک رشته جدید با جابجایی والد، و تشکیل یک شکل تکرار شونده دیگر انجام می شود. دومین شکل همانندسازی DNA به عنوان الگویی برای سنتز بیشتر DNA ویروسی استفاده می شود و مولکول تک رشته ای که از دوبلکس جابجا شده است یا وارد چرخه همانندسازی می شود یا بخشی از ذره ویروسی دختر است.

2 همانندسازی با استفاده از شروع پایانی با استفاده از آغازگر نوکلئوتیدی پروتئین (شکل 11). آدنوویروس ها دارای این نوع تکثیر DNA ژنومی هستند که ژنوم آن با یک dsDNA خطی با تکرارهای معکوس در انتهای 5' و پروتئین های ژنومی متصل کووالانسی با m.m نشان داده می شود. 55 کیلو دالتون

در یک سلول آلوده به آدنوویروس، یک پروتئین ویژه ویروس 80 کیلو دالتون سنتز می شود که از طریق سرین به دئوکسی سیتیدین متصل می شود. ساختار حاصل B-Ser - dCTPپرایمری است که به طور مکمل از طریق سیتوزین به گوانوزین انتهایی 3 ژنوم متصل می شود و سنتز زنجیره DNA را آغاز می کند.

شروع ممکن است در هر دو انتهای DNA والدین رخ دهد و ممکن است به طور همزمان یا متوالی رخ دهد. با شروع متوالی، سنتز رشته دختر با جابجایی یکی از رشته های مادر همراه است و سنتز رشته مکمل بر اساس مکانیسم ترمیم روی یک ماتریس تک رشته ای انجام می شود. در همان زمان، مکانیسم دیگری برای سنتز رشته دوم نیز مورد بحث قرار می گیرد. DNA تک رشته ای جایگزین شده دارای تکرارهای وارونه خود تکمیلی در انتها است که بازپخت شده و نقطه اوری دو رشته ای را بازیابی می کند و توسط پروتئین های آغازگر که سنتز دوبلکس والد-دختری را فراهم می کند، شناسایی می شود. بنابراین، هر دوبلکس والد به صورت نیمه محافظه کارانه کپی می شود.

شکل 11 - طرح تکثیر ژنوم آدنوویروس

با این حال، فرآیند بدون سنتز رشته عقب مانده ادامه می یابد. بدون تشکیل مکان های متعدد شروع و سنتز قطعات اوکازاکی.

3 همانندسازی ژنوم های دایره ای توسط مکانیسم حلقه نورد (شکل 12). حلقه نورد یک روش همانند سازی است که در آن چنگال همانند سازی چرخش های زیادی را روی ماتریس حلقه انجام می دهد. رشته ای که در هر چرخه سنتز می شود، رشته قبلی (همولوگ) مولکول دو رشته ای سنتز شده در چرخه قبلی را جابجا می کند و دمی را تشکیل می دهد که از مجموعه ای از توالی های مکمل حلقه الگوی تک رشته ای تشکیل شده است. به طور کلی تکثیر حلقه نورد دارای مراحل زیر است:

شکل 12 - طرح تکثیر ژنوم DNA با توجه به مکانیسم حلقه نورد

1 یک آنزیم ویژه ویروس، یک شکستگی تک رشته ای را در یک مکان منحصر به فرد در زنجیره اصلی شکل همانندسازی ایجاد می کند.

2 آنزیم به انتهای 5' متصل می ماند و نوکلئوتید 3' آزاد شده به عنوان آغازگر DNA پلیمراز عمل می کند.

3 DNA پلیمراز نوکلئوتیدهای یک زنجیره بسته مکمل را اضافه می کند، یعنی فقط زنجیره اصلی سنتز می شود. انتهای 5' رشته مادر جابجا شده است. تشکیل مولکول های سیگما (δ) مشاهده می شود.

4 پس از اینکه چنگال تکثیر کمی بیشتر از یک چرخش کامل کامل شد، رشته جابجا شده به یک حلقه بسته می شود و آنزیم به سمت رشته جدید سنتز شده حرکت می کند و چرخه تکرار می شود. بنابراین، رشته جدید سنتز شده، که دارای یک توالی ژنومی است، جزء RF می شود و رشته قبلی (والد) به شکل آزاد در می آید.

ویروس ها فقط حاوی یک نوع اسید نوکلئیک هستند، DNA یا RNA. DNA ویروسی می تواند تک رشته ای یا دو رشته ای و خطی یا دایره ای باشد. اسیدهای نوکلئیک ویروسی پروتئین های خاص ویروس و آنزیم های لازم برای تکثیر ویروس در سلول میزبان را کد می کنند.

تکثیر ویروس های حاوی DNA طبق یک مکانیسم نیمه محافظه کار مشترک در تمام DNA پیش می رود. در ماتریکس DNA ویروسی، mRNA ابتدا سنتز می شود و سپس تشکیل پروتئین های ویروسی رخ می دهد. این فرآیند به طور کامل توسط دستگاه متابولیک سلول میزبان تامین می شود.

تکثیر ویروس های RNA به دو صورت اتفاق می افتد

اولینبا مشارکت RNA پلیمراز وابسته به RNA (RNA سنتاز یا RNA replicase) انجام می شود. این در ویروس های آنفولانزا، سرخک ذاتی است. تشخیص ویروس ها:

• حاوی (+) - زنجیره RNA (به اضافه رشته)، که هم به عنوان mRNA و هم ژنوم و هم به عنوان ویروس عمل می کند،
• حاوی یک رشته RNA (-) (منهای رشته) که فقط به عنوان ژنوم عمل می کند.

همچنین ویروس هایی وجود دارند که حاوی RNA دو رشته ای هستند.

1. زنجیره (+)-RNA ویروس می تواند به طور مستقیم در ترجمه به عنوان mRNA استفاده شود. بنابراین، هنگامی که یک ویروس (+)-RNA (پلی میولیت، ویروس هپاتیت A) وارد سلول می شود، RNA آن به ریبوزوم های سلول متصل می شود و به یک زنجیره پروتئینی تبدیل می شود. این زنجیره توسط پروتئاز ذره ویروسی به 7 پروتئین شکسته می شود که یکی از آنها RNA سنتاز است. پس از ظهور RNA سنتاز، تکثیر RNA ویروسی آغاز می شود. در مرحله اول، زنجیره RNA (-) روی (+) -رشته مانند روی الگو تشکیل می شود و در مرحله دوم، رشته (-) به عنوان الگوی سنتز (+) RNA عمل می کند. زنجیره های یکسان با زنجیره های ویروسی
2. رابدوویروس ها (هاری، ابولا، ویروس های ماربورگ) و پارامیکسو ویروس ها (پارانفولانزا، سرخک، ویروس اوریون) دارای RNA رشته ای (-) هستند که نمی تواند مستقیماً به پروتئین ترجمه شود. به جای ترجمه، این (-)-RNA به عنوان الگوی رونویسی برای (+)-RNA استفاده می شود. رونویسی توسط RNA سنتاز که در ذره ویروسی وجود دارد انجام می شود. RNA-ویروسی سنتز شده بیشتر به عنوان الگویی برای سنتز ریبوزومی پروتئین های ویروسی و به عنوان الگویی برای سنتز (تکثیر) زنجیره (-)-RNA مشابه با زنجیره ویروسی استفاده می شود.
3. (+-)-RNA (RNA دو رشته ای) دارای ریو ویروس هایی است که باعث عفونت های تنفسی می شود. اصل تولید مثل این ویروس ها همانند همانندسازی DNA دو رشته ای است، اما به جای DNA پلیمراز، RNA پلیمراز (RNA synthase) عمل می کند.

راه دومبا مشارکت ترانس کریپتاز معکوس (DNA پلیمراز وابسته به RNA، ریورستاز) همراه است. این در رتروویروس ها (ویروس نقص ایمنی) و بخشی از ویروس های انکوژنیک وجود دارد. این آنزیم سه فرآیند را به ترتیب کاتالیز می کند:

• سنتز زنجیره DNA (-) روی یک الگوی -RNA ویروسی (+).
• تخریب RNA ویروسی به عنوان بخشی از هیبرید RNA-DNA تشکیل شده؛
• سنتز رشته (+) DNA روی رشته (-) DNA با تشکیل DNA دو رشته ای.

این DNA از سیتوپلاسم به درون هسته نفوذ می کند، در ژنوم میزبان ادغام می شود و به عنوان الگویی برای سنتز RNA های ویروسی با مشارکت سیستم RNA پلیمراز سلول میزبان عمل می کند. RNA های ویروسی به دست آمده در سیتوپلاسم آزاد می شوند و در آنجا شروع به ترجمه پروتئین های ویروسی می کنند. از این پروتئین ها و RNA، ذرات ویروسی جمع آوری می شوند که قادر به آلوده کردن سلول های جدید هستند.

تکثیر ویروس 99

باکتری ها با مکانیسم تتا تکثیر می شوند. مکانیسم "حلقه نورد" عمدتا بر روی پلاسمیدهای استافیلوکوک و استرپتوکوک مورد مطالعه قرار گرفت.

4.8 تکثیر ویروس

تکثیر ویروس در چند مرحله انجام می شود:

1. جذب: ویروس با سلول با مولکول های خاص روی سطح خود تماس می گیرد: به عنوان مثال، ارتومیکسوویروس ها و پارامیکسو ویروس ها با استفاده از گلیکوپروتئین ها و آدنوویروس ها با استفاده از جذب می شوند. الیاف پنتون. جذب گیرنده های سلولی خاصی را شامل می شود: گلیکوپروتئین ها، فسفولیپیدها یا گلیکولیپیدها.

جذب می تواند با اتصال آنتی بادی به پوشش ویروسی یا خود سلول میزبان مختل شود.

2. نفوذ (نفوذ) بلافاصله پس از جذب صورت می گیرد. پس از آن، دیگر ذره ویروسی را نمی توان بدون آسیب رساندن به سلول میزبان از آن جدا کرد. مکانیسم های نفوذ:

آ. نفوذ مستقیم: کپسید به سطح بیرونی غشای سلولی متصل می ماند و محتویات آن وارد داخل سلول می شود.

ب همجوشی با غشاء V. اندوسیتوز

3. تخریب پوستهبه دلیل اسیدی شدن محیط آندوزوم، که ذره ویروسی در آن قرار دارد، به pH = 5 رخ می دهد. پمپ های پروتون H + -ATPase در غشای اندوزوم ها مسئول این هستند. مقادیر pH پایین منجر به تغییر در ترکیب اجزای پوشش ویروسی می شود که با مناطق آبگریز خود شروع به تماس با غشاهای اندوزوم می کند که منجر به ورود ویروس به سیتوزول می شود.

4. همانندسازی ژنوم ویروسیبه دلیل تغییر سیستم های سلولی سنتز به تکثیر و رونویسی ویروس امکان پذیر می شود. برای انجام این کار، ویروس سنتز پروتئین توسط سلول را متوقف می کند و پلی ریبوزوم ها را جدا می کند. برخی از ویروس ها نه تنها سنتز سلولی را مسدود نمی کنند، بلکه باعث تسریع آن می شوند.

5. مونتاژ ویریون ها

6. آزاد شدن ویریون ها از سلول.

آ همانندسازی ژنومویروس های DNA

در ویروس‌های DNA حیوانی، فرآیند رونویسی و ترجمه با هم جفت نمی‌شوند (به جز ویروس‌های آبله): رونویسی در هسته و ترجمه در سیتوپلاسم اتفاق می‌افتد. DNA ویروسی به عنوان الگویی برای سنتز mRNA ویروسی عمل می کند که الگویی برای سنتز پروتئین های ویروسی است. DNA ویروسی حاوی ژن های "زود" و "دیر" است که در زمان های مختلف رونویسی می شوند.

- ژن‌های اولیه، پروتئین‌ها و آنزیم‌های لازم برای شروع تکثیر ژنوم ویروسی را رمزگذاری می‌کنند.

- ژن‌های دیررس پروتئین‌های دخیل در بلوغ و تجمع ذرات ویروسی را رمزگذاری می‌کنند.

تکثیر ویروس با dsDNAمشابه همانندسازی DNA سلولی طبیعی است. ژنوم اکثر این ویروس ها وارد هسته می شود و در آنجا توسط پلیمرازهای سلولی رونویسی و تکثیر می شود. برای مثال، ویروس‌های هرپس و ویروس‌های پاپیلومایی به این ترتیب تکثیر می‌شوند. با این حال، دو استثنا وجود دارد:

1. هر قسمت از ویریون ویروس آبله سنتز شده و در سیتوپلاسم مونتاژ می شود. هسته در همانندسازی آنها شرکت نمی کند.

2. ژنوم ویروس هپاتیت B به طور متفاوتی تکثیر می شود: سنتز می شود RNA واسطه، و سپس در طول رونویسی معکوس، DNA در سنتز می شود

الگوی RNA

تکثیر ویروس با ssDNAهمچنین در هسته، جایی که DNA ویروسی پس از ورود به سلول نفوذ می کند، رخ می دهد. در آنجا، رشته دوم DNA، مکمل رشته ویروسی، سنتز می شود. آنها با هم dsDNA را تشکیل می دهند. سپس همه چیز طبق مکانیسم بالا اتفاق می افتد: سنتز پروتئین، تکثیر DNA ویروسی و مونتاژ ویریون ها.

نمونه هایی از تکثیر در خانواده های مختلف ویروس ها:

1. آدنوویروس ها ژنوم خود را به طور نامتقارن تکثیر می کنند: همانندسازی در انتهای 3' یکی از زنجیره ها با استفاده از پرایمر پروتئینی آغاز می شود. رشته DNA دختر در حال رشد یک رشته والد را جابجا می کند و با رشته والد دیگر یک دوبلکس کامل تشکیل می دهد. رشته جابجا شده نیز تکثیر شده و یک دوبلکس را تشکیل می دهد.

2. هرپس ویروس ها دارای ژنوم خطی با تکرارهای انتهایی هستند. پس از ورود به هسته، این تکرارها تا حدی جدا شده و به هم متصل می شوند و یک DNA دایره ای دوبلکس را تشکیل می دهند. علاوه بر این، همانند سازی با توجه به مکانیسم حلقه نورد رخ می دهد. در طول بلوغ ذره ویروسی، DNA دایره ای بریده شده و دوباره خطی می شود.

3. پاپوواویروس ها دارای DNA دایره ای هستند و تکثیر آن بر اساس مکانیسم تتا (به صورت متقارن و دو جهته) انجام می شود.

4. پاروویروس ها دارای DNA تک رشته ای (مثبت یا منفی) هستند، بنابراین تکثیر آنها زمانی آغاز می شود که دو رشته ("+" و "-") از ذرات مختلف ویروسی یک مارپیچ DNA دوبلکس را تشکیل دهند.

5. پوکس ویروس ها یک DNA دو رشته ای غیر معمول دارند که انتهای آن به هم مرتبط هستند. DNA تکثیر شده میانی آن‌ها که در سیتوپلاسم یافت می‌شود، ترکیب‌کننده‌های سر به سر یا دم به دم هستند.

6. هپادناویروس ها، مانند ویروس هپاتیت B، استفاده می شود رونویسی معکوسبرای تکرار ژنوم آنها از DNA دایره ای نیمه دو رشته ای با یک رشته منفی کامل و یک رشته مثبت ناقص تشکیل شده است. پس از ورود به سلول، رشته مثبت تکمیل و رونویسی می شود. رونوشت های RNA در طول رونویسی معکوس با کمک آنزیم های ویروسی به الگویی برای سنتز DNA تبدیل می شوند.

تکثیر ویروس 101

B همانند سازی ژنوم ویروس های RNA

ویروس های RNA را می توان به 4 گروه تقسیم کرد (نگاه کنید به شکل 71 ▼ ):

1. ویروس هایی با RNA تک رشته ای مثبت (ssRNA+).

2. رتروویروس ها (نوعی ssRNA+).

3. ویروس هایی با RNA تک رشته ای منفی(ssRNA–).

4. ویروس هایی با RNA دو رشته ای (dsRNA).

یک RNA تک رشته ای که می تواند یک الگو در بیوسنتز پروتئین باشد (یعنی به عنوان mRNA عمل کند) نامیده می شود. RNA مثبتیا RNA+ به ترتیب، RNA منفییا RNA- نمی تواند به عنوان یک الگو در سنتز پروتئین عمل کند.

تکثیر ویروس با ssRNA+ . به محض ابتلا به ویروس ssRNA+ وارد سلول میزبان می شود و بلافاصله توسط ریبوزوم ها به پروتئین تبدیل می شود. پروتئین های کپسید و ویروس را کد می کند RNA پلیمراز تکثیر مستقیم ssRNA+ ویروسی در دو مرحله انجام می شود:

1. ابتدا یک رشته مکمل بر روی الگوی مثبت ssRNA ویروسی سنتز می شودRNA منفی(ssRNA–). این سنتز توسط RNA پلیمراز ویروسی انجام می شود.

2. سپس این RNA منفی رونویسی می شود و مولکول های جدیدی تشکیل می شود.ssRNA مثبت+ آنها در مونتاژ virio- شرکت دارند

جدید این فرآیند برای ویروس ها منحصر به فرد است زیرا هیچ سلولی RNA را از RNA رونویسی نمی کند.

نمونه ای از ویروس با ssRNA+ ویروس فلج اطفال (ویروس فلج اطفال) است. تکثیر رتروویروس ها. رتروویروس ها همچنین حاوی ssRNA+ هستند. با این حال، در

برخلاف سایر ویروس های مشابه، آنها از آن به عنوان mRNA استفاده نمی کنند. تکثیر رتروویروس ها به شرح زیر است:

1. ترانس کریپتاز معکوسویروس موجود در کپسید آن DNA را روی الگوی ssRNA+ سنتز می کند.

2. این DNA سپس به عنوان یک الگو در سنتز جدید عمل می کند ssRNA+ به عنوان mRNA عمل می کند و به طور همزمان ویریون های جدید را تشکیل می دهد.

نمونه ای از رترو ویروس HIV است.

تکثیر ویروس با ssRNA-. RNA این ویروس ها نمی تواند مستقیماً به پروتئین ترجمه شود زیرا توسط ریبوزوم ها شناسایی نمی شود. این ویروس ها با استفاده از وابسته به RNA خود تکثیر می شوند RNA ترانس کریپتاز(در داخل کپسید قرار دارد و پس از ورود به سلول همراه با ژنوم ویروس وارد سیتوپلاسم می شود):

1. RNA ترانس کریپتاز ssRNA+ را روی یک الگوی ssRNA- ویروسی سنتز می کند.

2. ssRNA + سنتز شده به عنوان mRNA عمل می کند و به عنوان یک الگو در سنتز جدید عمل می کند. ssRNA-. دومی در ویریون ها گنجانده می شود.

نمونه هایی از ویروس های دارای ssRNA- ویروس های آنفولانزا و هاری هستند. تکثیر ویروس با dsRNA. RNA دو رشته ای این ویروس ها شامل

زنجیره های RNA+ و RNA-. تکرار آنها طبق سناریوی زیر پیش می رود:

1. پس از ورود به سیتوپلاسم، ویروس RNA پلیمراز از dsRNA برای سنتز ssRNA+ استفاده می کند (رشته منفی RNA به عنوان یک الگو عمل می کند). زنجیره ssRNA+ نقش mRNA را ایفا می کند، یعنی. ترجمه شده توسط ریبوزوم ها