第三章病毒和类病毒-03113

第三

章病毒和亚病毒非细胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分亚病毒类病毒：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：只含蛋白质特点：无细胞结构，专性活细胞内寄生；只含一种核酸,RNA或DNA没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动；个体极小，能通过细菌滤器；对抗生素不敏感，对干扰素敏感。第一节病毒病毒是超显微的，没有细胞结构的，专性活细胞内寄生的实体。它们在活细胞外具有一般化学大分子特征，一旦进入宿主细胞又具有生命特征。一、病毒的形态构造和化学成分（一）病毒的大小个体小，必需在电镜下观察；不同病毒的毒粒大小差别很大；毒粒的形状大致可分球形颗粒(或称拟球形颗粒)、杆状颗粒和复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）等少数几类。（二）病毒的形态1、典型病毒粒的构造基本成分核酸——位于中心，称为核心蛋白质——包围在核心周围，形

成衣壳无囊膜病毒模式结构有囊膜病毒模式结构衣壳衣壳粒核酸衣壳刺突囊膜病毒模式结构病毒粒子核衣壳（基本结构）囊膜有刺突（非基本结构）芯髓（核酸）衣壳

DNA/RNA基因组：双股/单股分段/不分段多肽（结构亚单位）壳粒（形态亚单位）病毒粒子的组成及成分裸露病毒----核心+衣壳(核衣壳)

核衣壳

(核心+衣壳)包膜(脂类和多糖)--------刺突病毒粒子包膜病毒乙醚试验鉴别2、病毒粒的对称体制螺旋对称二十面体对称复合对称无包膜有包膜无包膜有包膜:疱疹病毒无包膜:T4噬菌体有包膜:痘病毒杆状:TMV丝状:M13phage卷曲状:流感病毒弹状:狂犬病毒小型:脊灰病毒大型:腺病毒3、病毒的群体形态噬菌体感染细菌后，使细菌细胞破裂死亡，连续重复感染使大量的细菌死亡，在培养细菌的平板上，可以看到一个个透明不长细菌的小圆斑，称为噬菌斑。人工培养的单层动物细胞感染病毒后，也会形成类似噬菌斑的动物病毒群体，称为空斑。单层动物细胞受到肿瘤病毒的感染后，会使动物细胞恶性增生，形成类似细菌菌落的病灶，称为病斑。烟草花叶病毒感染烟草后，在叶片上出现的一个个坏死的病灶，称为枯斑。1、螺旋状对称型：烟草花叶病毒（TMV）1)形态直杆状，长300nm，宽15nm，内径4nm，2)组成衣壳----2130个皮鞋状的衣壳粒(158个aa)

核酸核心----ssRNA(6390个nt)每3个核苷酸与1个衣壳粒相结合，排成130圈螺旋。（三）3类典型形态的病毒及其代表衣壳-----12个角、20个面和30条棱。由252个衣壳组成，没有包膜。核心----线状dsDNA构成约为36500个bp。

2、二十面体对称型----腺病毒

T4由头部（核心是双链线状DNA）、颈部和尾部（尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝）三个部分构成。3、复合对称型：Ｔ偶数噬菌体(四)病毒的核酸

核酸是病毒的遗传物质；控制着病毒的增殖及对宿主的感染性；

一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是RNA；病毒核酸单链DNA（ssDNA）；双链DNA（dsDNA）；单链RNA（ssRNA）；双链RNA（dsRNA）；

Baltimore（1971）以mRNA序列作标准，将RNA和DNA分子区分为正链、负链，以此为根据将病毒分为6种类型，即：dsDNA病毒、ssDNA病毒、dsRNA病毒、+ssRNA病毒、-ssRNA病毒、反转病毒。病毒按核酸类型分类正链和负链：正链（+）：与mRNA碱基序列相同的单链。负链（-）：与mRNA碱基序列互补的单链。正负链（±）：互补的双链。+RNA：可作为mRNA模板翻译成蛋白质。-RNA：与+RNA互补，不能直接用作mRNA模板翻译成蛋白质。+DNA：与-DNA互补，不能作为模板直接合成mRNA。-DNA：mRNA模板链，可作为模板直接合成mRNA。分节段和不分节段：个别RNA病毒核酸为不连续、间断的链，RNA部分节段为负链，部分节段为正链，称之为双义链(ambisense)。不分节段可称为单分子，分两个节段称为双分子，分三个节段称为三分子，分多个节段可称为多分子。（二）病毒的蛋白质

1、结构蛋白：（1）衣壳蛋白构成病毒的衣壳，保护病毒的核酸；无囊膜病毒的衣壳蛋白参与病毒的吸附、侵入、决定病毒的宿主嗜性；病毒的表面抗原。病毒的化学组成（一）病毒的核酸

（2）囊膜蛋白或称刺突蛋白

囊膜糖蛋白：病毒的主要表面抗原；囊膜糖蛋白多为病毒吸附蛋白．它们与细胞受体相互作用启动病毒感染发生，有些病毒的囊膜糖蛋白还介导病毒的进入；可能具有凝集脊椎动物红细胞、细胞融合以及酶等活性。基质蛋白：构成膜脂双层与核衣壳之间的亚膜结构，具有支撑囊膜，维持病毒结构的作用；介导核衣壳与囊膜糖蛋白之间的识别，在病毒芽出成熟过程中发挥重要作用。

（3）毒粒酶：是存在于病毒壳粒内的酶，根据其功能大致可分为两类：一类是参与病毒进入、释放等过程的酶，如T4噬菌体的溶菌酶、流感病毒的神经氨酸酶等；一类是参与病毒的大分子合成的酶，如反转录病毒、嗜肝DNA病毒的反转录酶，所有dsRNA病毒、负链RNA病毒以及dsRNA病毒的病毒颗粒中存在的转录酶等。一些复杂的病毒，如在细胞质内复制的痘病毒还具有许多参与RNA转录物加工和DNA复制的酶。2、非结构蛋白：指由病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但不结合于病毒颗粒中的蛋白质。许多非结构蛋白具有酶活性，参与和调控病毒的复制(replication)与转录(transcription)。最近发现，部分非结构蛋白具有抗凋亡、抗细胞因子活性及干扰抗原递呈的功能，如口蹄疫病毒的3ABC蛋白已经用来区分野毒感染和弱毒苗免疫。（三）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，主要存在于病毒的囊膜。（四）病毒的糖类某些病毒含有少量的糖类。糖类主要是以寡糖侧链存在于病毒糖蛋白和糖脂中，或以粘多糖形式存在。（五）其他组成如丁二胺、亚精胺、精胺等阳离子化合物。在某些植物病毒中还发现有金属阳离子存在。病毒的主要类群与分类系统

编号特征1宿主的性质（动物、植物、细菌、昆虫、真菌）2核酸的性质（DNA或RNA；单链或双链；分子量；分节段或不分节段，分为几个节段(RNA病毒)；ssRNA病毒中基因组为正链或负链）3衣壳对称形式——二十面体对称、螺旋对称、复合型对称4有无囊膜及囊膜对乙醚的敏感性5病毒颗粒或核衣壳的直径6二十面体病毒中的壳粒数目7免疫学特性8基因数目和基因图谱9病毒在细胞内复制的位置10有无DNA复制中间体(ssRNA病毒)；有无反转录酶11病毒释放的方式12导致的疾病或引起疾病的特异性临床症状、传播的途径。病毒的增殖是指病毒侵染宿主细胞开始到产生子代病毒重新释放到细胞外结束这一全过程，也称病毒的生活周期。由于其基本要素（核酸）是通过复制的方式增殖的，故又称病毒的复制。病毒的繁殖二、四类病毒及其繁殖方式（一）原核生物的病毒——噬菌体由蛋白质和核酸组成。基本形态为蝌蚪形、球形、和丝状三种。从结构看以可分为六种不同的类型。1、噬菌体的繁殖病毒粒子并无个体的生长过程，而只有其两种基本成分的合成和装配，即：

核酸复制+蛋白质合成

核蛋白（病毒粒子）噬菌体的繁殖一般可分五个阶段，即吸附侵入增殖（复制与生物合成）成熟（装配）裂解（释放）尾丝尖端与宿主细胞表面的特异性受体接触，可触发尾丝散开，附着在受体上，随之把刺突、基板固定（1）吸附病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力。（2）侵入吸附尾钉固着尾鞘收缩尾管穿入DNA注入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，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外；Howabacteriophageinjectsitsnucleicacidintoahostcell?（3）增殖

病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。（4）成熟（装配）T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程（5）裂解（释放）吸附侵入早期：病毒特异性酶的合成病毒核酸复制病毒结构蛋白质合成装配释放病毒大分子合成2、噬菌体效价的测定效价——表示每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数又称噬菌斑形成单位（pfu）或感染中心

测定的方法——双层平板法用双层平板法测出的效价比用电镜直接记数得到的效价低。

前者是计有感染力的噬菌体粒子，后者是计噬菌体的总数。QuantificationofvirusesPlaqueassaytechniqueforquantificationofbacterialviruses.Quantificationofanimalviruses

一步生长曲线可分为三个时期：

①潜伏期是指菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。②裂解期是指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。③稳定期溶液中噬菌体总数达到最高点后的时期。3、一步生长曲线定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线称作一步生长曲线4、溶源性温和噬菌体或称溶源性噬菌体（lysogenicphage）感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生。这一现象称做溶源性（lysogeny）现象附着或融合在溶源性细菌染色体上的温和噬菌体的核酸称为原噬菌体或前噬菌体。

前噬菌体含有温和噬菌体的DNA而又找不到形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌叫溶源性细菌。溶源性细菌的基本特性：

①自发裂解

②诱发裂解

③免疫性④复愈性⑤溶源转变裂解周期溶源周期通过昆虫口器、摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。

TMV的衣壳粒以双层盘的形式组装成衣壳，PH的改变、RNA的嵌入对衣壳的装配起关键作用。（二）植物病毒（三）人类和脊椎动物病毒脊椎动物病毒包括DNA和RNA病毒，腺病毒的复制可代表DNA病毒的复制脊髓灰质炎病毒的复制可代表RNA病毒的复制1.吸附：腺病毒吸附在宿主细胞表面的糖蛋白受体上。2.穿入：通过吞噬作用进入胞内。3.脱壳：寄主细胞的蛋白酶水解腺病毒衣壳。4.在宿主细胞核内转录早期

mRNA并翻译早期蛋白。5.在宿主细胞核内复制出病毒的

DNA和晚期mRNA。动物病毒的释放方式多种多样，主要有以下几种形式：1.无包膜的病毒，如腺病毒通过细胞裂解或局部破裂而释放。2.有包膜的DNA病毒，如疱疹病毒，以细胞质中通道释放到细胞外。3.有包膜的RNA病毒，如副流感病毒用出芽方式通过寄主细胞膜，释放到细胞外并获得细胞源性的包膜和产生刺突。动物病毒出芽释放过程示意图：+StrandRNAAnimalVirusesThePoliovirusNegative-StrandRNAVirusesRhabdoviruses:rabiesviruses(狂犬病毒)Orthomyxoviruses:influenzavirus(流感病毒)InfluenzaVirusesSegmentedgenome8linearsingle-strandedmoleculesranginginsizefrom890-2341nucleotidesAntigenicshift:pieceoftheRNAgenomefromtwodistinctstrainsbecomeassociated.

引起爱滋病的病毒——人类免役缺陷病毒（HIV）从淋巴细胞中释放出来正常细胞转化为肿瘤细胞潜伏感染质粒正常细胞转化为肿瘤细胞有效感染持续感染潜伏感染病

毒感染机体后的几种结果病毒细胞核病毒与肿瘤发生

肿瘤（tumor）是由失去调控而异常生长和繁殖的新生异常细胞或瘤形成的组织团块。如果肿瘤的生长维持在特定的部位形成致密组织团，而不通过循环系统转移到其它部位，被称为良性肿瘤；如果肿瘤细胞可以活跃的扩散或转移到有机体其它部位乃至全身，通常通过血液流动并形成次级肿瘤，被称为恶性肿瘤或癌。人类和脊椎动物肿瘤的发生是由多种复杂的因素所引起，例如物理、化学和生物因素。可引发机体肿瘤发生的病毒被称作肿瘤病毒（oncoviruses），迄今发现的可引起细胞转化和肿瘤发生的病毒主要是一些dsDNA和一些逆转录病毒。肿瘤病毒引起肌体肿瘤发生的过程被称作转化（transformation）。肿瘤病毒最显著的特征：

是能够象溶原性噬菌体一样把病毒自身核酸整合到宿主细胞染色体DNA上。转化细胞生长速率增加，染色体发生改变，细胞表面分子产生变化，能够无限制分裂，丧失了正常细胞的生长接触抑制特性。肿瘤病毒引起细胞转化的机制（1）原病毒整合（2）原病毒所含的与转化相关的特异性基因的表达----病毒癌基因（viraloncogenes），是与脊椎动物正常的原癌基因（proto-oncogenes）的同源基因，是正常细胞原癌基因的突变形式。

据估计，约15%的人类肿瘤由病毒感染引起。表某些脊椎动物病毒所引起的肿瘤肿瘤病毒肿瘤类型Epstein-Barr(EB)病毒Burkitt淋巴瘤（epstein-barrvirus）乙型肝炎病毒(hepatitisbvirus)肝癌丙型肝炎病毒(hepatitiscvirus)肝癌逆转录病毒(retrovirus)很多动物白血病和淋巴瘤；人类胸腺淋巴瘤（htlv逆转录病毒）乳头多瘤空泡病毒(papovavirus)各种动物肿瘤；人类宫颈癌（人乳头状瘤病毒）人疱疹病毒8型卡波西氏肉瘤(humanherpesvirus8)新显病毒“新显病毒”（emergingvirus)，“emerge”的英文原意是“出现”的意思，新显病毒是指那些以往局部低水平感染的病毒或具有种间屏障的病毒，将其寄主范围扩大到了别的物种，引起了大范围的人类传染性疾病。

新显病毒产生的原因：1）与人类对环境的破坏有关。2）与现代交通、旅游发展和人类大规模地迁居有关。3）病毒基因的突变，改变了宿主范围或致病力。4）与人和动物的密切接触有关

（四）昆虫病毒多数昆虫病毒可在宿主细胞内形成光镜下呈多角形的包涵体，称多角体，成分为碱溶性结晶蛋白，其内包裹着数目不等的病毒粒。核形多角体病毒（NPV）：在昆虫细胞核内增殖、具有蛋白质包涵体的杆状病毒

质形多角体病毒（CPV）：在昆虫细胞质内增殖、可形成蛋白质包涵体的球状病毒

颗粒体病毒（GV）：具有蛋白质包涵体，每个包涵体内通常仅含一个病毒粒的昆虫杆状病毒主要有三种类型：第二节亚病毒1971年T.O.Diener阐明马铃薯纺锤形块茎病毒的病原是一种具有感染性和自主复制能力的低分子RNA（类病毒，Diener,1971）以后又发现了称之为拟病毒(Randles,1981)的植物病毒Prusiner发现了朊病毒(Prusiner,1982)。一、类病毒类病毒是裸露的，仅含一个单链环状低相对分子质量RNA分子的病原体。

发现的第一个类病毒是马铃薯纺锤形块茎病类病毒(Potatospindletuberviroid，PSTV)由359个核苷酸组成的环状ssRNA分子,双螺旋区与内环交替排列形成一个伸长的棒状分子。能独立侵染寄主，能自我复制，不需要辅助病毒。二、拟病毒

一类被包裹在植物病毒粒体内部的类病毒，被称为拟病毒。只有核酸,这种类似类病毒的RNA称之拟病毒（Virusoid）。依赖于辅助病毒而复制----如卫星RNA可用于生物防治

又称蛋白质侵染因子。朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质。羊瘙痒病是羊的一种中枢神经系统退化性紊乱疾病。表现为毛脱落，皮肤瘙痒，失去平衡和后肢麻痹等症状。这种“羊瘙痒病”的病原是经过近两个世纪的研究未能解决的一个谜。直至1982年，美国加洲大学旧金山分校动物病毒学家S．B．Prusiner发现羊瘙痒病是蛋白质侵染引起的疾病，并称为“Prion”即朊病毒。提出了朊病毒致病的“蛋白质构象致病假说”，以后魏斯曼等人对其逐步完善。

三、朊病毒(prion)：

要点如下：

①朊病毒蛋白有两种构象：细胞型（正常型PrPc）和搔痒型（致病型PrPsc）。两者的主要区别在于其空间构象上的差异。PrPc仅存在a螺旋，而PrPsc有多个β折叠存在，后者溶解度低，且抗蛋白酶解；②Prpsc可胁迫PrPc转化为Prpsc，实现自我复制，并产生病理效应；③基因突变可导致细胞型PrPc中的α螺旋结构不稳定，至一定量时产生自发性转化，β片层增加，最终变为Prpsc型，并通过多米诺效应倍增致病。

现在已经发现与朊病毒有关的疾病有羊瘙痒病、貂脑病、人的库鲁病（震颤病）和克──雅氏病。有人还推测人类的一些慢性退化性紊乱疾病，像早老年痴呆，帕金森氏病、糖尿病、风湿性关节炎和红斑狼疮等疾病也可能是由朊病毒引起的。疯牛病能否传染给人？至今还没有明确的答案。因为已经证明，不同的动物之间，朊病毒病的传染是与朊病毒蛋白氨基酸差别程度有关的。疯牛病的高发是与牛饲料添加剂中存在携带朊病毒的绵羊组织密切相关的。牛和羊的朊病毒蛋白有7个氨基酸的差别，而仓鼠与小鼠有16个氨基酸的不同，致使小鼠难于被仓鼠朊病毒感染。牛和人之间有30多个氨基酸的差别，远远大于仓鼠与小鼠之间的差别，似乎疯牛病不可能传染给人。然而，英国已有两位拥有“疯牛病”牛的农场主死于克雅氏综合症。英国发现4例患者中，其中3位生活在10年前疯牛病频发区。因而不能排除疯牛病传播给人的可能性。第三节病毒与实践一、噬菌体与发酵工业噬菌体污染二、用于生物防治昆虫病毒治疗细菌性感染三、在基因工程中的应用1、噬菌体作为原核生物基因工程的载体

用于克隆、测序等2、动物病毒作为动物基因工程的载体3、植物病毒作为植物基因工程的载体4、昆虫病毒作为真核生物基因工程的载体可用于重组疫苗、功能蛋白的生产噬菌体作为克隆载体ModifiedlambdaphagesascloningvectorsCosmids:plasmidvectorscontainingforeignDNAplusonlythecos(cohesiveend)sitefromthelambdagenomeSizesofacloninggenethevectorscancarry:YAC>Cosmid>Lambda>Plasmids用于DNA测序:BacteriophageM13

Phagemid:ahybridsbetweenafilamentousphage,likeM13andaplasmidX-gal:5-bromo-4-chloro-3-indolyl-b-D-galactopyranosideVectorswithoutclonedDNAVectorswithclonedDNAVirusVaccinesProductionofrecombinantvacciniavirusSomebodysaidatsometime:曾有人这样说:Work

asifyouhavenoneedofthemoney.忘我地工作，就像你不需要钱一样。

Love

asifnobodyevermadeyousuffer.尽情地去爱，就像你不会受到伤害一样

Dance

asifnobodyiswatchingyou.欢快地起舞，就像没人旁观一样

Sing

asifnobodyishearingyou.放声地高歌，就像没人在倾听一样

Live

asiftheParadisewereonthisEarth.享受生活，就像你生活在天堂里一样。

一、概述二、病毒的增殖场所三、病毒的增殖过程四、病毒不全增殖和缺损病毒五、病毒和病毒成分的细胞外增殖病毒的繁殖1、概述1、概念通过复制的方式增殖的，故又称病毒的复制。2、研究病毒增殖过程的目的及意义了解病毒的致病机理，切断病毒增殖周期，控制病毒病的发生与发展；研制切断病毒增殖新药物，阻碍病毒增殖，达到病毒病的控制；研究生命起源和肿瘤学等重大理论和实践课题。2、病毒的增殖场所——细胞

一、胞膜1、胞膜外层表面的特性，特别是各种受体的存在，决定着病毒粒子能否对其发生特异性吸附；2、对已吸附的病毒粒子，胞膜及其下层胞浆的运动与吞饮作用和膜融合作用有关；3、与病毒释放有关。二、胞浆1.溶酶体：病毒脱壳和核酸释放2.线粒体：可能是一个供能机构。3.高尔基体：与细胞内物质的储存、聚集和转运有关4.中心体：细胞的有丝分裂和染色体的分离有关5.内质网：合成蛋白质、能量转换、物质代谢以及物质运输等6.核糖体：病毒蛋白质合成总之，病毒蛋白质合成绝大多数RNA病毒的核酸复制部位，也是多数病毒粒子装配部位。某些病毒在胞浆内形成包涵体。三、胞核1.大多数DNA病毒和少数RNA病毒核酸在此合成，与装运到胞核内的病毒蛋白质装配成核衣壳2.某些病毒（如疱疹V）在核膜上出芽时获得囊膜3.在胞核内增殖的病毒常在感染的细胞核内形成包涵体。3、病毒在宿主细胞内是如何增殖的呢

（感染战略）病毒增殖的五阶段：吸附（absorption）侵入（penetration）脱壳（uncoating）生物合成（biosynthesis）装配（assemble）与释放（release）（一）吸附（absorption）1.病毒的吸附蛋白（virusattachment

protein,VAP）：

一般由衣壳蛋白或包膜上的糖蛋白突起充当,如:T偶数噬菌体的VAP是噬菌体尾部的尾丝蛋白；副粘病毒的HN糖蛋白，流感病毒的血凝素（HA）糖蛋白，HIV的gp120糖蛋白，弹状病毒的G糖蛋白，疱疹病毒的gpB糖蛋白等囊膜病毒包膜上的糖蛋白突起是一种VAP。病毒的增殖2.病毒的细胞受体（又称病毒受体,virusreceptor,VR）是指能够与病毒吸附蛋白产生特异性结合,介导病毒侵入细胞,启动病毒感染的特殊性细胞表面位点。

病毒受体决定了病毒的宿主谱，组织细胞的嗜亲性，并影响病毒的致病性。

(一)吸附（absorption）（3）：病毒吸附蛋白与敏感细胞表面特异性受体相互识别、结合，分两个阶段：病毒的增殖1.可逆吸附（非特异）：由随机碰撞、布朗运动、静电引力引起，VAP与VR之间并未产生化学键结合，易受环境中PH的影响。2.不可逆吸附:实质是

VAP与VR形成牢固的化学键结合，同时伴随病毒粒子体结构的显著改变。(脊髓灰质炎病毒受体)影响吸附的环境因素:（1）温度:一般在0~37℃

内温度越高,吸附效果越好:（2）离子:细胞受体蛋白和VAP均趋带负电荷

Na+、K+可促进骨髓灰质炎病毒、腺病毒、流感病毒吸附；Ca2+、Mg2+可促进噬菌体吸附。（3）PH值：改变病毒粒子和细胞表面基团的电荷；影响VAP和VR的空间构象，使两者易于匹配。（4）其他因素：某些糖基分子的竞争性结合抑制，如单糖分子抑制人肠道病毒的血凝作用；色氨酸可