2019-病毒[共77页]

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1、第八章 病毒,病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基 本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细 胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。,超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生、以复制方式进行繁殖的实体。,1、特点,表7-1 单细胞微生物与病毒性质的比较,a DNA病毒和RNA病毒中的一部分;b 利福平可抑制痘病毒复制,2、定义,迄今仍无一个科学而严谨的定义,病毒为具有独立于其宿主的进化史的绝对细胞内寄生物，它的DNA或RNA基因组被其所编码的蛋白质壳体化（encapsidation）。 -（Fields等，1990年）,非细胞生物,（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分,亚病毒

2、,类病毒：只含具侵染性的RNA组分 卫星RNA：只含有不具侵染性的RNA组分 朊病毒：只含蛋白质,三、病毒的宿主范围,病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性,根据病毒的宿主范围可以将病毒分为噬菌体、植物病毒、动物病毒等。 动物病毒又可以分为原生动物病毒、无脊椎动物病毒、脊椎动物病毒。已发现的植物病毒以种子植物为宿主的植物病毒最多，另外，在藻类和真菌中也发现有病毒。,四、病毒的分类和命名,宿主的类型 毒粒的结构和组成 复制的模式 引起疾病的特点,1 . 分类原则,2、分类等级,目（order）virales 科（family）viridae （亚科virinae） 属（genus）vi

3、rus 种（species）种名（命名由少而有意义的词组成）,ICTV 1996年 第十届国际病毒大会（38条新命名原则）,3、分类系统,七大类 62个病毒科 (包括了4000余种病毒),dsDNA（天花病毒） ssDNA（疱疹病毒） dsRNA（呼肠孤病毒） 负意ssRNA（流感病毒） 正意ssRNA（髓灰质炎病毒） DNA和RNA逆转录病毒 亚病毒因子,第三节 毒粒的性质,病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。,毒粒（病毒颗粒）： 病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染性形式。,一团能够自主复制的遗传物

4、质,保护遗传物质免遭环境破坏，并作为将遗传物质从一个宿主细胞 传递给另一个宿主细胞的载体。,蛋白质外壳,包膜,一、病毒的形态结构：毒粒,尽管发现的病毒有数千种，但毒粒的形状大致可以分为球形颗粒、杆状颗粒和复杂形状颗粒。,各种毒粒的大小、形态差异很大,不同病毒的毒粒大小和形状差别很大，用于衡量病毒 的单位是钠米。毒粒的直径从几钠米到几百钠米不能，一般小于100nm。必须借助电子显微镜能够观察。,病毒颗粒在电镜下观察有五种形态： 球形（Sphericity）：大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒及腺病毒等； 丝形（Filament）：多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒，人类流感病毒

5、有时也是丝形； 弹形（Bullet-shape）：形似子弹头，如狂犬病毒、疱疹性口炎病毒等，其他多为植物病毒； 砖形（Brick-shape）：如天花病毒、牛痘苗病毒等； 蝌蚪形（Tadpole-shape）：由一卵圆形的头及一条细长的尾组成，如噬菌体。,Orf virus：口疮病毒(接触性脓疱皮炎病毒) （负染技术）,Ebola virus ：埃博拉病毒（正染技术）,Vaccinia virus 痘苗病毒 （投影技术）,脊髓灰质炎病毒,烟草花叶病毒,疱疹性口炎病毒,天花病毒,T4噬菌体,丝状有包膜的病毒 （流感冒病毒）,病 毒 大 小 之 最,最大 最长 最小 最细：大肠杆菌的f1噬菌体5

6、800nm,虫豆病毒 450nm 牛痘病毒 300 250 100nm 甜菜黄花病毒 1250 10nm 铜绿假单细胞菌噬菌体 1300 10nm 口蹄疫病毒 21nm 乙型肝炎病毒 18nm 苜蓿花叶病毒 16.5nm 玉米条纹病毒 1218nm 烟草坏死病毒 16nm 菜豆畸矮病毒 911nm,（一）病毒的大小、形态,（二）病毒的结构,核壳 包膜：脂类、糖类、蛋白质,核心：DNA/RNA 壳体：蛋白质,毒粒,1、壳体,病毒衣壳由一至几种蛋白组成，有保护病毒核酸不受酶消化的作用 。,构成壳体的基本单位是衣壳粒，衣壳粒是由5-6个同种多肽分子折叠缠绕形成的蛋白质亚基组成。,根据蛋白亚基的几何排

7、列，可以将壳体分为三种结构类型：螺旋对称壳体、二十面体对称壳体、复合对称壳体。,螺旋壳体外形似具有蛋白质外壁的空心管。 烟草花叶病毒的遗传物质RNA盘绕在壳体内面由蛋白质亚基形成的沟内。 最主要的特点是长形，壳体形似一中空柱，用高分辨率电镜可见其表面有精细的螺旋结构。,螺旋对称壳体 （烟草花叶病毒）,病毒粒子看似小的结晶或球形，实质上是一个多面体，每个面是一个等边三角形。,二十面体对称壳体（腺病毒）,若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称（icosahedral symmetry）结构。,二十面体病毒经过负

8、染色后在透射电镜下观察，会发现二十面体壳体的结构非常复杂，壳体由铃形或按钮形的形态学单位组成，即壳粒。 每个壳粒一般由5-6个蛋白质亚基组成，如五聚体含有五个蛋白质亚基，六聚体含有六个蛋白质亚基。,大肠杆菌的T2、T4、T6噬菌体已经被认真地研究过。其壳体由头部和尾部组成。它们的头类似二十面体，头部含有DNA基因组，其尾部由颈、中空的尾管、包围在尾管外的尾鞘、尾丝和基片组成。,复合对称结构 （有尾噬菌体）,2、包膜,病毒的蛋白质壳体和病毒核酸（核心）构成的复合物，又称 核壳。,核衣壳（nucleocapsid）：,仅由核衣壳构成的病毒颗粒,裸露毒粒（naked virion）：,如烟草花叶病毒

9、、脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）等一些简单的病毒的毒粒。,包膜（envelope）：,有包膜的病毒,有些病毒核衣壳包裹着的一层脂蛋白膜，它是病毒以出芽（budding）方式成熟时，由细胞膜衍生而来的。有维系毒粒结构，保护病毒核壳的作用。特别是病毒的包膜糖蛋白，具有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需的。,病毒的基本结构是核衣壳，一些简单的病毒毒粒的核衣壳就是它的全部组成，有的复杂病毒在核衣壳外还有包膜，其上有刺突。 有些病毒的包膜可被溶剂，如乙醚破坏，这类病毒被称为“对乙醚敏感”。 有些病毒毒粒包膜表面具有突起物，称作刺突。具有抗原性。,病毒包膜的基本结构与生物膜相似，是脂双层膜。 构

10、成包膜的成分是脂类、糖类、蛋白质。,动物病毒的包膜通常来自于宿主细胞的核膜或者质膜，其脂类和糖类是正常宿主细胞的成分。但是，包膜蛋白是由病毒基因编码的，并能从包膜表面突起为包膜刺突。,流感病毒,包膜结构及成分,刺突可能与病毒对宿主细胞的吸附有关,包膜的作用,例如 流感病毒： 一些刺突具有神经氨基酸酶活性（N），能帮助病毒穿过呼吸上皮表面的粘液层，达到宿主细胞；另一些刺突为血凝素蛋白（H），可使毒粒与红细胞膜结合引起血细胞凝集。,（三）毒粒的结构类型,四种主要结构类型,裸露的二十面体毒粒； 裸露的螺旋毒粒； 有包膜的二十面体毒粒； 有包膜的螺旋毒粒；,不同病毒的毒粒结构复杂程度有很大的区别，根据

11、病毒毒粒有无包膜以及壳体的对称形式，可以将毒粒分为四种主要结构类型。,一、病毒的形态结构：毒粒,裸露的二十面体毒粒,有包膜的二十面体毒粒；,裸露的螺旋毒粒,有包膜的螺旋毒粒,complex viruses,Vaccinia virus 痘苗病毒 在病毒中体积最大，在光学显微镜 下勉强可见。,有尾噬菌体,类核,侧体,外膜,有些病毒，如有尾噬菌体、痘病毒等结构更为复杂，不能包括在这些结构类型之内。,核酸 蛋白质 脂类 糖类,二、 毒粒的化学组成,基本化 学组成,1、 病毒的核酸,核酸是病毒的遗传物质 一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是RNA； 尽管病毒的基因组结构多样，但它们都遵循中心法则：

12、所有的遗传信息都是从核酸到蛋白质； 所有的病毒都是利用宿主细胞的翻译机制，因此，不论其基因组结构怎样，所形成的信使RNA（mRNA）都是能被宿主核糖体翻译的。,除了逆转录病毒基因组为二倍体外，其他病毒的基因组都是单倍体。 病毒的核酸包括四种类型，其中动物病毒四种类型都有，植物病毒大多数为单链RNA，噬菌体有单链DNA、RNA，但大多数为双链DNA。,病毒核酸,单链DNA（ss DNA） 双链DNA（ds DNA） 单链RNA（ss RNA） 双链RNA（ds RNA）,双链病毒，主要是DNA病毒又可以分为有单链裂口的线状双链，有交联末端的线状双链，闭合环状双链。主要包括粘性末端、循环排列和末端

13、重复序列等。,噬菌体的线性DNA的可逆性环化，这是由于有粘性末端存在。,单链病毒，主要是RNA病毒，核酸可按照它的极性（polarity）或意义（sense）进行分类。,如果ssRNA的碱基序列与病毒mRNA的序列相同，则这种RNA链为正极性，称为正链RNA（脊髓灰质炎病毒、烟草花叶病毒都是正链RNA）； 如果ssRNA核酸序列与其mRNA互补，则为负链RNA（狂犬病毒、腮腺炎病毒、麻疹病毒和流感病毒）； 也有某些病毒的RNA是双意，即部分为正极性，部分为负极（沙粒病毒）。,正链RNA病毒，RNA可直接起病毒mRNA的作用，附着到宿主细胞核糖体上，翻译出病毒蛋白。从正链RNA病毒颗粒中提取出R

14、NA，注入适宜的细胞时有感染性； 负链RNA病毒的毒粒中含有依赖RNA的RNA聚合酶，可催化合成互补链，成为病毒mRNA。 由于负链RNA不能直接用作mRNA，所以被提纯的全序列长病毒RNA不具感染性。,不同病毒的核酸均可能具有各自不同的结构特征,流感病毒是有包膜的负链RNA病毒，基因组RNA分成几个节段，称为分节段的基因组。 当两个基因组有差异的品系感染同一细胞时，RNA基因组的一些片断会连在一起，从而导致病毒表面抗原的变化，这是造成流感经常发生的原因。 8个基因组片断编码10种病毒蛋白质，一些蛋白质参与病毒RNA的复制，另外一些是病毒粒子的结构蛋白。,2、病毒的蛋白质,病毒蛋白质,结构蛋白

15、,非结构蛋白,病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不与毒粒结合的蛋白质，如正链RNA病毒在复制时产生的依赖于RNA的RNA聚合酶。,构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质。,壳体蛋白 包膜蛋白 存在于毒粒中的酶,参见P174,壳体蛋白是构成病毒壳体结构的蛋白质，由一种或多种蛋白质构成，一些复杂病毒的壳体蛋白多达20余种。,壳体蛋白,包膜蛋白,包膜糖蛋白和基质蛋白两类。其中包膜糖蛋白是病毒的主要表面抗原，它们与细胞受体相互作用启动感染；基质蛋白具有支撑包膜、维持病毒结构的作用，更重要的是它介导核壳与包膜糖蛋白之间的识别，在病毒出芽成熟过程中发挥重要作用。,参与病

16、毒复制的酶,参与病毒感染复制的酶有三个来源： 1）宿主细胞酶或经病毒修饰改变了的宿主细胞酶； 2）病毒的一些非结构蛋白，如正链RNA病毒在复制时产生的依赖于RNA的RNA聚合酶； 3）是存在于毒粒内的酶，即毒粒酶。毒粒酶根据其功能分为两类：一类是参与病毒的进入、释放等过程的酶；另一类是参与病毒的大分子合成的酶。,2、病毒的蛋白质,病毒结构蛋白的主要生理功能：,1）构成蛋白质外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及 其它理化因子的破坏；,2）决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存在 的受体具特异性亲和力，促使病毒粒子的吸附 和入侵；,3）决定病毒的抗原性，能刺激机体产生相应的抗体；,4）构成毒粒酶，或参与病毒对宿主细胞的入侵 （如T4噬菌体的溶菌酶等），或参与病毒复制 过程中所需要病毒大分子的合成.,一般来说，病毒是不具酶或酶系极不完全的， 所以一旦离开宿主就不能独立进行代谢和繁殖。,复制周期（replicative circle