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1、第三节非细胞生物病毒Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望 病毒（病毒（Virus）是在是在19世纪末世纪末才被发现的一类微小病原体。才被发现的一类微小病原体。病毒的发现和研究历史病毒的发现和研究历史 3000 BC埃及孟非思壁画中埃及孟非思壁画中长老患小儿麻痹症。长老患小儿麻痹症。 早在早在1566年年 就有了关于疯狗就有了关于疯狗 咬人致病，即咬人致病，即狂狂犬病犬病的记载并发现它能够传染的记载并发现它能够传染给其他许多动物。给其他许多动物。 另一种病毒病另一种病毒病软
2、疣软疣的报告，的报告，这张这张 1841 年的手绘图就是一个年的手绘图就是一个证据。证据。 第一个记载的植物病毒病第一个记载的植物病毒病当属当属郁金香碎色花病，至今，至今荷兰阿姆斯特丹的博物馆还保荷兰阿姆斯特丹的博物馆还保存着一张存着一张16191619年荷兰画家的一年荷兰画家的一幅得病的郁金香静物画。幅得病的郁金香静物画。 在当时的荷兰一枚在当时的荷兰一枚得病的郁金香球茎竟能得病的郁金香球茎竟能换来换来一头牛、一头猪或羊，甚至成吨的，甚至成吨的谷物或或上千磅的上千磅的奶酪。 1886年，德国年，德国A. Mayer发现烟草发现烟草上出现深浅相间的绿色区域，他称之为上出现深浅相间的绿色区域，他
3、称之为 烟草花叶病烟草花叶病，随后又用实验证，随后又用实验证实它具有传染性。实它具有传染性。 1892年，俄国学者年，俄国学者D. Ivanovsky发现烟草花叶病病原体能通过细菌滤发现烟草花叶病病原体能通过细菌滤器：一种能通过细菌滤器的器：一种能通过细菌滤器的“细菌毒细菌毒素素”或或极小的细菌极小的细菌。病毒的研究历史 1898年，荷兰生物学家年，荷兰生物学家M W Beijerinck 对烟草花叶病对烟草花叶病病原体的研究结果：病原体的研究结果：t 能通过细菌滤器；能通过细菌滤器；t 可被乙醇沉淀而不失去其感染性，可被乙醇沉淀而不失去其感染性，t 能在琼脂凝胶中扩散；能在琼脂凝胶中扩散；t
4、 用培养细菌的方法不能被培养出来，用培养细菌的方法不能被培养出来， 推测只能在植物活细胞中生活；推测只能在植物活细胞中生活； 一百多年以来，一百多年以来，烟草花叶病毒在病毒学发展史乃至遗传学、生物在病毒学发展史乃至遗传学、生物化学及当代基因工程中起到化学及当代基因工程中起到里程碑的作用。的作用。病毒学病毒学（virulogy） 研究病毒（研究病毒（virus）的本质及其与宿主的本质及其与宿主的相互作用的科学。的相互作用的科学。极大地丰富了现代生物学的理论与技术；极大地丰富了现代生物学的理论与技术；有效地控制和消灭病毒病害；有效地控制和消灭病毒病害；利用病毒进行生物防治；利用病毒进行生物防治；发
5、展以病毒基因工程为中心的生物高新技术产业；发展以病毒基因工程为中心的生物高新技术产业；真病毒真病毒（Euvirus）非非细细胞胞生生物物至少含有核酸和蛋白质两种组分。至少含有核酸和蛋白质两种组分。亚病毒亚病毒（Subvirus）类病毒：只含具有独立侵染性的类病毒：只含具有独立侵染性的RNA组分组分拟病毒：只含不具独立侵染性的拟病毒：只含不具独立侵染性的RNA组分组分朊病毒：只含单一蛋白质组分朊病毒：只含单一蛋白质组分第三节（第三节（1 1）病病 毒毒 概概 述述1. 病毒的定义病毒的定义 病毒（病毒（virus）是一类是一类由核酸和蛋白质等少数几由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微种成分组
6、成的超显微 “ 非非细胞生物细胞生物 ” ，其本质是一，其本质是一种只含种只含 DNA 和和 RNA 的遗的遗传因子。传因子。病毒（病毒（virus）= 非细胞生物非细胞生物本质本质 = 只含只含DNA和和RNA的遗传因子的遗传因子超显微的什么是病毒？没有细胞结构的专性活细胞内寄生（1）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征；）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征；例如，一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳例如，一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳 构成，故可把它们视为核蛋白分子。构成，故可把它们视为核蛋白分子。（2）一种病毒毒粒内只含一种核酸，）一种病毒毒粒内只含一种核酸，DNA或者或者R
7、NA。朊病毒甚至仅由蛋白质构成。朊病毒甚至仅由蛋白质构成。（3）大部分病毒没有酶或酶系极不完全，不能进行）大部分病毒没有酶或酶系极不完全，不能进行 独立的代谢作用。独立的代谢作用。2. 病毒的特病毒的特 点点（4）严格的活细胞内寄生。）严格的活细胞内寄生。（5）个体微小，在电子显微镜下才能看见；）个体微小，在电子显微镜下才能看见；（6）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感；）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感；例如，利福平可抑制痘病毒复制。例如，利福平可抑制痘病毒复制。（7）离体条件下，能以无生命的生物大分子状态）离体条件下，能以无生命的生物大分子状态 存在，并可长期保持其侵染活力。存在，并可长
8、期保持其侵染活力。（8）有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，）有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中， 并诱发潜伏性感染。并诱发潜伏性感染。感染态：非感染态：3. 病毒的两种存在状态病毒的两种存在状态活细胞内专性寄生（宿主体内）活细胞内专性寄生（宿主体内）以无生命的生物大分子状态长期以无生命的生物大分子状态长期存在，并可保持其侵染活性。存在，并可保持其侵染活性。（离体条件下）（离体条件下） 病毒几乎可以感染所有的细胞生物，病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性。并具有宿主特异性。4. 病毒的宿主范围病毒的宿主范围噬菌体噬菌体（phage,bacteriophage）植物病毒植物病
9、毒（plant viruses）动物病毒动物病毒（animal viruses）细菌或放线菌细菌或放线菌植物植物人或动物人或动物一、病毒的形态构造和化学成分一、病毒的形态构造和化学成分（一）（一） 病毒的大小病毒的大小（二）（二） 病毒的形态病毒的形态（三）（三） 3 3类典型形态的病毒及其代表类典型形态的病毒及其代表（四）（四） 病毒的核酸病毒的核酸（一）（一） 病毒的大小病毒的大小 绝大多数病毒都是能通过细菌过滤器绝大多数病毒都是能通过细菌过滤器的微小颗粒，直径在的微小颗粒，直径在20200 nm的的范围内，范围内，必须在电镜下观察。必须在电镜下观察。微生物个体直径的比约为：微生物个体直径
10、的比约为：病毒病毒 : 细菌细菌 : 真菌真菌1 : 10 : 100病毒的大小大病毒大病毒 d = 200 nm 的的 牛痘苗病毒牛痘苗病毒 （smallpox）小病毒小病毒 d = 28 nm 的的 脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒 （polio virus）天花病毒天花病毒脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒噬菌体噬菌体450 nm300 nm250 nm 100 nm2 000 nm1 250 nm10 nm1 300 nm10 nm1 300 nm10 nm21 nm18 nm16.5 nm1218 nm16 nm911 nm5 nm800 nm（二）（二） 病毒的形态病毒的形态1. 典型病毒粒
11、的构造典型病毒粒的构造2. 病毒粒的对称体制病毒粒的对称体制3. 病毒的群体形态病毒的群体形态牛痘苗病毒（牛痘苗病毒（smallpox）病毒长什么样子？腺病毒（腺病毒（adenovirus）线型双链线型双链DNA；基因组长基因组长342 kb， 编码约编码约30种蛋白；种蛋白；病毒无包膜，二十面立体病毒无包膜，二十面立体 对称，直径为对称，直径为7090 nm；具具12个顶角和纤维刺突。个顶角和纤维刺突。禽禽类类腺腺病病毒毒人类腺病毒人类腺病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus，TMV）脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒（polio virus）二十面立体对称，无包膜
12、；二十面立体对称，无包膜；单股正链单股正链RNA；结构蛋白结构蛋白VP1VP4。猴空泡病毒猴空泡病毒SV40单纯疱疹病毒（单纯疱疹病毒（herpes simplex virus，HSV）流行性感冒病毒流行性感冒病毒（influenza virus） 流行性感冒病毒，简称流流行性感冒病毒，简称流感病毒，甲、乙、丙三型。感病毒，甲、乙、丙三型。流感病毒呈球形或丝状，流感病毒呈球形或丝状， 球形直径球形直径8020 nm；有包膜，单链有包膜，单链RNA病毒。病毒。腮腺炎病毒（腮腺炎病毒（mumps virus）有包膜，单链负义有包膜，单链负义RNA；两种表面包膜蛋白两种表面包膜蛋白HN和和F蛋白；蛋
13、白；另外有四种结构蛋白。另外有四种结构蛋白。口疮病毒（口疮病毒（ orf virus） 接触性脓疱皮炎病毒接触性脓疱皮炎病毒负染技术负染技术埃博拉病毒埃博拉病毒（ Ebola fever virus）正正染染技技术术病毒呈管状、丝状或索状等，直病毒呈管状、丝状或索状等，直径为径为80 nm；病毒的核酸为病毒的核酸为-ssRNA；核衣壳呈螺旋对称，外有刺突和核衣壳呈螺旋对称，外有刺突和脂蛋白包膜；脂蛋白包膜；在人、猴、豚鼠等哺乳动物细胞在人、猴、豚鼠等哺乳动物细胞中增殖，细胞内形成包涵体。中增殖，细胞内形成包涵体。痘苗病毒（痘苗病毒（vaccinia virus）投影技术投影技术 病毒是一类非细
14、胞生物，故称之为病毒是一类非细胞生物，故称之为病毒粒病毒粒或或病毒体病毒体（virion）。 病毒有时也称病毒有时也称病毒颗粒病毒颗粒或或病毒粒子病毒粒子（virus particle），），专指成熟的、结构专指成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。完整的和有感染性的单个病毒。1. 1. 典型病毒粒的构造典型病毒粒的构造病毒的结构：病毒的基本结构衣壳（蛋白质外壳）核心（核酸）DNA：DNA病毒(如天花病毒、腺病毒等)RNA：RNA病毒(如HIV、脊髓灰质炎病毒等)只含有其中一种核酸核衣壳核心（核心（core）或基因组或基因组（genome）位于病毒中心的核酸。位于病毒中心的核酸。衣壳（衣壳（
15、capsid）：包围在核心包围在核心周围的蛋白质，由蛋白质亚基周围的蛋白质，由蛋白质亚基按对称形式、有规律地排列而按对称形式、有规律地排列而成，是病毒粒的主要支架结构成，是病毒粒的主要支架结构和抗原成分，有保护核酸等作和抗原成分，有保护核酸等作用。在电镜下可辨别的是许多用。在电镜下可辨别的是许多衣壳蛋白构成的形态学亚单位衣壳蛋白构成的形态学亚单位 衣壳粒（衣壳粒（capsomere 或或 capsomer）。包膜（囊膜包膜（囊膜,envelope）。有些有些较复杂的病毒（多动物病毒，较复杂的病毒（多动物病毒，如流感病毒、疱疹病毒、狂犬如流感病毒、疱疹病毒、狂犬病毒、水泡性口膜炎病毒，及病毒、水
16、泡性口膜炎病毒，及小麦丛矮病毒等），其核衣壳小麦丛矮病毒等），其核衣壳外覆盖着一层含蛋白质或糖蛋外覆盖着一层含蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜。白的类脂双层膜。刺突（刺突（spike），囊膜上长有囊膜上长有很多管状突起物等附属物。很多管状突起物等附属物。球形颗粒球形颗粒( (或称拟球形颗粒或称拟球形颗粒) )杆状颗粒杆状颗粒复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）毒粒的形状病毒的个体形态各种毒粒的大小、形态差异很大烟草花叶病毒烟草花叶病毒噬菌体噬菌体M13噬菌体噬菌体T4大肠杆菌大肠杆菌噬菌体噬菌体f2、MS2脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒牛痘病毒牛痘病毒腺病毒腺病毒衣原体衣原体人
17、血红细胞人血红细胞对称体制螺旋对称螺旋对称二十面体对称二十面体对称复合对称复合对称无包膜无包膜有包膜有包膜杆状：烟草花叶病毒（杆状：烟草花叶病毒（TMVTMV）等等丝状：大肠杆菌的丝状：大肠杆菌的f1f1、fdfd、M13M13等等卷曲状：正粘病毒（流感病毒）等卷曲状：正粘病毒（流感病毒）等弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等无包膜无包膜有包膜：有包膜：疱疹病毒疱疹病毒大型：腺病毒等大型：腺病毒等小型：脊髓灰质炎病毒，小型：脊髓灰质炎病毒， X174 X174噬菌体等噬菌体等无包膜：无包膜：大肠杆菌的大肠杆菌的T T偶数噬菌体（蝌蚪状）等偶数噬菌体（蝌蚪状）等有
18、包膜：有包膜：痘病毒（砖块状）痘病毒（砖块状）2. 病毒粒的对称体制病毒粒的对称体制病毒的对称体制 病毒粒大量聚集并使病毒粒大量聚集并使宿主细胞发生病变时，就宿主细胞发生病变时，就形成了具有一定形态、构形成了具有一定形态、构造并能用光镜加以观察和造并能用光镜加以观察和识别的特殊识别的特殊 “群体群体”，称之，称之为为包涵体包涵体。3. 病毒的群体形态病毒的群体形态（1）包涵体）包涵体（inclusion body） 包涵体的存在部位多数位于多数位于细胞质内，具嗜酸性，内，具嗜酸性， 例如，痘病毒和狂犬病毒的包涵体。例如，痘病毒和狂犬病毒的包涵体。少数位于少数位于细胞核内，具嗜碱性，内，具嗜碱性
19、， 例如，疱疹病毒和腺病毒的包涵体。例如，疱疹病毒和腺病毒的包涵体。在在细胞质细胞核内，内， 例如，麻疹病毒的包涵体。例如，麻疹病毒的包涵体。病毒包涵体的应用病毒包涵体的应用用于病毒病的诊断用于病毒病的诊断用于生物防治用于生物防治（2）噬菌斑（）噬菌斑（plaque） 噬菌体在细菌或放线菌噬菌体在细菌或放线菌的菌苔上形成的的菌苔上形成的“负菌落负菌落”即为即为噬菌斑噬菌斑（plaque）。 将少量的噬菌体和大量的将少量的噬菌体和大量的宿主细胞的混合液与宿主细胞的混合液与45左右左右的琼脂培养基在培养皿中充分的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，铺平后培养混匀，铺平后培养10 h左右，左右，肉眼可见一
20、个个透亮不长菌的肉眼可见一个个透亮不长菌的小圆斑，是由噬菌体在菌苔上小圆斑，是由噬菌体在菌苔上形成的形成的“负菌落负菌落”，即即噬菌斑噬菌斑。噬菌斑（3）空斑（）空斑（plaque） 由动物病毒在宿主单层细胞培养物由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成一个与噬菌斑类似的肉眼可见的上形成一个与噬菌斑类似的肉眼可见的局部病损区域，称之为局部病损区域，称之为蚀斑蚀斑或称或称空斑空斑（plaque）。 Dulbecco 和和 Vogt 于于1953年发明了单年发明了单层动物细胞上的病毒空斑计数法，可进行层动物细胞上的病毒空斑计数法，可进行有活性的动物病毒粒子的计数。有活性的动物病毒粒子的计数。正常细胞正
21、常细胞异常细胞异常细胞 由植物病毒在植物由植物病毒在植物叶片上形成的局部坏死叶片上形成的局部坏死斑，称之为斑，称之为枯斑枯斑（lesion，病斑）。病斑）。（4）枯斑（）枯斑（ lesion ）（三）（三）3 3类典型形态的病毒及其代表类典型形态的病毒及其代表1. 螺旋对称的代表螺旋对称的代表烟草花叶病毒烟草花叶病毒2. 二十面体对称的代表二十面体对称的代表腺病毒腺病毒3. 复合对称的代表复合对称的代表T偶数噬菌体偶数噬菌体1. 螺旋对称的代表螺旋对称的代表 烟草花叶病毒烟草花叶病毒 烟草花叶病毒，简称，简称TMV（tobaco mosaic virus），是一种植物病毒，在病毒学是一种植物病
22、毒，在病毒学发展史上有其独特的地位。发展史上有其独特的地位。它是发现最早、研究最深入它是发现最早、研究最深入和了解最清楚的一种病毒。和了解最清楚的一种病毒。直接影响烤烟的产量和质量感病植物症状：感病植物症状： 花叶，叶片轻度扭曲，花叶，叶片轻度扭曲，天气干燥和炎热的时候，天气干燥和炎热的时候，下部叶易受到花叶烧伤下部叶易受到花叶烧伤。早期感病植株还表现矮化症状。早期感病植株还表现矮化症状。由由6 390个核苷酸构成，每个核苷酸构成，每3个核个核苷酸与一个蛋白质亚基相结合苷酸与一个蛋白质亚基相结合含含2 130个皮鞋状的蛋白亚基个皮鞋状的蛋白亚基5 ssRNA95衣壳蛋白衣壳蛋白烟草花叶病毒烟草
23、花叶病毒TMV的的形态和结构形态和结构 腺病毒腺病毒（adenovirus）是一类是一类动物病毒，于动物病毒，于1953年首次从手术切除年首次从手术切除的小儿扁桃体中分离到。的小儿扁桃体中分离到。 主要侵染呼吸道、眼结膜和淋巴主要侵染呼吸道、眼结膜和淋巴组织，是急性咽炎、咽结膜炎、流行组织，是急性咽炎、咽结膜炎、流行性角膜结膜炎和病毒性肺炎等病原体。性角膜结膜炎和病毒性肺炎等病原体。2. 二十面体对称的代表二十面体对称的代表腺病毒腺病毒核心：核心：由由36 500 bp（碱基对）线状碱基对）线状双链双链DNA（dsDNA）构成。构成。有有12个角、个角、20个面、个面、30条棱。条棱。衣壳由衣
24、壳由252个个衣壳粒衣壳粒组成。组成。六邻体（六邻体（hexon）的衣壳粒的衣壳粒240个个（均匀分布在（均匀分布在20个面上）；个面上）；五邻体（五邻体（penton）的衣壳粒的衣壳粒 12个个（分布在（分布在12个顶角上）；每个五邻个顶角上）；每个五邻体上突出一根末端带有顶球的蛋白体上突出一根末端带有顶球的蛋白纤维，称为纤维，称为刺突（刺突（spike）。 腺病毒只能培养在人的组织细胞（腺病毒只能培养在人的组织细胞（羊膜、羊膜、HeLaHeLa或或Hep-2Hep-2细胞株等细胞株等），尤其适合长在），尤其适合长在人胎肾人胎肾组织细胞组织细胞上，并能在宿主的细胞核中进行增殖上，并能在宿主的
25、细胞核中进行增殖和装配，并能使宿主细胞形成包涵体。和装配，并能使宿主细胞形成包涵体。 E.coli 的的T偶数（even type）噬菌体共有共有3种，即种，即T2、T4和和T6。它们是病毒学和分子遗传它们是病毒学和分子遗传学基础理论研究中的极好材料。学基础理论研究中的极好材料。3. 复合对称的代表复合对称的代表 T偶数噬菌体偶数噬菌体T4噬菌体由椭圆形的二十面体噬菌体由椭圆形的二十面体头部头部、颈部颈部和螺旋对称的和螺旋对称的尾部尾部三个部分构三个部分构成，是病毒中复合对称的代表。成，是病毒中复合对称的代表。头部内的核心是头部内的核心是dsDNA，基因组，基因组头与尾相连处有一构造简单的头与
26、尾相连处有一构造简单的颈部，由颈部，由颈环颈环和和颈须颈须构成，构成，作用是裹住吸附前的尾丝。作用是裹住吸附前的尾丝。尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝五部分组成，具吸附功能。尾丝五部分组成，具吸附功能。大肠杆菌大肠杆菌T4噬菌体的模式图噬菌体的模式图游离噬菌体粒子；游离噬菌体粒子； 噬菌体的尾鞘收缩噬菌体的尾鞘收缩 尾管穿入细菌细胞尾管穿入细菌细胞 T4通过尾丝吸附于宿主通过尾丝吸附于宿主E.coli 表面。吸附后，基板受构象表面。吸附后，基板受构象上的刺激，中央孔开口，释放溶菌酶并水解部分细胞壁，接着上的刺激，中央孔开口，释放溶菌酶并水解部分细胞壁，接着尾鞘蛋
27、白收缩，把尾管插入宿主细胞中。尾鞘蛋白收缩，把尾管插入宿主细胞中。（四）病毒的核酸（四）病毒的核酸 核酸构成了病毒的核酸构成了病毒的基因组（基因组（genome），是病毒粒中最重要的成分，具有遗传信息的是病毒粒中最重要的成分，具有遗传信息的载体和传递体载体和传递体的作用。的作用。 是是DNA还是还是RNA； 是单链（是单链（ss，single strand）结构还是双链结构还是双链 （ds，double strand）结构；结构； 呈线状还是环状；呈线状还是环状； 是闭环还是缺口环；是闭环还是缺口环； 基因组是单分子、双分子、三分子还是多分子；基因组是单分子、双分子、三分子还是多分子； 核酸的碱基（核酸的碱基（b，base）或碱基对（或碱基对（base pair， bp）数，以及核苷酸序列等。数，以及核苷酸序列等。病毒核酸类型区分的指标：病毒核酸类型区分的指标：若干有代表性病毒的核酸类型病毒核酸的种类是病毒系统分类中最可靠的分子基础下节课再见了下节课再见了
