Неклеточные формы
Неклеточные организмы включают вирусы и бактериофаги. Остальные живые существа представляют собой клеточные формы жизни.
Неклеточные формы жизни — это переходная группа между неодушевленной и живой природой. Их жизнедеятельность зависит от эукариотических организмов, они могут делиться только путем проникновения в живую клетку. Вне клетки неклеточные формы не проявляют никаких признаков жизни.
В отличие от клеточных форм, неклеточные виды имеют только один тип нуклеиновой кислоты: РНК или ДНК. Они не могут самостоятельно синтезировать белки из-за отсутствия рибосом. Кроме того, у неклеточных организмов не происходит роста и метаболических процессов.
Общая характеристика вирусов
Вирусы настолько малы, что они всего в несколько раз больше крупных белковых молекул. Размер частиц различных вирусов находится в диапазоне 10-275 нм. Они видны только под электронным микроскопом и проходят через поры специальных фильтров, задерживающих все бактерии и клетки многоклеточных организмов.
Впервые они были обнаружены в 1892 г русским физиологом и микробиологом Д. И. Ивановским при изучении табачной болезни.
Вирусы являются возбудителями многих болезней растений и животных. К вирусным заболеваниям человека относятся корь, грипп, гепатит (болезнь Боткина), полиомиелит (детский паралич), бешенство, желтая лихорадка и др.
Строение и размножение вирусов
Под электронным микроскопом разные типы вирусов выглядят как палочки и бусинки. Отдельная вирусная частица состоит из молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), свернутой в шар, и молекул белка, которые расположены вокруг нее в виде оболочки.
Вирусы не могут независимо синтезировать нуклеиновые кислоты и белки, из которых они состоят.
Процесс размножения вируса
Размножение вирусов возможно только при использовании ферментативных систем клеток. Проникнув в хозяйскую клетку, вирусы изменяют и реорганизуют ее метаболизм, в результате чего сама клетка начинает синтезировать молекулы новых вирусных частиц. Вне клетки вирусы могут переходить в кристаллическое состояние, что способствует их сохранению.
Вирусы специфичны: определенный тип вируса поражает не только конкретный вид животного или растения, но и некоторые клетки своего хозяина. Таким образом, вирус полиомиелита поражает только нервные клетки человека, а вирус табачной мозаики — только клетки табачного листа.
Бактериофаги
Бактериофаги (или фаги) — это разновидность бактериального вируса. Их открыл в 1917 году французский ученый Ф д’Эрелль. Под электронным микроскопом они имеют форму запятой или теннисной ракетки около 5 нм. Когда частица фага прикрепляется к бактериальной клетке своим тонким процессом, ДНК фага проникает в клетку и заставляет бактериофаг синтезировать новые молекулы ДНК и белка. Через 30-60 минут бактериальная клетка разрушается, и из нее высвобождаются сотни новых фаговых частиц, готовых инфицировать другие бактериальные клетки.
Считалось, что бактериофаги можно использовать для борьбы с болезнетворными бактериями. Однако оказалось, что фаги, которые быстро уничтожают бактерии в пробирке, в живом организме неэффективны. Поэтому в настоящее время они в основном используются для диагностики заболеваний.
Вирусные заболевания
Вирусы могут заражать живые организмы, вызывая различные заболевания и даже генетические мутации. То, что вызывает ВИЧ, выводит из строя клетки, отвечающие за иммунитет организма: лейкоциты. После попадания в клетку в ней образуется вирусная ДНК, которая встраивается в ДНК хозяина. Перепрограммированная клетка начинает делиться, и количество инфицированных лимфоцитов увеличивается. Поэтому для ВИЧ-инфицированных страшна любая инфекция.
Есть группа вирусов, которые, привыкая к клеткам организма, встраиваются в геном клетки и вызывают нарушения в генетике нормальных клеток. В результате здоровая клетка может переродиться в злокачественную. Наука предполагает, что около 15% случаев рака у человека вызываются вирусом.
Устройство патогенов
Каждый вирус состоит из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) и белков. Все это заключено в белковую оболочку, называемую капсидом. Есть вирусы, у которых есть еще одна дополнительная оболочка, сделанная из «материала» хозяина, например ВИЧ. Белковая оболочка-капсид очень симметрична и имеет красивую граненую или спиралевидную форму.
Клеточные формы
Клеточные организмы делятся на два царства: прокариоты и эукариоты. Структурной единицей клеточных форм жизни является клетка.
Прокариоты имеют простейшее строение: нет мембранных ядер и органелл, деление происходит амитозом, без участия веретена деления. Прокариоты включают бактерии и цианобактерии.
Эукариоты — это клеточные формы со сформированным ядром, состоящим из двойной ядерной мембраны, ядерного матрикса, хроматина и ядрышек. Также в клетке есть мембранные органеллы (митохондрии, ламеллярный комплекс, вакуоли, эндоплазматический ретикулум) и немембранные органеллы (рибосомы, центр клетки). ДНК у представителей клеточных форм находится в ядре клетки, в составе хромосом и в органеллах клетки, таких как митохондрии и пластиды. Эукариоты сочетают в себе флору, фауну и царство грибов.
Сходство между клеточными и неклеточными видами заключается в наличии определенного генома, способности развиваться и производить потомство.
Вирусы и вироиды
Вирусы различаются по химической природе нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), по ее организации и размеру. Именно по этим причинам вирусы классифицируются.
Вирусы для собственного воспроизводства используют генетические механизмы клетки-хозяина, ее энергию и пластические материалы. Во многих случаях это негативно влияет на клетку и нарушает ее нормальное функционирование. По способу взаимодействия с клеткой-хозяином выделяют следующие виды инфекции:
- литический путь: вирус, попадая в клетку, стимулирует синтез белков, необходимых для образования новых вирусов.
- лизогенный путь: вирус в клетке встраивается в ДНК хозяина.
В первом случае после заражения вирусная ДНК быстро реплицируется и сжимается в вирусные частицы. Лизис клетки (разрыв ее мембраны) и выброс большого количества вирусных частиц в окружающую среду. Во втором случае клетка продолжает нормально функционировать. Когда клеточная ДНК реплицируется, вирусная ДНК реплицируется одновременно. В результате деления клеток образуются новые копии вирусной ДНК, встраиваемые в геном клетки.
Определение 1
Клетки животных, в которых ДНК-вирусы могут воспроизводиться литически, называются пермиссивными.
В некоторых случаях возможен переход от лизогенных форм при заражении к литическим. Так бывает, например, с герпесом. Все знают о неприятных «огоньках» на губах, которые возникают у некоторых людей при простуде. Этот вирус герпеса перешел из лизогенной в литическую инфекционную форму.
Вироиды были обнаружены в середине 1970-х годов. XX век Это кольцевая РНК длиной 300-400 нуклеотидов. Известно около 30 вироидов. Все они оказались вредителями растений. Вироиды не имеют белкового капсида, что не позволяет им проникать в клетки в неповрежденном виде. Они переключаются между растениями только тогда, когда повреждены и донорские, и реципиентные клетки.
Клеточная теория
Открытие и изучение клетки стало возможным благодаря изобретению микроскопа и усовершенствованию методов микроскопических исследований. Первое описание кельи было сделано в 1665 году англичанином Р. Гуком. Позже выяснилось, что он открыл не клетки (в современном понимании этого слова), а только внешние оболочки растительных клеток.
История открытия
Успехи в изучении клеток связаны с развитием микроскопии в 19 веке. К этому времени представления о клеточной структуре изменились: главным в организации клетки была не клеточная стенка, а ее собственное содержимое, протоплазма. В протоплазме был обнаружен постоянный клеточный компонент — ядро. Накопленные многочисленные наблюдения за лучшим строением и развитием тканей и клеток позволили нам приблизиться к обобщениям, сделанным впервые в 1839 году немецким биологом Т. Шванном в форме сформулированной им клеточной теории. Он показал, что клетки растений и животных принципиально похожи друг на друга. Эти идеи получили дальнейшее развитие и обобщение в трудах немецкого патолога Р. Вирхова.
Клеточная теория
Значение в науке
Создание клеточной теории стало важным событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие эмбриологии, гистологии и физиологии. Это послужило основой для материалистического понимания жизни, для объяснения эволюционных взаимоотношений организмов, для понимания индивидуального развития.
«Главный факт, который произвел революцию во всей физиологии и сделал возможной сравнительную физиологию, — это открытие клеток», — так Ф. Энгельс описал это событие, сравнивая открытие клетки с открытием закона сохранения энергии и теорией Дарвина эволюции.
Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и сегодня, хотя новые представления о строении, жизнедеятельности и развитии клеток были получены более 100 лет назад.
Жизнь вирусов
Особенностью их существования является их особая структура. Он бывает двух видов:
- покой (внеклеточный) — когда их живые свойства никак себя не проявляют;
- внутриклеточные — когда они прикрепляются к живой клетке и приобретают способность к размножению.
Все вирусы по-прежнему отличаются от клеточных организмов тем, что имеют один из типов нуклеиновых кислот — ДНК или РНК, поэтому они не могут синтезировать белки самостоятельно. И обменные процессы в них тоже не происходят и не нарастают. Вот почему эти маленькие захватчики пытаются найти организм, который использует ферментативные системы своих клеток. Прикрепляясь к стенке или проникая в клетку-хозяин, этот паразит изменяет свой метаболизм, так что сама клетка начинает создавать новые вирусные частицы. Клетка, как правило, умирает, и выделяется много новых частиц.
В настоящее время известны вирусы, которые размножаются с помощью клеток растений, животных, грибов и бактерий. Те, что используются растениями, также называются бактериофагами. Считается, что они были открыты в начале 20 века французско-канадским биологом Ф. Дереллом.
Вирусы, являясь паразитами, могут нанести непоправимый вред клетке-хозяину и вызвать ряд серьезных заболеваний. Такие заболевания трудно лечить, потому что антибиотики не действуют на них — у этих патогенов нет метаболизма, который можно было бы подавить. Вакцины не всегда могут быть эффективными, поскольку вирус меняется и адаптируется. Химическая терапия, конечно, угнетает их, но может повредить саму клетку.
Прионы
Прионы, как и вирусы, в некоторых случаях являются возбудителями болезней. Долгое время врачи не могли выявить причины болезни Крейнфельда-Якобса, синдрома Герстманна-Штрауслера-Шенклера, рассеянного склероза, вилюйского энцефалита, лейкоспонгиоза, фатальной семейной бессонницы и тому подобного. У животных «медленные инфекции» включают чешуйки, трансмиссивную губчатую энцефалопатию, энцефалопатию, болезнь истощения оленей, лосей, мулов и т.п.
Все эти заболевания проявляются в виде тяжелых поражений центральной нервной системы и развиваются с годами. Природа «медленных инфекций» была установлена еще в 80-х годах ХХ века. Исследования американского ученого Д. Гайдушека показали, что «медленные вирусы» представляют собой принципиально новый тип возбудителя — прион — особый инфекционный белок. Прионы были идентифицированы американским исследователем С. Прусинером. Оказалось, что это белки с молекулярной массой 35-105 кДа и длиной 50-150 нм.
Наблюдение 1
Прионы, подобные белкам мозга, обладают способностью проникать в организм и повреждать центральную нервную систему, вызывая постепенное разрушение нейронов.
Инкубационный период прионных инфекций составляет от 3-9 месяцев до 2-5 лет. Впервые о прионных инфекциях заговорили на рубеже тысячелетий. Это связано со вспышкой коровьего бешенства (передаточная губчатая энцефалопатия), поразившего фермы в Европе. Это заболевание поражает и людей, что делает его особенно опасным.
Способы борьбы
Иммунитет — это способность организма противостоять вирусам, патогенам и инородным телам. Есть три типа иммунитета:
- естественные врожденные — это в генетике человека, то есть собака не может заболеть гриппом, а человек — чумой;
- приобретенные естественные — не по наследству, а приобретенные с грудным молоком или после болезни;
- искусственный иммунитет — приобретаемый путем введения в организм вакцины — лекарства, состоящего из ослабленных или убитых возбудителей. В этом случае в организме формируется так называемый иммунный ответ — в крови образуются клетки, синтезирующие антитела, нейтрализующие вирус. Этот иммунитет сохраняется годами.
Функция иммунитета — защищать организмы от воздействий окружающей среды. Если на время «выключить» иммунитет, организм погибнет, «съеденный» различными клеточными и неклеточными патогенными организмами.
В числовом выражении вирусы — одно из самых распространенных и древних органических веществ на Земле. Они старше и многочисленнее человечества. Их количество таково, что подавляющее большинство видов еще не описано и изучено, хотя микробиология этим активно занимается. О них пишут книги и снимают фильмы.
С вирусами сложно бороться, потому что их эволюция происходит прямо на наших глазах. Изменившись, они становятся неуязвимыми, и из-за этого возникают новые эпидемии и пандемии. Людям уже удалось победить некоторые вирусы, например, оспу, но это еще не все.