Cộng đồng chia sẻ tri thức Lib24.vn

Chuyên đề Virut Campell

e9a11da6ba702a870171d0f7811ead67
Gửi bởi: Thành Đạt 25 tháng 10 2020 lúc 12:32:47 | Được cập nhật: 10 tháng 5 lúc 8:23:49 Kiểu file: DOCX | Lượt xem: 358 | Lượt Download: 9 | File size: 1.105976 Mb

Nội dung tài liệu

Tải xuống
Link tài liệu:
Tải xuống

Các tài liệu liên quan


Có thể bạn quan tâm


Thông tin tài liệu

Chuyên đề: VIRUT PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn chuyên đề: - Cấu trúc sống (dạng sống) chưa có cấu trúc tế bào, nhưng virut có tầm quan trọng trong tự nhiên, nhất là trong đời sống con người. Hiểu biết về virut giúp con người, giảm được các tổn thất trong ngành công nghiệp vi sinh, trong nông nghiệp và nhất là trong việc phòng chống các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm của con người do virut gây ra. - Hiện nay có nhiều sách viết về virut, nhưng có tài liệu viết quá sâu, có tài liệu viết chưa đầy đủ, đặc biệt là các dạng bài tập về virut dùng để nâng cao khả năng tư duy của HS THPT chuyên còn rất ít, vì vậy chúng tôi muốn hệ thống lại kiến thức lí thuyết cơ bản và chuyên sâu về virut ở mức phổ thông chuyên, để có một tài liệu đầy đủ và cập nhật về virut, phục vụ giảng dạy và bồi dưỡng HSGQG. - Virut là phần kiến thức khó, nhiều câu hỏi trong đề thi liên quan đến kiến thức này HS còn gặp khó khăn, hiểu biết sâu sắc về virut, giúp HS tiếp cận các kiến thức khác trong Sinh học dễ dàng hơn. Chính vì những lí do trên, tôi chọn chuyên đề “ Virut ” để nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc của virut. - Nghiên cứu hoạt động sống của virut ở các tế bào chủ khác nhau. - Đưa ra một số bài tập vận dụng về cấu trúc và hoạt động của virut để phát triển tư duy cho HS. 3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 3.1. Phạm vi nghiên cứu và áp dụng: - Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và hoạt động sống của virut ở các tế bào chủ khác nhau. - Dùng giảng dạy HS chuyên Sinh lớp 10, bồi dưỡng đội tuyển HSG cấp tỉnh và HSGQG. 3.2. Đối tượng nghiên cứu Hệ thống lí thuyết và bài tập phần virut 1 PHẦN 2. NỘI DUNG A. Lí thuyết: 1. Sự phát hiện ra virut Virut từ lâu đã được dùng để chỉ tác nhân gây nhiều bệnh dịch cho người và gia súc như đậu mùa, bại liệt, bệnh dại ở người; dịch lở mồm, long móng ở trâu bò. Đến năm 1892, Dimitrei Ivanowski nhà khoa học Nga lần đầu tiên chỉ ra rằng nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc lá là do những vật thể rất nhỏ, khi thực hiện thí nghiệm ép dịch của lá cây thuốc lá bị nhiễm bệnh khảm, cho lọc qua nến lọc vi khuẩn rồi lấy dịch ép này nhiễm vào lá cây thuốc lá không bị bệnh thì thấy cây cũng bị mắc bệnh. Năm 1898, Beijerinck thực hiện thí nghiệm cho thấy: không giống các vi khuẩn đã biết, tác nhân gây bệnh khảm không thể nuôi cấy được trong ống nghiệm hay đĩa petri chứa các môi trường dinh dưỡng. Beijerinck tưởng tượng ra một cấu trúc hạt có khả năng sinh sản nhỏ hơn và đơn giản hơn vi khuẩn; có lẽ chính ông là người đầu tiên đưa ra khái niệm về virut. Tưởng tượng của Beijerinck được khẳng định vào năm 1935 khi nhà khoa học người Mỹ Wendell. M. Stanley đã tạo ra được cấu trúc tinh thể của hạt lây nhiễm, lúc này được gọi là virut khảm thuốc lá. Đến năm 1939 khi kính hiển vi điện tử ra đời thì người ta mới thấy được hình ảnh của virut gây bệnh đốm thuốc lá. 2. Một số đặc điểm đặc trưng ở virut 2.1. Kích thước: Virut có kích thước rất nhỏ, đường kính trung bình 10 - 300 nm chỉ bằng 1/10 đến 1/100 vi khuẩn E. coli (2 x 0,5 µm) (đơn vị: 1nm = 1/1000 µm; 1 µm = 1/1000mm), do đó chỉ có thể quan sát dưới kính hiển vi điện tử. 2.2. Cấu tạo: Virut chưa có cấu tạo tế bào, chỉ gồm 2 phần chính là vỏ prôtêin và lõi axit nuclêic tạo thành hạt virut hay virion. 2.3. Virut chỉ sinh sản trong tế bào chủ (kí sinh nội bào bắt buộc) 2 Virut thiếu các enzim chuyển hóa, không có ribôxôm để tổng hợp prôtêin, không có các con đường chuyển hóa vật chất để tạo ATP, nên chúng phải sống kí sinh bắt buộc trong tế bào chủ và chỉ có thể sinh sản trong tế bào chủ. 2.4. Tính đa dạng về vật chất di truyền: Virut có vật chất di truyền là axit nuclêic (bộ gen) rất đa dạng. Bộ gen của virut chỉ chứa ADN hoặc ARN. ADN có thể mạch kép, ADN mạch đơn, ARN mạch kép hay ARN mạch đơn. Các mạch ADN và ARN có thể mạch thẳng hoặc mạch vòng tùy từng loại virut. 2.5. Tính đặc hiệu về vật chủ: Mỗi loại virut có thể lây nhiễm hạn chế ở một số tế bào chủ. Tính đặc hiệu này có được là kết quả của quá trình tiến hóa hệ thống nhận diện của mỗi loại virut. Các virut nhận biết tế bào chủ theo nguyên tắc “ổ khóa và chìa khóa” giữa các protein bề ngoài của virion với các thụ thể đặc hiệu trên bề mặt ngoài của các tế bào chủ. 3. Cấu tạo của virut Virut chỉ gồm 2 phần chính là vỏ prôtêin và lõi axit nuclêic. 3.1. Vỏ prôtêin hay vỏ capsit: Vỏ capsit được cấu tạo từ các phân tử prôtêin giống nhau gọi là capsôme. Số lượng capsôme cấu tạo vỏ capsit nhiều hay ít phụ thuộc vào kích thước của từng loại virut. - Chức năng của phần vỏ: Vỏ bao bọc bên ngoài giúp bảo vệ phần lõi, giúp virut gắn vào vị trí đặc hiệu trên tế bào chủ nhờ các thụ thể, tạo hình thái và kích thước cho từng loại virut. Vỏ capsit quyết định tính kháng nguyên đặc hiệu cho virut. 3.2. Lõi axit nuclêic - Lõi axit nuclêic chính là bộ gen của virut chỉ chứa ADN hoặc ARN, không bao giờ chứa cả hai. Bộ gen của virut rất đa dạng như đã nói ở tính đặc trưng. - ADN hoặc ARN sợi đơn: phân biệt sợi dương và sợi âm căn cứ vào trình tự nuclêôtit của mARN. Nếu trình tự nuclêôtit của gen virut trùng với trình tự nuclêôtit của mARN thì quy ước là sợi dương(+) còn nếu bổ sung thì sợi âm (-). 3 Chú ý: virut ARN sợi kép luôn có genom phân đoạn. Virut ARN sợi đơn không có gen phân đoạn, trừ virut cúm (lõi là 8 đoạn ARN (-) gọi là gen phân đoạn, mỗi đoạn mã hóa cho 1 loại protein khác nhau). Hầu hết virut thực vật đều có genom ARN Genom phân đoạn là gì? Là bộ gen của virut chứa nhiều đoạn phân tử axit nuleic, tất cả các đoạn ấy tạo thành hệ gen của virut. Virut nhỏ nhất có khoảng 4 gen, virut lớn có khoảng vài trăm gen. - Chức năng của phần lõi: Mang thông tin di truyền đặc trưng cho từng virut; quyết định khả năng gây nhiễm của virut với tế bào chủ; quyết định chu kỳ nhân lên và tính kháng nguyên đặc hiệu của virut. 3.3. Một số thành phần riêng 3.3.1. Vỏ ngoài: Một số virut có vỏ ngoài bao bọc xung quanh capsit. - Nguồn gốc: từ màng sinh chất của tế bào (HIV), màng nhân (virut hespes vỏ ngoài có nguồn gốc từ màng nhân vì virut này lắp ráp trong nhân), lưới nội chất hạt (virut viêm đường hô hấp cấp SARS), bộ máy gôngi (virut bunya gây sốt xuất huyết ở Hàn Quốc). - Bản chất: chứa photpholipit (của tế bào chủ) và protein (do gen của virut mã hóa), protein gắn với glucôzơ tạo gai glicôprôtêin. - Hình thành: bằng cách cuốn theo khi virut nảy chồi. - Chức năng: Giúp bảo vệ phần vỏ; giúp virut bám vào vị trí đặc hiệu trên bề mặt tế bào chủ; tạo nên các kháng nguyên đặc hiệu trên bề mặt tế bào chủ nhờ các gai glicoprôtêin. 3.3.2. Enzim: Một số virut chứa enzim phiên mã ngược (reverse transcriptaza) như HIV, virut viêm gan B (HBV) giúp virut nhân lên trong tế bào chủ. Các virion gây nhiễm vi khuẩn có enzim lyzôzim thủy phân thành tế bào 4. Hình thái của virut Cách sắp xếp của các capsôme tạo cho virut có 3 kiểu cấu trúc chính 4.1. Cấu trúc xoắn Capsôme sắp xếp theo chiều xoắn của axit nuclêic, tạo thành một ống giống như cầu thang xoắn. Chiều dài của capsit phụ thuộc vào chiều dài của axit nuclêic. Nếu chiều dài của capsit ngắn thì virut có dạng hình que (virut đốm thuốc lá), còn 4 nếu dài thì có dạng hình sợi (virut Ebola gây bệnh sốt xuất huyết), nhưng cũng có loại virut hình cầu (virut cúm, virut sởi). Hình 1: Virut đốm thuốc lá Hình 2: Virut Ebola 4.2. Cấu trúc khối Capsôme sắp xếp theo hình khối đa diện 20 mặt tam giác đều, tạo cho virut có cấu trúc k Hình 3: Virut bại liệt 4.3. Cấu trúc hỗn hợp: Loại virut có cấu trúc hỗn hợp điển hình là bacteriophagơ (phagơ), kí sinh ở vi khuẩn, đầu Hình 4: Phagơ T2 5. Sự sinh sản của virut trong tế bào chủ 5.1. Đặc điểm chung trong chu kỳ sinh sản của virut 5 Chu kỳ sinh sản của mỗi loại virut khác nhau tùy thuộc vào từng loại tế bào chủ, nhưng đều có chung một số đặc điểm sau: - Qúa trình nhân lên của virut bắt đầu khi 1 virut bám vào tế bào chủ và hệ gen của chúng được truyền vào trong tế bào chủ. - Cơ chế truyền gen của virut vào tế bào chủ có nhiều cách khác nhau, phụ thuộc vào loại virut và loại tế bào chủ: Virut có vỏ ngoài xâm nhập vào tế bào động vật bằng cơ chế dung hợp hay nhập bào; virut trần hoặc có vỏ ngoài xâm nhập vào tế bào chủ có thành bằng cơ chế cởi bỏ vỏ chỉ đưa lõi vào trong (phagơ) hoặc nhờ vật chủ trung gian hay xâm nhập trực tiếp qua các vết xây xác (virut thực vật). - Khi hệ gen virut vào trong tế bào chủ, thì các enzim của tế bào chủ sao chép hệ gen của virut, đồng thời sản xuất ra các prôtêin của virut. Tế bào chủ cung cấp toàn bộ nguyên vật liệu để tổng hợp như: nuclêôtit, a.a, ATP, ribôxôm, tARN. - Khi vỏ và lõi được tổng hợp xong, chúng lắp ráp tạo các virut con và được giải phóng ra khỏi tế bào chủ, các virut con có khả năng lây nhiễm các tế bào chủ mới. 5.2. Chu kỳ nhân lên của virut vi khuẩn (phagơ) Gồm 5 giai đoạn: hấp phụ, xâm nhập, sinh tổng hợp, lắp ráp và giải phóng. Chu kỳ nhân lên của virut vi khuẩn gồm 2 cơ chế chu trình tan và chu trình tiềm tan. 5.2.1. Chu trình tan: Chu kỳ nhân lên của virut kết thúc bằng cách làm tan tế bào chủ gọi là chu trình tan. Hình 5: Chu trình sinh tan 6 * Hấp phụ: Đầu mút của sợi lông đuôi gắn vào những vị trí nhất định trên bề mặt tế bào vi khuẩn gọi là thụ thể nhờ các liên kết hoá học. * Xâm nhập: theo Cơ chế cởi áo: Khi sự hấp phụ hoàn thành đĩa gốc được cố định, lizozim được tiết ra phân giải peptidoglican của thành. Ca 2+ kích hoạt ATP ở phần sát đuôi, làm bao đuôi co lại và đâm thủng màng nguyên sinh chất, DNA của virut được đưa vào tế bào chất của vi khuẩn. * Sinh tổng hợp: VR tiết enzim dezoxyribonucleaza để: Phân huỷ axit nucleic, giải phóng các nucleotit tự do làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp, đình chỉ quá trình tổng hợp Prôtêin. - Qúa trình tổng hợp vật vật di truyền của phagơ: Bản chất genome của virut xác định kiểu sao chép. + Ở phage T4 phân tử ADN là sợi đơn dạng thẳng: Quá trình sao chép như sau: Sau khi ADN là sợi đơn dạng thẳng của virut vào trong tế bào chủ, nó dùng làm mạch khuôn để tạo dạng trung gian (RF), sau đó dùng sợi ADN vừa được tổng hợp làm khuôn để tổng hợp lõi của phage T4. + Ở virut ϕ 174 gồm phân tử ADN mạch đơn dạng vòng, có quá trình sao chép đặc biệt là lăn đai thùng (vòng lăn). Trải qua 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: Tạo dạng trung gian (RF): Từ ADN(+) 1 sợi vòng của virut, enzim xúc tác tổng hợp đoạn mồi (việc tổng hợp đoạn mồi xuất hiện ở vị trí ngẫu nhiên), enzim ADN polymeraza xúc tác tổng hợp theo kiểu gián đoạn tạo thành ADN (±)kép (RF) một sợi ADN(+) phía ngoài và 1 sợi ADN(-) phía trong. Giai đoạn 2: Sao chép ADN (±) RF mẹ thành RF con: Nhờ enzim ADN helicase làm giãn xoắn thành 2 mạch đơn và proteein SSB giữ 2 mạch ở trạng thái 2 mạch đơn. Sau đó enzim gpA cắt ADN(+) tạo khe và đầu 5, bị đẩy ra cấu trúc đôi, enzim ADN polymeraza sử dụng ADN(-) làm mạch khuôn, lắp các nucleotit vào đầu 3, của mạch ADN(+) bị đứt ra, quá trình tổng hợp sợi ADN(+) cứ tiếp tục diễn ra xung quanh sợi ADN(-) theo kiểu vòng lăn. Sau khi tổng hợp sợi đơn ADN(+) mới kết thúc thì ADN(+) cũ tách ra khỏi cấu trúc sợi 7 kép (RF) và ADN(+) cũ lại được làm khuôn để tổng hợp 1 RF như giai đoạn 1. Kết thúc giai đoạn 2 từ 1 RF đã tạo 2 RF và cứ tăng RF như vậy. Giai đoạn 3: Từ dạng RF tạo ADN(+) của virut. Protein gpA gắn vào sợi kép RF, cắt mạch ADN(+) tạo đầu 3, - 5,, sau đó gpA gắn vào đầu 5, và quá trình tổng hợp ADN(+) của virut giống ở giai đoạn 2 theo kiểu vòng lăn và tạo lõi virut, được protein vỏ đóng gói tạo hạt virut. (1) + Phagơ T2 có ADN hai mạch dạng thẳng, quá trình tổng hợp ADN giống với tế bào. + Phagơ λ có ADN sợi kép, mạch thẳng, nhưng vào trong tế bào chủ lại chuyển thành ADN sợi kép, mạch vòng khép kín. Quá trình sao chép diễn ra hư sau: sau khi ADN sợi kép, mạch thẳng của virut vào trong tế bào chủ, dưới tác dụng của enzim ADN ligase, nối ADN sợi kép, mạch thẳng thành mạch vòng khép kín. Lúc đầu quá trình sao chép giống E. coli, để tăng số phân tử ADN dùng làm khuôn, sau đó sử dụng kiểu sao chép vòng lăn giống như ϕ 174 để tạo lõi ADN sợi kép, mạch thẳng của virut. * Lắp ráp: Các thành phần đầu, đuôi được tổng hợp riêng, sau có sự lắp ráp với nhau. Vật chất di truyền được sao chép theo các kiểu nêu trên sẽ chui vào đầu tạo thành phagơ hoàn chỉnh. * Giải phóng: Sau khi lắp ráp, nhờ enzim lizôzim do phagơ mã hóa, phá vỡ tế bào để ồ ạt chui ra ngoài. Một số phagơ không giết chết ngay tế bào mà cùng chung sống với tế bào gọi chu trình tiềm tan. 5.2.2. Chu trình tiềm tan. Chu trình lây nhiễm không tạo ra virut mới, hệ gen của virut gắn vào hệ gen của tế bào chủ gọi là chu trình tiềm tan. Sau khi hệ gen của phagơ vào trong tế bào chủ, nó được cài xen vào bộ gen của tế bào chủ gọi là prôphagơ, chúng được nhân lên theo hệ gen của tế bào chủ và được di truyền cho các thế hệ tiếp theo. Nếu bị tác động của các yếu tố ngoại cảnh (tia UV, hóa chất) thì prôphagơ dễ tách khỏi hệ gen của tế bào chủ để bắt đầu chu trình tan. Khi tách khỏi NST của tế bào, prôphagơ có thể mang theo 1 số gen liền kề, rồi các phagơ mới sinh ra lại mang các gen đó vào tế bào khác. Hiện tượng này gọi là tải nạp. 8 Chu trình sinh tan Chu trình tan Hình 6: Mối quan hệ giữa chu trình tan và sinh tan 5.3. Chu kỳ nhân lên của virut động vật: Các bước tương tự như ở phagơ, cũng trải qua 5 giai đoạn. 5.3.1. Hấp phụ: virut nhận diện tế bào chủ qua thụ thể đặc hiệu trên bề mặt tế bào. Vị trí gắn của virut là protêin vỏ capsit đối với virut trần, còn virut có vỏ ngoài thì nằm ở gai glicôprôtêin. 5.3.2. Xâm nhập: Sau khi hấp phụ virut phải vượt qua hàng rào màng sinh chất vào trong tế bào chất để nhân lên. Virut có thể xâm nhập theo cơ chế dung hợp hoặc nhập bào. + Dung hợp (virut HIV): nhờ vỏ ngoài cấu tạo giống màng sinh chất (MSC) nên vỏ ngoài dung hợp với MSC đẩy nuclêôcapsit vào trong, nhờ enzim trong lizôxôm phá hủy vỏ capsit giải phóng hệ gen virut (không đưa màng ngoài mà chỉ đưa vỏ và lõi vào trong). + Nhập bào (virut cúm): có cả virut trần và virut có vỏ ngoài, virion ấn sâu vào MSC của tế bào tạo túi nội bào (endosom), endosom dung hợp với lizoxôm. Kênh prôtêin của màng endosom vận chuyển H+ vào trong làm giảm pH xuống 4,5-5, pH thấp làm hoạt hóa enzim trong lizôxôm phá hủy vỏ capsit, giải phóng hệ gen virut (đưa cả màng ngoài và nuclêôcapsit vào trong). 5.3.3. Sinh tổng hợp: Bước 1: Phiên mã sớm tạo mARN sớm Bước 2: Dịch mã sớm tạo protein không cấu trúc (enzim). Tổng hợp các enzim đặc hiệu (ADN-ARN polymeraza) để tổng hợp axit nucleic của virut. 9 Bước 3: Sao chép để tạo hệ gen của virut. Bước 4: Phiên mã muộn tạo mARN muộn. Bước 5: Dịch mã muộn tạo protein cấu trúc. Tổng hợp protein vỏ, protein enzim nối các phần của VR, protein màng ngoài. * Vị trí phiên mã và quá trình tổng hợp lõi của virut xảy ra trong tế bào chất hay trong nhân hầu hết là do đặc điểm cấu trúc vật chất di truyền của virut quyết định - Tất cả virut có lõi ADN đều tiến hành phiên mã và sao chép trong nhân tế bào vì chúng không có enzim ADN polymeraza (ADN pol) riêng trừ virut pox gây bệnh đậu mùa, quá trình phiên mã và sao chép ngoài tế bào chất. - Tất cả virut có lõi ARN đều tiến hành phiên mã và sao chép ngoài tế bào chất vì chúng mang theo enzim ARN polymeraza (ARN pol) riêng trừ virut cúm phiên mã và sao chép trong nhân. Phiên mã Lõi ADN (±) kép Vị trí Trong nhân ADN(+,-) đơn Tổng hợp lõi Enzym ARN pol Của tế bào ARN (+,-) kép Tự tổng phân đoạn hợp, tế bào ARN(+) đơn không có Vị trí Enzym ARN pol hoặc ADN pol Trong ADN pol của tế bào nhân ADN pol của tế bào Trong tế enzim dùng Trong tế bào chất cho nó bào chất ARN pol tự tổng hợp ARN(-) đơn ARN(+) 2 sợi giống nhau(HIV) ARN(-) phân 8 Trong đoạn (cúm) nhân Lõi Do virut ARN pol II của tế điều khiển bào tổng hợp Trong nhân Cơ chế tổng hợp lõi 10 ARN pol mang theo