微生物学课件：第3章病毒

第三章病毒1

本章提要

一、病毒的形态、构造与化学组成二、病毒的增殖三、亚病毒2

一、病毒的形态、构造与化学组成

（一）病毒的形态

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1.病毒的大小病毒粒子（virion）是指成熟、结构完整、具有侵染性的病毒颗粒。病毒粒子的直径一般为100nm左右。4

2.病毒的形态①球形如绝大多数病毒、噬菌体Φ×174。②杆状如烟草花叶病毒。③复杂形状如大肠杆菌噬菌体T4和λ。5（二）病毒的构造

1.病毒粒子的构造①无包膜病毒粒子：基本构造是核衣壳，由核心和衣壳构成。

核心：由核酸组成，位于病毒粒子的中心。

衣壳：由蛋白质组成，包围在核心的周围，它是由许多衣壳粒构成的。

衣壳粒：由单个或多个蛋白质亚基聚集而成，它是在电子显微镜下能见到的最小形态单位。②有包膜病毒粒子：在核衣壳外还包着一层包膜，它是一层脂蛋白膜。67

2.结构的对称性由于衣壳粒排列方式不同，使病毒粒子呈现不同结构对称性。①螺旋对称：衣壳粒沿中心轴呈螺旋排列，如烟草花叶病毒。

②20面体对称：衣壳粒排列成20面体，如腺病毒。③双对称：如噬菌体T4，头部呈20面体对称，尾部呈螺旋对称。8病毒三种结构对称性9（三）病毒的化学组成

1.病毒核酸核酸是病毒的遗传物质，一种病毒只含一种核酸，DNA或RNA。如果病毒核苷酸序列与其mRNA相同称为＋DNA或＋RNA。如果病毒核苷酸序列与其mRNA互补称为－DNA或－RNA。10病毒核酸类型：（1）±DNA

如大肠杆菌T系噬菌体。（2）＋DNA

如噬菌体Φ×174。（3）±RNA

如呼肠孤病毒。（4）＋RNA

如TMV。（5）－RNA

如水泡性口膜炎病毒。11

病毒基因组：大多数病毒基因组是单倍体，只有逆转录病毒基因组是二倍体。某些RNA病毒，其基因组是由数个不同核酸分子构成，称为分段基因组。如呼肠孤病毒由10段±RNA组成基因组，流感病毒则由8段单链RNA组成基因组。1213

2.病毒蛋白质（1）衣壳蛋白：构成病毒的衣壳，保护病毒核酸免受破坏。一些无包膜病毒的衣壳蛋白是病毒的表面抗原，决定病毒感染特异性，参与病毒的吸附和侵入。（2）包膜蛋白：是有包膜病毒的主要表面抗原，也是病毒的吸附蛋白。14（3）病毒的酶：①与病毒进入宿主细胞以及从宿主细胞释放出来有关，如T4噬菌体的溶菌酶、流感病毒的神经氨酸酶。②与病毒大分子的生物合成有关，如逆转录病毒的逆转录酶。1516二、病毒的增殖（一）增殖过程

1.吸附病毒吸附蛋白与宿主细胞表面受体发生特异性结合。（1）病毒吸附蛋白无包膜病毒：是衣壳的组成部分，如T偶数噬菌体的尾丝蛋白。有包膜病毒：是包膜糖蛋白，如流感病毒包膜上的血凝素等糖蛋白。17（2）病毒细胞受体在宿主细胞表面，存在着某些可被病毒吸附蛋白所识别，并与之特异性结合的正常生理功能物质。

噬菌体的细胞受体：T3、T4和T7等的受体是E.coli脂多糖，T2和T6的受体是E.coli脂蛋白。

动物病毒的细胞受体：流感病毒受体是红细胞和易感动物粘膜细胞表面的糖蛋白，狂犬病毒的受体是细胞表面的乙酰胆碱。

至今尚未发现植物细胞表面存在着病毒受体。182.侵入（1）噬菌体侵入方式：

T偶数噬菌体通过注射方式将其DNA注入到宿主细胞中。

T4噬菌体完成吸附后：①尾鞘收缩②尾管插入到细胞壁和膜中，尾管携带的溶菌酶溶解细胞壁中肽聚糖。③头部DNA通过尾管注入到细胞中。衣壳则留在胞外。19T4噬菌体侵染宿主细胞示意图20（2）动物病毒侵入主要有3种方式：①无包膜病毒直接侵入如呼肠孤病毒。②有包膜病毒通过膜融合病毒的胞膜与细胞膜发生融合，如流感病毒。③有包膜病毒通过细胞内吞作用多数病毒以这种方式进入细胞。2122（3）植物病毒侵入方式：①通过植物伤口进入植物细胞。②通过有刺吸式口器昆虫在吸食植物时，将病毒带入细胞内。233.病毒大分子的生物合成五类不同核酸类型病毒的转录方式。

24（1）±DNA病毒

以±DNA中的－DNA为模板合成mRNA，如腺病毒、T系噬菌体等。（2）＋DNA病毒

①以＋DNA为模板合成－DNA，组成复制型±DNA，通过半保留复制合成大量新的复制型±DNA，②然后以其中的－DNA为模板合成mRNA，如噬菌体Φ×174等。25（3）±RNA病毒

①在侵入细胞后，脱去衣壳留下核心，10个不同±RNA分子永远保留在病毒核心内，双链RNA并不解链。②以其中的－RNA为模板合成mRNA，并被挤到核心以外，如呼肠孤病毒。26（4）＋RNA病毒

①进入细胞后直接以＋RNA作为mRNA进行翻译，合成RNA聚合酶，在此酶的作用下，以＋RNA为模板合成－RNA。②再以新合成－RNA为模板合成mRNA，如脊髓灰质炎病毒。

（5）－RNA病毒

利用病毒粒子所携带的RNA聚合酶，以－RNA为模板合成mRNA，如水泡性口膜炎病毒。27（6）逆转录病毒

病毒粒子携带逆转录酶

①RNA→cDNA②cDNA→整合到宿主细胞染色体上③整合态病毒DNA（前病毒）→mRNA（表达或组装）如Rous肉瘤病毒，人类免疫缺陷病毒（HIV）等。284.装配在被病毒感染的细胞内，新合成的病毒核酸和病毒蛋白质组成子代病毒粒子的过程，称为装配。（1）噬菌体的装配①头部装配，先形成空壳，再装入DNA。②尾部装配，基板装上尾管，再装上尾鞘。③头与尾结合。④上部颗粒与尾丝相连2930（2）植物病毒的装配以烟草花叶病毒为例①每34个蛋白质亚基自发聚合形成一个双饼层，以后转变成两圈螺旋。②装配起始距RNA5’端约5300nt，而距3’端约1000nt。

③RNA两条尾巴出现在生长的TMV颗粒的同一端，开始时RNA5’端随着病毒粒子的装配逐渐变短，以后RNA3’端也被蛋白质亚基包裹。最后病毒粒子装配完成。3132（3）动物病毒的装配

裸露二十面体病毒：①先装配成空壳②然后与核酸结合形成病毒粒子

有包膜病毒：①先形成核衣壳②再包上包膜（来自宿主核膜如疱疹病毒，来自宿主细胞质膜如流感病毒。）335.释放（1）噬菌体的释放大多数噬菌体以裂解细胞方式被释放至胞外。丝状噬菌体则以分泌方式从受染细胞释放出来，它不裂解和杀死宿主细胞，不妨碍细胞分裂，但宿主细胞生长速度却大大降低。3435（2）动物病毒的释放无包膜病毒：通过细胞裂解被释放。有包膜动物病毒：通过出芽方式被释放。36（二）烈性噬菌体与一步生长曲线凡在宿主细胞内能够完成增殖过程，产生并释放大量子代噬菌体，此类噬菌体被称为烈性噬菌。37一步生长曲线是一条定量描述烈性噬菌体的增殖曲线。通常以感染时间为横坐标，以噬菌体效价（侵染性噬菌体数/ml样品）为纵坐标画出的曲线。

38①潜伏期噬菌体粒子从吸附到受感染宿主细胞释放子代噬菌体所需的最短时间。②裂解期在潜伏期后，宿主细胞迅速裂解，并释放大量子代噬菌体。在细胞裂解液中噬菌体数目急剧增加。裂解量每个受染细胞所产生子代噬菌体平均数。39T4噬菌体的一步生长曲线40（三）温和噬菌体与溶源反应

1.温和噬菌体①温和噬菌体在吸附和侵入宿主细胞后，将噬菌体基因组整合在宿主染色体上（或以质粒形式存在细胞内）。②随宿主DNA复制而同步复制，随宿主细胞分裂而传递到两个子细胞中。③宿主细胞则可正常生长繁殖。以上过程称为“溶源周期”。但在一定条件下，噬菌体基因组可进行复制，产生并释放子代噬菌体，称“裂解周期”。41

温和噬菌体的生活周期（溶源周期和裂解周期）42

原噬菌体：整合于细菌染色体上或以质粒形式存在于细菌细胞内的温和噬菌体基因组。

2.溶源性细菌及其主要特性溶源性细菌：在细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌。43溶源性细菌的主要特征：⑴自发裂解在自然情况下，溶源性细菌可发生低频裂解，一般仅有10－2～10－5个细胞发生自发裂解。⑵诱导裂解溶源性细菌在理化因子（如紫外线、氮芥等）的作用下，可发生较高频裂解。44⑶免疫性溶源性细菌可不被它所携带的原噬菌体的同源噬菌体所感染。⑷复愈在溶源性细菌的繁殖中，可能有10－5个细菌丧失其原噬菌体，而恢复成为原来的非溶源性细菌。⑸溶源转变少数溶源性细菌，由于整合了温和噬菌体基因组，因而产生了除免疫性以外新的表型性状的现象。45三、亚病毒

类病毒只含RNA，无蛋白质外壳。

朊病毒至今认为它只含蛋白质而不含核酸。46（一）类病毒

1971年Diener首次阐明马铃薯纺锤形块茎病的病原是类病毒。迄今为止所报导的类病毒主要是侵染植物并引起植物致病，除马铃薯纺锤形块茎病外，还有柑桔裂皮病、菊花矮化病、黄瓜白果病等。47类病毒的分子生物学特点：①是一类低相对分子质量的单链环状RNA分子，不能编码蛋白质。②分子内的双链区与内环相间排列形成棍棒状二级结构。

③能够自我复制，一般利用宿主依赖于DNA的RNA聚合酶Ⅱ，通过对称滚环复制或不对称滚环复制。

④无蛋白质外壳。48类病毒的结构49（二）朊病毒

是一类能引起哺乳动物和人的中枢神经系统变性疾病，不含核酸的传染性蛋白质的病原因子。50

1982年S.B.Prusner通过研究羊搔痒病提出，朊病毒是一种蛋白质侵染颗粒（proteinaceousinfectiousparticle简称Prion），是由细胞蛋白（PrPc）构型转变为有传染力的构型（PrPsc）。由于此项研究具有重大的理论和实践意义，于1997年Prusner被受予诺贝尔奖。现己揭示牛海绵状脑病或称疯牛病（BSE）、人的库鲁病（Kuru）、致死家族性痴呆、克雅氏病（CJD）等都是由朊病毒引起的。511.理化性质①朊病毒不具免疫原性。②对核酸变性剂（如高温、核酸酶和紫外线等）不敏感。③蛋白质变性剂（如SDS、尿素等）可使其失活。这些证据推测，朊病毒没有核酸，仅由蛋白质组成。是一类大约含有254个氨基酸的蛋白质。

522.分子特性朊病毒蛋白（Prionprotein简称PrP）有2种构型：①细胞的PrP称为PrPc

由人和动物细胞DNA中的PrP基因编码的，是细胞组成型基因表达产物。②羊瘙痒病的PrP称为PrPsc

正常细胞的PrPc与痒病的PrPsc

两者之间是同分异构体。它们的一级结构相同，但某些理化性质却有差异。533.增殖方式①PrPsc

进入正常脑中，与正常细胞的PrPcPrPc相结合，形成PrPsc

－PrPc二聚体②诱导PrPc的构型转变为异常的PrPsc

构型，结果产生两分子的PrPsc

。如此循环，使得PrPsc

数目急剧增加。

54朊病毒增殖过程示意图55四、病毒举例-禽流感病毒近年来H5N1型禽流感病毒在亚洲许多地区以及欧洲部分地区肆虐，造成大量的禽类死亡，甚至部分地区的人被感染致病乃至死亡，给人类带来巨大経济损失和生命安全的严重威胁。56

1.禽流感病毒的一般概况：（1）它是具有包膜的多型性球型病毒，在病毒粒子表面有2种重要的蛋白质：①血凝素（HA），使病毒进入细胞。它的构型决定了一个流感病毒株能够感染何种宿主？②神经氨酸酶（NA），它切割新形成的病毒，使它与被感染细胞松开。57

（2）基因组：分段负链RNA（含有8段独立RNA

）58（3）禽流感病毒的分型：属甲型流感病毒。可分成许多亚型：

血凝素有15个亚型（H1～H15）

神经氨酸酶有9个亚型（N1～N9）

H5N1表示：HA亚型是5，NA亚型是1的AIV。59

2.高致病力（HPAIV）与低致病力（LPAIV）禽流感病毒区别：（1）病毒侵染宿主需经2个过程：①

血凝素（HA）被宿主蛋白酶裂解为HA1和HA2

②HA2暴露出疏水区可与宿主细胞膜融合。60HPAIV与LPAIV特点比较HA裂解位点上碱性氨基酸数目被宿主体内特异蛋白酶识别和裂解低致病力的禽流感病毒（LPAIV）1个或2亇只被呼吸道、消化道内特异蛋白酶识别并裂解高致病力的禽流感病毒（HPAIV）多个可被机体大多数组织细胞内特异蛋白酶识别并裂解613.禽流感病毒（AIV）为什么不能直接感染人？