第四章病毒和亚

广东海洋大学易润华

2006年下半年第四章

病毒和亚病毒VirusesViruses

are

simple,

acellular

entities

consisting

of

one

or

moremolecules

of

either

DNA

or

RNA

enclosed

in

a

coat

of

protein

(andsometimes,

in

addition,

substances

such

as

lipids

and

carbohydrates).They

can

reproduce

only

within

living

cells

and

are

obligatelyintracellular

parasites.病毒定义是微生物中最小的生命实体，组成简单，由核酸（DNA或RNA）和一种或少数多种蛋白质组成的非细胞生物。是一类比较原始的、有生命特征的、能够自我复制和严格细胞内寄生的非细胞生物。能以感染态和非感染态两种形式存在。病毒具有专性寄生性，必须在活细胞中才能增殖。亚病毒定义只含有蛋白质或核糖核酸两种中的其中一种的病毒。类病毒：无蛋白质，只含有具有单独侵染性的较小型的核糖核酸（RNA）分子。拟病毒：只含有不具备侵染性的RNA。朊病毒：没有核酸而有感染性的蛋白质颗粒。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系第一节

病毒病毒的特征：形体微小，一般可以通过细菌过滤器。具有比较原始的生命形态和生命特征，缺乏细胞结构，仅

含有核酸和蛋白质。每种病毒只含一种核酸（DNA或RNA）严格的细胞内寄生性。病毒缺乏独立的代谢能力，不能离开寄主细胞独立复制和增殖。病毒利用寄主细胞的代谢系统合成自身的核酸和蛋白质，通过自己的遗传信息进行复制、装配子代病毒。有的病毒可以整合到寄主基因组上，并且诱发潜伏性感染。缺乏完整的酶和能量系统。对抗生素不敏感，对干扰素敏感在离体条件下，以无生命的生物分子存在，但是长期保持侵染活力。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系一、病毒的形态构造和化学成分（一）病毒的形态、大小大小可以通过细菌过滤器较大的病毒直径为300-450nm，较小的病毒直径仅为18-22nm病毒：细菌：真菌＝1：10：100病毒的形态和大小必须借助电子显微镜。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系病毒的形态：形态多样，有球状、杆状、复合型。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系病毒的对称体制两种：螺旋对称和十二面体对称（等轴对称）。复杂病毒由两种对称相结合。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系病毒的群体形态专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系（二）典型病毒粒的构造病毒粒、病毒体(Virion)、病毒粒子(virus

particle)：指的是成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。基本成分核酸和蛋白质，还含有脂类、多糖等结构专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系衣壳（capsid）：又称外壳，是由多个病毒蛋白亚基组成，包裹在病毒基因组核酸外面的结构。即蛋白质包裹在核心周围形成。衣壳粒（capsomer）：组成衣壳的结构亚基，并非总是均匀分布的，往往聚集成群体，二个、三个、五个甚至六个亚基聚在一起，用负染法在电镜下所分辨开的一个个亚基，可能并非单个结构亚基，而是它们的群体，实际上是形态亚基称之为壳粒。衣壳粒是由一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单位，衣

壳粒的排列组合方式不同，使病毒表现出不同的构型和形状。核衣壳（nucleocapsid）：由核心和衣壳组成包膜（envelop）大多数动物病毒，核衣壳外由蛋白或糖蛋白与脂肪所形成类脂（来自寄主）双层外膜，称为包膜。糖蛋白在膜上形成各种形状的突起，称刺突（spike）。包膜的有无及其性质与病毒的寄主专一性和侵染功能有关。包膜在识别寄主、侵入寄主细胞，病毒的抗原性方面起重要作用。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系广东海洋大学农学院生物病技术系毒粒的构造专业：环境科学衣壳（capsid）被膜包膜糖蛋白核衣壳HIV

-

Human

Immunodeficiency

Viruses专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系包膜（囊膜，被膜；envelop）衣壳(capsid)核酸合蛋白专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系核酸结}核心核衣壳}(nucleocapsid)刺突（包膜子粒，spike，peplomer）病毒粒子的模式结构及名称衣壳粒(capsomer)间质(tegument)（三）3类典型病毒的形态1、螺旋对称(helical

symmetry)烟草花叶病毒（tobaco

mosaic

virus，TMV）发现：1939年，G.A.Kansche在电镜下直接观察到TMV。大小形状直径为15nm，长为300nm的长杆状的颗粒。组成：有一条分子量为2×106道尔顿的单链RNA（ssRNA）。核酸被2130个分子量为17530道尔顿的皮鞋状蛋白质亚基包裹，即衣壳由2130个衣壳粒组成。寄主范围：寄主范围很广，已知对单子叶植物22科中的198种植物具有寄生性。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系2、二十面体对称(icosahedral

symmetry)腺病毒（Adenovirus）壳体二十面体对称结构，由蛋白质亚基围绕具立体对称的正二十面体的角或边排列，形成1个封闭的蛋白质鞘。廿面体20个三角形面30条边12个顶。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系广东海洋大学

农学院生物技术系

专业：环境科学五聚体1个正廿面体的三角形面均为等边三角形，并且有5次、3次和2次对称轴。在廿面体的顶上，5个亚基聚集形成电镜下可见的五聚体并与5个其它壳粒相邻，通常又叫做五邻体(penton)。廿面体12个五邻体顶仍保留。六聚体在基本三角面上形成，每个六聚体分别与6个壳粒相邻,称六邻体(hexon)。环境科学广东海洋大学

农学院生物技术系

专业：(A

and

B)：

Top

and

side

viewsof

the

reconstructed

Ad2−DAV-1complex.

The

DAV-1

Fab

densityhas

been

isolated

by

differenceimaging.(C

and

D)

：

Views

with

acrystallographic

Fab

fragment,filtered

to

19

Å

resolution,modeled

at

each

of

the

fivebinding

sites

on

the

penton

base.(E

and

F)：

Views

showing

thetotal

model

density

(wire

mesh)obtained

from

Fab

fragments

ineight

distinct

orientations

alongwith

one

Fab

fragment

bound

toeach

site.

Each

Fab

fragment

isshown

in

a

different

orientation

tosuggest

mobility.Thescale

bar

is

100

Å.Vertex

region

of

adenovirus.专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系3、复合对称(complex

symmetry)T偶数（even

type）噬菌体

壳体既有螺旋对称结构,又有廿面体对称部分。T4噬菌体：头部（head）螺旋对称结构,椭圆型二十面体颈部(meck):六角形的盘状构造尾部(tail):尾部呈廿面体对称。尾鞘(tail

sheath)尾管(tail

tube)基板(base

plate)刺突(tail

pins)专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系：环境科学广东海洋大学

农学院生物技术系

专业(A)

Cutaway

view

of

the

P22

tail

machine(blue

isosurface，truncated

portal

(redisosurface)Cross-section

of

the

tail

machine

mapat

the

position

indicated

by

a

dottedarrowinpanelA

contour

(density

value

from

4.35

tomaximum

with

an

interval

of

0.58)

of

across-section

in

the

tail

machine

mapcorresponding

to

theportal.The

bottom

opening

of

the

tail

tubeviewed

from

the

gp26needle.Structure

of

theP22

tailmachine.（四）、病毒的核酸病毒的核酸类型是多样性的除逆转录病毒(Retroviruses)的RNA基因组是二倍体外,其它所有的病毒基因组都是单倍体,它们仅含有每个基因的一个拷贝。动物病毒以线状的dsDNA和ssRNA为多植物病毒以ssRNA为主噬菌体以线状的dsDNA居多,专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系核酸类型病毒种类动物病毒植物病毒微生物病毒DNAssDNA线状细小DNA病毒、鼠细小病毒双生病毒、玉米条纹病毒环状E.coli的ΦX174、M13和fl噬菌体等dsDNA线状腺病毒、疱疹病毒、虹彩病毒和痘病毒E.coli的T系,沙门氏菌的P22噬菌体等环状乳多孔病毒(如猴SV40病毒)花椰菜花叶病毒香石竹蚀环病毒E.coli的λ噬菌体、铜绿假单胞菌的PM2RNAssRNA(线状)细小RNA病毒、披盖病毒、弹状病毒烟草花叶病毒

马铃薯黄矮病毒各种RNA噬菌体(如E.coli的MS2)dsRNA(线状)呼肠孤病毒,质型多角体病毒伤瘤病毒(如水稻矮化病毒)各种真菌病毒,假单胞菌的Φ6噬菌体专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系病毒的核酸类型专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系二、病毒的繁殖方式不同的病毒繁殖方式不同，有共性也有各自的特点（一）原核生物的病毒——噬菌体噬菌体包括噬细菌体（bacteriophage）、噬放线菌体(actinophage)、噬蓝细菌体(cyanophage)。噬菌体的形态：A型：dsDNA，蝌蚪形，收缩性尾丝B型：dsDNA，蝌蚪形，非收缩性长尾丝C型：dsDNA，非收缩性长尾丝D型：ssDNA，球形，无尾，大顶衣壳粒E型：ssDNA，球形，无尾，小顶衣壳粒F型：ssDNA，丝状，无头尾专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系广东海洋大学

农学院生物技术系

专业：环境科学The

Myoviridaeare

the

only

familywith

contractiletails.Plasmaviridae

arepleomorphic.Tectiviridae

havedistinctive

doublecapsids,

whereasthe

Corticoviridaehave

complexcapsids

containinglipid.Major

Bacteriophage

Families

and

Genera.广东海洋大学农学院生物技术系专业：环境科学1、噬菌体的繁殖过程分五个阶段：吸附、侵入、增殖、成熟（装配）和裂解（释放）。烈性噬菌体（temperate

phage）噬菌体在短时间内能连续完成吸附→侵入→增殖（复制与生物合成）→成熟（装配）→裂解（释放）五个阶段而实现其繁殖的噬菌体，称为烈性噬菌体。烈性噬菌体经历的繁殖过程称为裂解性周期（lytic

cycle）或增殖性周期(producetive

cycle)。温和噬菌体（virulent

phage）凡吸附并侵入细胞后，噬菌体的DNA只整合在宿主的核染色体组上，并可长期随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下不进行增殖和引起宿主细胞裂解的噬菌体。能导致溶原型发生的噬菌体。广东海洋大学

农学院生物技术系

专业：环境科学烈性噬菌体繁殖的裂解性周期①吸附(absorption,attachment)噬菌体对宿主细胞的吸附具高度的特异性。噬菌体与寄主细胞混合发生碰撞接触，尾丝散开，固着于胞壁的特异性受点上，有些吸附在鞭毛或伞毛上。一种细菌可被多种噬菌体感染。因为不同的感染噬菌体在同一寄主细菌的不同受点上吸附。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系②侵入(penetration,injection)噬菌体尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔，尾鞘收缩，将头部的核酸通过中空的尾髓压入细胞内，而蛋白质外壳留在细胞外。从吸附到侵入的时间间隔很短，只有几秒至几分钟。BACTERIOPHAGE

T4专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系③增殖(replication)烈性噬菌体增殖方式按核酸复制类型分三类按早期、次早期和晚期基因的顺序来进行转录、转译和复制的双链DNA

噬菌体的增殖方式；按“滚环”模型复制单链DNA

的增殖方式；按“花朵”模式复制A

蛋白（成熟蛋白）、衣壳蛋白和复制酶蛋白的增殖方式。病毒复制指病毒粒入侵宿主细胞到最后细胞释放子代毒粒的全过程以宿主细胞降解物及培养基介质为

原料，大量合成子代噬菌体的头部、尾部和核酸等部件。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系广东海洋大学农学院生物技术系专业：环境科学④成熟（maturity）即噬菌体自装配（self

assembly）。先是将复制后的核酸聚缩成多角体，头部蛋白质经排列和结晶过程，包围多角体便形成头部；尾部各构件同时进行组装，然后与头部连接；最后装上尾丝完成新的噬菌体装配。装配过程是通过3个独立的装配途径进行的。广东海洋大学农学院生物技术系专业：环境科学⑤释放（release）方式：裂解（lysis）：成熟的噬菌体粒子，利用水解细胞膜的脂肪酶和水解细胞壁的溶菌酶的作用，从细胞内部促进细胞裂解，从而实现了噬菌体的释放。裂解量（burst

size）：平均每个宿主细胞裂解后产生的子代噬菌体数。自外裂解（without

lysis）、分泌：噬菌体穿出细胞壁，不导致细胞裂解，但是大量噬菌体聚集在同一宿主细胞表面，释放大量溶菌酶而导致细胞裂解。噬菌斑：由于噬菌体的作用而使布满细菌细胞的菌苔上，出现肉眼可见的一个个透亮的小圆斑。广东海洋大学农学院生物技术系专业：环境科学Release

of

the

Pf1

Phage.The

Pf1

phage

is

a

filamentousbacteriophage

that

is

released

fromPseudomonas

aeruginosa

withoutlysis.广东海洋大学

农学院生物技术系

专业：环境科学完成一个裂解性周期经历的时间2、噬菌体效价效价：噬菌体浓度、噬菌斑形成单位数（plaque-forming

unit，pfu）。1毫升培养液中所含有的具有侵染性的噬菌体数量。测定：双层琼脂平板法（two

layer

plating

method）。先在培养皿中倒入底层固体培养基，凝固后再倒入含有宿主细菌和一定稀释度噬菌体的半固体培养基。培养一段时间后，计算噬菌斑的数量。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系3、一步生长曲线（one-step

growth

curve）用高倍稀释或抗血清办法来中和未吸附病毒，使病毒感染数降低后，达到适量的病毒悬液，然后感染标准培养条件下的高浓度的细胞溶液，在不同时间段采样，测定溶液感染效价，以时间为X轴，效价为Y轴，得到曲线，称为一步生长曲线）。分三个时期：潜伏期裂解期平稳期专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系潜伏期（latent

phase）隐晦期(eclipse

phase)胞内累积期（intracelluar

accumclation

phasr）裂解期(lytic

phase)平稳期(plateau)专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系4、溶源性（lysogeny）溶源性当温和噬菌体侵入宿主细胞后，DNA整合到宿主基因组上，随着宿主DNA

复制而复制，但不合成蛋白质，宿主细胞不裂解，继续进行正常的分裂现象。温和噬菌体引起溶源性的噬菌体。溶源性细菌（lysogen）又称溶源菌含有温和噬菌体DNA的宿主细菌。前噬菌体（prophage）整合在细菌基因组中的噬菌体基因组。温和噬菌体的三种存在状态游离态：游离的具有感染性的噬菌体颗粒；营养态：宿主胞质内类似质粒形式的噬菌体，处于复制、合成、装备的状态；整合态：前噬菌体。专业：环境科学广东海洋大学农学院生物技术系溶源性细菌的特性自发裂解在没有任何外来噬菌体感染的情况下，极少数溶源细胞中的原噬菌体偶尔也可恢复活动，