第22章 病毒复制

1、临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第第2222章章 病毒的复制病毒的复制制作：临沂大学生命科学学院制作：临沂大学生命科学学院 微生物与免疫学教研室微生物与免疫学教研室临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:p 病毒在细胞外是处于静止状态，基本上与无生命的物病毒在细胞外是处于静止状态，基本上与无生命的物质相似，当病毒进入活细胞后便发挥其生物活性。质相似，当病毒进入活细胞后便发挥其生物活性。p 由于病毒缺少完整

2、的酶系统，不具有合成自身成份的由于病毒缺少完整的酶系统，不具有合成自身成份的原料和能量，也没有核糖体，因此决定了它的专性寄原料和能量，也没有核糖体，因此决定了它的专性寄生性，必须侵入易感的宿主细胞，依靠宿主细胞的酶生性，必须侵入易感的宿主细胞，依靠宿主细胞的酶系统、原料和能量复制病毒的核酸，借助宿主细胞的系统、原料和能量复制病毒的核酸，借助宿主细胞的核糖体翻译病毒的蛋白质。核糖体翻译病毒的蛋白质。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:p 病毒增殖病毒增殖(multiplication)：只在活细胞内，

3、以其基因为只在活细胞内，以其基因为模板，在酶的作用下，分别合成病毒基因及蛋白质，模板，在酶的作用下，分别合成病毒基因及蛋白质，再 组 装 成 完 整 的 病 毒 颗 粒 ， 这 种 方 式 称 为再 组 装 成 完 整 的 病 毒 颗 粒 ， 这 种 方 式 称 为 复 制复 制(replication)。p 从病毒进入宿主细胞开始，经过基因组复制和病毒蛋从病毒进入宿主细胞开始，经过基因组复制和病毒蛋白合成，至释放出子代病毒的全过程，称为一个白合成，至释放出子代病毒的全过程，称为一个复制复制周期周期(replication cycle)。p 病毒的复制周期主要包括病毒的复制周期主要包括吸附、穿

4、入与脱壳、生物合吸附、穿入与脱壳、生物合成、组装和释放成、组装和释放四个连续步骤。四个连续步骤。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:p在病毒感染细胞之后的一个短时间内，病毒在病毒感染细胞之后的一个短时间内，病毒完全消失，甚至在细胞内也找不到传染性的完全消失，甚至在细胞内也找不到传染性的病毒颗粒，直至感染数小时后子代病毒出现病毒颗粒，直至感染数小时后子代病毒出现为止，这阶

5、段称为为止，这阶段称为隐蔽期隐蔽期(eclipse period)，一般持续一般持续212h。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:病毒的一步生长曲线病毒的一步生长曲线l病毒的一步生长曲线：病毒的一步生长曲线：以感染时间为横坐标，病毒效价为以感染时间为横坐标，病毒效价为 纵坐标，绘制出的病毒特征曲线。纵坐标，绘制出的病毒特征曲线。隐蔽期隐蔽期对数期对数期细胞死亡细胞死亡临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第

6、一节第一节 吸附、穿入与脱壳吸附、穿入与脱壳临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:一、吸附一、吸附(adsorption)&分两个阶段：分两个阶段：p 静电吸附：静电吸附：病毒体与细胞接触，进行静电结合。非病毒体与细胞接触，进行静电结合。非特异性、可逆。特异性、可逆。p 真正的吸附：真正的吸附：病毒体表面位点（蛋白质结构）与宿病毒体表面位点（蛋白质结构）与宿主细胞膜上相应的受体结合。是决定病毒感染的真主细胞膜上相应的受体结合。是决定病毒感染的真正开始。正开始。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科

7、学学院 王自然王自然E-mailE-mail:p病毒受体病毒受体p 病毒受体病毒受体(virus receptor)：是宿主细胞表面的特殊结构，：是宿主细胞表面的特殊结构，多为糖蛋白。多为糖蛋白。l硫酸乙酰肝素是伪狂犬病毒的受体硫酸乙酰肝素是伪狂犬病毒的受体lCD9是犬瘟热病毒的受体是犬瘟热病毒的受体p 辅受体辅受体(coreceptor)：有的病毒颗粒吸附除需受体外还：有的病毒颗粒吸附除需受体外还需辅受体，如腺病毒除了纤丝受体外，还需要需辅受体，如腺病毒除了纤丝受体外，还需要整合素整合素(integrin)作为辅受体，与病毒的五邻体壳粒结合

8、。作为辅受体，与病毒的五邻体壳粒结合。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:裸露病毒的吸附裸露病毒的吸附 囊膜病毒的吸附囊膜病毒的吸附 临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:p 某些病毒能凝集红细胞，称为病毒的血凝作用某些病毒能凝集红细胞，称为病毒的血凝作用 (haemagglutination，HA)，其本质也是病毒与细胞受其本质也是病毒与细胞受体的结合。研究最充分的有流感病毒，该病毒表面有体的结合。研究最

9、充分的有流感病毒，该病毒表面有两种两种纤突，纤突，一种为一种为血凝素血凝素 (HA)，能与，能与红细胞表面的唾红细胞表面的唾液酸受体结合液酸受体结合；另一种为神经氨酸酶；另一种为神经氨酸酶 (NA)，是受体破，是受体破坏酶，使病毒从吸附的红细胞解脱。坏酶，使病毒从吸附的红细胞解脱。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:p 病毒的特异抗体可抑制其血凝作用，称为病毒的特异抗体可抑制其血凝作用，称为血凝抑制作用血凝抑制作用 (haemagg1utination-inhibition，HI)。将。将HA与与H

10、I 二者二者结合可用于病毒的快速检测。结合可用于病毒的快速检测。p 血吸附血吸附(haemadsorption):是一种特殊形式的血凝作用，是一种特殊形式的血凝作用，是将是将红细胞吸附于红细胞吸附于病毒病毒感染的宿主细胞表面感染的宿主细胞表面，也可用于，也可用于病毒的检测，如非洲猪瘟病毒。病毒的检测，如非洲猪瘟病毒。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:p病毒体吸附在宿主

11、细胞膜上后，可通过数种穿入方式病毒体吸附在宿主细胞膜上后，可通过数种穿入方式进入细胞：进入细胞：1. 1.无囊膜的病毒：无囊膜的病毒：一般经过细胞膜吞入，称为病毒胞饮一般经过细胞膜吞入，称为病毒胞饮(viropexis)，形成吞噬小体，形成吞噬小体(endosome)。如腺病毒、小。如腺病毒、小RNA病毒等病毒等二、穿入二、穿入(penetration)与与脱壳脱壳(uncoating) （一）穿入（一）穿入(penetration)临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:J病毒胞饮病毒胞饮临沂大学生命

12、科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:2.有囊膜的病毒有囊膜的病毒囊膜与宿主细胞膜融合：囊膜与宿主细胞膜融合：病毒的核衣壳直病毒的核衣壳直接进入细胞浆内。接进入细胞浆内。 病毒胞饮：病毒胞饮：细胞膜吞入。细胞膜吞入。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:(1) (1) 膜融合后进入膜融合后进入(2) (2) 病毒胞饮病毒胞饮临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mail:13

13、666399213 E-mail:p 不同病毒脱壳方式不一，多数在宿主细胞溶酶体酶作不同病毒脱壳方式不一，多数在宿主细胞溶酶体酶作用下脱壳，释放出基因组核酸。用下脱壳，释放出基因组核酸。（二）脱壳（二）脱壳(uncoating) 临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第二节第二节 生物合成生物合成p部位：一般部位：一般DNA病毒在病毒在胞核中胞核中复制，复制，RNA病病 毒在毒在胞浆中胞浆中复制。复制。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mail:136

14、66399213 E-mail:p 实验观察证明：吸附于细胞的病毒通常迅速消失，不实验观察证明：吸附于细胞的病毒通常迅速消失，不能或极少发现细胞内（上）的病毒粒子。这表明吸附能或极少发现细胞内（上）的病毒粒子。这表明吸附的病毒很快侵入细胞，并迅速裂解，的病毒很快侵入细胞，并迅速裂解，从侵入的病毒消从侵入的病毒消失到新的子代病毒出现这一段时间失到新的子代病毒出现这一段时间称为称为“隐蔽期隐蔽期”。隐蔽期是病毒增殖过程中最主要的阶段隐蔽期是病毒增殖过程中最主要的阶段生物合成生物合成；p 此时，病毒的遗传信息向细胞传达，借助宿主细胞提此时，病毒的遗传信息向细胞传达，借助宿主细胞提供的原料、能量和场所

15、合成供的原料、能量和场所合成核酸核酸和和蛋白质蛋白质，期间所需，期间所需的多数酶也来自宿主细胞。的多数酶也来自宿主细胞。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:&生物合成生物合成(biosynthesis)p 病毒基因组一旦从衣壳中释放后，就利用宿主细胞提供的病毒基因组一旦从衣壳中释放后，就利用宿主细胞提供的低分子物质合成大量的病毒核酸和结构蛋白。低分子物质合成大量的病毒核酸和结构蛋白。p 早期：病毒复制合成所必需的早期：病毒复制合成所必需的复制酶复制酶和一些和一些抑制蛋白抑制蛋白，病，病毒处于

16、毒处于隐蔽期隐蔽期p 病毒基因组转录成病毒基因组转录成mRNA、合成指令蛋白质：病毒的生物、合成指令蛋白质：病毒的生物合成过程可基本归为合成过程可基本归为6 6大类：大类：双股双股DNADNA病毒、单股病毒、单股DNADNA病毒、病毒、单正股单正股RNARNA病毒、单负股病毒、单负股RNARNA病毒、逆转录病毒和双股病毒、逆转录病毒和双股RNARNA病毒。病毒。 临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:吸附吸附侵入与脱壳侵入与脱壳装配装配释放释放早期：病毒特异性酶的合成早期：病毒特异性酶的合成病毒核酸复

17、制病毒核酸复制病毒结构蛋白质合成病毒结构蛋白质合成病毒大分病毒大分子合成子合成临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:&病毒核酸和蛋白质复制的几个阶段：病毒核酸和蛋白质复制的几个阶段： mRNA的转录的转录 合成合成DNA或或RNA聚合酶和一些早聚合酶和一些早期蛋白期蛋白 mRNA的译制的译制 病毒核酸的复制病毒核酸的复制 合成晚期蛋白，包括：结构蛋白和合成晚期蛋白，包括：结构蛋白和一些调控蛋白一些调控蛋白 mRNA的再度转录的再度转录 mRNA的再度译制的再度译制临沂大学生命科学学院临沂大学生

18、命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第一类：双链第一类：双链DNADNA病毒病毒p 如痘、乳多空、腺、疱疹、虹彩等病毒。如痘、乳多空、腺、疱疹、虹彩等病毒。p 这些病毒的这些病毒的DNADNA按照模板方式进行，呈半保留型：按照模板方式进行，呈半保留型： （1 1）DNADNA双链氢键断开；双链氢键断开； （2 2）两条单链通过互补方式，各自形成一条新链。）两条单链通过互补方式，各自形成一条新链。临沂

19、大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:&双股双股DNA病毒病毒病毒病毒DNA早期早期mRNA早期蛋白（酶等）早期蛋白（酶等）子代病毒子代病毒DNA晚期晚期mRNA病毒结构蛋白病毒结构蛋白子代病毒子子代病毒子复制复制宿主细胞转录酶宿主细胞转录酶亲代病毒亲代病毒吸附、穿入、脱壳吸附、穿入、脱壳装配装配临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第二类：单链第二类：单链DNA病毒病毒p 如细小病毒等。如细小病毒等。p

20、 病毒脱壳后病毒脱壳后首先形成双股首先形成双股DNA（ DNA），），称为复称为复制型，以此为模板进行半保留型复制。制型，以此为模板进行半保留型复制。DNA的复制的复制在细胞核内在细胞核内，依赖于细胞的酶；，依赖于细胞的酶；mRNA的转录和蛋的转录和蛋白质的合成与双股白质的合成与双股DNA相似。相似。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第三类：双链第三类：双链RNA病毒

21、病毒p如呼肠孤病毒、双如呼肠孤病毒、双RNA病毒等。病毒等。p病毒脱壳后病毒脱壳后首先不对称的转录出首先不对称的转录出+RNA， +RNA既能作为既能作为mRNA，又能作为模板合，又能作为模板合成子代双链成子代双链RNA。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:（dsRNA）临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第四类：单股正链第四类：单股正链RNA病毒病毒p如小如小RNA、披膜、嵌杯、冠状病毒等。、披膜、嵌杯

22、、冠状病毒等。p亲代的亲代的RNA可直接作为可直接作为mRNA，又能作，又能作为模板合成为模板合成RNA；RNA反过来可复反过来可复制子代制子代+RNA。 临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:（-）ssRNA亲代病毒（亲代病毒（+）ssRNA早期蛋白早期蛋白（+）ssRNAdsRNA复制中间型复制中间型（-）ssRNA（+）ssRNA大量子代（大量子代（+）ssRNA晚

23、期蛋白晚期蛋白装配子代病毒装配子代病毒&单链正股单链正股RNA病毒病毒临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第五类：单股负链第五类：单股负链RNARNA病毒病毒p如正粘、副粘、嵌沙、弹状、布尼病毒等。如正粘、副粘、嵌沙、弹状、布尼病毒等。 p亲代的亲代的RNA合成合成RNA， RNA可作为可作为mRNA，又可作为模板合成子代的，又可作为模板合成子代的RNA。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:临沂大

24、学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:l病毒自身携带依赖病毒自身携带依赖RNA的的RNA多聚酶。多聚酶。亲代（亲代（-ssRNA）（+）mRNA蛋白质蛋白质（+）ssRNA子代（子代（-）sRNA子代病毒子代病毒多聚酶多聚酶&单股负股单股负股RNA病毒病毒临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第六类：反转录病毒第六类：反转录病毒p为单股正链为单股正链RNA。（1）以病毒）以病毒RNA为模板，反转录生成为模板

25、，反转录生成 DNA中间体；中间体； （2）双链）双链DNA整合于细胞基因组整合于细胞基因组DNA中；中；（3）子代）子代RNA由整合的病毒由整合的病毒RNA转录而来；转录而来； （4）母代和子代）母代和子代RNA都呈现都呈现mRNA活性。活性。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:病毒病毒RNA逆转录酶逆转录酶双股双股DNA整合至宿主细胞（前病毒）整合至宿主细胞（前病毒

26、）mRNA病毒病毒RNA结构蛋白结构蛋白装配子代病毒装配子代病毒RNA:DNA转录酶转录酶聚合酶聚合酶&逆转录病毒逆转录病毒临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:病毒核酸复制病毒核酸复制病毒核酸的复制病毒核酸的复制病毒核酸链接入寄主核酸链病毒核酸链接入寄主核酸链临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第七类：双链环状第七类：双链环状DNA病毒病毒p 如嗜肝如嗜肝DNA病毒等。病毒等。p 该类病毒核酸为双

27、链、环状，其中含有部分单链区该类病毒核酸为双链、环状，其中含有部分单链区,单单链区长度不等，短链为正链，长度在整个基因组长度链区长度不等，短链为正链，长度在整个基因组长度的的50100%之间。之间。 （1）首先经补链作用成为共价闭合的双链）首先经补链作用成为共价闭合的双链DNA； （2）在核内转录出）在核内转录出RNA； （3）其中有前基因组）其中有前基因组RNA作为复制的模板，经反转录作为复制的模板，经反转录合成合成DNA链，链，RNA随之被随之被Rnase H降解；降解； （4）再以）再以DNA为模板合成为模板合成DNA。 临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然 13666

28、399213 E-mailE-mail:临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:第三节第三节 组装和释放组装和释放临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:一、组装一、组装p 病毒的结构成分核酸与蛋白质分别合成后，在细胞病毒的结构成分核酸与蛋白质分别合成后，在细胞核内或细胞质内组装核内或细胞质内组装 成核衣壳。成核衣壳。p 病毒核酸与衣壳装配在一起，形成病毒子。绝大多病毒核酸与衣壳装配在一

29、起，形成病毒子。绝大多数数DNA病毒均在细胞核内组装，病毒均在细胞核内组装，RNA病毒和痘病毒病毒和痘病毒在细胞浆内组装。在细胞浆内组装。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:p无包膜病毒组装成核衣壳即为成熟的病毒无包膜病毒组装成核衣壳即为成熟的病毒体，病毒的早期蛋白，即非病毒结构成分体，病毒的早期蛋白，即非病毒结构成分不组装入病毒，残留在感染细胞中。不组装入病毒，残留在感染细胞中。临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE

30、-mail:二、释放二、释放p 无囊膜病毒：无囊膜病毒：绝大多数释放是一次同步，破坏宿主绝大多数释放是一次同步，破坏宿主细胞膜，细胞迅速死亡。细胞膜，细胞迅速死亡。p 有囊膜病毒：有囊膜病毒：绝大多数通过细胞内的内质网、空泡，绝大多数通过细胞内的内质网、空泡，或包上细胞核膜或细胞膜以出芽方式释放而成为成或包上细胞核膜或细胞膜以出芽方式释放而成为成熟病毒，在一段时间内逐个释出，非一次同步，对熟病毒，在一段时间内逐个释出，非一次同步，对细胞膜破坏轻，宿主细胞死亡慢。细胞膜破坏轻，宿主细胞死亡慢。 临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mail:1366

31、6399213 E-mail:p从单个病毒吸附开始至所有病毒释放，此过从单个病毒吸附开始至所有病毒释放，此过程称为程称为感染周期感染周期或或复制周期复制周期。一个感染细胞。一个感染细胞一般释放的病毒数约为一般释放的病毒数约为100-1000。 临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:Virus Obtaining Its Envelope from Host Cell Membrane by Budding 临沂大学生命科学学院临沂大学生命科学学院 王自然王自然E-mailE-mail:复制周期复制周期临沂大学生命科学学院临沂大学