Страйер Л. Биохимия. Том 3

Подождите немного. Документ загружается.

ной, а 5'-конец по мере удлинения вирусной

частицы становится короче.

Наиболее вероятная модель образования

частиц проиллюстрирована на рис. 30.9.

Сборка начинается с проникновения петли

инициации в центральное отверстие двух-

слойного белкового диска. Петля связы-

вается с первым оборотом диска, и приле-

гающий стебель, состоящий из спаренных

оснований, раскрывается. Это взаимодей-

ствие переводит диск в форму спиральной

запорной шайбы, и диск захватывает РНК.

Так начинается построение спирали вируса.

Затем к новообразованной петле РНК, тор-

чащей из центрального отверстия, присое-

диняется еще один диск. Благодаря прота-

скиванию 5'-конца через центральное отвер-

стие растущей вирусной частицы при доба-

влении каждого следующего диска обра-

зуется новая петля. Наконец, происходит

одевание 3'-конца каким-то пока непо-

нятным способом.

Помимо того что двухслойный диск обес-

печивает быструю нуклеацию, он суще-

ственно увеличивает специфичность образо-

вания оболочки. Диск может связываться со

многими нуклеотидами, тогда как одна

субъединица - только с тремя. Следователь-

но, диск обладает гораздо более высокой из-

бирательностью по отношению к РНК

ВТМ по сравнению с мРНК клетки-хозяина,

чем одна субъединица. Еще одно важное

свойство дисков состоит в том, что в физио-

логических условиях они не образуют спи-

ралей без РНК. В этом отношении важней-

шую роль играют две карбоксильные

группы в каждой субъединице. При ней-

тральном значении рН в спиральной форме

ионизированы обе карбоксильные группы,

а в диске - только одна. Электростатическое

отталкивание между близко расположенны-

ми карбоксилат-ионами в спиральной фор-

ме благоприятствует образованию диска.

Связывание РНК со спиральной формой со-

провождается достаточным изменением

свободной энергии, чтобы преодолеть элек-

тростатическое отталкивание карбокси-

латных ионов. Итак, карбоксилат-

ионы - негативный регулятор, препятствую-

щий образованию спирали без РНК.

30.4. Заражение фагом Т4 полностью

перестраивает синтез макромолекул

в клетке E.coli

Бактериофаг Т4 - гораздо более сложный

вирус, чем ВТМ. Его двухспиральная ДНК

содержит примерно 165 генов по сравнению

Рис. 30.7. Участок РНК ВТМ, обеспечи-

вающий инициирование сбор-

ки вирусной частицы ВТМ.

Рис. 30.8. Электронная микрофотогра-

фия частично реконструиро-

ванных частиц ВТМ. Видны

два хвоста РНК, отходящие от

каждого растущего вириона.

[Lebeurier G., Nicholaeff A.,

Richards К. Е., Ргос. Nat. Acad.

Sci. USA, 74, 150 (1977).]

30. Вирусы

171

Рис. 30.9. Схема сборки ВТМ. А -

область инициации в РНК

образует петлю и проходит

в центральное отверстие белко-

вого диска. Б - диск переходит

в спиральную форму «запор-

ной шайбы». В - к тому концу

РНК, где расположена петля,

присоединяются новые диски.

Г - одна из концов РНК все

время протаскивается через

центральное отверстие и взаи-

модействует с новыми диска-

ми. Д - схематическое изобра-

жение молекулы РНК в частич-

но собранном вирусе. Напра-

вление движения РНК, обозна-

чено стрелкой. (Butler P. J.G.,

Klug A., Sci.Amer., 1978.)

с 6 генами ВТМ. Однако структура, размно-

жение и процесс сборки фага Т4 изучены до-

вольно хорошо, так как он подвергался ин-

тенсивному генетическому и биохимическо-

му анализу. Вирион Т4 состоит из головки.

отростка и шести нитей (фибрилл) отрост-

ка (рис. 30.10). Его молекула ДНК плотно

упакована внутри икосаэдрической белко-

вой оболочки и образует головку вируса.

Отросток состоит из двух соосных трубок,

соединенных с головкой короткой шейкой.

В отростке сократительный чехол окружает

центральный стержень, через который ДНК

вводится в бактерию-хозяина. Отросток не-

сет на конце базальную пластинку с шестью

короткими зубцами, от которой отходит

шесть длинных тонких нитей.

Концы нитей отростка связываются

с определенными участками на клетке E.coli.

В результате АТР-зависимого сокращения

172

Часть IV.

Информация

чехол подтягивает головку фага к базальной

пластинке и нитям отростка, и в результате

центральный стержень проникает через кле-

точную стенку, но не через мембрану клет-

ки. Затем обнаженная фаговая ДНК прони-

кает через клеточную мембрану. По истече-

нии несколько минут все реакции синтеза

клеточных ДНК, РНК и белка останавли-

ваются и начинается синтез вирусных ма-

кромолекул. Другими словами, заразивший

клетку вирус овладевает синтетическими

механизмами бактериальной клетки и заме-

щает ее гены своими.

В ДНК фага Т4 имеется три группы генов,

которые транскрибируются на различных

стадиях заражения: предранние, ранние и по-

Рис. 30.10. Электронная микрофотогра-

фия фага Т4. (Williams R. С., Fi-

sher Н. W., An electron

micrographic atlas of viruses,

С. С. Thomas, Springfield,

Illinois, 1974. Печатается с лю-

безного разрешения издателя.)

Таблица 30.2. Гены фага Т4 [Wood W.B., Revel H.R.,

Bacteriol. Rev., 40, 860 (1976)]

Тип

Метаболические, необходимые

Метаболические, необходимыми не являют-

ся

Сборка частицы, структурные белки

Сборка частицы, другие белки

Общее число идентифицированных генов

Число

135

здние. Предранние и ранние гены транскри-

бируются и транслируются до того, как син-

тезируется ДНК фага Т4. Некоторые белки,

кодируемые этими генами, обеспечивают

выключение синтеза клеточных макромоле-

кул. Вскоре после заражения ДНК клетки-

хозяина распадается под действием дезокси-

рибонуклеазы, кодируемой одним из ранних

генов фага Т4. ДНК самого фага Т4 не

гидролизуется под действием этого фермен-

та, поскольку в ней нет кластеров (сгруп-

пированных остатков) цитозина. В ДНК

фага Т4 вместо цитозина находится гидро-

ксиметилцитозин (ГМЦ). К тому же остат-

ки ГМЦ в ДНК Т4 глюкозилированы.

Эти производные цитозина включаются

в ДНК бактериофага Т4 благодаря дей-

ствию нескольких фагоспепифических фер-

ментов, синтезирующихся на ранней стадии

заражения. Один из них гидролизует dCTP

с образованием dCMP, чтобы воспрепят-

ствовать включению dCTP в ДНК фага Т4.

Затем второй фермент вводит в dCMP ги-

дроксиметильную группу, и образуется

5-гидроксиметилцитидилат. Третий фер-

мент превращает 5-гидроксиметилцитиди-

лат в трифосфат, который служит субстра-

том для ДНК-полимераз. Наконец, че-

твертый фермент гликозилирует некоторые

из содержащихся в ДНК остатки гидрокси-

метилцитозина.

Синтез поздних белков сопряжен с репли-

кацией ДНК фага Т4. На этом этапе обра-

зуются белки капсида и лизоцим. Когда

сборка вирионов потомства завершена, ли-

зоцим гидролизует клеточную стенку бакте-

рии и разрушает ее. Примерно через 20 мин

после заражения возникает около двухсот

новых вирусных частиц.

30.5. В упорядоченной сборке фага Т4

участвуют вспомогательные белки и

протеазы

Сборка фага Т4 - гораздо более сложный

процесс, чем сборка ВТМ, так как капсид

фага Т4 значительно сложнее по своей

структурной организации и содержит при-

мерно 40 различных белков. Еще тринад-

цать дополнительных белков (по сравнению

с ВТМ) участвуют в сборке фага Т4, но не

входят в состав капсида. Механизм сборки

этого вируса был исследован с помощью со-

четания генетических, биохимических

и электронно-микроскопических методов.

Работы Вильяма Вуда и Роберта Эдгара

(William Wood, Robert Edgar), посвященные

мутантам фага Т4, дефектным по способно-

сти к сборке, позволили установить следую-

щее.

1. Существует три основных пути пре-

вращений, которые приводят к образованию

вupуca. В результате этих превращений неза-

висимо формируются головка, отросток

и нити отростка (рис. 30.11). Если блокиро-

вать образование одного из перечисленных

компонентов, это не повлияет на синтез

двух других.

2. Каждая из этих последовательностей

превращений идет в строго определенном

порядке. Все белки капсида синтезируются

одновременно во второй половине цикла за-

ражения. Таким образом, строгой последо-

вательности сборки головки, отростка и ни-

тей отростка способствуют структурные

особенности самих промежуточных продук-

тов. Ни один из этих процессов ассоциации не

может идти с заметной скоростью, пока не

закончится предыдущий. Возможно, часть

30. Вирусы

173

Рис. 30.11. Морфогенез фага Т4. Числа

возле стрелок обозначают

гены, продукты которых необ-

ходимы для соответствующих

этапов сборки. (Wood W.В.,

Genetic mechanisms of

development, Ruddle F. H., ed.,

Academic Press, 1973, p. 29.)

энергии связывания на каждом этапе ис-

пользуется для снижения энергии активации

следующего процесса ассоциации и таким

образом увеличивает его скорость.

3. Головка и отросток должны быть

полностью собраны, прежде чем они соеди-

няются друг с другом. Затем готовые нити

отростка присоединяются к базальной пла-

стинке. И в этом случае строгая последова-

тельность событий обеспечивает выход

только готовых вирусных частиц.

Образование вирионов фага Т4 идет не

только путем самосборки. Важную роль на

некоторых этапах этого процесса играют

вспомогательные ( морфопоэтические ) белки

174

Часть IV.

Информация

и протеазы. Например, для образования

центральной «втулки» базальной пластинки

отростка нужны три белка, которые не вхо-

дят в состав собранного отростка. Эти вспо-

могательные белки служат временными ша-

блонами для ассоциации компонентов

«втулки». Протеазы играют важную роль

в сборке головки. Основной белок головки

с массой 45 кДа, который называется gp23*

(gp - от англ. gene product - продукт гена),

образуется из предшественника gp23 с мас-

сой 55 кДа. Расщепление происходит в тот

момент, когда головка частично собрана;

это свидетельствует о том, что оно запу-

скает механизм втягивания ДНК в головку.

Известны еще три белка головки, которые

расщепляются в процессе сборки. Таким

образом, фаг Т4 образуется путем само-

сборки и сборки с участием вспомога-

тельных (морфопоэтических) белков и фер-

ментов.

30.6. В репликации фага T4 участвует

конкатемерный промежуточный продукт

При репликации линейных молекул ДНК,

в частности ДНК фага Т4, возникает особая

проблема. 5'-концы новообразованной до-

черней ДНК застроены не до конца, так как

РНК-затравка была удалена, но не была за-

мещена ДНК (рис. 30.12). Напомним, что

ДНК-полимераза не способна синтезиро-

вать цепи ДНК de novo в направлении 3'—>5'

(разд. 24.19). При репликации кольцевых

молекул ДНК такой проблемы не возни-

кает, так как 3'-конец новой цепи служит за-

травкой для завершения синтеза дочерней

цепи. Как же решают эту проблему фаг Т4

и другие вирусы, геном которых предста-

вляет собой линейную ДНК? Важным ука-

занием на то, как решается эта проблема,

послужило открытие, что эти линейные мо-

лекулы обладают концевой избыточностью,

т.е. последовательность оснований левого

конца ДНК в точности повторяется на пра-

вом конце:

К тому же при репликации этих молекул

ДНК образуются длинные конкатемеры,

Эти открытия позволили предложить меха-

низм заполнения 5'-концов дочерних цепей.

Поскольку одноцепочечные концы ново-

образованных двухцепочечных молекул

взаимно комплементарны, они быстро реас-

социируют (рис. 30.13). Эта комплементар-

Рис. 30.12. 5'-концы новосинтезиро-

ванных линейных молекул

ДНК застроены не до конца.

Родительские цепи ДНК пока-

заны красным цветом, а дочер-

ние - синим.

Рис. 30.13. Конкатемерный промежу-

точный продукт репликации

линейных двухцепочечных мо-

лекул ДНК. Двухцепочечные

молекулы ДНК с неза-

строенными концами ассоции-

руют друг с другом благодаря

спариванию комплементарных

одноцепочечных концов (АВ

с ab). Затем одноцепочечные

пробелы застраиваются.

ность - следствие концевой избыточности

последовательности оснований. В конкате-

мерной цепочке, состоящей из повторяю-

щихся звеньев - двухспиральных молекул

фаговой ДНК, 3'-конец одной молекулы

служит затравкой для заполнения 5'-конца

другой.

30.7. ДНК фага Т4 вводится

в преобразованную головку

Как образуется молекула ДНК, соответ-

ствующая одному фаговому геному, и как

она упаковывается в головку? Эта проблема

невероятно сложна: ДНК имеет контурную

длину 56 мкм и при этом должна уместить-

ся в головку, длина которой по большей оси

0,1 мкм. К тому же объем ДНК

(1,8•10

-4

мкм

) ненамного меньше объема

головки (2,5•10

-4

мкм

). A priori имеются

две возможности: ДНК может входить

в предобразованную головку или головка

может собираться вокруг «ядра» конденси-

рованной ДНК. Выделение пустых головок

фага, способных упаковать ДНК, прямо до-

казывает, что ДНК фага Т4 вводится в пред-

образованные головки (рис. 30.14). В то вре-

мя как ДНК входит в головку и свертывает-

ся в структуру, напоминающую моток

пряжи, происходит расщепление нескольких

белков головки. Одновременно происходит

разбухание головки. Наконец, когда в голов-

ку входит фрагмент ДНК, соответствую-

щий длине одного генома, конкатемерная

Рис. 30.14. Схема упаковки ДНК при

сборке головки фага Т4.

30. Вирусы

175

Рис. 30.15. Электронная микрофотогра-

фия вируса кустистой карлико-

вости томата. (Печатается

с любезного разрешения д-ра

Robley Williams.)

ДНК расщепляется. Нуклеаза действует не

путем узнавания какой-либо определенной

последовательности, а расщепляет ДНК

именно в тот момент, когда головка напол-

нена. Этим и объясняется тот факт, что

концы молекул ДНК Т4 обладают концевой

избыточностью, ДНК упаковывается таким

образом, что она может быть очень быстро

введена в бактерию при следующем цикле

заражения. Чем обеспечивается такая пора-

зительная подвижность, остается загадкой.

30.8. Гибкость белка оболочки ВККТ

позволяет ему образовывать

икосаэдрический капсид

Вирус кустистостой карликовости томатов

(ВККТ) - сферический вирус, иллюстрирую-

щий другой принцип организации вируса

(рис. 30.15). ВККТ содержит одну молекулу

РНК длиной 4800 нуклеотидов, окруженную

оболочкой из 180 идентичных белковых

субъединиц массой 41 кДа. Как уложены

эти субъединицы оболочки? Максимально

возможная симметрия изотермической обо-

лочки достигается в случае икосаэдра

и имеет порядок 60 (рис. 30.16, А). Другими

176

Часть IV.

Информация

словами, не более 60 идентичных субъеди-

ниц могут быть упакованы в сферическую

оболочку с соблюдением абсолютной сим-

метрии. Но ВККТ и ряд других сферических

вирусов содержат 180 идентичных субъеди-

ниц. Биологическое преимущество построе-

ния оболочки из 180 вместо 60 субъединиц

такого же размера состоит в том, что в бо-

лее крупный вирион можно упаковать боль-

ше нуклеиновой кислоты. Это достигается

не нарушением симметрии, а некоторым ее

ослаблением (рис. 30.16, Б). Рентгенострук-

турный анализ структуры ВККТ высокого

разрешения, проведенный Стивеном Харри-

соном (Stephen Harrison), показал, что хими-

чески идентичные субъединицы его оболоч-

ки можно отнести к трем группам (А, В и С),

каждая из которых состоит из 60 белков,

подчиняющихся строгой икосаэдрической

симметрии. В то же время молекулы из раз-

ных групп расположены по отношению друг

к другу несколько по-разному; поэтому их

называют квазиэквивалентными.

Как объяснить квазиэквивалентность

с физической точки зрения? Рентгенострук-

турный анализ показал, что каждая субъеди-

ница состоит из S-домена, образующего

часть поверхности оболочки; Р-домена, вы-

ступающего наружу; N-концевого участка,

направленного внутрь. Р- и S-домены всех

субъединиц имеют примерно одинаковое

строение. В то же время угол между Р- и S-

доменами в субъединицах группы С сильно

отличается от угла в субъединицах А и В. Р-

и S-домены соединены шарниром, обеспечи-

вающим поворот на угол до 20°. Еще одно

отличие состоит в том, что N-концевая

часть в субъединицах группы С упорядоче-

на, а в субъединицах А и В находится в бес-

порядочной конформации. Благодаря такой

гибкости структурной организации субъеди-

ницы, принадлежащей к различным группам,

могут взаимодействовать друг с другом по-

чти идентичным образом, что необходимо

для самосборки. С другой стороны, РНК

внутри частицы, по-видимому, не находится

в какой-нибудь определенной конформации.

Гибкие N-концевые участки субъединиц

оболочки проникают внутрь и взаимодей-

ствуют с РНК.

30.9. Бактериальные рестрикционные

эндонуклеазы расщепляют чужеродные

молекулы ДНК

Мы уже видели, что фаг Т4 обладает фер-

ментативной системой для избирательного

расщепления ДНК клетки-хозяина. Подоб-

Рис. 30.16. Икосаэдрическая поверхност-

ная решетка, демонстрирую-

щая упаковку 60 совершенно

одинаковых субъединиц (А)

и 180 квазиэквивалентных

субъединиц (Б). Обратите вни-

мание, что все контакты типа

«хвост к хвосту» на рис. А

образуются кольцевыми груп-

пами по пять субъединиц, а на

рис. Б некоторые такие кон-

такты образуются группами по

пять, а другие — по шесть

субъединиц. [Harrison S.C.,

Trends Biochem. Sci., 3,4 (1978).]

но этому, у бактерий имеются ферменты,

называемые рестриктирующими эндону-

клеазами, которые расщепляют чужеродные

молекулы ДНК. Эти ферменты были откры-

ты в результате наблюдения, что фаги, вы-

ращенные на одном штамме бактерий (на-

пример, E.coli В), плохо растут на другом

штамме (E.coli К) и наоборот. Такое явле-

ние, когда фаг плохо растет на штамме, от-

личном от того, на котором он был выра-

щен, было названо рестрикцией. Однако

небольшая часть фага (примерно 10

-5

) из-

бегает рестрикции и в дальнейшем хорошо

растет на новом хозяине. При этом фаги

теряют способность расти на старом хо-

зяине.

Все эти данные показали, что специфиче-

ская модификация в клетках-хозяевах защи-

щает фаг от рестрикции. Затем Вернер Ар-

бер (Werner Arber) продемонстрировал, что

специфическая модификация клеткой-хозяи-

ном на самом деле воздействует на фаговую

ДНК и что рестрикция обусловлена дегра-

дацией ДНК фага. ДНК клетки-хозяина

и другие молекулы ДНК, содержащиеся

в клетках-хозяевах, метилированы по опре-

деленным участкам. Те же участки узнает

и рестриктирующая эндонуклеаза, которая

расщепляет только неметилированные по-

следовательности. Таким образом, метили-

рование определенного основания в последо-

вательности-мишени (участке узнавания)

препятствует гидролизу ферментом ре-

стрикции (рис. 30.17). Момент, в который

происходит модификация, имеет принци-

пиально важное значение: бактериальная

ДНК не подвергается расщеплению, потому

что она метилируется раньше. Только что

реплицированная бактериальная хромосо-

ма, метилированная только по одной - ро-

дительской - цепи, устойчива к действию

фермента рестрикции. Такая наполовину

модифицированная ДНК становится по-

лностью метилированной до начала сле-

дующего цикла репликации.

У бактерий обнаружено два типа систем

рестрикция-модификация. В системах типа

I активность метилазы и нукдеазы ассоции-

рована с крупным комплексом, состоящим

из нескольких субъединиц. Например, такие

комплексы у E.coli К и В состоят из поли-

пептидных цепей трех типов. α-Цепь обла-

дает эндонуклеазной активностью, β-цепь -

метилазной активностью, а γ-цепь несет

участок узнавания ДНК. Ферменты типа

I нуждаются в S-аденозилметионине и

в АТР для проявления как нуклеазной, так

и метилазной активности. Ферменты типа

I расщепляют не модифицированную ДНК

в случайном месте на расстоянии 1900 пар

оснований или более в 5'-сторону от участка

30. Вирусы

177

Рис. 30.17. Метилирование участков узна-

вания (последовательностей-

мишеней) защищает их от рас-

щепления рестриктирующей

эндонуклеазой.

узнавания

и одновременно гидролизуют

АТР. В системах типа II, наоборот, мети-

лазы и нуклеазы разделены. S-аденозилме-

тионин служит донором метальной группы

в реакции модификации, но не участвует

в расщеплении ДНК. Еще одно отличие со-

стоит в том, что нуклеазы и метилазы типа

II не нуждаются в АТР. Самое удивитель-

ное, что места расщепления нуклеазами ти-

па II весьма специфичны. Как уже обсужда-

лось в одной из предыдущих глав

(разд. 24.27), многие из этих ферментов уз-

нают определенную последовательность из

4-6 пар оснований и гидролизуют в каждой

цепи единственную строго определенную

фосфодиэфирную связь в этой области. От-

личительная особенность этих участков рас-

щепления состоит в том, что они симме-

тричны относительно оси вращения второго

порядка (рис. 30.18). Ферменты рестрик-

ции - незаменимый инструмент в исследова-

нии структуры ДНК (разд. 24.27) и создании

новых молекул ДНК (разд. 31.9).

Арбер изучал систему рестрикции—модифи-

кации типа I на содержащем одноцепопечную

ДНК фаге fd, поэтому он мог указать положе-

ние участка расщепления относительно участка

узнавания так, как это сделано в тексте.- Прим.

перев.

178

Часть IV.

Информация

30.10. Стратегия репликации

РНК-содержащих вирусов

Репликация РНК-содержащих вирусов

представляет собой особую проблему, так

как в незараженных клетках-хозяевах нет

ферментов для синтеза РНК по РНК-ма-

трице. Следовательно, РНК-содержащие

вирусы должны нести генетическую инфор-

мацию для синтеза РНК-зависимой РНК-

полимеразы (которую называют также

РНК-репликазой или РНК-синтетазой) или

для РНК-зависимой ДНК-полимеразы (на-

зываемой также обратной транскриптазой).

РНК-содержащие вирусы удобно классифи-

цировать в зависимости от РНК, содержа-

щейся в вирионе, и мРНК. По определению

мРНК представляет собой (+)РНК, а ком-

Рис. 30.18. Специфичность рестриктирую-

щей эндонуклеазы Hind III из

Hemophilus influenza и соответ-

ствующей метилазы. Зеленым

цветом показана ось симме-

трии второго порядка.

Пикорнавирусы -

группа мелких (pica) РНК-содержащих (рна - от айгл. RNA) вирусов. Одна одно-

цепочечная молекула (+)РНК окружена икосаэдрической белковой оболочкой

диаметром 270 А. К пикорнавирусам относятся вирус полиомиелита, ринови-

рус (вызывающий обычную простуду) и вирус ящура крупного рогатого скота.

Рис. 30.19. Способы экспрессии генов

РНК-содержащих вирусов.

[Baltimore D., Bacteriol. Rev.,

35, 326 (1971).]

плементарная ей цепь - (—)РНК. Известны

четыре пути репликации и транскрипции

РНК-содержащих вирусов (рис. 30.19). Ви-

русы 1-го класса (например, вирус полио-

миелита) - вирусы, содержащие положи-

тельную цепь РНК. Они синтезируют

(—)РНК, которая используется в качестве

матрицы для образования (+)мРНК. Ви-

русы 2-го класса (например, вирусы бешен-

ства) содержат отрицательную цепь РНК,

у них (—)РНК вириона служит матрицей

для синтеза (+)мРНК. Вирусы 3-го класса

(например, реовирусы) содержат двухцепо-

чечную РНК; (±)РНК вириона направляет

асимметрический синтез (+)мРНК. Наибо-

лее необычны вирусы 4-го класса - ретрови-

русы (например, вирус саркомы Рауса).

У них выражение генетической информации,

содержащейся в (+)РНК вириона, опосре-

довано образованием ДНК, которая служит

матрицей для синтеза (+)РНК. Таким

образом, поток генетической информации

ретровирусов направлен от РНК к ДНК

и затем обратно к РНК.

30.11. Белки вируса полиомиелита

образуются путем множественного

расщепления гигантского предшественника

Вирус полиомиелита состоит из одноцепо-

чечной (+)РНК длиной 7,5 kb, заключен-

ной в икосаэдрический капсид. Проникнув

в цитоплазму клетки-хозяина, эта молекула

РНК вириона используется в качестве ма-

трицы для синтеза белка. Она транслирует-

ся рибосомами клетки-хозяина с образова-

нием белков капсида и особой РНК-полиме-

разы, работающей по РНК-матрице (РНК-

репликазы). Затем РНК-репликаза синтези-

рует (—)цепи на матрице (+)РНК вириона

(рис. 30.21). (—)РНК в свою очередь служит

матрицей для синтеза множества (+)цепей,

которые участвуют в синтезе белка или упа-

ковываются в капсиды и дают новые ви-

рионы.

Рис. 30.20. Электронная микрофотогра-

фия частиц вируса полиомие-

лита. (Печатается с любезного

разрешения д-ра John Finch.)

30. Вирусы

179

Рис. 30.21. Репликация РНК вируса по-

лиомиелита.

Поразительная особенность выражения

генов вируса полиомиелита состоит в том,

что (+)РНК вириона служит матрицей для

синтеза непрерывной полипептидной цепи,

содержащей более 2000 аминокислотных

остатков. Дэвид Балтимор (David Baltimore)

показал, что этот гигантский полипептид

расщепляется протеазами клетки-хозяина

на семь белков: четыре белка оболочки, одну

РНК-репликазу и два белка, функция ко-

торых пока еще неизвестна (рис. 30.22). Но-

вообразованная полипептидная цепь расще-

пляется на три куска, которые затем

подвергаются дальнейшему расщеплению.

В частности, два белка оболочки образуют-

ся из предшественника на завершающей

стадии сборки вириона.

Почему вирус полиомиелита синтезирует

свои белки таким на первый взгляд

сложным путем? По-видимому, у него нет

выбора. Напомним, что в эукариотических

клетках молекула мРНК по непопятной по-

ка причине может при трансляции дать

только одну полипептидную цепь. Прокарио-

180

Часть IV.

Информация

тические мРНК, наоборот, сплошь и рядом

полицистронны (например, мРНК лактоз-

ного оперона). Таким образом, вирус полио-

миелита использует расщепление полипро-

теина, чтобы преодолеть ограничения, на-

кладываемые особенностями животной

клетки-хозяина.

30.12. С геномной РНК вируса

везикулярною стоматита транскрибируется

пять моноцистронных мРНК

Вирус везикулярного стоматита вызываю-

щий легкое заболевание крупного рогатого

скота, и вирус бешенства - примеры второго

способа выражения генов. Их вирионы со-

держат одноцепочечную молекулу (—)РНК,

которая не может служить матрицей.

Поэтому первый этап ее экспрессии - синтез

(+)РНК. Поскольку в незараженных клет-

ках нет РНК-репликазы, вирусы должны со-

держать этот фермент в составе вириона

и вводить его при заражении в клетку. Дей-

ствительно, два из пяти белков вириона

ВВС осуществляют репликацию РНК. Для

проявления инфекционности вируса необхо-

димы белок L массой 200 кДа (от англ.

large - большой) и белок NS массой 45 кДа

(от англ. nonstructural - неструктурный),

присутствующие в небольших количествах.

Геномная РНК находится в комплексе

с большим числом молекул белка нуклео-