المواد العضوية في الطبيعة الحية

المواد العضوية هي أساس كل الطبيعة الحية. النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة والفيروسات - تتكون جميع الكائنات الحية من كمية هائلة من المواد العضوية المختلفة وعدد صغير نسبيًا من المواد غير العضوية. وكانت مركبات الكربون، بسبب تنوعها الكبير وقدرتها على الخضوع للعديد من التحولات الكيميائية، هي الأساس الذي نشأت عليه الحياة بجميع مظاهرها. حاملات تلك الخصائص المضمنة في مفهوم "الحياة" هي مواد عضوية معقدة تحتوي جزيئاتها على سلاسل من عدة آلاف من الذرات - البوليمرات الحيوية.

أولا وقبل كل هذا البروتينات -حاملات الحياة، أساس الخلية الحية. البوليمرات العضوية المعقدة - تتكون البروتينات بشكل أساسي من الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت. تتشكل جزيئاتها من خلال مزيج من عدد كبير جدًا من الجزيئات البسيطة - ما يسمى أحماض أمينية(انظر مقال "كيمياء الحياة").

هناك العديد من البروتينات المختلفة. هناك بروتينات داعمة أو هيكلية. هذه البروتينات هي جزء من العظام، وتشكل الغضاريف، والجلد، والشعر، والقرون، والحوافر، والريش، وقشور الأسماك. تحتوي العضلات على بروتينات هيكلية إلى جانب البروتينات التي تؤدي وظائف مقلصة. إن انقباض العضلات (أهم دور للبروتينات من هذا النوع) هو تحويل جزء من الطاقة الكيميائية لهذه البروتينات إلى عمل ميكانيكي. تنظم مجموعة كبيرة جدًا من البروتينات التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. هذا الانزيمات(المحفزات البيولوجية). حاليا، أكثر من ألف منهم معروفون. الكائنات الحية عالية التطور قادرة أيضًا على إنتاج بروتينات وقائية - ما يسمى بالأجسام المضادة، والتي تكون قادرة على التعجيل أو الارتباط وبالتالي تحييد المواد والأجسام الغريبة التي دخلت الجسم من الخارج.

جنبا إلى جنب مع البروتينات، يتم تنفيذ أهم وظائف الحياة احماض نووية.يحدث التمثيل الغذائي دائمًا في الكائن الحي. يتم تجديد تكوين جميع خلاياها تقريبًا باستمرار. يتم أيضًا تجديد بروتينات الخلايا. لكن لكل عضو، لكل نسيج، تحتاج إلى صنع بروتين خاص بك، مع ترتيب فريد خاص به من الأحماض الأمينية في السلسلة. حراس هذا النظام هم الأحماض النووية. الأحماض النووية هي نوع من القالب الذي تقوم الكائنات الحية من خلاله ببناء بروتيناتها. غالبًا ما يُقال مجازيًا أنها تحتوي على رمز تخليق البروتين. كل بروتين له كوده الخاص، قالبه الخاص. للأحماض النووية وظيفة أخرى. وهي أيضًا قوالب للأحماض النووية نفسها. هذا نوع من "جهاز الذاكرة" الذي يساعد كل نوع من الكائنات الحية على نقل رموز بناء بروتيناته من جيل إلى جيل (انظر مقال "كيمياء الحياة").

يتم تنفيذ الوظائف الداعمة في الطبيعة الحية ليس فقط عن طريق البروتينات. في النباتات، على سبيل المثال، المواد الداعمة والهيكلية هي السليلوز واللجنين. هذه أيضًا مواد بوليمرية، ولكنها من نوع مختلف تمامًا. يتم بناء سلاسل طويلة من ذرات السليلوز من جزيئات الجلوكوز التي تنتمي إلى مجموعة السكريات. ولذلك، يتم تصنيف السليلوز على أنه متعدد السكاريد. لم يتم بعد تحديد بنية اللجنين بشكل نهائي. وهذا أيضًا بوليمر، على ما يبدو يحتوي على جزيئات شبكية. وفي الحشرات، يتم تنفيذ وظائف الدعم بواسطة الكيتين، وهو أيضًا عديد السكاريد.

هناك مجموعة كبيرة من المواد (الدهون أو السكريات أو الكربوهيدرات) التي تقوم بنقل وتخزين الطاقة الكيميائية. إنها (مع البروتينات الغذائية) هي مادة بناء احتياطية ضرورية لتكوين خلايا جديدة (انظر مقالة "كيمياء الغذاء"). تلعب العديد من المواد العضوية (الفيتامينات والهرمونات) في الكائنات الحية دور منظمات نشاط الحياة. بعضها ينظم التنفس أو الهضم، والبعض الآخر - نمو الخلايا وانقسامها، والبعض الآخر - نشاط الجهاز العصبي، وما إلى ذلك. تحتوي الكائنات الحية على مواد عديدة لمجموعة واسعة من الأغراض: المواد الملونة، التي يدين لها عالم الزهور بجمالها. والمواد ذات الرائحة - الجذب أو الطرد والحماية من الأعداء الخارجيين وغيرها الكثير. إن النباتات والحيوانات، وحتى كل خلية على حدة، هي مختبرات صغيرة ولكنها معقدة للغاية تنشأ فيها آلاف المواد العضوية وتتحول وتتحلل. تحدث تفاعلات كيميائية عديدة ومتنوعة في هذه المختبرات بتسلسل محدد بدقة. الهياكل الأكثر تعقيدًا تنشأ وتنمو ثم تتفكك..

إن عالم المواد العضوية يحيط بنا، ونحن أنفسنا نتكون منها، وكل الطبيعة الحية التي نعيش فيها والتي نستخدمها باستمرار تتكون من مواد عضوية.

المستوى الجزيئي هو المستوى الأولي والأعمق لتنظيم الكائنات الحية، ويتكون كل كائن حي من جزيئات المواد العضوية الموجودة في الخلية، وهي جزيئات بيولوجية، وتتكون الكائنات الحية من نفس العناصر الكيميائية التي تحتوي عليها العناصر غير الحية. حاليا، يعرف أكثر من 100 عنصر، معظمها موجود في الكائنات الحية، وأكثرها شيوعا في الطبيعة الحية: الكربوهيدرات (C)، الأكسجين (O)، الهيدروجين (H) والنيتروجين (N).أساس كل العناصر العضوية المركبات هي الكربون، وهي تدخل في روابط مع العديد من الذرات ومجموعاتها - وتشكل سلاسل تختلف في التركيب الكيميائي والطول والشكل.

المونومرات - مجموعات من الذرات، منظمة بشكل بسيط نسبيًا، جزء من مركبات كيميائية معقدة البوليمر - سلسلة تتكون من روابط عديدة - المونومرات البوليمرات الحيوية - البوليمرات التي تشكل جزءًا من الكائنات الحية يتكون جزيء البوليمر من آلاف المونومرات المترابطة (متطابقة أو مختلفة) خصائص تعتمد البوليمرات الحيوية على: بنية المونومرات عدد المونومرات تنوع المونومرات البوليمرات الحيوية عالمية لأنها بنيت وفقا لنفس الخطة في جميع الكائنات الحية.

ممثلو مملكة الفيروسات هم مجموعة خاصة من أشكال الحياة. ليس لديهم بنية متخصصة للغاية فحسب، بل تتميز أيضًا بعملية التمثيل الغذائي المحددة. في هذه المقالة سوف نقوم بدراسة شكل من أشكال الحياة غير الخلوية - وهو الفيروس. مما يتكون وكيف يتكاثر وما هو الدور الذي يلعبه في الطبيعة، ستكتشف ذلك من خلال قراءته.

اكتشاف أشكال الحياة غير الخلوية

في عام 1892، درس العالم الروسي د. إيفانوفسكي العامل المسبب لمرض التبغ - فسيفساء التبغ. لقد أثبت أن العامل الممرض ليس بكتيريا، ولكنه شكل خاص، سمي فيما بعد بالفيروس. وفي نهاية القرن التاسع عشر، لم تكن المجاهر عالية الدقة تستخدم بعد في علم الأحياء، لذلك لم يتمكن العالم من معرفة الجزيئات التي يتكون منها الفيروس، وكذلك رؤيتها ووصفها. بعد إنشاء المجهر الإلكتروني في بداية القرن العشرين، شهد العالم الممثلين الأوائل للمملكة الجديدة، التي تبين أنها كانت السبب في العديد من الأمراض الخطيرة والتي يصعب علاجها لدى البشر، بالإضافة إلى أمراض أخرى الكائنات الحية: الحيوانات، النباتات، البكتيريا.

موقف الأشكال غير الخلوية في تصنيف الطبيعة الحية

كما ذكرنا سابقًا، يتم دمج هذه الكائنات في فيروسات خامسة. السمة المورفولوجية الرئيسية المميزة لجميع الفيروسات هي عدم وجود بنية خلوية. حتى الآن، لا تزال المناقشات مستمرة في العالم العلمي حول مسألة ما إذا كانت الأشكال غير الخلوية هي كائنات حية بالمعنى الكامل لهذا المفهوم. بعد كل شيء، كل مظاهر التمثيل الغذائي فيها ممكنة فقط بعد اختراق الخلية الحية. حتى هذه اللحظة، تتصرف الفيروسات كأشياء ذات طبيعة غير حية: ليس لديها تفاعلات استقلابية، ولا تتكاثر. في بداية القرن العشرين، واجه العلماء مجموعة كاملة من الأسئلة: ما هو الفيروس، مما تتكون غلافه، مما يوجد داخل الجسيم الفيروسي؟ تم الحصول على الإجابات نتيجة لسنوات عديدة من البحث والتجربة، والتي كانت بمثابة الأساس لنظام علمي جديد. لقد نشأ عند تقاطع علم الأحياء والطب ويسمى علم الفيروسات.

السمات الهيكلية

إن عبارة "كل شيء عبقري بسيط" تنطبق مباشرة على أشكال الحياة غير الخلوية. يتكون الفيروس من جزيئات الحمض النووي - DNA أو RNA، المغلفة بقشرة بروتينية. ليس لديها جهاز خاص بها لتصنيع الطاقة والبروتين. بدون خلية مضيفة، لا تملك الفيروسات علامة واحدة على وجود مادة حية: لا تنفس، لا نمو، لا تهيج، لا تكاثر. لكي يظهر كل هذا، مطلوب شيء واحد فقط: العثور على الضحية - خلية حية، وإخضاع عملية التمثيل الغذائي لها لحمضها النووي وتدميرها في النهاية. كما ذكرنا سابقًا، تتكون قشرة الفيروس من جزيئات بروتينية ذات بنية منظمة (فيروسات بسيطة).

إذا كانت القشرة تحتوي أيضًا على وحدات فرعية من البروتين الدهني، والتي تعد في الواقع جزءًا من الغشاء السيتوبلازمي للخلية المضيفة، فإن هذه الفيروسات تسمى فيروسات معقدة (العوامل المسببة للجدري والتهاب الكبد B). غالبًا ما تشتمل القشرة السطحية للفيروس أيضًا على بروتينات سكرية. يؤدون وظيفة الإشارة. وبالتالي، فإن القشرة والفيروس نفسه يتكونان من جزيئات مكون عضوي - البروتين والأحماض النووية (DNA أو RNA).

كيف تخترق الفيروسات الخلايا الحية

نتيجة هجوم العامل الممرض على الخلية هو مزيج من DNA أو RNA للفيروس مع جزيئات البروتين الخاصة به. وهكذا فإن الفيروس المتشكل حديثاً يتكون من جزيئات حمض نووي مغلفة بجزيئات بروتينية مرتبة. يتم تدمير غشاء الخلية المضيفة، وتموت الخلية، وتغزو الفيروسات التي تخرج منه خلايا الجسم السليمة.

ظاهرة التكرار العكسي

في بداية دراسة ممثلي هذه المملكة، كان هناك رأي مفاده أن الفيروسات تتكون من خلايا، لكن تجارب د. إيفانوفسكي أثبتت أنه لا يمكن عزل مسببات الأمراض باستخدام المرشحات الميكروبيولوجية: فقد مرت مسببات الأمراض عبر مسامها وانتهى بها الأمر في المرشح الذي احتفظت بخصائص ضارة.

أثبتت الأبحاث الإضافية حقيقة أن الفيروس يتكون من جزيئات من مادة عضوية ولا يظهر علامات وجود مادة حية إلا بعد اختراقه المباشر للخلية. في ذلك يبدأ في التكاثر. تحتوي معظمها على الحمض النووي الريبوزي (RNA) كما هو موضح أعلاه، ولكن بعضها، مثل فيروس الإيدز، يسبب تخليق الحمض النووي في نواة الخلية المضيفة. وتسمى هذه الظاهرة التكرار العكسي. ثم يتم تصنيع mRNA الفيروسي على جزيء DNA، ويبدأ عليه تجميع وحدات البروتين الفيروسي التي تشكل غلافه.

ملامح البكتيريا

ما هي البكتيريا - خلية أم فيروس؟ مما يتكون شكل الحياة غير الخلوي هذا؟ الإجابات على هذه الأسئلة هي كما يلي: إنه يؤثر حصريًا على الكائنات بدائية النواة - البكتيريا. هيكلها فريد من نوعه. يتكون الفيروس من جزيئات من مادة عضوية وينقسم إلى ثلاثة أجزاء: الرأس والساق (العلبة) وخيوط الذيل. في الجزء الأمامي - الرأس - يوجد جزيء الحمض النووي. بعد ذلك تأتي العلبة التي تحتوي على قضيب مجوف بالداخل. تضمن خيوط الذيل المرتبطة به اتصال الفيروس بمواقع مستقبلات غشاء البلازما البكتيرية. مبدأ تشغيل البكتيريا يشبه الحقنة. بعد تقلص بروتينات الغلاف، يدخل جزيء الحمض النووي إلى القضيب المجوف ويتم حقنه أيضًا في سيتوبلازم الخلية المستهدفة. الآن ستقوم البكتيريا المصابة بتصنيع الحمض النووي للفيروس وبروتيناته، الأمر الذي سيؤدي حتما إلى وفاته.

كيف يحمي الجسم نفسه من الالتهابات الفيروسية

لقد أنشأت الطبيعة أجهزة حماية خاصة تقاوم الأمراض الفيروسية التي تصيب النباتات والحيوانات والبشر. تنظر خلاياها إلى مسببات الأمراض نفسها على أنها مستضدات. ردا على وجود الفيروسات في الجسم، يتم إنتاج الجلوبيولين المناعي - الأجسام المضادة الواقية. تستجيب أجهزة الجهاز المناعي - الغدة الصعترية والغدد الليمفاوية - للغزو الفيروسي وتساهم في إنتاج البروتينات الواقية - الإنترفيرون. تمنع هذه المواد تطور الجزيئات الفيروسية وتمنع تكاثرها. كلا النوعين من التفاعلات الوقائية التي تمت مناقشتها أعلاه يتعلقان بالمناعة الخلطية. شكل آخر من أشكال الحماية هو الخلوي. تمتص الكريات البيض والبلاعم والعدلات الجزيئات الفيروسية وتحللها.

معنى الفيروسات

ليس سراً أنها سلبية في الغالب. هذه الجزيئات المسببة للأمراض الصغيرة جدًا (من 15 إلى 450 نانومتر)، والتي لا يمكن رؤيتها إلا بالمجهر الإلكتروني، تسبب مجموعة كاملة من الأمراض الخطيرة والمستعصية على جميع الكائنات الحية الموجودة على الأرض دون استثناء. وبالتالي، فإنها تؤثر على الأعضاء والأنظمة الحيوية، مثل الجهاز العصبي (داء الكلب، التهاب الدماغ، شلل الأطفال)، المناعي (الإيدز)، الجهاز الهضمي (التهاب الكبد)، الجهاز التنفسي (الأنفلونزا، الالتهابات الغدية). تعاني الحيوانات من السحالي والطاعون، وتعاني النباتات من النخرات والبقع والفسيفساء المختلفة.

لم تتم دراسة تنوع ممثلي المملكة بشكل كامل. والدليل هو أنه لا يزال يتم اكتشاف أنواع جديدة من الفيروسات ويتم تشخيص أمراض لم تكن معروفة من قبل. على سبيل المثال، في منتصف القرن العشرين، تم اكتشاف فيروس زيكا في أفريقيا. وهو موجود في جسم البعوض، الذي عندما يلدغ ينقل العدوى للإنسان والثدييات الأخرى. تشير أعراض المرض إلى أن العامل الممرض يؤثر في المقام الأول على أجزاء من الجهاز العصبي المركزي ويسبب صغر الرأس عند الأطفال حديثي الولادة. يجب على الأشخاص الذين يحملون هذا الفيروس أن يتذكروا أنهم يشكلون خطرا محتملا على شركائهم، حيث تم الإبلاغ عن حالات انتقال المرض جنسيا في الممارسة الطبية.

يشمل الدور الإيجابي للفيروسات استخدامها في مكافحة أنواع الآفات وفي الهندسة الوراثية.

في هذا العمل، شرحنا ما هو الفيروس، ومما يتكون جسيمه، وكيف تحمي الكائنات الحية نفسها من العوامل المسببة للأمراض. لقد حددنا أيضًا الدور الذي تلعبه أشكال الحياة غير الخلوية في الطبيعة.

<Бактериофаг>

كما تم اكتشاف فيروسات تصيب فيروسات أخرى (فيروسات الأقمار الصناعية).

العديد من الفيروسات هي العوامل المسببة لأمراض مثل الإيدز والحصبة الألمانية والنكاف وجدري الماء والجدري. الفيروسات مجهرية الحجم، والعديد منها قادر على المرور عبر أي مرشح. وعلى عكس البكتيريا، لا يمكن للفيروسات أن تنمو على الوسائط المغذية، لأنها خارج الجسم لا تظهر خصائص الكائنات الحية. خارج الكائن الحي (المضيف)، الفيروسات عبارة عن بلورات من مواد ليس لها أي خصائص للأنظمة الحية.

قصة

تم إثبات وجود الفيروس (كنوع جديد من مسببات الأمراض) لأول مرة في عام 1892 من قبل العالم الروسي دي آي إيفانوفسكي. بعد سنوات عديدة من البحث في أمراض نباتات التبغ، في عمل يعود تاريخه إلى عام 1892، توصل D. I. Ivanovsky إلى استنتاج مفاده أن فسيفساء التبغ ناتجة عن "البكتيريا التي تمر عبر مرشح شامبرلانت، والتي، مع ذلك، غير قادرة على النمو على ركائز صناعية. " وبعد خمس سنوات، وأثناء دراسة أمراض الماشية، وتحديداً مرض الحمى القلاعية، تم عزل كائن حي دقيق مماثل قابل للترشيح. وفي عام 1898، عند إعادة إنتاج تجارب د. إيفانوفسكي من قبل عالم النبات الهولندي م. بيجرينك، أطلق على هذه الكائنات الحية الدقيقة اسم "الفيروسات القابلة للتصفية". في شكل مختصر، بدأ هذا الاسم للدلالة على هذه المجموعة من الكائنات الحية الدقيقة. في عام 1901، تم اكتشاف أول مرض فيروسي يصيب الإنسان - الحمى الصفراء. تم هذا الاكتشاف من قبل الجراح العسكري الأمريكي دبليو ريد وزملائه. في عام 1911، أثبت فرانسيس روس الطبيعة الفيروسية للسرطان - ساركوما روس (فقط في عام 1966، بعد 55 عامًا، حصل على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لهذا الاكتشاف). وفي السنوات اللاحقة، لعبت دراسة الفيروسات دورًا حيويًا في تطور علم الأوبئة، وعلم المناعة، وعلم الوراثة الجزيئية وفروع أخرى من علم الأحياء. وهكذا أصبحت تجربة هيرشي تشيس دليلاً حاسماً على دور الحمض النووي في نقل الخصائص الوراثية. على مر السنين، تم منح ما لا يقل عن ست جوائز نوبل أخرى في علم وظائف الأعضاء أو الطب وثلاث جوائز نوبل في الكيمياء للأبحاث المرتبطة مباشرة بدراسة الفيروسات. وفي عام 2002، تم إنشاء أول فيروس اصطناعي (فيروس شلل الأطفال) في جامعة نيويورك.

هيكل الفيروسات

تتكون الفيروسات المنظمة ببساطة من حمض نووي والعديد من البروتينات التي تشكل غلافًا حولها - قفيصة. ومن أمثلة هذه الفيروسات فيروس فسيفساء التبغ. تحتوي قفيصتها على نوع واحد من البروتين ذو وزن جزيئي صغير. تحتوي الفيروسات المنظمة بشكل معقد على غلاف إضافي - البروتين أو البروتين الدهني؛ وفي بعض الأحيان تحتوي الأغلفة الخارجية للفيروسات المعقدة على الكربوهيدرات بالإضافة إلى البروتينات. ومن أمثلة الفيروسات المعقدة التنظيم مسببات أمراض الأنفلونزا والهربس. غلافها الخارجي عبارة عن جزء من الغشاء النووي أو السيتوبلازمي للخلية المضيفة، والذي يخرج منه الفيروس إلى البيئة خارج الخلية. تسمى جزيئات الفيروس الناضجة virions. في الواقع، هم جينوم مغطى بطبقة بروتينية في الأعلى. هذه القشرة هي القفيصة. إنه مبني من جزيئات البروتين التي تحمي المادة الوراثية للفيروس من تأثيرات النيوكلياز - الإنزيمات التي تدمر الأحماض النووية. تحتوي بعض الفيروسات على غلاف فائق القفيصة أعلى القفيصة، وهو مصنوع أيضًا من البروتين. يتم تمثيل المادة الوراثية بالحمض النووي. تحتوي بعض الفيروسات على DNA (ما يسمى بفيروسات DNA)، والبعض الآخر لديه RNA (فيروسات RNA). تُسمى فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA) أيضًا بالفيروسات القهقرية، نظرًا لأن تخليق البروتينات الفيروسية في هذه الحالة يتطلب النسخ العكسي، والذي يتم تنفيذه بواسطة إنزيم النسخ العكسي (العكس) وهو تخليق الحمض النووي على أساس الحمض النووي الريبي (RNA).

دور الفيروسات في المحيط الحيوي

تعد الفيروسات من أكثر أشكال وجود المواد العضوية شيوعًا على الكوكب من حيث العدد: تحتوي مياه محيطات العالم على عدد هائل من العاثيات (حوالي 250 مليون جزيء لكل ملليلتر من الماء)، ويبلغ عددها الإجمالي في المحيط يبلغ حوالي 4 × 1030، وعدد الفيروسات (العاثيات) في الرواسب السفلية للمحيط لا يعتمد عمليًا على العمق وهو مرتفع جدًا في كل مكان. يعد المحيط موطنًا لمئات الآلاف من الأنواع (سلالات) من الفيروسات، والتي لم يتم وصف الغالبية العظمى منها، ناهيك عن دراستها. تلعب الفيروسات دورًا مهمًا في تنظيم حجم تجمعات بعض أنواع الكائنات الحية (على سبيل المثال، يقلل فيروس التوحش من عدد الثعالب القطبية الشمالية عدة مرات كل بضع سنوات).

موقع الفيروسات في نظام العالم العضوي

أصل الفيروسات

بناء

الجسيمات الفيروسية (الفيروسات) هي كبسولة بروتينية - قفيصة تحتوي على الجينوم الفيروسي، ممثلاً بواحد أو أكثر من جزيئات DNA أو RNA. تتكون القفيصة من القسيمات القفيصية - وهي مجمعات بروتينية تتكون بدورها من البروتومرات. يشار إلى الحمض النووي المعقد مع البروتينات باسم القفيصة النووية. تحتوي بعض الفيروسات أيضًا على غلاف دهني خارجي. تتراوح أحجام الفيروسات المختلفة من 20 (فيروسات صغيرة) إلى 500 (فيروسات محاكة) أو أكثر نانومتر. غالبًا ما يكون للفيروسات شكل هندسي منتظم (عشروني الوجوه، أسطوانة). يوفر هذا الهيكل القفيصي هوية الروابط بين البروتينات المكونة له، وبالتالي، يمكن بناؤه من بروتينات قياسية لنوع واحد أو أكثر، مما يسمح للفيروس بتوفير مساحة في الجينوم.

آلية العدوى

تقليديا، يمكن تقسيم عملية العدوى الفيروسية على نطاق خلية واحدة إلى عدة مراحل متداخلة:

1. التعلق بغشاء الخلية - ما يسمى بالامتزاز. عادةً، لكي يتم امتصاص الفيريون على سطح الخلية، يجب أن يحتوي على بروتين (غالبًا بروتين سكري) في غشاء البلازما - وهو مستقبل خاص بفيروس معين. غالبًا ما يحدد وجود المستقبل النطاق المضيف لفيروس معين، بالإضافة إلى خصوصية أنسجته. 2. اختراق الخلية. وفي المرحلة التالية، يحتاج الفيروس إلى إيصال معلوماته الجينية داخل الخلية. تحمل بعض الفيروسات أيضًا البروتينات الخاصة بها اللازمة لتنفيذها (وهذا ينطبق بشكل خاص على الفيروسات التي تحتوي على RNA سلبي). تستخدم الفيروسات المختلفة استراتيجيات مختلفة لاختراق الخلية: على سبيل المثال، تقوم فيروسات البيكورناو بحقن الحمض النووي الريبي (RNA) الخاص بها من خلال غشاء البلازما، ويتم التقاط فيروسات الفيروس المخاطى المستقيمي بواسطة الخلية أثناء الالتقام الخلوي، وتدخل البيئة الحمضية للجسيمات الحالة، حيث يحدث نضوجها النهائي (إزالة بروتينات الفيروس). (الجسيم)، وبعد ذلك يتغلب الحمض النووي الريبي (RNA) المعقد مع البروتينات الفيروسية على الغشاء الليزوزومي ويدخل السيتوبلازم. تختلف الفيروسات أيضًا في توطين تكاثرها؛ فبعض الفيروسات (على سبيل المثال، نفس الفيروسات البيكورناوية) تتكاثر في سيتوبلازم الخلية، وبعضها (على سبيل المثال، الفيروسات المخاطية orthomyxoviruses) في نواتها. 3. إعادة برمجة الخلايا. عندما تصاب الخلية بفيروس، يتم تنشيط آليات دفاع خاصة مضادة للفيروسات. تبدأ الخلايا المصابة في تصنيع جزيئات الإشارة - الإنترفيرون، التي تنقل الخلايا السليمة المحيطة إلى حالة مضادة للفيروسات وتنشط جهاز المناعة. يمكن اكتشاف الأضرار الناجمة عن تكاثر الفيروس في الخلية بواسطة أنظمة التحكم الداخلية في الخلية، وسيتعين على الخلية "الانتحار" في عملية تسمى موت الخلايا المبرمج أو موت الخلية المبرمج. ويعتمد بقاؤه بشكل مباشر على قدرة الفيروس على التغلب على أنظمة الدفاع المضادة للفيروسات. ليس من المستغرب أن العديد من الفيروسات (على سبيل المثال، الفيروسات البيكورناوية، والفيروسات المصفرة) اكتسبت أثناء التطور القدرة على قمع تخليق الإنترفيرون، وبرنامج موت الخلايا المبرمج، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى قمع الدفاعات المضادة للفيروسات، تسعى الفيروسات إلى خلق الظروف الأكثر ملاءمة في الخلية لنمو نسلها. 4. المثابرة. يمكن لبعض الفيروسات أن تدخل حالة كامنة، وتتداخل بشكل ضعيف مع العمليات التي تحدث في الخلية، ولا يتم تنشيطها إلا في ظل ظروف معينة. هذه هي الطريقة، على سبيل المثال، يتم بناء استراتيجية التكاثر لبعض العاثيات البكتيرية - طالما أن الخلية المصابة في بيئة مواتية، فإن العاثيات لا تقتلها، وترثها الخلايا الوليدة وغالبًا ما يتم دمجها في الجينوم الخلوي. ومع ذلك، عندما تدخل بكتيريا مصابة بالعاثية اللايسوجينية إلى بيئة غير مواتية، يتحكم العامل الممرض في العمليات الخلوية بحيث تبدأ الخلية في إنتاج المواد التي تُبنى منها العاثيات الجديدة. وتتحول الخلية إلى مصنع قادر على إنتاج عدة آلاف من العاثيات. تؤدي الجسيمات الناضجة التي تغادر الخلية إلى تمزق غشاء الخلية، وبالتالي قتل الخلية. ترتبط بعض أنواع السرطان ببقاء الفيروسات (مثل فيروسات البابوفا). 5. نضوج الفيروسات وخروجها من الخلية. في نهاية المطاف، يُلبس الحمض النووي الريبي (RNA) أو الحمض النووي (DNA) الجينومي المُركب حديثًا بالبروتينات المناسبة ويترك الخلية. ينبغي أن يقال أن الفيروس المتكاثر بشكل نشط لا يقتل الخلية المضيفة دائمًا. في بعض الحالات (على سبيل المثال، الفيروسات المخاطية orthomyxoviruses)، تتبرعم الفيروسات الابنة من الغشاء البلازمي دون التسبب في تمزقه. وهكذا، يمكن للخلية الاستمرار في العيش وإنتاج الفيروس.

يتذكر!

كيف تختلف الفيروسات عن جميع الكائنات الحية الأخرى؟

لماذا لا يتعارض وجود الفيروسات مع المبادئ الأساسية للنظرية الخلوية؟

تتكون من مواد عضوية مثل الخلايا (بروتينات، أحماض نووية)

التكاثر باستخدام الخلايا

ما هي الأمراض الفيروسية التي تعرفها؟

الأنفلونزا، فيروس نقص المناعة البشرية، داء الكلب، الحصبة الألمانية، الجدري، الهربس، التهاب الكبد، الحصبة، الورم الحليمي، شلل الأطفال.

مراجعة الأسئلة والواجبات

1. كيف تعمل الفيروسات؟

الفيروسات لها بنية بسيطة للغاية. يتكون كل فيروس من حمض نووي (أو DNA أو RNA) وبروتين. الحمض النووي هو المادة الوراثية للفيروس. وهي محاطة بقشرة بروتينية واقية - القفيصة. قد تحتوي القفيصة أيضًا على إنزيمات فيروسية خاصة بها. بعض الفيروسات، مثل الأنفلونزا وفيروس نقص المناعة البشرية، لها غلاف إضافي يتكون من غشاء الخلية للخلية المضيفة. تحتوي قفيصة الفيروس، التي تتكون من العديد من جزيئات البروتين، على درجة عالية من التماثل، وعادة ما يكون لها شكل حلزوني أو متعدد السطوح. تسمح هذه الميزة الهيكلية للبروتينات الفيروسية الفردية بالاندماج في جسيم فيروسي كامل من خلال التجميع الذاتي.

2. ما هو مبدأ التفاعل بين الفيروس والخلية؟

3. وصف عملية اختراق الفيروس للخلية.

تخترق الفيروسات "العراة" الخلية من خلال الالتقام الخلوي - غمر جزء من غشاء الخلية في موقع امتزازها. بخلاف ذلك، تُعرف هذه العملية باسم viropexis [فيروس + يوناني. بيكسي، مرفق]. تدخل الفيروسات "الملبسة" إلى الخلية عن طريق اندماج القفيصة الفائقة مع غشاء الخلية بمشاركة بروتينات F محددة (بروتينات الاندماج). تعمل قيم الأس الهيدروجيني الحمضية على تعزيز اندماج الغلاف الفيروسي وغشاء الخلية. عندما تخترق الفيروسات "العراة" الخلية، تتشكل الفجوات (الإندوسومات). بعد اختراق الفيروسات "الملبسة" في السيتوبلازم، تحدث إزالة بروتينية جزئية للفيروسات وتعديل بروتينها النووي (خلع ملابسها). تفقد الجسيمات المعدلة خصائصها المعدية، وفي بعض الحالات، تتغير الحساسية تجاه RNase، والتأثير المعادل للأجسام المضادة (AT) وغيرها من الخصائص الخاصة بمجموعات معينة من الفيروسات.

4. ما هو تأثير الفيروسات على الخلية؟

يفكر! يتذكر!

1. اشرح لماذا لا يمكن للفيروس أن يظهر خصائص الكائن الحي إلا عن طريق غزو خلية حية.

الفيروس هو شكل من أشكال الحياة غير الخلوية، ولا يحتوي على أي عضيات تؤدي وظائف معينة في الخلايا، ولا يوجد استقلاب، والفيروسات لا تتغذى، ولا تتكاثر من تلقاء نفسها، ولا تصنع أي مواد. لديهم الوراثة فقط في شكل حمض نووي واحد - DNA أو RNA، بالإضافة إلى قفيصة من البروتينات. لذلك، فقط في الخلية المضيفة، عندما يدمج الفيروس الحمض النووي الخاص به (إذا كان فيروسًا رجعيًا، فإن النسخ العكسي يحدث أولاً ويتم بناؤه من الحمض النووي الريبي النووي) في الحمض النووي للخلية، يمكن تكوين فيروسات جديدة. أثناء النسخ والتوليف الإضافي للأحماض النووية والبروتينات بواسطة الخلية، يتم أيضًا إعادة إنتاج جميع المعلومات الخاصة بالفيروس التي أدخلتها، ويتم تجميع جزيئات فيروسية جديدة.

2. لماذا تأخذ الأمراض الفيروسية طبيعة الأوبئة؟ وصف تدابير مكافحة الالتهابات الفيروسية.

وتنتشر بسرعة عن طريق الرذاذ المحمول جوا.

3. عبر عن رأيك حول زمن ظهور الفيروسات على الأرض في الماضي التاريخي، مع الأخذ في الاعتبار أن الفيروسات لا يمكنها التكاثر إلا في الخلايا الحية.

4. اشرح السبب في منتصف القرن العشرين. أصبحت الفيروسات أحد الأهداف الرئيسية للبحث الجيني التجريبي.

تتكاثر الفيروسات بسرعة، ومن السهل أن تصاب بالعدوى، وتسبب الأوبئة والجوائح، ويمكن أن تكون بمثابة مطفرة للإنسان والحيوان والنبات.

5. ما هي الصعوبات التي تنشأ عند محاولة إنشاء لقاح ضد الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية؟

حيث أن فيروس نقص المناعة البشرية يدمر جهاز المناعة لدى الإنسان، ويتم تصنيع اللقاح من الكائنات الحية الدقيقة الضعيفة أو المقتولة، أو منتجاتها الأيضية، أو من مستضداتها التي يتم الحصول عليها عن طريق الهندسة الوراثية أو الوسائل الكيميائية. لن يتحمل الجهاز المناعي هذا الإجراء.

6. اشرح لماذا يسمى نقل المادة الوراثية بواسطة الفيروسات من كائن حي إلى آخر بالنقل الأفقي. إذن، ما هو اسم نقل الجينات من الآباء إلى الأبناء في نظركم؟

نقل الجينات الأفقي (HGT) هو عملية يقوم فيها الكائن الحي بنقل المادة الوراثية إلى كائن حي آخر ليس من نسله. نقل الجينات العمودي هو نقل المعلومات الوراثية من خلية أو كائن حي إلى نسله باستخدام الآليات الوراثية التقليدية.

7. على مر السنين، تم منح ما لا يقل عن سبع جوائز نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب وثلاث جوائز نوبل في الكيمياء للأبحاث المرتبطة مباشرة بدراسة الفيروسات. باستخدام الأدبيات الإضافية وموارد الإنترنت، قم بإعداد تقرير أو عرض تقديمي حول التطورات الحالية في أبحاث الفيروسات.

إن معركة الإنسانية ضد وباء الإيدز مستمرة. وعلى الرغم من أنه من السابق لأوانه استخلاص النتائج، إلا أنه لا يزال من الممكن تتبع اتجاهات معينة ومتفائلة بلا شك. وهكذا تمكن علماء الأحياء من أمريكا من زراعة خلايا مناعية لا يستطيع فيروس نقص المناعة البشرية التكاثر فيها. وقد تم تحقيق ذلك باستخدام أحدث التقنيات، والتي تسمح للشخص بالتأثير على عمل الجهاز الوراثي للخلية. قام البروفيسور راميش أكينا من جامعة كولورادو وزملاؤه بتصميم جزيئات خاصة تمنع عمل أحد الجينات الرئيسية لفيروس نقص المناعة. ثم صنع العلماء جينًا اصطناعيًا قادرًا على تصنيع مثل هذه الجزيئات، وبمساعدة فيروس حامل، أدخلوه في نوى الخلايا الجذعية، والتي تؤدي لاحقًا إلى ظهور خلايا مناعية محمية بالفعل من الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية. ومع ذلك، فإن التجارب السريرية فقط هي التي ستظهر مدى فعالية هذه التقنية في مكافحة الإيدز.

قبل 20 عامًا فقط، كان هذا المرض يعتبر غير قابل للشفاء. في التسعينيات، تم استخدام مستحضرات الإنترفيرون ألفا قصيرة العمر فقط. وكانت فعالية هذا العلاج منخفضة للغاية. على مدى العقد الماضي، تم الجمع بين "المعيار الذهبي" في علاج التهاب الكبد C المزمن بين العلاج المضاد للفيروسات مع مضاد للفيروسات ألفا وريبافيرين، والتي تصل فعاليتها في القضاء على الفيروس، أي علاج التهاب الكبد C، بشكل عام إلى 60- 70%. علاوة على ذلك، تبلغ النسبة بين المرضى المصابين بالنمطين الجينيين 2 و3 للفيروس حوالي 90%. وفي الوقت نفسه، كان معدل الشفاء لدى المرضى المصابين بالنمط الجيني للفيروس C، حتى وقت قريب، 40-50٪ فقط.

1. مميزات الوظائف الحيوية (الأبعاد)

2. مخطط هيكل الفيروس

3. مخطط اختراق الخلايا وتكاثرها

4. قصائد وألغاز عن الفيروسات

4.الألغاز والأشعار

أبدو حزيناً -

رأسي يؤلمني في الصباح

أنا أعطس، أنا أجش.

ماذا حدث؟

هذه... الانفلونزا

هذه الانفلونزا هي فيروس متستر

رأسي يؤلمني الآن

ارتفعت درجة الحرارة

وأنت بحاجة إلى بعض الدواء

هل أصيب طفلك بالحصبة؟

إنه ليس حزنًا على الإطلاق

الطبيب سوف يساعد، على عجل

سوف يُشفى طفلنا

سأحصل على التطعيم

سأذهب بكل فخر إلى الطبيب

أعطني حقنة وحقنة

كل شيء جاهز؟ انا ذهبت

مهنتك المستقبلية

1. إثبات أن المعرفة الأساسية حول العمليات التي تحدث على المستويات الجزيئية والخلوية لتنظيم الكائنات الحية ضرورية ليس فقط لعلماء الأحياء، ولكن أيضًا للمتخصصين في مجالات العلوم الطبيعية الأخرى.

لن يتمكن علماء الفيزياء الحيوية وعلماء الكيمياء الحيوية من الاستغناء عن هذه المعرفة. تتم العمليات الفيزيائية والكيميائية وفقًا لنفس القوانين.

2. ما هي المهن في المجتمع الحديث التي تتطلب معرفة البنية والوظائف الحيوية للكائنات بدائية النواة؟ قم بإعداد رسالة قصيرة (لا تزيد عن 7-10 جمل) حول المهنة التي أثارت إعجابك أكثر. وضح اختيارك.

أخصائي التكنولوجيا الحيوية النظم. متخصص في استبدال الحلول القديمة في مختلف الصناعات بمنتجات جديدة من صناعة التكنولوجيا الحيوية. على سبيل المثال، سيساعد هذا المشروع شركات النقل على التحول إلى الوقود الحيوي بدلاً من الديزل، وشركات البناء على التحول إلى مواد حيوية جديدة بدلاً من الأسمنت والخرسانة. استخدام التكنولوجيا الحيوية لتنقية الوسائط السائلة.

3. "هناك حاجة إلى هؤلاء المتخصصين في معاهد البحوث البيطرية والطبية والمعاهد الأكاديمية والمؤسسات ذات الصلة بالتكنولوجيا الحيوية. ولن يتركوا بدون عمل في مختبرات العيادات والمستشفيات وفي محطات التربية الزراعية والمختبرات البيطرية والمستشفيات. في بعض الأحيان يكونون هم من يمكنهم إجراء التشخيص الأكثر موثوقية ودقة. إن أبحاثهم لا غنى عنها للتشخيص المبكر للسرطان. خمن ما هي المهن التي نتحدث عنها في هذه الجمل. إثبات وجهة نظرك.

ربما علم الوراثة. من خلال العمل مع المواد الوراثية، يمكنهم العمل في أي مجال يتعلق بالكائنات الحية، سواء كان ذلك اختيارًا أو أي فرع من فروع المعرفة الطبية.