Тема урока: «Вирусы. Особенности строения и размножения».

Тема урока: «Вирусы. Особенности строения и размножения».
Цель: сформировать знания о вирусах как неклеточной форме жизни, их
строении, особенностях жизнедеятельности.
Оборудование: таблица по общей биологии «Вирусы», портреты ученых,
статья из журнала «Биология», июнь, 2010.
Ход урока
1.Организационный момент
2. Проверка домашнего задания
Вопросы для фронтального опроса:
1)Что такое ген?
2)Где и как происходит биосинтез белка?
3)Требуют ли процессы синтеза затрат энергии или, наоборот, в процессах
синтеза белка происходит выделение энергии?
3. Изучение новой темы
1.Слово учителя.
Как уже говорилось, универсальной единицей жизни на Земле является
клетка. Однако на рубеже XIX и XX вв. было обнаружено, что существует
целый ряд болезней растений, животных и бактерий, возбудители которых
явно имеют неклеточную природу: они слишком малы и проходят через
мельчайшие фильтры, которые задерживают даже самые маленькие клетки.
В этот период учеными были открыты возбудители чумы, холеры,
туберкулёза, дифтерии и других наиболее часто встречающихся и широко
распространённых болезней. Однако возбудителей многих других
заболеваний, в том числе и очень опасных (например, натуральная оспа,
корь, грипп, гепатит и др.), обнаружить не удавалось, хотя об этих болезнях
знали давно.
Лишь в 1892г. Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920),занимаясь
поисками возбудителя болезни табачной мозаики, установил, что он невидим
в микроскоп даже при самом сильном увеличении и проходит через фильтры,
которые задерживают бактериальные
клетки; не растёт на обычных
питательных средах, применяемых в бактериологии. Учёный предположил,
что возбудителем болезни табака являются либо мельчайшие бактерии, либо
выделенные ими ядовитые вещества- токсины. Шесть лет спустя независимо
от Ивановского такие же результаты получил нидерландский микробиолог
М. Бейеринк. Правда, он сделал вывод, что мозаику табака вызывают не
микробы, а «жидкое заразное начало», или фильтрующий вирус (от
латинского слова «virus»-яд; такое название дал тогда ещё неизвестному и
невидимому в оптический микроскоп «противнику» Луи Пастер), который
размножается лишь в живых организмах. Оба ученые были отчасти правы, но
отчасти и ошибались. Возбудителем мозаики табака оказались не бактерии,
как утверждал Ивановский, но и не жидкое заразное начало, как предполагал
Бейеринк. Хотя удалось достичь значительных успехов в получении
высокоочищенных проб и было установлено, что по химической природе это
нуклеопротеины (нуклеиновые кислоты +белки), сами частицы всё ещё
оставались неуловимыми и загадочными. Так были открыты вирусы. Увидеть
вирусы удалось лишь в электронный микроскоп спустя 50 лет после их
открытия. И первым был сфотографирован именно вирус табачной мозаики
(ВТМ), который является одним из наиболее изученных. Но ученый мир не
сразу признал особую природу вирусов. С момента их открытия возникало
немало вопросов: это существа или вещества; они живые или неживые?
Вирусные частицы представляют собой мельчайшие (20-300 нм)
симметрические структуры, построенные из повторяющихся элементов.
Каждый вирус является частицей нуклеиновой кислоты (ДНК и РНК),
заключённой в белковую оболочку, которую называют капсидом. Вирусы не
способны к самостоятельной жизнедеятельности: они могут проявлять
свойства живого существа, только проникнув в клетку и используя для своих
нужд её структуры и энергию. Таким образом, вирусы являются
внутриклеточными паразитами. Некоторые вирусы, например вирус гриппа
или герпеса, покидая клетку-хозяина, захватывают участок клеточной
мембраны и образуют из неё дополнительную оболочку поверх своего
капсида.
2.Сообщение учащегося по теме: «Вирусы» (см. приложение №1).
3. Работа с таблицей.
- На данном этапе урока нам с вами предстоит выявить черты сходства и
различия вирусов и живых организмов, заполнив таблицу «Характерные
особенности вирусов».
Организуется самостоятельная работа с учебником (А.А. Каменский, Е.А.
Криксунов, В.В. Пасечник, параграф № 20)
Характерные особенности вирусов
Сходство с живыми
Отличие от живых
Специфические черты
организмами
организмов
1) Способность к
1) Во внешней среде
1) очень маленькие
размножению.
имеют форму
размеры
кристаллов, не проявляя
никаких свойств
живого.
2) Наследственность.
2) Не потребляют пищи. 2) Простота
организации(нуклеиновая
кислота + белки)
3) Изменчивость.
3) Не вырабатывают
3) Занимают пограничное
энергию.
положение между
неживой и живой
материей.
4) Характерна
4) Не растут.
4) Высокая скорость
приспособляемость к
размножения.
меняющимся условиям
окружающей среды.
5) Нет обмена веществ.
5) Носитель
наследственной
информации или ДНК,
или РНК.
6) Имеют неклеточное
строение.
В ходе обсуждения результатов заполнения таблицы учитель дополняет ее
некоторыми примерами, отсутствующими в тексте учебника.
Дополнительный материал
Самые крупные вирусы (например, вирус оспы) достигают величины 400-700
нм и приближаются по размерам к небольшим бактериям; самые мелкие
(возбудители полиомиелита, энцефалита, ящура) измеряются всего
десятками нанометров, то есть близки к крупным белковым молекулам, в
частности молекулам гемоглобина крови; в среднем они раз в пятьдесят
меньше бактерий.
Вирусы имеют разнообразные формы:
1) палочковидные (ВТМ);
2) пулевидные (вирус бешенства);
3) сферические (полиомиелит, ВИЧ);
4) нитевидные (фил вирусы);
5) в виде многогранников.
Комментарии учителя. На основании всего сказанного можно сделать
вывод о том, что вирусы, хотя и не имеют клеточного строения, относятся
к живым организмам. В связи с этим все живое делится на две империидоклеточных, которая объединяет вирусы и бактериофаги, и клеточных
(царства растений, животных, грибов и прокариот).
Число видов вирусов, выявленных на сегодня, превышает тысячу. Все они
объединены в царство Vira. Для них типичен сравнительно простой
состав: нуклеиновая кислота (ДНК или РНК) и защищающая её белковой
оболочкой, которая носит название «капсид» (от латинского слова
«capsa»- вместилище).
Если у всех клеточных организмов имеется обязательно два типа
нуклеиновых кислот- ДНК и РНК, то вирусы содержат только одну из
них. На этом основании их делят на две группы- ДНК-содержащие и РНКсодержащие вирусы.
Дополнительный материал
Простоорганизованные вирусы представляют собой нуклеопротеиды, то
есть состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких белков, образующих
оболочку вокруг нее - капсид.
Сложноорганизованные вирусы имеют дополнительную оболочку –
белковую или литопротеиновую, которая иногда может содержать ещё и
углеводы, например, у возбудителей гриппа и герпеса. Их наружная
оболочка является фрагментом ядерной или цитоплазматической
мембраны клетки – хозяина, из которой вирус выходит во внеклеточную
среду.
Геном вирусов может быть представлен как однонитчатыми, так и
двунитчатыми молекулами ДНК и РНК. Так, двунитчатая ДНК
встречается у вирусов оспы человека, овец, свиней, аденовирусов
человека; двунитчатая РНК служит генетической матрицей у некоторых
вирусов насекомых. Широко распространены вирусы, содержащие
однонитчатую РНК. Это вирусы энцефалита, краснухи, кори, бешенства,
гриппа и другие.
Классификация вирусов
Вирусы с оболочкой
Вирусы без оболочки
/ \
/
\
ДНКРНКДНК-содержащие РНК-содержащие
двунитевые однонитевые
/
\
/
\
Двуните- ОднонитеДвуни- Однонивые
вые
тевые
тевые
3.Продолжение изучения материала. Размножение вирусов.
В отличие от клеточных организмов у вирусов отсутствует собственная
система, синтезирующая белки. Вирусы вносят в клетку только свою
генетическую информацию. С матрицы – вирусной ДНК или РНКсинтезируется информационная РНК, которая и служит основой для синтеза
вирусных белков рибосомами клетки-хозяина.
Обычно вирус связывается с поверхностью клетки- хозяина и проникают
внутрь. При этом каждый вирус ищет именно «своего» хозяина, т.е. клетки
строго определенного вида. Так вирус-возбудитель гепатита, называемого
иначе желтухой, проникает и размножается только в клетках печени, а вирус
эпидемического паротита, в просторечии свинки ,-только в клетках
околоушных слюнных желез человека. Проникнув внутрь клетки- хозяина,
вирусная ДНК или РНК взаимодействуют с хозяйским генетическим
аппаратом таким образом, что клетка, сама того не желая, начинает
синтезировать специфические белки, закодированные в вирусной
нуклеиновой кислоте. Последняя тоже реплицируется, и в цитоплазме клетки
начинается сборка новых вирусных частиц. Пораженная вирусами клетка
может буквально « лопнуть», и из неё выйдет большое число вирусных
частиц, но иногда вирусы выделяются из клетки постепенно, по одному, и
заражённая клетка живёт долго. Таким образом, вирусы являются
внутриклеточными паразитами на генетическом уровне, не что иное, как
комплект генов, странствующий набор информации, бездействующий, пока
не найдёт себе пристанища в живой клетке.
При заражении вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ) РНК вируса
самовоспроизводится вместе с РНК клетки. При этом человек какое-то время
остается здоровым. Но затем вирус активируется, и развивается смертельное
заболевание – СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита). Вирусы
являются возбудителями большого количества заболеваний человека: оспы,
кори, гриппа, краснухи, бешенства, энцефалита и др. Известен также целый
ряд заболеваний растений, вызываемых вирусами, например мозаичная
болезнь табака, томатов, огурцов или скручивание листьев картофеля. Всего
описано около 500 видов вирусов, поражающих клетки позвоночных
животных, и около 300 вирусов растений. Некоторые вирусы участвуют в
злокачественном перерождении клеток и тем самым провоцируют
онкологические заболевания.
Особой группой вирусов являются бактериофаги, или просто фаги, которые
заражают бактериальные клетки. Фаг укрепляется на поверхности бактерии
при помощи специальных «ножек» и вводит в её цитоплазму полый
стержень, через который, как через иглу шприца, проталкивает внутрь клетки
свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает
внутрь бактериальной клетки, а капсид остается снаружи. В цитоплазме
начинается репликация генетического материала фага, синтез его белков,
построение капсида и сборка новых фагов. Уже через 10 минут после
заражения в бактерии формируются новые фаги, а через полчаса
бактериальная клетка разрушается, и из неё выходят около 200 заново
сформированных вирусов-фагов, способных заражать другие бактериальные
клетки. Некоторые фаги используются человеком для борьбы с
болезнетворными бактериями, например с бактериями, вызывающими
холеру, дизентерию, брюшной тиф.
Жизненный цикл вируса имеет две фазы – внеклеточную или покоящуюся
(вирусные частицы или вирионы) и внутриклеточную (размножающуюся).
Существующие вне клеток вирионы не обнаруживают никаких признаков
жизни. Во время внутриклеточной фазы вирус существует в виде
реплицирующей (делящейся) молекулы нуклеиновой кислоты – ДНК или
РНК, и его генетический материал служит для синтеза клеткой хозяина
специфичных вирусных белков.
Итак, рассмотрим процесс размножения вирусов. Так как это
совершенно особый в органическом мире процесс, который характеризуется
огромной скоростью. Так, например, в среднем за один цикл размножения в
клетке легкого куриного эмбриона воспроизводится – до 10 тысяч вирионов
вируса чумы птиц, а в клетке почки теленка – до 200 тысяч частиц вируса
ящура. Подобная способность размножаться в сочетании с другими
условиями обеспечила вирусам надежное существование.
Начало инфекционного процесса связано с размножением проникшего в
клетку вируса, т.е происходит редупликация вирусного генома и самосборка
капсида, которые также осуществляются в несколько этапов.
Первый этап подготовительный. На этом этапе происходит подавление
функционирования
генетического
аппарата
клетки
–
хозяина,
белоксинтезирующий аппарат клетки переводится под контроль генома
вируса, начинается синтез ферментов, необходимых для
синтеза и
репликации нуклеиновых кислот вируса.
На следующем этапе происходит репликация нуклеиновых кислот,
механизмы которой различны из-за разнообразия генетического аппарата
вирусных частиц, и синтез белков капсида.
Следующая стадия – созревания вирусных частиц – включает процессы,
когда отдельные
компоненты складываются в самостоятельно
функционирующие вирионы, точно соответствующие родительским
оригиналам.
На последней стадии размножившиеся частицы вируса выходят из
инфицированной клетки. Чаще всего выход вирусов сопровождается
разрушением клетки и ее гибелью. Такой выход характерен для
бактериофагов, вирусов оспы, полиомиелита, энцефалита. Другие вирусы,
например вирусы герпеса, свинки, реовирусы выходят из клетки путем
почкования по мере их созревания. До момента гибели клеток они успевают
проделать несколько циклов размножения, постепенно истощая и разрушая
клетки – хозяев. Иногда вирус мирно живёт в хозяйской клетке, размножаясь
вместе с ней. Иногда такое «перемирие» длиться десятилетиями. Однако в
любой момент оно может быть нарушено. Тогда встроившийся фрагмент
вирусной частицы выщепляется, и события начинают разворачиваться по
сценарию, ведущему к гибели клетки.
Наука, изучающая размножение, строение и происхождение вирусов
называется вирусологией. Многие её успехи достигнуты в борьбе с
конкретными болезнями – оспой, клещевым энцефалитом, бешенством,
жёлтой лихорадкой и др. Но перед человечеством стоит ещё множество
сложных вирусологических проблем. Экспериментально доказано вирусное
происхождение большого числа опухолей у животных.
Связь между злокачественными опухолями и вирусами у человека менее
очевидна, хотя в последние годы такие данные получены. К числу вирусных
заболеваний относится СПИД, возбудителем которого является вирус
иммунодефицита (ВИЧ). ВИЧ относится к ретровирусам, имеет
сферическую форму диаметром от 100- 150 нм. Наружная оболочка вируса
состоит из мембраны, образованной из клеточной мембраны клетки –
хозяина, в которую встроены рецепторные образования, напоминающие по
внешнему виду грибы.
Под наружной оболочкой располагается капсид вируса, образованный
особыми белками, внутри которого находятся две молекулы вирусной РНК.
Каждая молекула РНК содержит 9 генов ВИЧ и фермент, осуществляющий
синтез ДНК с молекулы вирусной РНК. Основными клетками – мишенями
ВИЧ являются Т – лимфоциты (хелперы), так как на их поверхности
содержаться рецепторы, способные связываться с поверхностным белком
ВИЧ. Кроме того, ВИЧ проникает в ЦНС, поражает нервные клетки и клетки
нейроны, клетки кишечника.
4.Закрепление.
Решите кроссворд (см. приложение 2)
Ответы на кроссворд :
По горизонтали: 1. Бактериофаги; 5. Интерферон; 6. Эукариоты;
8.Самовоспроизводство; 10.Герпес; 11. Паразит; 14. Иммунитет; 15.
Вирогения; 16. Вироиды; 17. Вирион; 18. Профаг; 20. Бейеринк; 21.
Провирус; 24. Эритроциты; 27. Вирусотерапия; 28. Инфекция.
По вертикали: 2. Аденовирусы; 3.Вирусология; 4. Ивановский; 7. Клон; 9.
Гепатит; 10. Грипп; 11. Антибиотики; 13. Вирусы; 16. Прокариоты; 19.
Иммуноциты; 22. Свинка; 23. СПИД; 25. Оспа.
5.Заключительный этап урока.
Подведение итогов.
Объяснение домашнего задания: параграф № 20, записи в тетради,
подготовить сообщение по теме: «Вирусные заболевания».