Viroidi

Viroidi su subviralne partikule koje su sitnije od virusa i karakterišu se prostijom građom. Ovi organizmi su izgrađeni samo od jednolančane RNK koja je duga oko 50 nm, a molekulska masa joj se kreće između 50.000 i 120.000 daltona. Molekul RNK može biti linearan ili cirkularan. Iako je RNK viroida jednostruka, na pojedinim mestima može doći do sparivanja komplementarnih baza, pa se formira sekundarna struktura, koja je dvolančana. Zbog toga ceo molekul viroida liči na ukosnicu. Sadrži između 250 i 400 baza sa visokim postotkom guanina i citozina. Osetljivi su na delovanje ribonukleaza, a otporni su na organske rastvarače, povišenu temperaturu, dezoksiribonukleaze i enzime koji razgrađuju proteine. Dugo vremena nije bilo jasno kako se RNK viroida replikuje zbog toga što tako mali broj nukleotida ne može sadržati genetske informacije. Naime, za replikaciju acelularnih organizama je neophodna virus-specifična polimeraza, a za njenu sintezu je neophodna RNK molekulske mase oko 300.000 daltona, odnosno najmanje 1000 nukleotida. RNK viroida koji je izgrađen od nekoliko stotina nukleotida ne može sintetisati polimerazu, a nije primećeno ni da za razmnožavanje koriste pomoćni virus. Zbog toga se predpostavljalo da za replikaciju koriste ćelijsku DNK zavisnu RNK-polimerazu i da njihov genom ne deluje ka iRNK. Međutim, novija istraživanja su utvrdila da se viroidi replikuju u jedru ćelije domaćina pomoću domaćinove RNK-polimeraze II, pri čemu RNK viroida služi kao matrica. Mehanizam patogenosti ovih organizama još uvek nije razjašnjen. Predpostavlja se da ometaju regulaciju ekspresije gena domaćina ili sprečavaju pravilno isecanje i spajanje introna. Nemogućnost ekspresije gena neophodnih za normalno funkcionisanje ćelije je krajnji rezultat prisustva viroida u ćeliji. Još uvek je nedovoljno poznat način njihovog oslobađanja iz ćelije, kao ni način prenošenja i ulaska u ćeliju domaćina.

Advertisements

Prioni

Pristalice teorije da se i acelularni organizmi mogu smatrati živim bićima navode kao glavni razlog postojanje nukleinske kiseline i procesa razmnožavanja kod ovih organizama. Međutim, postoje i partikule koje su znatno manjih dimenzije i prostije građe od virusa i subvirusnih partikula. To su prioni – proteinske infektivne čestice koje imaju sposobnost umnožavanja, odnosno replikacije i promenljivosti. Žive isključivo u eukariotskim ćelijama animalnog tipa. Sastoje se samo iz proteina i ne poseduju nukleinske kiseline. Zbog toga ne poseduju ni klasične genetske informacije. Geni neophodni za njihovu replikaciju nalaze se u samoj ćeliji domaćina i nazvani su PRP geni, a otkrio ih je Stenli Pruziner. U zdravom organizmu takođe postoje proteinski proteini koji se označavaju kao normalni. Njihova struktura je takva da ne uzrokuje oboljenja, a smešteni su na spoljašnjoj strani ćelijske membrane neurona i glija ćelija. Funkcija ovog proteina nije poznata, ali se predpostavlja da on ima ulogu u održavanju integriteta ćelijske membrane i prenosa nevrnih impulsa. Patogeni prionski protein ima identičnu primarnu strukturu kao i apatogeni. Razlikuju se prema tercijernoj strukturu. Naime, patogeni prionski protein ima veću procentualnu zastupljenost β nabrane ploče na račun smanjenja učestalosti α zavojnice. Patogeni prionski protein može da se u organizmu pojavi na dva načina – kao posledica mutacije gena koji kodira prionski protein ili usled digestije zaraženog mesa. Kada se pojavi u ćeliji, patogeni protein se veže za apatogeni protein i formira heterodimer. Zatim uzrokuje promene konformacije apatogenog proteina, pri čemu se formira najpre homodimer, a potom dva molekula patogenog priona. Formirana dva patogena priona se vezuju za dva apatogena prionska proteina i na taj način postiže povećanje broja patogenih, na račun smanjenja normalnih prionskih proteina u ćeliji. Kada prioni dostignu veliku koncentraciju u ćeliji formiraju nakupine u obliku štapića.

Struktura virusa

Virusi predstavljaju obligatne intracelularne parazite na acelularnom nivou građe. Razlog zašto se ovi organizmi smatraju za živa bića je prisustvo nukleinske kiseline i sposobnosti razmnožavanja. Virusi su u osnovi građeni od dve komponente – nukleinske kiseline i proteinskog omotača, a infektivna čestica virusa koja se nalazi izvan ćelije domaćina se naziva virion. Dimenzije viriona se kreću u rasponu od 28 do 200 nanometara. Za virione se kaže da su filtrabilni zbog toga što mogu da prolaze kroz bakteriološke filtre. Veličina virusnih čestica se može meriti na nekoliko načina: elektronskim mikroskopom, ultracentrifugiranjem u gradijentu, ultrafiltracijom i jonizujućim zracima. Elektronskim mikroskopom i rendgenskom strukturnom analizom je moguće proučavanje unutrašnje građe i njihove simetrije.

Hemijski sastav

Nukleinske kiseline koje ulaze u sastav viriona i nose genetske informacije mogu biti dezoksiribonukleinske ili ribonukleinske kiseline. Međutim, nikada se u jednom virionu ne nalaze oba tipa nukleinskih kiselina. Postoje i virusi čija nasledna informacija može biti i DNK i RNK, ali nikada istovremeno, već isključivo u različitim fazama njihovog životnog ciklusa. Tako na primer, ukoliko se u virionu nalazi RNK ona se u ćeliji replikuje preko DNK molekula. Isto tako postoje i obrnuti slučajevi – u virionu se nalazi DNK, ali je intermedijerna nukleinska kiselina koja služi za replikaciju RNK.

Nukleinske kiseline virusa su makromolekuli koje karakteriše forma lanca. Sastavljene su od nukleotida koje grade tri komponente: purinske i pirimidinske baze, ugljeni hidrati (riboza ili dezoksiriboza) i fosforna kiselina. Građene su poput nukleinskih kiselina celularnih oblika života, ali se od njih razlikuju po broju lanaca, veličini, obliku i funkciji. Takođe se i nukleinske kiseline virusa međusobno mogu razlikovati prema prema primarnoj, sekundarnoj i tercijernoj strukturi. Primarna struktura je određena redosledom baza u lancu i različita je u svakom virusnom genomu. Jedna od bitnih karakteristika na osnovu kojih se razlikuju nukleinske kiseline pojedinih virusa je sadržaj baza guanina i citozina. Sekundarna struktura predstavlja prostorni raspored lanaca nukleinske kiseline. On može biti jednostruk ili dvostruk, cirkularnog (kružnog, prstenastog) ili linearnog oblika. Tercijerna struktura se odnosi na postojanje dodatnih navoja, nedostataka i pukotina, vezivanja ili razdvajanja lanaca. Najveći broj animalnih DNK virusa ima genom od dvostrukog lanca, a većina animalnih RNK virusa ima genom od jednostrukog lanca. Virusi se razlikuju od ostalih živih bića, kod kojih je DNK uvek dvostruka, a RNK uvek jednostruka, po tome što se njihova DNK može sastojati samo iz jednog lanca, a RNK može biti izgrađena od dva lanca, odnosno dvostruka. Takođe, kod pojedinih predstavnika molekul DNK može biti samo delimično dvostruk.

U građu virusa pored nukleinskih kiselina ulaze i proteini koji mogu da budu strukturni i nestrukturni. Strukturni proteini čine najveći deo virusne čestice. Imaju nekoliko značajnih funkcija – odgovorni su za simetriju virona, učestvuju u adsorpciji virusa na receptore osetljivih ćelija, sadrže antigene determinante i štite virusni genom od delovanja nukleaza. Enzimi predstavljaju nestrukturne proteine koji menjaju metabolizam i građu inficirane ćelije i učestvuju u replikaciji virusa. Stvaraju se u toku procesa razmnožavanja. Samo mali broj enzima virusi nose u okviru nukleoproteinskog jezgra. Ulogu u procesima sinteze virusne čestice ima najveći broj enzima. Neuraminidaza virusa influence i nekih paramiksovirusa ima ulogu u mehanizmu inficiranja ćelija, a pojedini enzimi imaju i antigena svojstva. Otkriće enzima reverzne transkriptaze je od izuzetnog značaja. Naime, ovaj enzim poseduju retrovirusi i ima sposobnost koja je do tada u biologiji bila nepoznata. Može prepisati RNK u DNK, za razliku od ostalih oblika žive materije gde DNK svoje genetske šifre ostvaruje prepisivanjem u informacionu RNK.

Jedinjenja iz kategorije lipida predstavljaju sastavni deo spoljašnjeg omotača virusa. Sastav lipida u spoljašnjem omotaču virusa u najvećem broju slučajeva odgovara hemijskom sastavu ćelijske membrane. Međutim, utvrđeno je da sastav lipida u spoljašnjem omotaču virusa koji se razmnožavaju u jedru odgovara lipidima koji ulaze u građu jedrovog ovoja. Najveći broj lipida koji ulaze u sastav virusa pripadaju grupi fosfolipida i glikolipida. Do danas nije u potpunosti razjašnjena uloga virusnih lipida, ali se zna da gubitak ili oštećenje lipidnog omotača dovodi do gubitka infektivnosti virusa. Predpostavlja se da površinski glikolipidi sa svojim kompleksnim ugljenim hidratima učestvuju u specifičnoj adsorpciji virusa na ćelije.

Zajedno sa proteinima i lipidima ugljeni hidrati grade spoljašnji omotač virusa. Obično se nalaze u obliku glikoproteina gde se nalaze kao dodatak proteinskom molekulu u obliku pobočnih lanaca. Te lance čine različiti monosaharidi i oligosaharidi. Važne sastojke antigenih determinanti virusa predstavljaju glikoproteini koji su ćelijskog porekla.

Građa virusa

Nasledni materijal nekih virusa nije predstavljen jedinstvenim molekulom nukleinske kiseline. On se u virionu nalazi u obliku nekoliko zasebnih molekula nukleinske kiseline koji zajedno čine segmentisani genom virusa. Ribonukleinska kiselina virusa se često označava kao pozitivan ili negativan lanac. Virusi sa pozitivnim lancem (infektivni genom) se karakterišu sposobnošću da genomski molekul RNK funkcioniše kao informaciona RNK u ćeliji domaćina, odnosno da se na osnovu njega vrši sinteza proteina. Virusi sa negativnim lancem RNK nisu infektivni, odnosno njihova se RNK prepisuje u ćeliji domaćina u nov lanac RNK, koji će funkcionisati kao informaciona RNK. Da bi virusi sa negativnim lancem mogli sintetisati novi molekul RNK koji služi kao matrica za sintezu proteina, moraju posedovati enzim RNK-polimerazu. Najveći broj DNK virusa poseduje nukleinsku kiselinu linearnog oblika, a manji broj karakterišu DNK molekuli cirkularnog oblika koji mogu biti nekoliko puta zavijeni.

Genom kod virusa sa spoljašnjim omotačem čini svega 1 do 2 procenta celokupne mase, dok kod virusa bez spoljašnjeg omotača on čini između 25 i 50 procenata. U poređenju sa genomom celularnih organizama, celokupan genom virusa je znatno manji. Zbog svoje veličine nukleinske kiseline virusa su ograničenog kodirajućeg kapaciteta, te mogu da kodiraju svega stotinjak gena. Molekulska masa genoma virusa koji imaju DNK kreće se od 1,5 X 10⁶ do 160 X 10⁶ , a kod virusa koji imaju RNK od 2 X 10⁶ do 15 X 10⁶. Genom virusa vakcinije je jedan od najvećih viralnih genoma i veličina mu je samo 190 kilobaza. To je manje i od najmanjeg poznatog genoma bakterija koji iznosi 590 kilobaza.

Genom virusa je obavijen omotačem proteinske prirode koji se označava kao kapsid. Ovaj omotač je simetričan i može biti izgrađen od jednog ili dva sloja. Sastavljen je od kapsomera koje predstavljaju osnovne morfološke jedinice kapsida, a istovremeno najmanje funkcionalne jedinice kapsida. One se na površini viriona mogu videti pomoću elektronskog mikroskopa. Najčešće se uočavaju kao petougaone ili šestougaone prizme, te se u skladu sa ovom karakteristikom označavaju kao pentamere ili heksamere. I kapsomere su izgrađene od manjim strukturnih jedinica koje se sastoje od jednog ili više polipeptida. Kapsomere u hemijskom smislu mogu biti identične ili se sreće nekoliko hemijski različitih kapsomera u okviru viriona.

Informacije za redosled aminokiselina u popipeptidnim lancima koji izgrađuju kapsomere potiču od virusne nukleinske kiseline. U slučaju kad bi kapsid bio izgrađen od jednog velikog proteinskog molekula za njegovu sintezu bi bio potreban tako veliki broj genetskih informacija da bi nukleinska kiselina koja bi ih posedovala bila znatno većih dimenzija od samog viriona koji su karakteristični za danas poznate viruse. Zbog toga što relativno mala nukleinska kiselina koja karakteriše viruse poseduje mali broj gena u inficiranoj ćeliji se sintetiše samo manji broj strukturnih proteina. Oni se nakon toga udružuju i na taj način formiraju strukturne jedinice virusnog kapsida – kapsomere. U procesu formiranja kapsida se mogu razlikovati dve faze – stadijum biosinteze i stadijum sjedinjavanja. U toku stadijuma biosinteze dolazi do sinteze strukturnih polipeptida i njihovog udruživanja u kapsomere. Može se lako zaključiti da je ovaj stadijum direktno kontrolisan od strane virusne nukleinske kiseline. U toku stadijuma sjedinjavanja dolazi do formiranja nekovalentnih veza između kapsomera i stvaraju se uređene strukture – virusni kapsidi. Ovaj stadijum se odvija bez direktne kontrole genoma virusa.

Zajedno sa nukleinskom kiselinom kapsid gradi simetričan kompleks koji se označava kao nukleokapsid. Kapsid svake vrste virusa ima određen broj kapsomera koje učestvuju u njegovoj građi, pa se stoga ova osobina uzima kao značajan taksonomski karakter. Dve osnovne uloge kapsida su zaštita genoma i olakšavanje infektivnosti virusa. Naime, kapsid štiti genom virusa sve do njegovog prodiranja u ćeliju domaćina. Takođe, kapsid obezbeđuje strukturu i simetriju virusne čestice. Pored ovih uloga kapsid ima i antigene karakteristike, odnosno ima ulogu u vezivanju viriona za prijemčivu ćeliju što predstavlja prvu fazu u procesu razmnožavanja virusa.

Virion može imati helikalnu ili ikozaedarnu simetriju u zavisnosti od rasporeda kapsomera oko nukleinske kiseline. Virusi helikalne, helične ili spiralne simetrije se karakterišu time da su proteinske subjedinice kapsida raspoređene u vidu spirale koja obavija centralno smešten spiralni lanac nukleinske kiseline. Kod biljnog RNK virusa koji se naziva virus mozaika duvana u okviru viriona se nalazi 2130 identičnih kapsomera. Svaka kapsomera u okviru kapsida ovog virusa se sastoji od 158 aminokiselina. Virion virusa mozaika duvana ima dimenzije 18 X 300 nanometara, a heliks ima 16,5 kapsomera po jednom zavoju. Pod elektronskim mikroskopom biljni virusi sa heličnom simetrijom imaju najčešće štapićast izgled. Animalni virusi su najčešće izuvijeni u obliku klupčeta i poseduju membranu poreklom od ćelije domaćina.

Kapsid virusa sa kubičnom, ikozaedarnom ili kubičnom simetrijom se sastoji od više tipova proteinskih molekula. Kapsomere svojim rasporedom grade telo izometričnog poliedra (ikozaedra) tako što se ose simetrije odnose jedna prema drugoj kao dijagonalne kocke. Ikozaedar predstavlja geometrijsko telo čiju površinu čini 20 jednakostraničnih trouglova sa 12 vrhova. Najprostiji virusi sa ovim tipom simetrije su izgrađeni od 60 kapsomera, odnosno po tri kapsomere u jednom trouglu.Mnogi virusi sa ikozaedralnom simetrijom imaju 180, 240 ili 420 kapsomera, a pod elektronskim mikroskopom ovi virusi imaju sferičan izgled.

Pojedini virusi imaju pored genoma i kapsida jedan dodatni omotač. Naime, nukleokapsid je zatvoren u fosfolipidni ili glikolipidni dvosloj, odnosno membranu. Ova membrana sadrži specifične glikoproteine koji su uronjeni u nju i štrče u vidu šiljaka ili bodlji. Ovaj omotač može biti jednoslojan ili dvoslojan. Uglavnom se sreće kod nekih animalnih i bakterijskih virusa. Često se označava kao peplops. Ovaj omotač potiče od ćelije u kojoj se virus razmnožavao. Peplops prema tome može poticati od ćelijske membrane, membrane endoplazmatičnog retikuluma ili jedrovog ovoja, što zavisi od razvojnog ciklusa i mesta sazrevanja viriona. Peplomere predstavljaju glikoproteinske izdanke. Od glikoproteina koji učestvuju u građi peplomera se najčešće nalazi hemaglutinin i neuraminidaza. Ugljeno hidratni deo glikoproteina umetnutih u membranu je poreklom od ćelije domaćina, dok proteinski deo kodira genom virusa, a nastaje u ćeliji domaćina. U jednom virionu koji se karakteriše prisustvom peplopsa može se naći jedna ili ređe veći broj virusnih partikula. Virusi sa spoljašnjim omotačem takođe imaju heličnu ili ikozaedarnu simetriju. Međutim, njihova simetrija se ne odnosi na ceo virion, već samo na nukleokapsid.

Virusi koji sadrže peplops su osetljivi na etar i druge organske rastvarače, a gubitkom ovog omotača gube i infektivnost. Iz ove činjenice se da lako zaključiti da je najznačajnija uloga peplopsa u lakšoj adsorpciji virusa za ćeliju domaćina. Takođe potpomažu penetraciju virusa u ćeliju, hemaglutinaciju (vezivanje virusa za receptore smeštene na površini eritrocita) i eluciju (odvajanje virusa od receptora eritrocita). Takođe je primećeno da peplops ima ulogu i u uništavanju receptora. Ovaj proces omogućavaju neuraminidaze. Glikoproteini omotača imaju antigene karakteristike.

Bakteriofagi

Poseduju složeno i diferencirano telo koje je kod najsloženijih podeljeno na šest delova. Glava je slično građena kao nukleokapsid virusa ikosaedarne simetrije. U njoj je smešten genom virusa koji može različito izgledati. Poznati su bakteriofagi čija nukleinska kiselina može biti jednostruka RNK, dvostruka RNK, jednostruka DNK ili dvostruka DNK. Takođe, genom može biti u obliku cirkularnog ili linearnog molekula. Najčešće je u bakteriofagu prisutan samo jedan molekul nukleinske kiseline, a kod nekih predstavnika može da bude i više molekula. Veličina genoma bakteriofaga je relativno mala. Nukleinske kiseline bakteriofaga su izgrađene od 5.000-500.000 nukleotida. Često im nije potreban kompletan genom da bi preživeli. Kragna (okovratnik) predstavlja proteinski disk koji se nalazi između glave i vrata. Vrat predstavlja šuplju cevastu formaciju proteinske prirode koja se naziva vrat. Vrat se nastavlja na rep koji je slično građen, ali je nekoliko desetina puta duži od vrata. Rep bakteriofaga je kontraktilan i završava se bazalnom pločom, koja predstavlja heksagonalnu formaciju. Sa bazalne ploče radijalno polazi nekoliko izraštaja koji se nazivaju fibrili ili kukice. Njihova funkcija je da specifično prepoznaju bakterijsku ćeliju. Mnoge vrste bakteriofaga ne poseduju sve navedene delove.