04第四章病毒和亚病毒

1第四章非细胞生物——病毒2一、病毒的发现1886年，德国农业化学家迈尔在荷兰的接种试验(烟草花叶病是一种传染性疾病)3一、病毒的发现1892年，俄国伊万诺夫斯基烟草花叶病感病因子（细菌滤器滤过性）4一、病毒的发现1935年，美国生物化学家斯坦莱烟草花叶病毒结晶5第一节病毒的形态结构一类超显微的非细胞生物每一种病毒只含有一种核酸，DNA或RNA只能在活细胞内营专性寄生靠其宿主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分离体条件下，它们能以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性61、特点二、病毒的特点和定义表3-1单细胞微生物与病毒性质的比较aDNA病毒和RNA病毒中的一部分;b利福平可抑制痘病毒复制性质细菌立克次氏体支原体衣原体病毒直径大于300nm++±±-在无生命培养基生长+-±--专性活细胞内寄生-+±++双分裂++++-含有DNA和RNA++++-核酸感染性----+a核糖体++++-产能代谢++++-细胞膜++++-对抗生素的敏感++++-b对干扰素的敏感----+-7“真”病毒的特点1.形体极其微小，一般都可通过细菌滤器，必须在电子显微镜下才能观察；2.没有细胞构造；3.每一种病毒只含有一种核酸，不是DNA就是RNA4.既无产能酶系也无蛋白质合成系统；5.通过核酸复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖6.在离体条件下，能以无生命的化学大分子状态存在，并长期保持侵染活力；7.对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；8.一些病毒的核酸能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染8病毒的形态构造和化学成分（一）病毒的大小多数病毒粒子的直径在100nm上下直径病毒：细菌：真菌=1：10：100最大的病毒：似菌病毒——直径达400nm最小的病毒猪圆环病毒和长尾鹦鹉喙羽病毒——17nm脊髓灰质炎病毒——28nm9图3-1病毒和细菌的相对大小支原体痘病毒疱疹病毒流感病毒1μm葡萄球菌细小核糖核酸病毒病毒的大小天花病毒200×300nm脊髓灰质炎病毒口蹄疫病毒20-25nm10病毒粒子(virion)——成熟的（结构完整）、具有侵染力的单个病毒，又称病毒颗粒(virusparticle)。（二）病毒的形态（二）病毒的形态3、蝌蚪状(噬菌体)形态1、杆状或丝状(大多为植物病毒)2、多面体或球形(大多为动物、真菌病毒)12（二）病毒的形态典型病毒粒的构造1.13壳体核酸包膜刺突核壳体图3-3病毒的粒子的基本结构142、毒粒的壳体结构壳体或衣壳（capsid）：包围着病毒核酸的蛋白质外壳，由蛋白质亚基按对称的形式、有规律地排列而成，是病毒毒粒的基本结构。15病毒的蛋白质壳体和病毒核酸（核心）构成的复合物，又称核衣壳。核壳（nucleocapsid）：仅由核衣壳构成的病毒颗粒裸露毒粒（nakedvirion）：如烟草花叶病毒、脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）等一些简单的病毒的毒粒。包膜（envelope）：有些病毒核衣壳包裹着的一层脂蛋白膜，它是病毒以出芽（budding）方式成熟时，由细胞膜衍生而来的。有维系毒粒结构，保护病毒核壳的作用。特别是病毒的包膜糖蛋白，具有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需的。16病毒包膜的基本结构与生物膜相似，是脂双层膜。在包膜形成时，细胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。17TransmissionElectronMicrographofHIV-1StainedtoShowSurfaceGlycoproteins18TransmissionElectronMicrographofHIV-1Thenucleocapsid(arrows)canbeseenwithintheenvelope.19螺旋对称壳体：亚基有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。壳体结构类型螺旋对称壳体二十面体对称壳体双对称结构2.病毒的对称体制202.病毒的对称体制21A螺旋对称的结构(杆状)B复合对称的结构(蝌蚪状)C廿面体对称的结构(球状)22（三）三类典型形态的病毒及其代表1.螺旋对称——烟草花叶病毒（TMV）ssRNA病毒属于植物病毒—烟草、西红柿等ssRNA螺旋盘绕于蛋白质外壳内证明RNA也可作为遗传物质232.二十面体对称——腺病毒（Adenovirus）这是一种动物病毒外形呈典型的二十面体有12个角、20个面和30条棱核心是线状双链DNA（dsDNA）只能培养在人的组织细胞上能使宿主细胞形成包含体24大肠杆菌的T4噬菌体是由椭圆形的二十面体头部和螺旋对称的尾部组合而成，是病毒中复合对称的代表。病毒的结构图6-5大肠杆菌的T4噬菌体结构（复合对称型）253.复合对称的代表——T偶数噬菌体核心由线状双链DNA组成尾丝吸附在受体上基板发生构象变化溶菌酶水解细胞壁尾鞘收缩，尾管插入宿主细胞膜中26（四）化学组成毒粒（化学组成）核酸；蛋白质；脂类；碳水化合物；基本化学组成病毒颗粒在化学上表现为核蛋白27◆一种病毒只含有一种核酸（DNA或RNA）。植物病毒以线性ssRNA为主；动物病毒一部分含DNA，一部分含RNA；细菌病毒普遍含DNA，含RNA的极少。◆病毒的核酸类型极为多样化：▼▼病毒的DNA与RNA均有单链和双链：dsDNAssDNAdsRNAssRNA1.病毒的核酸282、病毒的蛋白质病毒蛋白质结构蛋白非结构蛋白病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于毒粒中的蛋白质。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壳体蛋白；包膜蛋白；存在于毒粒中的酶；292.病毒的蛋白质▼有的病毒只有一种蛋白质，多数含有为数不多的几种蛋白质。▼病毒蛋白质的氨基酸组成与其他生物一样，但不同病毒蛋白质的氨基酸组成和含量各不相同。▼病毒蛋白质主要在构成病毒结构、病毒的侵染与增殖过程中发挥作用：1、结构功能2、吸附3、破坏宿主细胞壁与细胞膜4、增殖303.其他成分◆一些较复杂的病毒（如包膜病毒）除含有核酸和蛋白质两种成分外，还含有脂类、多糖等其他成分。◆病毒中的脂类主要以脂质双分子层的形式存在于病毒的包膜中。◆病毒所含的糖类主要以糖蛋白的形式存在于包膜的表面，决定着病毒的抗原性。31病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。第二节病毒的增殖32四类病毒及其繁殖方式（一）噬菌体33★T-系噬菌体——T-系噬菌体是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌体，按发现的先后顺序进行从T1---T7编号，后来发现其中偶数者的形态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），故统称T偶数噬菌体。34四类病毒及其繁殖方式1.噬菌体的繁殖分为吸附、侵入与脱壳、大分子合成、装配、与释放五个阶段；35噬菌体的繁殖方式吸附脱壳侵入复制合成装配释放T噬菌体的侵染复制过程受体（脂蛋白、脂多糖）侵入方式：（1）注入（细菌病毒）（2）伤口、昆虫刺吸（植物病毒）（3）吞噬（动物病毒）如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许多小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现象称为自外裂解（lysisfromwithout）。36（一）吸附：尾丝尖端与宿主细胞表面的特异性受体接触后，尾丝散开附着在受体上，刺突、基板固着于细胞表面。（二）侵入：尾丝收缩，基板获得构象刺激，促使尾鞘收缩，尾管推出并插入细胞壁和膜中，溶菌酶水解细胞壁上的肽聚糖，头部核酸进入宿主细胞中。37（三)增殖：包括核酸和蛋白质的生物合成病毒大分子的合成过程中所发生的各种病毒复制事件存在着强烈的时序性。病毒基因组的转录是分期进行•早期转录：发生在病毒核酸复制以前的转录为早期转录，所转录的基因称作早期基因，早期基因编码的早期蛋白主要是参与病毒核酸的复制、调节病毒基因组表达，以及改变宿主细胞大分子合成的蛋白质。•晚期转录：在病毒核酸复制开始或复制后所进行的转录为晚期转录，所转录的基因称作晚期基因，晚期基因所编码的晚期蛋白主要是构成子代毒粒的结构蛋白。3839（四)成熟（装配）40（五）裂解（释放）多数噬菌体以裂解方式释放丝状噬菌体不杀死细胞左：疱疹病毒右：流感病毒41烈性噬菌体与温和噬菌体烈性噬菌体:是指噬菌体感染宿主细胞后,能在宿主细胞内增殖,产生大量子代噬菌体并引起细菌的裂解.温和噬菌体:是指噬菌体感染宿主细胞后,可将DNA整合到宿主菌的基因组上，并随着宿主菌基因组的复制而复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。423、一步生长曲线（onestepgrowthcurve）1939年，MaxDelbruck&EmoryEllis：E.coli/bacteriopage1、用噬菌体的稀释液感染高浓度的宿主细胞；2、数分钟后，加入抗噬菌体的抗血清（中和未吸附的噬菌体）；3、将上述混合物大量稀释，终止抗血清的作用和防止新释放的噬菌体感染其它细胞；4、保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价（对噬菌体含量进行计数）；5、以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线；该实验标志着分子病毒学、分子生物学和分子遗传学的建立MaxDelbruck因此荣获1969年NobelPrize433、一步生长曲线潜伏期、裂解期、平稳期44高浓度敏感细菌＋适量噬菌体相混合一定时间(5min)除去游离噬菌体进行高倍稀释培养定时取样测定噬菌体数★测定噬菌体繁殖的方法45潜伏期（latentphase)＝eclipsephase+intracellularaccumulationphase)—从噬菌体吸附菌细胞至菌细胞释出新噬菌体的最短时间。裂解期（risephase)—宿主裂解，噬菌体数急剧增加的时期。平稳期(plateauphase)—宿主全部裂解，噬菌体效价达到最高点后的时期。裂解量(Burstphase)—每个被感染细菌释放新的噬菌体的平均数。★进行一步生长曲线的测定，能了解噬菌体在菌体内的最短潜伏期，和平均收获量，还可测知理化因素的变化对噬菌体感染循环的时间和对每个被感染噬菌体释放噬菌体的影响。46一步生长曲线（onestepgrowthcurve）一步生长曲线是研究病毒复制的一个经典试验，最初是为研究噬菌体的复制而建立，以后推广到动物病毒和植物病毒的复制研究中。以适量的病毒接种于标准培养的高浓度的敏感细胞，待病毒吸附后，离心除去未吸附的病毒，或以抗血清处理病毒—细胞培养物以建立同步感染，然后继续培养并定时取样测定培养物中的病毒效价，并以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线，即一步生长曲线。不同病毒的潜伏期长短不同，噬菌体以分钟计，动物病毒和植物病毒以小时或天计。潜伏期：噬菌体的裂解量一般为几十到上百个，植物病毒和动物病毒可达数百乃至上万个。裂解量：47温和噬菌体的溶源性反应：整合于细菌染色体或以质粒形式存在的温和噬菌体基因组称做原噬菌体（prophage）在原噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细菌染色体同步复制，并随细胞分裂而传递给子代细胞。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称做溶源性细菌（lysogenicbacteria）溶源性细菌经自发裂解或诱发裂解，进入裂解循环48温和噬菌体与溶源性①★温和噬菌体(temperatephage)----吸附并侵入细胞后，噬菌体的DNA整合在宿主的染色体组上，并可长期随宿主DNA的复制而同步复制，因而在一般情况下不进行增殖和引起宿主细胞裂解的噬菌体,如E.coli的、P1、P2，Salmonellatyphimurium的P22等。★原(前)噬菌体(prophage)----处于整合态的噬菌体核酸。★温和噬菌体的特点——1.其核酸的类型都是dsDNA;2.具有整合能力；3.具有同步复制能力。49Lambda-Phage(E.coli)D