§ 76. Пріони й віроїди

Поміркуйте

Чи можуть білки відтворювати самі себе, без участі нуклеїнових кислот?

Згадайте

Вторинна й третинна структури білка

а-спіраль і b-структура

Пріони

Пріони — це інфекційні агенти, які є білками з аномальною третинною структурою. Вони не містять нуклеїнових кислот.

У певному сенсі, пріони подібні до вірусів, оскільки здатні збільшувати свою чисельність, тільки використовуючи ресурси клітини. Разом з тим для їх розмноження не потрібні ДНК або РНК.

Пріонні білки тварин і людини утворюються з нормальних клітинних білків, які відповідають за оболонки нервових волокон. Просторова структура білків може аномально змінюватися. Як правило, під час переходу білка з нормального стану в пріонний його а-спіралі перетворюються на p-структури (мал. 76.1). Унаслідок цього білок набуває каталітичної активності й каталізує перетворення дедалі більшої кількості нових нормальних білків на пріонні. Таким чином, запускається ланцюгова реакція й утворюється безліч неправильно згорнутих білків. У клітині накопичуються їх відкладення — амілоїди. Уражені амілоїдами тканини втрачають нормальну структуру й відмирають.

У ссавців пріонні захворювання уражають нервову тканину, переважно головний мозок (мал. 76.2). Вони спричиняють невиліковні стани — губчасті енцефалопатії (коров’ячий сказ у великої рогатої худоби, скрейпі в овець), що призводять до смерті. У людини відомі такі пріонні захворювання, як хвороба Крейтцфельдта — Якоба і куру.

За даними сучасних досліджень, основний шлях поширення пріонних захворювань — заражена їжа. Наприклад, уживання м’яса корів, уражених губчастим енцефалітом, призводить до розвитку хвороби Крейтцфельдта — Якоба в людини. Також у сім’ях з певними мутаціями гена PrP мають місце спадкові пріонні захворювання.

Інкубаційний період пріонних хвороб становить від місяця до кількох десятиліть.

Пріони не викликають імунної відповіді організму. Вони надзвичайно стійкі до дії хімічних і фізичних чинників, витримують кип’ятіння, не розщеплюються протеазами (ферментами, що розщеплюють білки) і не перетравлюються в травному тракті.

Мал. 76.1. Структурні варіанти білка клітинних мембран PrP

Мал. 76.2. Руйнування тканин головного мозку в разі хвороби Крейтцфельдта—Якоба (губчаста структура тканини, утворення порожнин)

Дізнайтеся більше

Пріонна хвороба куру була описана 1957 року серед аборигенів племені форе у високогір'ях Папуа — Новій Гвінеї. Спочатку у хворих порушується координація рухів, стає нестійкою хода. Потім починається тремтіння кінцівок і голови, людина втрачає пам'ять і розум. На останніх стадіях людина перестає рухатися і вмирає приблизно через рік від початку перших симптомів. Папуаси вважали причиною хвороби зле чаклунство. Але насправді інфікування відбувалося через канібалізм — аборигени практикували ритуальне поїдання мозку померлих родичів. Вони вважали, що, з'ївши мозок покійного, вони придбають його розум і силу. З викоріненням канібалізму куру практично зникла. За відкриття інфекційного характеру хвороби куру Карлтон Гайдузек отримав Нобелівську премію з фізіології та медицини 1976 року.

Віроїди

Віроїди — інфекційні агенти, що складаються тільки з кільцевої молекули РНК. У віроїдів немає білкової оболонки. Віроїдна РНК дуже маленька — завдовжки лише кілька сотень нуклеотидів; вона не кодує білків.

Імовірно, копіювання віроїдної РНК здійснюється РНК-полімеразами клітини-хазяїна. Деякі віроїди реплікуються в клітинному ядрі, інші — у хлоропластах.

Віроїди спричиняють захворювання рослин, такі як карликовість хризантем, веретеноподібність бульб картоплі (мал. 76.3), плямистість авокадо тощо. Вони значно впливають на світове сільське господарство, спричиняючи захворювання економічно важливих культурних і декоративних рослин.

Зараження віроїдами відбувається під час механічного пошкодження рослини. Усередині ураженої рослини віроїди переміщаються по клітинних контактах — плазмодесмах.

Сьогодні ще не зовсім зрозумілий молекулярний механізм, що призводить до захворювання. Припускають, що віроїдна РНК може блокувати або заміщати клітинну РНК, порушувати сплайсинг, взаємодіяти з клітинними білками.

У сучасній науці віроїди використовують як модельні об’єкти для вивчення структури і функцій РНК, а також еволюції ДНК і РНК геномів.

Мал. 76.3. Веретеноподібність бульб картоплі спричиняється віроїдами

Походження віроїдів

Існує гіпотеза про те, що першими молекулами, здатними до самовідтворення, були різні види РНК. Вони відпрацювали механізм самокопіювання і реалізації спадкової інформації, зумовивши перехід від неживої природи до живих організмів. Відлунням стародавнього РНК-світу є різнобічні функції сучасних видів РНК: вони переносять спадкову інформацію (іРНК, РНК ретровірусів), беруть участь у сплайсингу (мяРНК) і синтезі білка (тРНК, рРНК), мають каталітичну активність (рибозими).

Феномен зберігання спадкової інформації в молекулі ДНК виник пізніше. На відміну від РНК, ДНК не здатна до самореплікаціі, але вона хімічно стабільніша і складається з двох комплементарних ланцюгів, що дозволяє відновити інформацію в разі пошкодження одного з них. У цілому ДНК дозволяє більш надійно зберігати більші обсяги інформації.

Якщо ця гіпотеза відповідає дійсності, віроїди можуть бути «живими залишками» доклітинного РНК-світу: вони реплікуються, не кодують білки, деякі з них використовують для реплікації рибозими.

Ключова ідея

Пріони — це інфекційні агенти, які є білками з аномальною третинною структурою. Віроїди — це інфекційні агенти, що складаються тільки з кільцевої молекули РНК.

Запитання та завдання

1. Чим схожі й чим відрізняються віруси, пріони та віроїди? 2. Чи можна вважати пріони і віроїди неклітинними формами життя? 3. Обговоріть, у чому може полягати еволюційне значення віроїдів? пріонів?

скачать dle 11.0фильмы бесплатно