Биология

Урок 7: Неклеточные формы жизни

Неклеточные формы жизни - вирусы и бактериофаги

В окружающей среде великое множество различных форм существ. Мы уже знакомились с разнообразными представителями живых существ, состоящих из клеток. Однако, можно встретить необычные формы, которые являются промежуточным звеном живой и неживой материи. Эти удивительные существа – вирусы, не обладающие клеточным строением. Сегодня на уроке познакомимся с данными формами организмов, разберем их строение, а также особенности жизненных процессов. Рассмотрим типичные виды вирусов, встречающиеся в природной среде.

Обложка урока взята с источника.

План урока:

Вирусы

Вирус иммунодефицита человека

Бактериофаги

 

Вирусы

История открытия и изучения вирусов начинается с 1852 года, когда впервые было доказано их существование.Открытие вирусов принадлежит ботанику Д.И.Ивановскому. Из растений табака, зараженных мозаичной болезнью,  им был изготовлен инфекционный экстракт. Эту жидкость он пропустил через фильтр, удерживающий бактерии, однако раствор все равно хранил свои заразные свойства. Ивановский сделал вывод, что помимо бактерий есть еще организмы, способные вызывать различные инфекции.

1 nekletochnye formy zhizni

Голландский ученый М.В. Бейеринк в 1898 году открыл вирус табачной мозаики, повторив эксперименты русского ботаника. Эти возбудители болезней получили название вирусы.

2 nekletochnye formy zhizni

Спустя ряд лет был выявлен возбудитель ящура, который также не удерживался бактериальным фильтром. Открытие вируса ящера у животных в 1897 г принадлежит бактериологам Ф. Леффлеру и П. Фрошу.

3 nekletochnye formy zhizni

На данное время эти существа объединяют в отдельное царство – Вирусы. Установлено свыше 400 представителей этого царства у различных организмов.

Вирусы очень мелкие, невидимые без светового микроскопа, размеры их могут быть 30-250 нм. Соответственно с целью изучения строения организма вируса применяется метод электронной микроскопии. Такие необычные формы живых существ как вирусы, имеют неклеточное строение. Однако, способны осуществлять свою жизнедеятельность исключительно в живых клетках.

По особенностям строения вирусы подразделяются на 2 группы: простые и сложные.

1. Простые вирусы имеют элементарное строение: белковая оболочка и капсид[1] с генетическим материалом. Наследственную информацию несет нуклеиновая кислота. Отдельные вирусы имеют РНК, а другие – ДНК. Зрелая частица вируса именуется вирион.

4 nekletochnye formy zhizni

Самым первым стал известен вирус табачной мозаики, поэтому его структура исследована наиболее хорошо. Эта разновидность вируса имеет палочковидную пустотелую конфигурацию. Стенка построена из белка, а в полости есть молекула РНК в виде спирали. Верхняя мембрана предохраняет ее от воздействия плохих условий. Не дает она проникнуть также ферментам к нуклеиновой кислоте. Иначе произошел бы ее распад.

2. Сложное строение вируса обусловлено наличием добавочной липопротеидной оболочки, которая образуется из плазматической мембраны хозяйской клетки(т.е. он как бы встраивается внутрь клетки и использует материал мембраны для образования своей оболочки). Такая структура встречается у вирусов гриппа, герпеса, иммунодефицита человека, коронавируса.

5 nekletochnye formy zhizni

Пока вирус не попал в клетку, он не имеет никаких проявлений активности жизненных процессов. Часто эти организмы могут встречаться в форме кристаллов, но, попав в живую структуру,тут же начинают активный процесс жизнедеятельности.

Цикл жизни многих вирусов идентичен. Начинается он с прикрепления к поверхности хозяина. Далее чужеродный организм внедряется в цитоплазму, трансформируясь в вакуоль, в этом виде он может доставляться к любым частям клетки. Именно с этого момента начинается размножение вируса в клетке. Дальнейший процесс сопровождается освобождение нуклеиновый кислоты  от оболочки и внедрение ее в генный аппарат клетки-хозяина. Вирусный геном удваивается, начинается синтез белковых структур для образования капсида и происходит сборка нового вируса. После размножения РНК покрывается белковой оболочкой и становится новым вирусным элементом.Сложно устроенные вирусы должны приобрести еще дополнительную оболочку.  Для этого они прикрепляются своей поверхностью к плазматической мембране клетки, которую они инфицировали, и используют ее материал для построения добавочной оболочки. Только после этого их жизненный цикл считается завершенным.При накоплении вирусов они активизируются и покидают инфицированную клетку.

Причем по окончании процесса размножения отдельные вирусы выходят из клетки полностью, ее разрушая, а иные отделяются при помощи почкования.

6 nekletochnye formy zhizni

После этого начинается скрытый период жизни вируса – он будто пропадает. Его не удается увидеть либо обнаружить в клеточной структуре, однако в этот момент вся клетка производит нужные для вируса соединения, вследствие чего создается новое поколение вироспор.

7 nekletochnye formy zhizni

Происхождение вирусов не совсем понятно.Одни исследователи представляют их первичными примитивными организмами, стоящими у истоков жизни. Однако мы знаем, что существовать вне клеточной структуры они не способны, поэтому и появиться раньше них не могли. По другим версиям, вирусы происходят от организмов, имевших более высокую организацию, но сильно упростившихся в связи с паразитированием. К примеру, некоторые одноклеточные организмы являются паразитами человека. Предположили, что в процессе эволюции отдельные экземпляры утратили свою клеточную структуру и приспособились к жизни в виде таких форм как вирусы. Наконец, существует и третья точка зрения, что вирусы являются группами генов или фрагментами других структур, обретших независимость существования.

Вирусы играют негативную роль в жизни всех организмов.Селясь в клетках живых созданий, они стимулируют развитие многих серьезных болезней. К примеру, у растений вирусы способствуют задержке роста, изменчивости  листьев, возникновению полосок на лепестках цветов отдельных сортов тюльпанов.Пестролистность снижает декоративность тюльпанов, при этом уменьшается размер цветка, и растение через несколько лет может погибнуть.У сельскохозяйственных растений вирусные заболевания снижают урожайность и приводят к их гибели.

8 nekletochnye formy zhizni

У животных и человека вирусы вызывают серьезные заболевания, которые нередко приводят к тяжелым последствиям.

9 nekletochnye formy zhizni

 

Вирус иммунодефицита человека

Наиболее страшным считается вирусом иммунодефицита человека, вызывающий ВИЧ-инфекцию.

Завершающей стадией ВИЧ-инфекции считается СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита человека. Инфекция, вызываемая вирусом иммунодефицита человека, поражает иммунную систему. При этом организм становится незащищенным от микроорганизмов, которые в обычных условиях не способствуют развитию болезни.

Изначально СПИД  был отмечен на территории США в 1981г. Позднее, в 1983г., получилось обосновать, что он вызывается неведомым людским вирусом. На протяжении последующих лет вирус подробно изучался в лабораториях США и Франции.Открытие вируса иммунодефицита человека принадлежит ученым Люку Монтанье и Франсуазе Барр-Синусси.

10 nekletochnye formy zhizni

Вирус иммунодефицита человека имеет сложное строение. Вирусная частица круглой формы покрыта внешней фосфолипидной оболочкой и внутренней – белковой мембраной. Внутри есть РНК, а также своеобразный фермент – обратная транскриптаза, позволяющий преобразовывать вирусную РНК в вирусную ДНК.

11 nekletochnye formy zhizni

Жизненный цикл ВИЧ во многом схож с другими вирусами. Проникнув в клеточную структуру, вирионы ВИЧ распадаются. При этом высвобождается его РНК и фермент обратная транскриптаза. Данный фермент, используя вирусную РНК в качестве матрицы, синтезирует по ее подобию вирусную ДНК.

Подобная ДНК-копия  проникает в ядро, встраивается в ее генетический аппарат и заставляет производить новые вирусные частицы. Объектом поражения вируса иммунодефицита человека являются лимфоциты – клетки иммунной системы.

12 nekletochnye formy zhizni

Вирус иммунодефицита человека относится к ретровирусам и обладает значительной изменчивостью. Это не дает решить вопрос получения вакцины, а также препятствует осуществлению профилактики СПИДа.

Однако вирион не при всех условиях способен выживать. Гибель вируса наступает при повышении температуры до 560С в течение 40 минут, а также при кипячении – в течение 2-6 минут. Воздействие дезинфекторов также приводит к гибели вириона. А вот ультрафиолетовые лучи и ионизирующая радиация никакой вред ему не причиняют.

До сих пор многие ученые задаются вопросом о происхождении инфекции вируса иммунодефицита человека. Хотя в современном мире известно, что источником инфекции бывает заболевший человек или вирусоноситель, не имеющий симптомов.

Заражение вирусом иммунодефицита человека происходит тремя путями. Познакомимся на рисунке.

13 nekletochnye formy zhizni
Источник

Болезнь, вызванная вирусом иммунодефицита человека характеризуется продолжительным развитием в организме. Симптомы заболевания у взрослых могут не проявляться в течение 4 лет.

Существует версия, что ВИЧ способен оставаться в организме человека навсегда. Соответственно, больной человек может заражать других. Для того, чтобы избежать заражения ВИЧ-инфекцией, следует соблюдать основные меры профилактики.

14 nekletochnye formy zhizni

 

Бактериофаги

Следует отметить вирусы бактерий – фаги, или бактериофаги. Эти вирусы приспособились к паразитированию в теле бактерий.

Обратимся к истории открытия этих вирусов.

В 1917 году французский ученый Ф. Д’Эреллем выращивал культуру бактерий и обратил внимание, что кто-то их разрушает. Они буквально на глазах набухали и лопались. Ученый исследовал «невидимого врага» и назвал его бактериофагом, то есть «пожирателем бактерий».

15 nekletochnye formy zhizni

По своему строению бактериофаги сложнее вирусных форм.

Бактериофаги имеют головастикообразную форму, состоят из головки и хвоста. В составе головки бактериофага выделяется ДНК. Хвост представляет собой пустотелый цилиндр, покрытый оболочкой из сократительного белка. Завершается он пластинкой с шестью нитями, с помощью которых он прикрепляется к бактерии.

16 nekletochnye formy zhizni

Жизненный цикл бактериофага начинается с прикрепления к клетки бактерий с помощью белковых нитей. Причем каждый бактериофаг проникает только в определенный тип бактериальных клеток. В зоне соприкосновения фаг растворяет клеточную оболочку, используя ферменты.

Затем головка сокращается, и молекула ДНК впрыскивается в клетку. В течение 15-20 минут после взаимодействия бактериофага с клеткой ее структура перестраивается. В результате бактерия начинает производить вирусную ДНК, а не свою. Завершается этот процесс появлением большого числа фаговых частиц и гибелью бактерии.

17 nekletochnye formy zhizni

Иногда проникновение бактериофага не влечет за собой уничтожение клетки, при этом ДНК фага встраивается в наследственный материал бактерии и переходит ее потомкам. Этот процесс способен длиться значительное время, в течение множества поколений. Данный вид бактерий получили обозначение лизогенные.

Однако под влиянием внешних факторов, особенно лучистой энергии, фаг в таких бактериях активизируется и начинает уничтожать клетку. Такие типы бактерий используют для изучения наследственности на молекулярном уровне. Поэтому бактериофаги являются объектом изучения молекулярной биологии.

Цикл развития бактериофагов нашел применение для борьбы с болезнетворными бактериями. Из бактериофагов в 1930 году начали производить лекарственные препараты, которые эффективно применялись для лечения дизентерии и холеры.

18 nekletochnye formy zhizni
Источник

Однако не всегда лечение бактериофагами оказывалось эффективным. Ученые сразу обратили внимание, что бактериофаги чувствительны каждый к своему виду бактерий. Поэтому для производства препарата сначала необходимо было определить возбудителя болезни.

С появлением антибиотиков бактериофаги утратили свое значение. Однако в настоящее время, с развитием молекулярной биологии, вновь начали проводить лечение бактериальных заболеваний с использованием фагов. Причем, появились бактерии, устойчивые к антибиотикам и лечение бактериофагами все чаще стало применяться в медицине.

 

Словарь

Капсид – это оболочка вируса, построенная из белковых молекул.

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Какой ученый впервые обнаружил вирусы?
1П. Фрош
2Ф. Леффлер
3Д.И. Ивановский
4Ф. Д’Эреллем
Ответить
3
Вопрос: 2
Какие вирусы относятся к простым?
1Вирус табачной мозаики
2Вирус герпеса
3Вирус гриппа
4ВИЧ
Ответить
1
Вопрос: 3
Наличие, какой структуры отличает сложные вирусы от простых?
1Капсид
2Генетический материал
3Липопротеидная оболочка
4Все вышеперечисленное
Ответить
3
Вопрос: 4
Кому была вручена нобелевская премия за открытие ВИЧ?
1П. Фрошу и Ф. Леффлеру
2Ф. Д’Эреллем
3Д. И. Ивановскому
4Л. Монтанье и Ф. Барр-Синусси
Ответить
4
Вопрос: 5
Какие клетки поражаются ВИЧ?
1Лимфоциты
2Тромбоциты
3Эритроциты
4Все вышеперечисленные
Ответить
1
Вопрос: 6
С помощью чего прикрепляется фаг к клетке бактерий?
1Головка
2Хвост
3Пластина
4Белковые нити
Ответить
4
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Какой ученый впервые обнаружил вирусы?
1) П. Фрош 2) Ф. Леффлер 3) Д.И. Ивановский 4) Ф. Д’Эреллем
2 вопрос:

Какие вирусы относятся к простым?
1) Вирус табачной мозаики 2) Вирус герпеса 3) Вирус гриппа 4) ВИЧ
3 вопрос:

Наличие, какой структуры отличает сложные вирусы от простых?
1) Капсид 2) Генетический материал 3) Липопротеидная оболочка 4) Все вышеперечисленное
4 вопрос:

Кому была вручена нобелевская премия за открытие ВИЧ?
1) П. Фрошу и Ф. Леффлеру 2) Ф. Д’Эреллем 3) Д. И. Ивановскому 4) Л. Монтанье и Ф. Барр-Синусси
5 вопрос:

Какие клетки поражаются ВИЧ?
1) Лимфоциты 2) Тромбоциты 3) Эритроциты 4) Все вышеперечисленные
6 вопрос:

С помощью чего прикрепляется фаг к клетке бактерий?
1) Головка 2) Хвост 3) Пластина 4) Белковые нити
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: Д.И. Ивановский
2 вопрос: Вирус табачной мозаики
3 вопрос: Липопротеидная оболочка
4 вопрос: Л. Монтанье и Ф. Барр-Синусси
5 вопрос: Лимфоциты
6 вопрос: Белковые нити