Роль вірусів у природі та їх використання людиною

 

Понад 75% різних інфекційних захворювань зумовлюються вірусами, що набагато перевищує кількість захворювань, спричинюваних бактеріями, грибами і найпростішими. Вони уражають усі основні царства живої природи – рослини, тварини, гриби та мікроорганізми.

Найбільш поширеними вірусними хворобами рослин є тютюнова мозаїка, про яку згадувалося вище не раз, смугаста мозаїка пшениці, штрихована мозаїка ячменю, мозаїка кукурудзи, цілий ряд мозаїк картоплі, жовтяниця цукрових буряків та багато інших. Ці хвороби знижують продуктивність рослин, що призводить до значних втрат урожаю, а в окремі роки до повної загибелі посівів.

Тривалий час вважали, що віруси є високо специфічними агентами. Насправді їх специфічність досить умовна. Так ВТМ уражує не лише тютюн та деякі інші пасльонові, а й людину, а вірус гепатиту людини – лободу.

Вірусні хвороби посідають основне місце в інфекційній патології людини і тварин. Питома вага їх зростає із зниженням і ліквідацією бактеріальних, грибкових та інших захворювань.

Вірусні інфекції часто призводять до виникнення епідемій (від гр. ері – при та dēmos – люди) серед населення, а також епізоотій (від гр. ері – при та zōon – тварина) серед тварин, наприклад, епідемій, спричинених вірусом грипу А, або епізоотій ящуру парнокопитних тварин.

До найпоширеніших вірусних хвороб людини належать грип, кір, поліомієліт, віспа, герпес, енцефаліти, інфекційний гепатит та тварин – ящур, чума великої рогатої худоби, сказ, кліщовий енцефаліт, орнітоз тощо.

Окремо слід зупинитися на бактеріальних вірусах, або бактеріофагах. Пер за все, слід підкреслити, що значна частина досягнень сучасної генетики та молекулярної біології ґрунтується на вивченні процесів спадковості та мінливості у фагів та бактерій, оскільки помірним фагам властиве явище трансдукції (перенесення генетичного фрагмента від однієї бактеріальної клітини до іншої).

Фаги найшли також широке застосування в медицині для профілактики і лікування дизентерії, черевного тифу та деяких інших хвороб людини, а також деяких хвороб тварин, для діагностики інфекційних захворювань людини, тварин і рослин.

Поряд із цим слід зазначити, що фаги нерідко можуть завдавати й великої шкоди, зокрема при виробництві антибіотиків, молочнокислих продуктів, бактеріальних добрив, пригнічуючи розвиток корисних мікроорганізмів. У ґрунті бульбочкові бактерії, азотобактер та інші вільноживучі азотфіксатори можуть заражатися фагами, що призводить до затримки їх розвитку, в результаті чого погіршується процес фіксації атмосферного азоту, а отже, негативно спливає на врожай культурних рослин.

 

Клітини і тканини

 

Клітина як біологічна система

 

Основною структурно-функціональною одиницею живих організмів є клітина, яка складається з певної маси цитоплазми, оточеної мембраною. Клітина – це складна саморегулююча біологічна система, в якій одночасно і в певній послідовності відбуваються сотні хімічних реакцій, спрямованих на підтримування її життєдіяльності, росту і розвитку.

У одноклітинних організмів клітина є відносно автономною біологічною системою, яка виконує всі функції живого організму. У колоніальному чи багатоклітинному організмові вона є субсистемою системи вищого порядку, яка структурно і функціонально визначається як єдине ціле. У цьому випадку функціональні властивості клітини дещо обмежуються. Наприклад, вона може бути позбавлена подразливості, рухливості, здатності до цистування.

Форма та розміри клітин дуже різноманітні і залежать від їхніх функцій та місця розташування в організмі. У одноклітинних організмів клітини кулеподібні, овальні, веретеноподібні, паличкоподібні, спіралеподібні та інші. У багатоклітинних організмах вони багатогранні різної конфігурації (округлої, видовженої тощо), але є й веретеноподібні (непосмугована м’язова тканина), дископодібні (еритроцити), зірчасті (нейрони), кулеподібні (яйцеклітина), ниткоподібні (кореневі волоски) тощо.

Більшість клітин мають розміри від 10 до 100 мкм (мікрометр – 0,001 мм). Великі розміри мають клітини м’якоті кавуна, лимона, бульб картоплі (їх можна бачити неозброєним оком). Деякі інфузорії досягають довжини 3 мм, а форамініфери (одноклітинні, які мають черепашку) – 10 см. Довгі відростки нейронів можуть досягати 2 і більше метрів.

 

 

Хімічна організація клітини

 

До складу клітин живих організмів входить близько 70 хімічних елементів із відомих сьогодні 110. У великій кількості тут містяться Карбон (65%), Оксиген (18%), Гідроген (10%), Нітроген (3%), Кальцій (2%), Фосфор (1%) та інші хімічні елементи. В незначній кількості в клітинах зустрічаються так звані мікроелементи – Цинк (0,003%), Купрум (0,0002%), Ферум (0,01%) та деякі інші. Ці хімічні елементи утворюють різноманітні органічні та неорганічні сполуки, характерні для живої клітини.

Найважливішими органічними сполуками клітини є білки (10%), жири та близькі до жирів речовини (5%), вуглеводи (2%), нуклеїнові кислоти (1%).

Білки – це складні біополімери (від гр. polymereia – численність), молекули яких складаються з великої кількості мономерів – амінокислот. Відомо понад 30 амінокислот. Існують сотні видів білків, які різняться між собою кількістю та розташуванням амінокислот в їх молекулах, але всі вони складаються з Карбону, Оксигену, Гідрогену, Нітрогену, Сульфуру, Фосфору та ще деяких хімічних елементів. Характерним елементом білка є Нітроген. Молекули білка мають первинну (ланцюжок), вторинну (спіраль), третинну (глобула) та четвертинну (агрегат молекул) структури.

Білки живої клітини виконують такі функції: 1) структурну (входять до складу всіх мембран), 2) каталітичну (ферменти), 3) регуляторну (гормони), 4) рушійну (скоротливі білки м’язів), 5) транспортну (гемоглобін крові, 6) захисну (антитіла плазми крові), 7) сигнальну (реакція на подразнення), 8) енергетичну (джерело енергії), 9) механічну (міцність різних структур).

Вуглеводи входять до складу клітин усіх живих організмів, але клітини рослин та грибів містять їх більше, ніж клітини тварин та дроб’янок. У грибних та рослинних організмах із вуглеводів складаються оболонки клітин (хітин, целюлоза тощо), запаси поживних речовин (крохмаль в бульбах картоплі, сахароза в коренеплодах буряку тощо).

Вуглеводи складаються з Карбону, Оксигену та Гідрогену.

Вони бувають простими та складними. До простих вуглеводів належать моносахариди (глюкоза, фруктоза, що мають загальну формулу С₆Н₁₂О₆; галактоза, рибоза, дезоксирибоза) та дисахариди (сахароза, мальтоза). Полісахариди утворюються із моносахаридів і є складними вуглеводами – крохмаль, клітковина, глікоген, хітин та інші.

У клітині вуглеводи є переважно джерелом енергії для біохімічних реакцій. Крім того, вони виконують структурну функцію, бо складають або входять до складу зовнішніх оболонок клітин: целюлоза (від лат. cellula – клітина) у рослин, хітин (від гр. chitōn – одяг) у грибів та членистоногих, муреїн у бактерій. Деякі вуглеводи (глікоген) накопичуються в грибних, тваринних та бактеріальних клітинах. Інші вуглеводи (рибоза та дезоксирибоза) входять до складу рибонуклеїнової кислоти (РНК) та дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК).

Нуклеїнові кислоти – досить складні органічні сполуки, які складаються з Карбону, Оксигену, Гідрогену, Нітрогену та Фосфору. Молекула нуклеїнової кислоти містить моносахариди (рибозу чи дезоксирибозу), азотисту основу (аденін, гуанін, тимін, цитозин, урацил) та залишок фосфорної кислоти.

ДНК міститься в хромосомах та інших клітинних структурах (мітохондріях, хлоропластах) і є хімічною основою спадковості (генами). Вона несе інформацію про структуру білків і здійснює синтез комплементарної ДНК та РНК.

РНК знаходиться в нуклеоплазмі, цитоплазмі, мітохондріях, рибосомах, хлоропластах. Інформаційна РНК (іРНК) синтезується на молекулі ДНК і містить код спадкової інформації про первинну структуру білкової молекули. Рибосомна РНК (рРНК) входить до складу рибосом. Транспортна РНК (тРНК) переносить до рибосом амінокислоти, із яких тут за кодом на іРНК синтезується молекула білка.

Жири, або ліпіди є обов’язковим компонентом всякої клітини. Вони, як і вуглеводи, складаються з Карбону, Оксигену та Гідрогену. Молекула жиру містить одну молекулу гліцерину та три молекули жирних кислот (пальмітинової, стеаринової, олеїнової чи іншої). В залежності від властивостей жирних кислот жири бувають рідкі та тверді. Вони, як і вуглеводи, є джерелом енергії, але дають її вдвічі більше. В тваринних організмах жири беруть участь у терморегуляції та захисті внутрішніх органів і є джерелом води. В рослинних і грибних організмах вони входять до складу вітамінів та пігментів. Жири також є структурними компонентами мембран ендоплазматичної сітки та органоїдів, а також мієлінової оболонки нервових волокон. Вони можуть накопичуватись в цитоплазмі у вигляді крапель як запасні речовини (насіння та спори рослин і грибів, підшкірна клітковина тварин тощо).

Крім жирів (ліпідів) у клітинах містяться жироподібні речовини, або ліпоїди. На відміну від жирів, до складу ліпоїдів входять фосфорна кислота, вуглеводи та особлива речовина холін (вітамін групи В). Жироподібні речовини входять до складу проміжного шару цитоплазматичних мембран, компонентів клітин нервової тканини. Пігменти рослинних клітин каротин та ксантофіл – теж ліпоїди.

Неорганічними речовинами живої клітини є вода, мінеральні солі, кислоти та основи, а також вуглекислий газ.

Вода складає більшу частину живої клітини (до 80%). Кількість її залежить від типу та функції клітини. Усі внутрішньоклітинні процеси відбуваються у водному середовищі. У воді розчиняються речовини клітини і здійснюються хімічні реакції між ними. Вода розчиняє продукти дисиміляції (розпаду) і виводить їх із клітини. Вона захищає клітину від різких перепадів температури зовнішнього середовища і є джерелом кисню.

Клітинна рідина містить різні мінеральні солі, які необхідні для нормального функціонування клітини. В значній кількості в клітинах містяться такі солі як хлориди натрію NaCl, калію KCl, кальцію CaCl2, магнію MgCl2. Важливу роль в клітині відіграють вуглекислі солі, а також солі азотної, сірчаної та фосфорної кислот.

Мінеральні солі підтримують осмотичну рівновагу між клітиною та оточуючим середовищем, а також регулюють усі біохімічні процеси в клітині. Наприклад, іони калію сприяють проникненню речовин через мембрани, активізують передачу збудження по нервовому волокну. Сполуки кальцію входять до складу крові та сприяють її скипанню, а також до складу кісток, черепашок та інших утворів у тварин.