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1,第四章 非细胞型生物,2,第四章 非细胞生物 (Virus and subvirus),第一节 概述 第二节 病毒 第三节 亚病毒,3,第一节 概述,什么是非细胞生物 非细胞生物是一种形体微小、结构简单、仅含有1种核酸或仅含有蛋白质、并具有超级寄生性、且必须在电子显微镜下才能观察到的一类非细胞形态的微生物 非细胞生物包括 病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组成成分 亚病毒：凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中之一的生物体，包括类病毒、拟病毒、朊病毒,4,非细胞型生物的种类,非细胞生物,真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分,亚病毒,类病毒:只含具有独立侵染性的组分 拟病毒:只含不具独立侵染性的组分 朊病毒:只含单一蛋白质组分,5,第一节 概述,非细胞生物的发现 1892年，发现并研究了烟草花叶病的病原，认为它是能通过细菌滤器的“细菌毒素”或极小的“细菌” 1898年，首次提出烟草花叶病的病原是一种“传染性的活性液体”或称“病毒” 1935年，首次提纯并结晶了烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus, TMV） 1971年起，人们陆续发现了各种亚病毒类病毒、拟病毒和朊病毒,6,病毒的概念 病毒的大小与形态 病毒的化学组成 病毒的结构 病毒的繁殖 病毒的分离和测定,第二节 病 毒,7,什么是病毒 病毒是形体微小，结构简单，仅含有1种核酸,(DNA或RNA)，具有超级寄生性，且必须在电子显微镜下才能观察到的一类非细胞形态的微生物.,一、病毒的概念,8,病毒的特点 个体微小，可通过细菌滤器，大多数必须用电镜才能看见 非细胞构造，只是蛋白质包裹着核酸颗粒 化学成分简单，主要是核酸和蛋白质 有双重存在方式. 对一般抗生素不敏感、对干扰素敏感 严格细胞内寄生，缺乏完整的酶和产能系统，只能利用宿主活细胞的现成代谢系统合成病毒自身的核酸和蛋白质*,一、病毒的概念,9,病毒的宿主范围 宿主：是病毒能够感染并在其中复制的寄主种类和组织细胞种类 宿主范围：可以感染所有的细胞生物. 根据病毒的宿主范围可将其分为 原核生物病毒噬菌体 真菌病毒或真菌噬菌体 植物病毒 动物病毒,一、病毒的概念,10,研究病毒的重要意义,一是控制和消灭有害病毒 病毒威胁着人类健康和家养动物养殖业,病毒性疾病对国民经济造成严重的影响 防止病毒对食品造成污染 发酵工业中的噬菌体污染会严重影响发酵生产 二是病毒的研究和利用价值 主要表现为改良品种，培育活病毒疫苗株 保护生态环境，利用病毒作为昆虫杀虫剂,11,病毒粒子（virion） 指成熟的、结构完整的和有感染力的单个病毒 病毒粒子的大小 计量单位nm 各种病毒大小相差很大. 测定方法：超滤、电镜、超速离心沉降、电泳,二、 病毒的大小与形态,12,病毒个体的形态 基本形态：球形、杆形、蝌蚪状 多形态：卵圆形、砖形、丝状 球形或近球形：人、动物和真菌的病毒的多为球形 杆状或丝状：很多植物病毒呈杆状或丝状 砖形：常见大型病毒如天花病毒、痘病毒 弹性：狂犬病病毒、水泡性口膜炎病毒 蝌蚪形：T偶数噬菌体、噬菌体,二、 病毒的大小与形态,13,病毒的群体形态. 包涵体（inclusion body) 在某些感染了病毒的寄主细胞内，形成一种光学显微镜下可以看见的，大小、形态和数量不等的小体 主要成分：多角体蛋白，不易被蛋白酶水解 形态：有多角形和颗粒形 功能：是病毒复制的加工厂，具有保护病毒粒 子的作用 分布：多数位于细胞质内，少数位于细胞核内,二、 病毒的大小与形态,14,病毒的群体形态 噬菌斑 将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合液与45左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，经数小时的培养，在宿主细胞的菌苔上，有一个可用肉眼看见的透亮不长菌的圆斑 空斑 由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成 枯斑 是植物叶片上的植物病毒的群体.,二、 病毒的大小与形态,15,基本化学组成 核酸 蛋白质 有包膜的病毒粒 含有脂类和多糖 个别含有聚胺类化合物及无机阳离子,三、 病毒的化学组成,16,核酸 一种病毒只含一种核酸，位于病毒的中心部分，称为核心或基因组，控制着病毒的遗传变异、增殖及感染性 不同宿主细胞病毒的核酸种类不同 噬菌体的核酸大多为DNA 真菌病毒大部分是RNA 植物病毒的核酸大多为RNA，少数为DNA 动物病毒包括昆虫病毒的核酸部分是DNA，部分是RNA,三、 病毒的化学组成,17,核酸 核酸的类型 有单链(ss)、双链(ds)、正链(+)、负链(-)、线状和环状的区别 噬菌体以线状的dsDNA居多 真菌病毒都是dsRNA 动物病毒以线状的dsDNA和ssRNA为多 植物病毒以ssRNA为主 核酸的含量 差别较大：150%,三、 病毒的化学组成,18,蛋白质 种类： 衣壳蛋白：包围在核心周围的蛋白质，构成了病毒粒的衣壳，保护病毒的核酸，病毒的表面抗原 囊膜蛋白：包围在衣壳外面，有蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜，称为“包膜”，病毒的主要表面抗原 酶：存在于病毒颗粒中 含量：不同的病毒粒其含量不同. 种类：不同的病毒粒其种类不同,三、 病毒的化学组成,19,蛋白质 功能 结构功能：构成病毒粒子外壳，使病毒有一定大小形态,维持病毒结构，壳体具保护作用 侵染性：决定病毒感染的特异性亲合力 增殖：构成病毒各种酶 抗原性：决定病毒粒子的抗原性,三、 病毒的化学组成,20,病毒的脂类 病毒脂类是病毒在成熟释放过程中从宿主细胞获得的，主要存在于病毒的包膜 病毒的糖类 某些病毒含有少量的糖类 糖蛋白是重要的免疫原 其他成分 多胺类 有机阳离子化合物.,三、 病毒的化学组成,21,病毒的结构 基本结构 衣壳：是包围着病毒核酸分子外面的蛋白质结构，衣壳由衣壳粒组成 核心(core)：位于病毒体的中心部分 核衣壳 (nucleocapsid)：由衣壳和核心一起构成的复合结构 非基本结构 包膜：是一层覆盖在核衣壳外的脂蛋白膜 刺突(spikes) ：是在病毒包膜表面的糖蛋白突起,四、 病毒的结构,22,病毒的结构,四、 病毒的结构,病毒粒子,核衣壳 (基本结构),包膜：有类脂或糖蛋白构成,核心：由DNA或RNA构成,衣壳：有许多衣壳粒组成,包膜和刺突 （非基本结构）,刺突：糖蛋白突起,23,病毒的结构,核酸,衣壳,衣壳粒,无包膜病毒模式结构,刺突,有包膜病毒模式结构,包膜,24,病毒的结构剖面图,刺突,25,病毒的结构类型,四、 病毒的结构,病毒 结构类型,螺旋对称结构,二十面体对称结构,复合对称结构,无包膜,有包膜,无包膜,杆状：烟草花叶病毒等 丝状：大肠杆菌M13噬菌体等,卷曲状：流感病毒等 弹状：狂犬病毒等,小型：脊髓灰质炎病毒 大型：腺病毒,有包膜：疱疹病毒,无包膜：大肠杆菌T偶数噬菌体（蝌蚪状）,有包膜：痘病毒（砖块状）,26,螺旋对称 蛋白质衣壳由衣壳粒一个紧挨一个地螺旋排列而成，单股的RNA位于衣壳内侧螺旋状沟中 代表：烟草花叶病毒,病毒结构的对称性,烟草花叶病毒粒子,27,28,立体对称 衣壳粒围绕具立体对称的正二十面体的角或边排列，形成一个封闭的蛋白质鞘 ，具有20个三角形面，30条边和12个顶的多面体 代表：腺病毒,病毒结构的对称性,腺病毒,29,复合对称 它们的结构都具有比较复杂的对称类型。它具有多面体对称的头部又具螺旋对称的尾部 如:痘病毒、弹状病毒以及一些噬菌体,病毒结构的对称性,噬菌体,30,T偶系列噬菌体的结构图,T偶数噬菌体的组成：头部、颈部、尾部 尾部的组成：尾鞘、尾管、颈部、基板、尾钉和尾丝,31,原核生物的病毒噬菌体 噬菌体增殖 一步生长曲线 噬菌体效价的测定 温和性噬菌体与溶原性细菌,. 五、 病毒的增殖,32,原核生物的病毒噬菌体,形态 蝌蚪形 微球形 丝状 T系列噬菌体的组成 头部：蛋白质、内含DNA 颈部：颈环 尾部：尾鞘、尾髓 尾丝、基板和刺突,33,1、烈性噬菌体的增殖 ,烈性噬菌体 能在宿主细菌细胞内增殖，产生大量子噬菌体，并通过裂解细菌细胞而释放出来的噬菌体，被称为烈性噬菌体（virulent phage） 病毒增殖可分为五个阶段 吸附 侵入 合成 成熟 裂解,34,1、 烈性噬菌体的增殖,吸附 尾丝与特异性受体接触，附着在受体上，刺突、基板固定于细胞表面，有少数噬菌体则吸附在细菌的鞭毛、伞毛、性伞毛或荚膜上. 侵入 尾管所携带的溶菌酶把细胞壁上的肽聚糖水解，将核酸注入细菌体内，而将蛋白质外壳留在细菌体外,35,1、烈性噬菌体的增殖,增殖 包括病毒在寄主细胞内核酸的复制和蛋白质的合成 噬菌体DNA进入宿主细胞后，立即以噬菌体DNA为模板，利用细菌原有的RNA合成酶来合成早期mRNA，由早期mRNA翻译成早期蛋白质 在RNA聚合酶的催化下，以亲代DNA为模板，半保留复制的方式，复制出子代的DNA在DNA开始复制以后转录的mRNA称为晚期mRNA，再由晚期mRNA翻译成晚期蛋白质,36,噬菌体转录增殖过程图示,37,1、 烈性噬菌体的增殖,装配 装配就是将分别合成的病毒核酸和蛋白质组装成完整的病毒粒子的过程 释放 成熟的病毒粒子从被感染细胞内移到外界的过程，称为病毒释放。噬菌体靠其溶菌酶使细胞壁裂解，将子代病毒放出来,38,裂解和释放,装配,衣壳,生物合成,穿透,吸附,尾核,尾板,收缩作用,衣壳,核酸,细菌胞壁,细菌核酸,衣壳（头部）,尾鞘,细胞壁,尾针,尾纤维,烈性噬菌体增殖图示,39,噬菌体 T 4 吸附在大肠杆菌细胞 ( Madigan et al., 1997) A. 未吸附 B.C. 尾部附着 D. 尾鞘收缩，注入 DNA,40,. 2、 一步生长曲线,定义 定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线叫做一步生长曲线(one-step growth curve) 基本试验步骤: 它可反映每种噬菌体的三个最重要的特性参数 潜伏期 裂解期 平稳期,41,2、一步生长曲线,潜伏期 是指病毒侵入宿主细胞到病毒粒子释放出胞外前的一段时间. 裂解期 是指宿主细胞迅速裂解，溶液中病毒粒子急剧上升的一段时间 平稳期 是指感染病毒的宿主细胞全部裂解，溶液中病毒效价达到最高点以后的时期 以裂解量计算 裂解量：每一宿主细胞释放的平均噬菌体粒子数,42,3、温和性噬菌体与溶原性细菌,温和噬菌体（temperate phage） 噬菌体侵入细胞后并不增殖，而是将基因整合到寄主细胞染色体中，并可长期随寄主细胞分裂而同步复制，并不引起细菌裂解释放噬菌体 溶原性（lysogeny） 噬菌体基因组长期存在于寄主细胞内，并没有成熟的噬菌体产生这一现象称为溶原性 前病毒或前噬菌体（prophage） 整合到细菌细胞染色体上的噬菌体核酸,43,3、温和性噬菌体与溶原性细菌,温和嗜菌体的存在形式 游离态 指已成熟释放并有侵染性的游离噬菌体粒子 整合态 指整合在宿主核染色体上处于前噬菌体的状态 营养态 指前噬菌体经外界理化因子诱导后，脱离宿主核基因组而处于积极复制和装配的状态,44,3、温和性噬菌体与溶原性细菌,溶原性细菌： 指在核染色体组上整合有前噬菌体并能正常生长繁殖而不被裂解的细菌(或其他微生物) 溶原性细菌的特点 稳定性 免疫性 自发或诱导裂解 溶原复原 溶原转变,45,噬菌体与寄主菌细胞之间的关系,裂解性循环,溶原性循环,46,病毒的分离培养 寄主接种 鸡胚培养 细胞培养 病毒的纯化 再培养 盐析 等电点沉淀 超速离心 凝胶层析,六、病毒的分离和测定,47,病毒的检出 直接法：电镜下观察并计数 间接法：利用病毒感染宿主细胞留下痕迹 嗜菌斑、病毒空斑、坏死斑、包涵体 病毒测定 病毒效价的测定,六、病毒的分离和测定,48,病毒效价的测定,病毒的效价 表示每毫升试样中所含有的侵染性病毒粒子数，也即噬菌斑形成单位数(plaque-forming-unit,pfu)或感染中心数(infective centre) 测定方法 斑点试验法 液体稀释管法 双层平板法 单层平板法,49,类病毒 拟病毒 朊病毒,第三节 亚 病 毒,50,一、 类 病 毒,具有环状闭合的、缺乏蛋白质外壳的感染性的单链RNA分子 通常 246399 个核苷酸 寄生于植物细胞中一类最小的病原体，分子量约为己知最小病毒的l/l0 不同的类病毒具有不同的宿主范围 代表：马铃薯纺锤块茎类病毒,51,二、 朊 病 毒,只含有蛋白