病毒学第二章病毒的形态与结构

第二章病毒的形态与结构第一节病毒的形态与大小第二节病毒的组成与功能第三节病毒颗粒形态的对称性本章重点1.病毒的主要形态2.病毒的结构模式图3.病毒核酸、蛋白、脂类的功能第一节病毒的形态与大小一、研究病毒形态与结构的意义二、病毒的形态特征1、电子显微术电镜的分辨率0.4-1nm（4-10Å）。目前，已鉴定的病毒有2500种。（1）球状病毒，大多数球状病毒是由核酸和蛋白亚单位构成的一个立方对称的二十面体。(大部分的动物病毒和少数植物病毒)（2）杆状病毒（主要见于植物病毒、昆虫病毒以及部分动物病毒）（3）砖形病毒，有功能不明的“侧体”结构痘病毒。（4）具有球状头部的病毒（噬菌体）（5）弹状病毒（植物病毒、昆虫病毒和动物病毒）2、病毒的形态（6）封于包涵体(inclusionbody或inclusion)内的昆虫病毒病毒在增殖的过程中，常使寄主细胞内形成一种蛋白质性质的病变结构，在光学显微镜下可见。多为圆形、卵圆形或不定形。一般是由完整的病毒颗粒或尚未装配的病毒亚基聚集而成；少数则是宿主细胞对病毒感染的反应产物，不含病毒粒子。有的位于细胞质中（如天花病毒包涵体），有的位于细胞核中（如疱疹病毒），或细胞质、细胞核中都有（如麻疹病毒）。有的还具有特殊名称，如天花病毒包涵体叫顾氏（Guarnieri）小体，狂犬病毒包涵体叫内基氏（Vegri）小体。昆虫病毒可根据包涵体的形状、位置而分为细胞质型多角体病毒、核型多角及颗粒体病毒等。利用光学显微镜观察感染HPV草虾的肝胰腺，则可以发现「核内包涵体」的踪影（黑色箭头处）包埋体（occlusionbody）：专指含有病毒颗粒的蛋白质结晶结构，是包涵体的一种特殊形式，见于病毒感染的昆虫、螨及甲壳动物的细胞，大小0.5-24um。由病毒颗粒、结晶基质蛋白及可能含糖的外膜组成。二、病毒的大小不同类型的病毒大小差异很大，成熟的病毒其大小通常用纳米（nm）表示，较大的病毒（痘病毒）300-450X170-260nm，较小的病毒直径仅18-20nm（植物或昆虫病毒）C、脊髓灰质炎病毒(30nm)葡萄球菌(1000nm）牛痘病毒300×250nmABCDEFG立克次体450nm衣原体390nmA、大肠杆菌噬菌体(65×95nm)B、腺病毒(70nm)D、乙脑病毒(40nm)E、蛋白分子(10nm)F、流感病毒(100nm)G、烟草花叶病毒(15×300nm)病毒名称大小或直径（纳米）最大的病毒虫痘病毒450牛痘苗病毒300X250X100最长的病毒柑橘衰退病毒2000甜菜黄花病毒1250X10铜绿假单胞菌噬菌体1300X10最小的病毒口蹄疫病毒21乙型肝炎病毒18苜蓿花叶病毒16.5玉米条纹病毒12-8烟草坏死病毒16菜豆畸矮病毒9-11最细的病毒大肠杆菌的f1噬菌体5X800第二节病毒的组成与功能一、病毒的组成病毒粒子结构模式图壳粒衣壳核心（核样物）核衣壳包膜包膜病毒包膜子粒基本结构：nucleocapsid辅助结构：viralenvelope核衣壳核心衣壳一种类型的核酸小量非结构蛋白壳粒螺旋对称20面体立体对称复合对称包膜蛋白质多糖脂类二、病毒核酸及其功能1、病毒核酸的结构特点:①病毒基因组大小相差较大，与细菌或真核细胞相比，病毒的基因组很小。②每种病毒只含有一种核酸，或为DNA，或为RNA。③病毒的基因组大都由一分子双链或单链构成，但少数RNA病毒及个别DNA病毒基因组则由若干核酸片段组成。④基因重叠即同一段DNA片段能够编码两种甚至三种蛋白质分子。⑤病毒基因组的大部分是用来编码蛋白质的。⑥噬菌体基因是连续的，而有一些真核生物病毒的基因排列是不连续的。⑦病毒基因组DNA序列中功能上相关的蛋白质的基因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位,形成一个功能单位或转录单元。⑧除了反转录病毒以外，其它病毒基因组都是单倍体，每个基因在病毒颗粒中只出现一次。2、病毒DNA的结构除多DNA病毒科（Polydnaviridae）外，DNA病毒基因组一般不分节段，以双股线状为主。基因组末端往往含有重复的冗余序列，也称末端同向重复序列。如果病毒基因组双链DNA的末端冗余用核酸外切酶处理，可产生黏性末端，再经退火可形成多联体分子，进一步切割退火处理，能产生双连环状DNA分子。循环排列-----它是一些病毒基因组的线状双链DNA具有相同的基因序列，但若以不同的核苷酸为起点进行排列，可以产生末端序列不相同的线状分子。如果将这种核酸先变性，后退火，从而形成具有粘性末端的线状双链DNA，再由两个粘性末端连接，产生环状分子。倒转末端重复序列末端反向重复序列-----是指存在于病毒基因组两端的反向互补重复序列，这样的基因组经过变性、退火处理，可以形成有部分双链区的线状环；或者产生锅柄样的结构。在大肠杆菌T偶数噬菌体中，DNA的胞嘧啶（C）有些由5-羟甲基胞嘧啶代替。3、病毒RNA的结构RNA分极性，病毒RNA多数为ssRNA，ssRNA有（+）链和（-）链的区别，（+）RNA基因组与mRNA极性相同，（-）RNA基因组与mRNA极性相反。（+）RNA的5'端有“帽子”结构，3’有“尾巴”结构。“尾巴”结构短于真核生物，但赋予病毒RNA的侵染能力（披膜病毒科的甲病毒），脊髓灰质炎病毒的RNA首尾缺一则无侵染性。（-）RNA病毒一般具有“三无一有”：5‘端无“帽”或“假帽”结构；3’端无（A）n“尾”；裸露的（-）RNA无侵染性；病毒都有依赖于RNA的RNA聚合酶。RNA基因组分节段包括两类：一类是基因组的个片段包含在同一病毒颗粒内，如正粘病毒、呼肠孤病毒、布尼亚病毒等；另一类是病毒基因组各片段分别包含在相应的不同分体之内，外形结构相似，共同构成完整的病毒颗粒，有的分装在两种颗粒中称二分体基因组，如豇豆花叶病毒，有的分装在3种颗粒中称三分体基因组，如黄瓜花叶病毒和雀麦花叶病毒。4、病毒核酸的功能①病毒DNA所携带的遗传信息流向符合中心法则，且都依赖宿主的酶系统，其mRNA的转录和DNA复制多在细胞核内进行（痘病毒例外）。②RNA病毒的RNA同样具有遗传性。③个别病毒的（-）RNA基因组中，具有“双义RNA”（ambisense）的罕见特点。如布尼病毒及砂粒病毒，其单股RNA部分节段为负链，部分节段为正链。④感染性核酸（infectiousnucleicacid）：某些病毒（噬菌体、部分植物病毒和动物病毒）的核酸具有侵染性，感染宿主细胞后可组装出新的病毒粒子。传染性核酸不分节段，本身能作为mRNA，或者能利用宿主的RNA聚合酶转录病毒的mRNA。如冠状病毒、微RNA病毒、疱疹病毒等。三、病毒蛋白质及其功能1、病毒的蛋白质结构蛋白：系指构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质。包括壳体蛋白、包膜蛋白和毒粒酶等。每种蛋白质通常都由许多相同的亚单位组成，这样，病毒有限的核酸所携带的有限的遗传信息就能编码种类少但数量多、相对分子量相似或相同的蛋白质亚单位。非结构蛋白：指由病毒基因组编码的，在病毒复制或基因表达调控过程中具有一定功能，但不结合于病毒颗粒中的蛋白质。（噬菌体的溶菌酶，流感病毒的神经氨酸酶）2、病毒蛋白功能⑴壳体蛋白：壳体蛋白是构成病毒壳体结构的蛋白质，由一条或多条多肽链折叠形成的蛋白质亚基，是构成壳体蛋白的最小单位。功能：①构成病毒的壳体，保护病毒的核酸。②无包膜病毒的壳体蛋白参与病毒的吸附、进入，决定病毒的宿主嗜性，同时还是病毒的表面抗原。⑵包膜蛋白：构成病毒包膜结构的病毒蛋白质，包括包膜糖蛋白和基质蛋白两类。功能：①是病毒的主要表面抗原，它们与细胞受体相互作用启动病毒感染发生，有些还介导病毒的进入。②还可能具有凝集脊椎动物红血球细胞、细胞融合以及酶等活性。③基质蛋白构成膜脂双层与核衣壳之间的亚膜结构（见于放转录病毒和痘病毒中），具有支撑包膜、维持病毒形态等功能。⑶毒粒酶：毒粒酶根据功能大致分为两类：T4噬菌体的溶菌酶参与病毒进入、释放等过程逆转录病毒的逆转录酶参与病毒的大分子合成四、病毒的脂质与功能病毒脂质的主要成分是磷脂，来源于宿主细胞，存在于病毒的囊膜中。病毒脂类存在与病毒的吸附和侵入有关，对有机溶剂敏感，除去脂质会破坏病毒的侵袭性（痘病毒与昆虫的红色病毒例外），原因为：1、脂质或脂蛋白可能作为病毒入侵与细胞结合所必需。2、位于有囊膜病毒内部的核蛋白在侵染时易受酶的破坏。3、有机溶剂不仅能萃取脂质，还会使核蛋白变性。五、病毒的糖类和其他成分•糖是病毒核酸的组成成分•囊膜病毒的囊膜上存在一些糖蛋白，其中糖基与红细胞的凝集活性有关。•病毒中还发现有多胺（广泛存在各类细胞中）和金属。第三节病毒颗粒形态结构的对称性•螺旋对称壳体动物病毒未发现这种无外膜、裸露的螺旋结构。有些负链RNA动物病毒，如正黏病毒中的流感病毒，副黏病毒中的麻疹病毒以及弹状病毒中的水疱性口炎病毒和狂犬病毒均为（-）RNA与一些碱性蛋白质结合形成螺旋结构的核衣壳，再包以脂蛋白的外膜。•二十面对称壳体具有20个三角形面和12个顶的立方体，形成一个封闭的蛋白质的鞘。因二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称结构。二十面体对称的代表-腺病毒(Adenovirus)•复合对称体，仅少数病毒壳体为复合对称结构。壳体由头部和尾部组成，包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。具有复合对称结构的典型例子是有尾噬菌体习题1.病毒的基本结构如何？画出模式图2.病毒的核衣壳的对称型有哪些？各有什么特点？3.阐述病毒核酸及蛋白的特点4.如何确定病毒是否有囊膜？依据何在？